이번에는 용접의 전기적 성질에 관하여 다뤄보려고 한다. 가스 용접을 제외한 모든 용접 접합에는 전기를 사용하기 때문에 전기적 성질을 알아야 하는것은 기본이다.  재료의 전기적 성질이란 외부 전기장(electrical field)에 대한 반응이라고 할수있다. 이런 현상을 설명하는것은 전기전도의 현상부터 시작한다고 할수있다. 즉 전기 전도를 표현하는 계수들, 전자에 의한 전도기구, 재로의 전자 에너지 밴드(energy band)가 어떻게 전도능력에 영항을 미치는지, 이러한 원리들은 금속, 반도체, 절연체(부도체)에 확장되 적용된다. 이러한 용접재료의 전기적 성질에 대하여 알아보고자 한다. 

용접 재료의 전기전도

옴의 법칙

고체의 가장 중요한 전기적  특성중 하나는 고체가 얼마나 용이하게 전류를 잘 흐르게 할수있는 가이다. 옴의 법칙(Ohm’s law)은 전류I, 즉 단위시간에 통과하는  전하량과 인가 전압V의 관계를 나타낸다. 관계식은 아래와 같이 나타낸다.

V=IR

 

여기서 R은 재료의 저항이다. 이 저항값을 이용하여 금속재료를 접합하는것이 저항용접이다. 저항값이 높을수록 전류값도 높기때문에전류값이 높으면 저항값도 비례하기 때문에 금속이 저항열에 의하여 용융이 되어 접합이 된다고 할수있다. 

V,I,R의 단위는 각각 volt(J/C),ampere(C/s),ohm(V/A)이다. R의 값은 용접재료의 시편의 형상에 따라 달라지며, 많은 재료의 경우에는 전류와 무관 하다 할수있다.  전기비저항(electrical resistivity) ρ는 시편향상에 무관하며, 재료의 고유의 값을 나타내는데, R과 의 관계는 다음의 식으로 표현한다. 

ρ=RA/l

여기서 l은 전압이 측정되는 두 지점사이의 거리이고, A는 전류가 흐르는 방향에 수직한 단면적이다. ρ에 대한 단위는 ohm-meter(Ω·m)이다.

옴의 법칙과 전기비저항식으로 부터 아래의 관계식을 얻을수있다. 

ρ=VA/Il

(전기비저항-전압, 전류 시편의 단면적, 측정위치간 거리의 의존성)

그림1.비저항값을 측정기구의 개략도

전기전도율

전기전도율(electrical conductivity) σ는 재료의 전기적 특성을 명시하기 위하여 자주사용되는데, 비저항의 역수로 아래의 식으로 표현된다.

σ=1/ρ

(전기전도도와 역수와의 관계)

또한 전도율은 재료가 전류를 얼마나 용이하게 흐를수있는가를 나타내는 척도이며, 전도율의 단위는 (Ω·m)^-1 또는 mho/m로 표시한다. 

위에서 언급한 옴의 법칙의 식 이외에도 아래와의 식으로 표현이 가능하다. 

J=σε

(전류밀도, 전도도, 인가 전기장의 관점에서 표현)

여기서 J는 전류밀도, 즉 시편의 단위면적당  흐르는 전류 I/A이고, ε는 전기장 세기(electric field intensity) 이다.  전기장 세기는 측정 외는 두점 사이의 전압((voltage)을 두점 사이의 거리로 나눈 값 으로 아래의 식으로 표현 할 수 있다. 

ε=V/l

전기장세기(electric field intensity)

두 옴의 법칙은 증명하면 동일한 식인 것 을 알수있다.