개념 한 쪽
전기용접과 관련 열처리·건조 기술은 전열 방식의 원리와 발열체 특성에 따라 적합한 장비와 공정을 선택해야 한다는 점이 핵심이다. 발열체의 재료 특성, 전열기 효율 계산, 그리고 유도·유전·전자빔·적외선 등의 가열 방식 특성을 구분할 수 있어야 한다는 점을 강조한다.
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출제기준 단원 「전기용접」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 발열체 특성 판별 | 1 | 발열체의 내열성·내식성·온도계수 등 구비조건에서 틀린 항목을 가리기 |
| 전열 효율 계산 | 1 | 물의 온도 상승에 따른 필요열량과 공급전력으로 효율을 계산하기 |
| 가열방식 분류 | 1 | 유도·유전·전자빔·적외선 중 용도나 특징을 구분하기 |
발열체는 전열기기에서 전기를 열로 바꾸는 구성요소로서 높은 온도에 견디는 내열성, 고온에서의 내식성, 가공 용이성, 그리고 저항의 온도계수가 작은 특성을 갖추어야 한다는 점이 중요하다. 발열체의 재료별 특성은 용도에 따라 선택 기준이 되며, 예컨대 니크롬선은 크롬 함량에 따라 제1종과 제2종으로 나뉘며 제1종은 높은 온도에서의 기계적 강도가 크고 냉간 상태에서 가공이 쉬워 최고 사용온도가 약 1100℃인 고온용 발열체에 적합하다.
전열 효율 문제는 필요한 열량과 전열기가 공급한 전력량을 같은 단위로 환산해 비율을 구하는 방식으로 해결한다는 원리가 표준이다. 물의 비열 1kcal/kg℃와 1kWh = 860kcal 환산을 이용해 필요열량(mcΔt)을 kcal로 구한 뒤 공급열량(kW·h)을 kcal로 환산해 비율을 계산한다는 점을 기억해야 한다.
가열 방식은 그 원리와 대표 용도가 서로 다르므로 구분해 외워야 한다. 유도가열은 금속에 와전류를 유기해 금속 자체를 가열하므로 금속의 표면 경화 등 열처리에 적합하고, 유전가열은 절연물의 분자 진동으로 내부에서 균일하게 가열하므로 비닐막 등의 접착·건조에 적합하다. 전자빔 가열은 진공 중에서 전자를 한 점에 집속해 국부적으로 매우 높은 에너지를 주는 방식이므로 점 가열·고융점 재료 처리에 적합하고, 적외선 건조는 복사열로 표면을 직접 가열해 표면 건조에 효과적이라는 점을 구분해야 한다.
아크로(아크 열로 금속을 녹이는 전기로)는 아크 발생 위치에 따라 직접 아크와 간접 아크로 나뉜다. 에르식 제강로처럼 전극과 장입물 사이에 직접 아크를 일으키는 방식은 저압 아크로 분류되고, 전극 간 아크를 방사열로 사용하는 방식들은 간접 아크로 분류되어 고압 아크로 분류된다는 점을 구분해야 한다.
발열체 선택과 가열 방식 구분은 문제 유형상 비교·대조·단위 환산·효율 계산으로 출제되는 경향이 있으므로, 핵심 수치(예: 최고 사용온도 약 1100℃, 물의 비열 1kcal/kg℃, 1kWh=860kcal)와 각 방식의 대표 용도·특징을 정확히 숙지해야 한다.
예1 — 전열 효율 계산 대표 풀이: 물 4ℓ(=4kg)를 15℃에서 90℃로 올리는 데 필요한 열량은 Q = mcΔt = 4kg × 1kcal/kg℃ × 75℃ = 300kcal이다. 공급열량은 1kW 전열기를 30분(0.5h) 사용했으므로 0.5kWh이고, 1kWh = 860kcal이므로 공급열량 = 0.5 × 860 = 430kcal이다. 효율 η = (필요열량 ÷ 공급열량) × 100 = 300/430 × 100 ≈ 69.8 ≈ 70%로 계산된다.
예2 — 전력 소요 계산 대표 풀이: 주어진 열량 Q = 158,700kcal를 30분(0.5h) 동안 유도로로 가열했고 효율 η = 75%라면 필요한 소요전력 P[kW]는 다음 공식으로 구한다. P = Q ÷ (860 × t[h] × η)이다. 여기에 대입하면 P = 158,700 ÷ (860 × 0.5 × 0.75) ≈ 492kW로 계산된다. 시간은 시간 단위로 환산하고 효율은 분모에 들어가 입력이 더 커져야 함을 유의해야 한다.
화학 공업 제품의 생산에 전기로를 이용하면 다른 연소로에 비해 장점이 아닌 것은?
정답 ④ · 문제는 화학공업에서 전기로 사용의 장점이 아닌 것을 고르는 문제이다. 전기로는 연소로에 비해 불순물 혼입이 적고, 매우 높은 온도 범위를 얻을 수 있으며 전력 제어로 정밀한 온도 제어가 가능하고 일반적으로 열효율도 높은 편이다.
전기로는 불순물 혼입 방지·광범위한 온도·정밀 제어·높은 열효율이 장점이다.
평행평판 전극 간에 유전체인 피열물을 삽입하고 고주파 전압을 인가하면 피열물 내 유전체손이 발생하여 발열하는 가열방식은?
정답 ③ · 문항은 평행평판 전극 사이에 유전체를 넣고 고주파 전압을 가하여 발생하는 발열 방식의 명칭을 묻고 있다. 유전체 내부의 분자 분극 반전으로 발생하는 손실열을 이용하는 방식은 유전가열이다.
평행전극 사이 피열물(유전체)에 고주파 전압 → 유전체손 발열은 유전가열이다.
다음 중 내부 가열에 가장 적합한 전기 건조 방식은?
정답 ① · 문제는 재료 내부를 직접 가열해 건조하는 방식으로 가장 적합한 것을 묻고 있다. 고주파(유전체) 가열은 유전체 손실에 의해 재료 내부에서 직접 발열하므로 내부부터 균일하게 건조가 이루어진다.
고주파(유전체) 가열은 재료 내부 자체가 발열하는 내부 가열이므로 내부 건조에 가장 적합하다.
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