용접 계산기 - 전류, 전압 및 열 입력

용접 계산기

용접 계산기는 아크 용접에 필요한 전류, 전압, 용접 속도 및 입열량을 계산합니다. 재료의 두께와 사용 중인 용접 공정을 기준으로 계산합니다. 이 도구는 MIG(GMAW), TIG(GTAW), 피복 아크 용접(SMAW), 플럭스 코어드 아크 용접(FCAW)의 네 가지 일반적인 공정을 다룹니다.

결과는 공인된 용접 절차가 아니라 경험칙입니다. 얇은 재료를 한 번의 패스로 용접하는 경우에 적용됩니다. 더 두꺼운 재료에서는 기본 공식이 유효 범위를 벗어납니다. 이 경우 계산기는 추측하여 숫자를 제시하지 않고 숫자 대신 경고를 표시합니다.

계산기 작동 방식

재료 두께를 밀리미터 단위로 입력하고 용접 공정을 선택합니다. 계산기는 권장 전류를 계산한 다음, 해당 전류와 두께를 바탕으로 전압과 이동 속도를 산출합니다. 전류를 직접 입력할 수도 있습니다. 이 경우 계산기는 그 공정에 적합한 두께를 역으로 추정한 다음 나머지 값을 계산합니다.

용접 전류 공식

전류는 두께에 따라 직선적으로 증가합니다. 증가율은 공정에 따라 다릅니다.

• MIG: $I = 40t$
• TIG: $I = 30t$
• 피복 아크 용접: $I = 35t$
• 플럭스 코어드 아크 용접: $I = 38t$

I는 암페어 단위의 전류이다. t는 밀리미터 단위의 두께이다.

용접 전압 공식

전압은 전류에 따라 증가합니다.

• MIG: $V = 14 + \frac{I}{25}$
• TIG: $V = 10 + \frac{I}{40}$
• 피복 아크 용접: $V = 20 + \frac{I}{50}$
• 플럭스 코어드 아크 용접: $V = 22 + \frac{I}{30}$

V는 볼트 단위의 전압이다.

이동 속도 공식

이동 속도는 토치 또는 전극이 이음부를 따라 이동하는 속도로, 분당 밀리미터 단위로 측정합니다. 재료가 두꺼워질수록 감소합니다.

• MIG: $S = 300 - 20t$
• TIG: $S = 150 - 10t$
• 피복 아크 용접: $S = 200 - 15t$
• 플럭스 코어드 아크 용접: $S = 250 - 18t$

S는 분당 밀리미터 단위의 용접 진행 속도이다.

입열량 공식

입열량은 용접부 일 밀리미터당 전달되는 열에너지로, 킬로줄/밀리미터(kJ/mm) 단위로 나타냅니다. AWS D1.1과 ASME IX에서는 이를 아크 에너지로 정의합니다.

$Q = \frac{V \times I \times 60}{1000 \times S}$

V는 전압, I는 암페어 단위의 전류, S는 mm/min 단위의 이동 속도입니다.

두 번째 값인 ISO 입열량은 EN ISO 1011-1에서 비롯됩니다. 이 값은 아크 에너지에 열효율 계수 k를 곱합니다. 이 계수는 1보다 작은 값입니다. 이는 아크 에너지 중 방사나 스패터로 손실되지 않고 실제로 금속에 유입되는 양을 추정합니다.

$Q_i = k \times Q$

$Q_i$는 ISO 입열량이고 k는 열효율 계수이다.

MIG, 피복 아크 및 플럭스 코어드 용접에서 k는 0.8입니다. TIG에서는 0.6입니다. TIG 아크는 다른 세 공정보다 모재에 전달하는 에너지의 비율이 낮기 때문입니다. 용접 규격마다 입열량이라고 부르는 값이 다릅니다. 해당 규격에서 요구하는 값을 보고해야 합니다.

일부 입력에서 결과가 나오지 않는 이유

전류, 전압 및 이동 속도 공식은 직선 근사식입니다. 얇은 재료를 한 번의 패스로 용접하는 경우에만 적용됩니다. 실제 아크 용접의 입열량은 대략 0.5~5 kJ/mm입니다. 이 상한을 넘으면 한 번의 패스로 수행할 수 있는 절차가 없습니다. 이음부에는 여러 패스가 필요하며, 각 패스는 이 범위 안에서 유지해야 합니다.

계산기는 이를 확인합니다. 특정 두께와 공정의 조합에서 5 kJ/mm를 초과하는 아크 에너지가 필요하면 숫자 대신 경고를 표시합니다. 공식이 이동 속도를 0 이하로 계산하는 경우에도 마찬가지입니다. 계산기에 표시되지 않은 값으로 용접하면 용락, 과도한 변형 또는 검사에 불합격하는 이음부가 발생할 수 있습니다.

풀이 예시

한 용접공이 MIG로 5 mm 연강 판을 접합합니다.

1. 전류: 5 × 40 = 200 A
2. 전압: 14 + 200 / 25 = 22 V
3. 이동 속도: 300 − 5 × 20 = 200 mm/분
4. 아크 에너지(AWS/ASME 입열량): (22 × 200 × 60) / (1000 × 200) = 1.32 kJ/mm
5. ISO 입열량: 0.8 × 1.32 = 1.06 kJ/mm

두 값 모두 한 번의 MIG 패스로 만들 수 있는 0.5–5 kJ/mm 범위 안에 있으므로 계산기는 결과를 반환합니다.

같은 방식으로 용접한 10 mm 강재와 비교해 보겠습니다. 공식에 따르면 400 A, 30 V, 이동 속도 100 mm/분이 필요합니다. 그러면 아크 에너지는 7.2 kJ/mm가 되어 5 kJ/mm 상한을 초과합니다. 계산기는 이 숫자들 대신 경고를 표시합니다. 실제로 10 mm 강재를 용접하려면 단일 패스 추정이 아니라, 자격을 갖춘 절차에 따른 여러 패스가 필요합니다.

공정별 일반적인 전류 및 두께 범위

이 범위는 일반적인 작업장 관행을 설명합니다. 계산기의 공식은 특정 장비의 한계와 관계없이 각 공정에 동일한 직선 규칙을 적용합니다.

자주 묻는 질문

용접에서 입열량이란 무엇인가? 입열량은 용접부 일 밀리미터당 전달되는 열에너지로, kJ/mm 단위입니다. 용접이 얼마나 깊이 용입되는지, 얼마나 빠르게 냉각되는지, 주변 금속의 조직이 얼마나 변하는지에 영향을 줍니다.

AWS 입열량과 ISO 입열량의 차이는 무엇인가? AWS D1.1과 ASME IX에서 입열량은 아크 에너지, 즉 전압과 전류를 곱한 뒤 60을 곱하고, 그 값을 1000과 이동 속도의 곱으로 나눈 값입니다. ISO 1011-1 입열량은 이 값에 열효율 계수 k를 곱합니다. 이 계수는 TIG에서 0.6, 나머지 세 공정에서 0.8입니다. 이 값은 더 낮으며 이음부가 실제로 흡수하는 에너지를 더 잘 반영합니다.

계산기는 왜 결과 대신 경고를 표시하나요? 공식은 한 번의 패스로 용접하는 얇은 재료에만 적용되는 직선 규칙입니다. 아크 에너지가 약 5 kJ/mm를 넘거나 공식이 이동 속도를 0 이하로 계산하면 해당 숫자에 맞는 단일 패스 용접은 존재하지 않습니다. 계산기는 잘못된 결과를 표시하는 대신 결과를 제시하지 않습니다.

두께 대신 전류를 입력할 수 있나요? 예. 전류를 입력하면 계산기는 해당 전류에 적합한 두께를 추정한 다음, 이를 바탕으로 전압, 이동 속도 및 입열량을 계산합니다.

이 공식은 알루미늄에도 적용되나요? 이 공식은 강재 용접 관행을 바탕으로 합니다. 알루미늄은 강재보다 열을 더 빠르게 전달하므로, 일반적으로 같은 두께의 강재보다 약 30% 더 높은 전류와 순수 아르곤 또는 아르곤과 헬륨의 혼합 차폐 가스가 필요합니다.

이것은 용접절차사양서(WPS)를 대신할 수 있나요? 아니요. 규격이 적용되는 작업에서는 특정 이음부와 재료에 대해 자격을 갖추고 시험 및 문서화된 WPS가 우선합니다. 계산기는 초기 설정을 위한 출발점을 제공할 뿐, 공인된 용접 절차를 제공하지는 않습니다.

참고 문헌

1. 미국용접협회. AWS D1.1/D1.1M 구조용 용접 규정 — 강재.
2. 국제표준화기구. EN ISO 1011-1, 금속 재료의 용접에 관한 권고.
3. Jeffus, L. 용접: 원리와 응용, 제8판. Cengage Learning, 2021.
4. TWI Ltd. “입열량 계산.” twi-global.com.