12년 2회차

회전수는 $N=\dfrac{1000V}{\pi D}=\dfrac{1000\times 100}{\pi\times 50}\fallingdotseq 637\,\mathrm{rpm}$이다. 가공시간은 $T=\dfrac{L}{fN}=\dfrac{400}{0.3\times 637}\fallingdotseq 2.1\,\mathrm{min}$이므로 약 2분이다.

CNC 공작기계·산업용 로봇·자동반송·자동창고를 중앙 컴퓨터가 통합 제어해 소재 공급부터 출고까지 무인화한 유연생산시스템이 FMS(Flexible Manufacturing System)다. DNC는 여러 NC 기계에 가공 프로그램을 분배·관리하는 단계에 그친다.

공구 수명은 마모가 진행된 결과로 판정한다 — 절삭저항의 변화, 가공면의 광택·반점, 크레이터·플랭크 마모 깊이 등이다. 절삭속도와 이송속도는 작업자가 미리 정하는 절삭 조건이지 수명 판정 기준이 아니다.

밑바닥 모서리 반지름을 무시하면 원통 용기의 블랭크 지름은 $D=\sqrt{d^2+4dh}$로 구한다. 대입하면 $D=\sqrt{60^2+4\times 60\times 50}=\sqrt{15{,}600}\fallingdotseq 125\,\mathrm{mm}$다.

치공구의 3요소는 위치결정면·위치결정구·클램프다. 공작물은 치공구가 위치를 잡고 고정해 주는 대상일 뿐 치공구를 구성하는 요소가 아니다.

입도가 작고 연한 숫돌을 작은 압력으로 누른 채 좌우로 미세 진동시키면서 가공물에 이송을 주는 다듬질이 수퍼피니싱이다. 호닝은 혼을 회전+왕복시키는 구멍 다듬질, 래핑은 랩제를 끼워 문지르는 방법, 숏 피닝은 강구를 때려 표면을 경화시키는 가공이다.

테르밋 용접은 산화철과 알루미늄 분말의 반응 $\mathrm{Fe_2O_3}+2\mathrm{Al}\rightarrow 2\mathrm{Fe}+\mathrm{Al_2O_3}$에서 나오는 반응열로 만든 용융 금속을 주형에 부어 접합한다. 전원이 필요 없어 레일·대형 축 접합에 쓰인다.

수기가공은 금긋기(M)로 기준선을 그은 뒤 정(C)으로 여유분을 쳐내고, 줄(F)로 치수를 맞춘 다음 스크레이퍼(S)로 최종 다듬는다. 거친 가공에서 정밀 가공으로 가는 순서이므로 M → C → F → S가 맞다.

풀림은 가열 후 서랭해 재료를 연하게 만드는 열처리다. 내부응력 저하와 가스·불순물 확산 방출, 조직의 미세화·표준화, 결정입자 균일화가 목적이며 경화는 담금질의 목적이므로 풀림의 목적이 아니다.

주괴를 판재·봉재·관재로 만드는 압연·압출·인발은 1차 가공이고, 그렇게 얻은 소재를 롤러 사이에 넣어 나사·기어 등으로 성형하는 전조가공이 2차 가공이다.

목형은 습기를 빨아들이면 수축·팽창으로 치수가 변해 주물 정밀도가 떨어진다. 도장은 표면을 막아 흡습을 차단함으로써 이 변형을 막는 것이 가장 중요한 목적이며, 미관이나 색 구별은 부수적 효과다.

두께가 조금씩 다른 얇은 강판을 부챗살처럼 겹쳐 놓고 틈에 끼워 간극을 재는 것이 틈새 게이지(필러 게이지)다. 와이어 게이지와 드릴 게이지는 지름을 재는 도구이므로 형태와 용도가 다르다.

블랭킹은 판재에서 제품을 따내는 전단(프레스) 가공이지 단조가 아니다. 자유단조에는 늘리기(drawing down), 업셋팅, 굽히기, 구멍 뚫기 등 형틀 없이 하는 작업이 속한다.

이송이 크면 이송 자국이 깊게 남고, 절삭속도가 낮으면 구성인선이 생겨 표면이 거칠어진다. 따라서 매끈한 가공면을 얻으려면 절삭속도는 크게, 이송은 작게 해야 한다.

분말형태의 용제를 미리 깔고 그 속에 와이어를 넣어 아크를 발생시켜 용제·심선·모재를 함께 녹이는 것이 서브머지드 아크 용접이다. 아크가 용제에 묻혀 보이지 않아 잠호 용접이라고도 한다.

렌치·스패너처럼 형상이 정해져 있고 대량 생산되는 소형 공구는 미리 판 형틀에 소재를 넣고 두들기는 형 단조가 가장 적합하다. 자유단조는 소량·단순 형상용, 로터리 스웨이징은 봉·관의 지름을 줄이는 데 쓴다.

공기 마이크로미터는 노즐에서 뿜는 공기의 압력·유량 변화로 치수를 읽으므로 압축 공기원이 반드시 필요하다. 배율이 높고 정밀도가 좋으며, 노즐을 여러 개 두면 한 피측정물의 여러 곳을 한 번에 측정할 수 있다.

소재가 롤에 물려 들어가려면 마찰력의 수평 성분이 롤이 밀어내는 힘의 수평 성분보다 커야 한다. 압하각을 $\alpha$라 하면 $\mu P_r\cos\alpha \ge P_r\sin\alpha$이고, 정리하면 $\mu \ge \tan\alpha$가 물림 조건이다.

선삭 절삭저항 3분력 중 절삭 방향으로 작용해 절삭동력을 좌우하는 주분력이 가장 크고, 배분력, 이송분력 순으로 작아진다. 주분력이 전체 절삭저항의 대부분을 차지한다.

노말라이징(불림)은 오스테나이트 영역까지 가열한 뒤 공랭해 조직을 표준화하는 열처리로, 재료 전체를 대상으로 하므로 표면경화법이 아니다. 침탄법·고주파 담금질·화염 담금질은 표면만 단단하게 만드는 표면경화법이다.

단순보의 지점 처짐각은 $\theta_A=\dfrac{Wab(l+b)}{6lEI}$, $\theta_B=\dfrac{Wab(l+a)}{6lEI}$다. $a\gt b$이므로 $\theta_B\gt\theta_A$가 되어 하중에 가까운 지점 B에서 처짐각이 가장 크다. C점 부근은 최대 처짐이 생기는 곳으로 오히려 처짐각이 0에 가깝다.

하중 작용점 같은 국부에서 생긴 응력 교란이 그 부위에서 멀어질수록 사라지고 단면에 균일한 응력 분포가 된다는 것이 상베낭의 원리다. 카스틸리아노의 정리는 변형에너지를 하중으로 편미분해 처짐을 구하는 정리로 내용이 다르다.

강성판이 수평을 유지하므로 두 재료의 변형률이 같다: $\varepsilon=\dfrac{\sigma_1}{E_1}=\dfrac{\sigma_2}{E_2}$.

힘의 평형 $P=\sigma_1A_1+\sigma_2A_2$에 넣으면
$\sigma_1=\dfrac{PE_1}{A_1E_1+A_2E_2}=\dfrac{P}{A_1+A_2\dfrac{E_2}{E_1}}$,
$\sigma_2=\dfrac{PE_2}{A_1E_1+A_2E_2}=\dfrac{P}{A_2+A_1\dfrac{E_1}{E_2}}$가 된다.

원형 단면축의 최대 전단응력은 $\tau=\dfrac{T}{Z_p}=\dfrac{16T}{\pi d^3}$이다. 즉 극단면계수 $Z_p$에는 반비례하므로 "비례한다"는 설명이 틀렸다. 비틀림 모멘트에 비례하고 지름의 3제곱에 반비례하며, $\tau=\dfrac{T r}{I_p}$ 형태로 보면 극단면 2차모멘트에도 반비례한다.

양단 고정보 중앙에 집중하중이 걸리면 고정단 모멘트가 $M_A=M_B=-\dfrac{PL}{8}$, 중앙 모멘트가 $M_C=+\dfrac{PL}{8}$가 된다. 따라서 BMD는 양단이 음(−), 중앙이 양(+)인 꺾은선 모양이고, 각 지점에서 $L/4$ 떨어진 곳에서 부호가 바뀐다.

토크는 $T=\dfrac{60P}{2\pi N}=\dfrac{60\times 10{,}000}{2\pi\times 400}\fallingdotseq 238.7\,\mathrm{N\cdot m}$, 극단면 2차모멘트는 $I_p=\dfrac{\pi(d_2^4-d_1^4)}{32}=\dfrac{\pi(60^4-40^4)}{32}\fallingdotseq 1.02\times 10^6\,\mathrm{mm^4}$다.

비틀림각은
$\theta=\dfrac{TL}{GI_p}=\dfrac{238{,}700\times 3000}{80{,}000\times 1.02\times 10^6}\fallingdotseq 0.0088\,\mathrm{rad}\fallingdotseq 0.5^\circ$다.

회전 반지름은 $k=\sqrt{\dfrac{I_z}{A}}$다. H형 단면을 폭 $b$·높이 $H$인 사각형에서 좌우 홈 $(b-t)\times h$를 뺀 것으로 보면 $I_z=\dfrac{bH^3-(b-t)h^3}{12}$, $A=bH-(b-t)h$이므로 $k=\sqrt{\dfrac{bH^3-(b-t)h^3}{12\left[bH-(b-t)h\right]}}$가 된다.

하중점이 지점에서 $a_1$, $a_2$인 단순보의 최대 굽힘모멘트는 $M=\dfrac{Pa_1a_2}{a_1+a_2}$, 직사각형 단면의 단면계수는 $Z=\dfrac{bh^2}{6}$다. 따라서 $\sigma_{max}=\dfrac{M}{Z}=\dfrac{6a_1a_2}{bh^2(a_1+a_2)}P$로, 높이 $h$가 제곱으로 들어간다.

세장비가 같으려면 $\dfrac{L_A}{k_A}=\dfrac{L_B}{k_B}$, 즉 $\dfrac{L_A}{L_B}=\dfrac{k_A}{k_B}$여야 한다.

원형은 $k_A=\dfrac{d}{4}=5\,\mathrm{cm}$, 정사각형은 $k_B=\dfrac{a}{\sqrt{12}}=\dfrac{20}{2\sqrt3}\,\mathrm{cm}$이므로
$\dfrac{L_A}{L_B}=\dfrac{5}{20/(2\sqrt3)}=\dfrac{\sqrt3}{2}$다.

단면적 $A=600\,\mathrm{mm^2}$, 신장량 $\lambda=1\,\mathrm{mm}$이므로 하중은 $P=\dfrac{EA\lambda}{L}=\dfrac{210{,}000\times 600\times 1}{1500}=84{,}000\,\mathrm{N}$이다. 탄성 에너지는 $U=\dfrac{1}{2}P\lambda=\dfrac{1}{2}\times 84{,}000\times 0.001=42\,\mathrm{N\cdot m}$다.

최대 전단응력은 직사각형(정사각형) 단면이 $\tau=\dfrac{3V}{2A}$, 원형 단면이 $\tau=\dfrac{4V}{3A}$다. 단면적과 전단력이 같으므로 비는 $\dfrac{3/2}{4/3}=\dfrac{9}{8}$배가 된다.

주변형률은
$\varepsilon_{1,2}=\dfrac{\varepsilon_x+\varepsilon_y}{2}\pm\sqrt{\left(\dfrac{\varepsilon_x-\varepsilon_y}{2}\right)^2+\left(\dfrac{\gamma_{xy}}{2}\right)^2}=(300\pm 141.4)\times 10^{-6}$이다.

평면응력식 $\sigma_1=\dfrac{E}{1-\nu^2}(\varepsilon_1+\nu\varepsilon_2)$에 대입하면
$\sigma_1\fallingdotseq 110\,\mathrm{MPa}$, $\sigma_2\fallingdotseq 66\,\mathrm{MPa}$다.

정사각형 단면의 단면계수는 $Z=\dfrac{bh^2}{6}=\dfrac{300\times 300^2}{6}=4.5\times 10^6\,\mathrm{mm^3}$다. 따라서 $M=\sigma Z=90\times 4.5\times 10^6=4.05\times 10^8\,\mathrm{N\cdot mm}=405\,\mathrm{kN\cdot m}$다.

코일 스프링의 처짐은 $\delta=\dfrac{64PR^3n}{Gd^4}$로 구한다. 대입하면 $\delta=\dfrac{64\times 100\times 50^3\times 10}{82{,}000\times 6^4}=\dfrac{8\times 10^9}{1.063\times 10^8}\fallingdotseq 75.3\,\mathrm{mm}$다.

경사면이 수직 5 : 수평 12이므로 $\sin\theta=\dfrac{5}{13}$, $\cos\theta=\dfrac{12}{13}$다. 힘 $P$가 수평으로 작용하므로 $P=W\dfrac{\sin\theta+\mu\cos\theta}{\cos\theta-\mu\sin\theta}=39\times\dfrac{9/13}{31/39}\fallingdotseq 34\,\mathrm{N}$이다.

흠 때문에 n-n' 단면은 $\dfrac{a}{2}\times a$만 남고, 하중선이 남은 단면의 도심에서 $e=\dfrac{a}{4}$만큼 벗어나 편심 압축이 된다. 압축응력과 굽힘응력을 더하면 $\sigma_{max}=\dfrac{W}{A}+\dfrac{We}{Z}=\dfrac{2W}{a^2}+\dfrac{Wa/4}{a^3/24}=\dfrac{8W}{a^2}$다.

축방향 응력은 $\sigma=\dfrac{P}{A}=\dfrac{15{,}000}{8\times 24}\fallingdotseq 78.1\,\mathrm{MPa}$다. 경사면의 전단응력은 $\tau=\dfrac{\sigma}{2}\sin 2\theta=\dfrac{78.1}{2}\times\sin 60^\circ\fallingdotseq 33.8\,\mathrm{MPa}$이다.

외팔보 자유단 처짐은 집중하중일 때 $\delta_1=\dfrac{PL^3}{3EI}$, 등분포하중일 때 $\delta_2=\dfrac{wL^4}{8EI}$다. $P=wL$이므로 $\delta_2=\dfrac{PL^3}{8EI}$이고, 처짐비는 $\dfrac{\delta_2}{\delta_1}=\dfrac{1/8}{1/3}=\dfrac{3}{8}$이다.

등분포하중 25kN/m가 A부터 C까지 8m에 걸리므로 합력은 200kN이고 작용점은 A에서 4m다. 오른쪽 지점 기준 모멘트 평형 $R_B\times 8=200\times 6$에서 $R_B=150\,\mathrm{kN}$이고, 지점 B 바로 오른쪽의 전단력 $25\times 2-150=-100\,\mathrm{kN}$이 크기가 가장 커 최대 전단력은 100kN이다.

슬래그의 염기도는 염기성 성분의 총합을 산성 성분의 총합으로 나눈 값이므로 $A_s=\dfrac{B}{A}$이다. 이 값이 1보다 크면 염기성 슬래그, 작으면 산성 슬래그로 분류한다. 염기도가 높을수록 탈황·탈인 능력이 좋아 용착금속의 인성이 향상된다.

E4316에서 E는 전기 용접봉, 43은 용착금속의 최저 인장강도 $43\,\mathrm{kgf/mm^2}$를 뜻하고, 끝의 16은 피복제 계통(저수소계)을 나타낸다. E4301(일미나이트계)·E4313(고산화티탄계)처럼 뒤 두 자리만 바꿔 피복제 종류를 구분한다.

오스테나이트계(18Cr-8Ni) 스테인리스강은 Cr 산화피막에 Ni이 더해져 내식성이 가장 우수하고, 면심입방 조직이라 연성이 커 가공성·용접성도 좋다. 마텐자이트계는 경화성이 커 용접 균열이 쉽고, 페라이트계는 용접부 결정립이 조대화되어 인성이 떨어진다. 펄라이트계 스테인리스강이라는 분류는 없다.

비드 표면과 모재가 만나는 경계(지단부)에서 발생해 성장하는 균열은 토 균열(toe crack)이다. 구속응력과 각변형이 큰 이음의 지단부에 응력이 집중되고 확산성 수소가 겹칠 때 생긴다. 지단부를 그라인딩해 매끄럽게 하거나 예열로 수소를 줄이면 방지된다.

용접금속에 고용된 질소(N)는 인장강도·경도를 올리는 대신 연신율과 충격치를 떨어뜨리고, 시간이 지나며 질화물로 석출해 시효경화와 청열취성을 일으킨다. 그래서 아크를 짧게 유지하고 피복제·보호가스로 대기가 말려드는 것을 막는다.

용착금속은 냉각이 빠른 모재와 접한 용융 경계에서 먼저 응고해 중앙을 향해 주상정이 성장하며, 이때 순수한 금속이 먼저 굳고 불순물은 액상에 남는다. 따라서 가장 늦게 응고하는 중앙 상부에 황·인 등 불순물이 농축되어 편석과 균열의 원인이 된다.

순철의 자기변태점 $A_2$는 768℃로, 이 온도를 넘으면 결정구조는 그대로인 채 강자성이 사라져 상자성으로 바뀐다. 723℃는 공석변태 $A_1$, 910℃는 동소변태 $A_3$, 1492℃는 포정반응 온도다.

먼저 응고한 부분과 나중에 응고한 중심부의 화학성분이 장소에 따라 달라지는 현상이 편석(segregation)이다. 응고 중 불순물이 액상에 남아 최후 응고부인 강괴 중심에 황·인이 몰리기 때문이다. 포정·포석은 상변태 반응의 이름이다.

점결함은 원자 하나 규모의 결함이라 온도 상승에 따른 열평형 공공, 고온에서 급냉한 공공의 동결, 입자선 조사로 만들어진다. 반면 결정의 자유표면은 결정 전체를 경계 짓는 면(표면)결함이므로 점결함을 도입하는 방법이 아니다.

예열의 목적은 냉각속도를 늦추는 것이므로 열영향부의 경도는 강화되는 것이 아니라 낮아진다. 주철은 급랭하면 백선화되어 단단하고 취약해지므로, 예열로 서랭시켜 경도를 떨어뜨려 균열을 막는다. 잔류응력·변형 감소와 오염 저감은 예열의 옳은 효과다.

노치 시험편의 충격시험에서 어느 온도를 경계로 연성 파괴가 취성 파괴로 급변하는데, 그 온도가 천이온도(transition temperature)다. 천이온도가 낮은 강일수록 저온에서도 인성이 유지되어 취성파괴에 안전하다.

KS D 7005의 연강용 피복 아크 용접봉 심선은 C, Si, Mn, P, S, Cu의 함유량을 규정하며 P·S는 상한만 정한다. Mo는 고장력강·내열강용 용접봉에 쓰이는 합금원소일 뿐 연강용 심선의 규정 성분이 아니다.

침입형 고용은 철 원자 사이 빈틈에 들어갈 만큼 원자반지름이 작은 원소만 가능해 탄소·질소·수소·붕소·산소가 해당한다. 니켈은 철과 원자 크기가 비슷해 철 원자의 자리를 대신 차지하는 치환형 고용을 한다.

Fe-C 평형상태도에 나타나는 기본 상은 페라이트·오스테나이트·시멘타이트(및 이들의 혼합조직인 펄라이트)다. 마텐자이트는 오스테나이트를 급랭할 때 무확산 변태로 생기는 비평형 조직이라 평형상태도에는 표시되지 않는다.

저수소계(E4316)는 석회석·형석계 피복제라 흡습성이 커서 사용 전 300~350℃에서 1~2시간 건조해야 한다. 일반 용접봉의 건조 조건(70~100℃, 30분~1시간)보다 훨씬 높으며, 수분이 남으면 수소가 침입해 저온균열·기공이 생긴다.

탄소당량은 $C_{eq}=C+\dfrac{Mn}{6}+\dfrac{Ni+Cu}{15}+\dfrac{Cr+Mo+V}{5}$로, 강의 경화능에 영향을 주는 합금원소만 들어간다. 아연(Zn)은 강의 합금원소가 아니라 도금 재료이므로 산출식에 포함되지 않는다.

점결함은 원자 하나 규모의 결함으로 공공(vacancy), 격자간(침입형) 원자, 치환형 원자가 여기에 속한다. 전위는 선결함, 적층결함은 면결함, 수축공은 체적(부피)결함이다.

Al은 Cu·Ag·Au·Ni·γ철과 함께 면심입방격자(FCC)에 속해 슬립계가 많고 연성·가공성이 좋다. Nb와 Mo는 체심입방격자(BCC), Zn은 조밀육방격자(HCP)다.

TIG 용접의 보호가스는 텅스텐 전극과 용융지를 대기에서 완전히 차단해야 하므로 불활성 가스인 아르곤·헬륨과 그 혼합가스만 사용한다. 프로판은 탄화수소 가연성 가스로 아크 열에 분해되어 탄소·수소를 공급하므로 보호가스가 될 수 없다.

브라베 격자 14종 중 입방정계에는 단순입방·체심입방·면심입방 3가지만 존재한다. 밑면(저면)에만 원자를 더한 입방격자는 더 작은 정방격자로 환원되어 독립된 격자로 인정되지 않는다. 반면 사방(직방)정계는 단순·저심·체심·면심 4종이 모두 있어 면심사방격자는 실재한다.

보기의 평행한 두 줄 기호는 용접부 기본 기호 중 서페이싱(surfacing, 표면 육성)이다. 두 부재를 잇는 이음이 아니라 모재 표면에 내마모·내식용 용착금속을 덧쌓는 용접을 지시한다. 가장자리 용접은 판 끝을 세워 맞댄 부분을 녹이는 용접으로 기호가 다르다.

고체 내 종파 속도는 탄성계수가 클수록 빠르고 밀도가 클수록 느리므로 근호 안에 $\dfrac{E}{d}$가 오고, 3차원 구속 효과를 나타내는 $1-\mu$가 분자에 온다. 즉 $C=\sqrt{\dfrac{E}{d}\cdot\dfrac{1-\mu}{(1+\mu)(1-2\mu)}}$ 형태이며, 분모를 전개하면 $1-\mu-2\mu^{2}$이다.

모재 표면과 나란하게 층상(계단상)으로 갈라지는 균열은 라멜라 테어(lamellar tear)다. 압연강재 내부에 층상으로 늘어선 비금속 개재물을 따라 판 두께 방향 인장응력이 걸릴 때 생기므로, 구속이 큰 모서리 이음·T 이음에서 잘 나타난다. 황 함량이 낮고 두께 방향 연성이 확보된 강재를 쓰면 방지된다.

용접구조물은 응력이 한 곳에 몰리지 않게 설계해야 하므로 구조상 불연속부(단면 급변부)는 두지 말고 없애야 한다. 불연속부는 응력 집중과 피로파괴의 기점이 된다. 용접선의 집중·교차 회피, 중앙에서 바깥으로 향하는 용접순서, 압연방향 고려는 모두 옳은 지침이다.

필릿 용접 단면에서 루트로부터 용접 표면까지의 최단 거리가 목의 실제 두께(실제 목두께)이며 덧살까지 포함한 값이다. 덧살을 뺀 이론 목두께는 다리길이의 약 0.7배($a=0.707f$)로, 강도 계산에는 보통 이론 목두께를 쓴다.

가단주철·구상흑연주철은 흑연이 괴상·구상이어서 연성과 인성이 있으므로 회주철·백주철보다 낮은 예열온도로도 균열 없이 용접된다. 반대로 편상흑연의 회주철이나 시멘타이트 조직의 백주철은 취성이 커 높은 예열이 필요하다. 탄소량이 많거나 형상이 복잡할수록 예열온도를 올린다는 설명은 옳다.

용착금속의 부피는 단면적×길이 $=2.9\,\mathrm{cm^2}\times300\,\mathrm{cm}=870\,\mathrm{cm^3}$이고, 중량은 $870\times7.85\approx6830\,\mathrm{g}=6.83\,\mathrm{kgf}$다. 용착효율이 65%이므로 용접봉 사용량은 $\dfrac{6.83}{0.65}\approx\mathbf{10.5}\,\mathrm{kgf}$이다.

모재가 녹아 들어간 깊이, 즉 용융된 부분의 최고점에서 용접하는 면의 표면까지의 거리를 용입(penetration)이라 한다. 덧살은 표면 위로 남은 여분의 용착금속, 열영향부는 녹지 않고 열로 조직만 변한 부분이다.

토(toe) 균열은 비드 표면과 모재가 만나는 지단부 경계에 생기는 균열이다. 2번은 크레이터 균열, 3번은 비드 밑(루트) 균열, 4번은 모재의 황 편석으로 생기는 설퍼 균열의 설명이다.

용접 경비를 줄이려면 용착속도가 큰 용접봉으로 작업시간을 단축해야 하므로, 용착속도가 낮은 용접봉을 쓴다는 설명은 틀리다. 이음 수를 줄인 설계, 스크랩을 줄이는 재료계획, 각종 지그 사용은 모두 옳은 경비 절감책이다.

역변형법은 용접 전에 변형될 방향의 반대로 미리 굽혀 두는 변형 방지(사전 대책)이지 용접 후 교정법이 아니다. 교정법에는 피닝법, 롤러에 거는 방법, 절단 후 재용접, 박판의 점 수축법, 가열 후 가압법 등이 있다.

용접부를 두께 $t$, 유효길이 $\ell$인 직사각형 단면으로 보면 단면계수는 $Z=\dfrac{\ell t^{2}}{6}=\dfrac{300\times10^{2}}{6}=5000\,\mathrm{mm^3}$이다. 따라서 굽힘응력은 $\sigma_b=\dfrac{M_b}{Z}=\dfrac{30000}{5000}=\mathbf{6}\,\mathrm{kgf/mm^2}$다.

보기 중 용접물이나 용접 헤드를 원하는 위치로 돌려 아래보기 자세로 작업하게 해 주는 회전 장치는 매니퓰레이터뿐이다. 아래보기 자세는 용착속도와 비드 품질이 가장 좋아 능률이 높다. 바이스는 고정구, 웰더는 용접기·용접사를 가리킨다.

용접이음 효율은 모재 대비 이음부가 얼마나 강한지를 보는 값이므로 $\eta=\dfrac{\text{용접시험편의 인장강도}}{\text{모재의 인장강도}}\times100\,(\%)$이다. 분모가 모재의 인장강도여야 이음부가 모재보다 약할 때 100% 미만으로 나온다.

홈 설계에서 루트 반지름은 가능한 한 크게 해야 용접봉이 루트까지 닿아 용입 불량과 슬래그 혼입을 막을 수 있다. 홈 단면적을 작게(용착량·변형 감소), 적당한 루트 면과 루트 간격, 최소 10° 정도의 여유 각도는 모두 옳은 지침이다.

한 부분에서 몇 층을 쌓다가 옆 부분의 층으로 연속시켜 전체가 계단 모양이 되게 용착하는 방법이 캐스케이드법이다. 전진블록법은 한 개소를 여러 층으로 완성한 뒤 다음 블록으로 넘어가고, 비석법은 간격을 띄어 건너뛰며 용접해 변형·잔류응력을 줄인다.

CTS 시험은 판을 겹쳐 볼트로 조여 열이 두 방향·세 방향으로 빠지도록 만든 시험편에 비드를 놓고 균열을 조사하는 열적 구속도 시험이다. 리하이형은 슬릿 길이로 기계적 구속도를 바꾸는 시험이고, 휘스코 시험은 구속판을 사용하는 균열시험이다.

용접변형 방지의 냉각법은 용접부 주위 열을 빼앗아 가열 범위를 좁히는 방법으로 수냉 동판 사용법, 살수법, 석면포 사용법 세 가지를 든다. 수냉 침수법은 여기에 해당하지 않는다.

각변형은 패스 수가 많을수록 커지므로, 판 두께와 개선 형상이 같다면 지름이 큰 용접봉으로 패스 수를 줄여야 한다. 개선 각도를 작게 하고 용접속도가 빠른 방법을 택하는 것도 입열과 패스 수를 줄인다는 같은 이유에서 옳은 대책이다.

탄소당량이 낮을수록 경화능이 작아 저온균열 위험이 줄어들며, 일반적으로 Ceq 0.3~0.4% 수준이면 예열 없이도 용접성이 양호하다. 0.5%를 넘으면 예열·후열과 저수소계 용접봉 사용이 필요해진다.

기온과 습도의 상승작용으로 사람이 느끼는 더위·불쾌의 정도를 수치화한 것이 불쾌지수(DI)로, 건구온도와 습구온도만으로 계산한다. 감각온도는 여기에 기류(풍속)까지 더해 체감을 나타내는 척도라 구분된다.

용융형 플럭스는 원료를 고온에서 완전히 녹여 만들기 때문에 그 과정에서 탈산제나 합금원소가 산화·분해되어 첨가할 수 없다. 분해·산화되기 쉬운 원소를 넣을 수 있는 것은 저온에서 굳혀 만드는 소결형의 장점이다. 소결형이 흡습성이 크고 용제 소모가 적다는 설명은 옳다.

아크출력은 $40\times400=16\,\mathrm{kW}$, 소비전력은 여기에 내부손실을 더해 $16+4=20\,\mathrm{kW}$, 전원입력은 $80\times400=32\,\mathrm{kVA}$다. 따라서 역률은 $\dfrac{20}{32}\times100=\mathbf{62.5\%}$, 효율은 $\dfrac{16}{20}\times100=\mathbf{80\%}$다.

로봇의 작업기능은 대상물을 실제로 다루기 위한 동작·이동·구속 기능을 말한다. 교시(teaching)기능은 작업 순서와 위치를 사람이 로봇에 기억시키는 제어·정보처리 기능이므로 작업기능에 속하지 않는다.

아크 둘레를 냉각가스와 수랭 노즐로 감싸 단면을 강제로 좁혀 에너지밀도를 높이는 열적 핀치효과를 이용하는 것이 플라스마 아크 용접이다. 전자 빔·레이저 용접은 아크가 아니라 전자류와 빛을 집속해 열원을 만든다.

드래그는 절단면의 드래그 라인이 절단 진행 방향으로 뒤처진 양이며, 백분율 드래그는 $\dfrac{\text{드래그 길이}}{\text{강판 두께}}\times100$으로 정의한다. 표준 드래그 길이는 판 두께의 20% 정도다.

아크에어 가우징의 가우징 봉은 탄소와 흑연을 주원료로 성형한 뒤 표면에 구리를 도금한 탄소봉이다. 이 봉으로 아크를 일으켜 모재를 녹이고 $5\sim7\,\mathrm{kgf/cm^2}$의 압축공기로 용융금속을 불어내 홈을 판다.

피복제가 만든 슬래그가 용착금속을 덮어 냉각속도를 늦춰(서랭) 급랭에 의한 경화와 균열을 막는다. 따라서 냉각속도를 빠르게 한다는 설명은 틀리다. 합금원소 첨가, 저융점·저비중 슬래그 생성, 탈산·정련 작용은 모두 피복제의 옳은 역할이다.

와이어 지름보다 큰 용적이 단락 없이 중력으로 떨어지듯 옮겨가는 방식이 입상 이행(글로뷸러 이행)이며, 비교적 낮은 전류나 CO₂ 용접에서 잘 나타난다. 스프레이 이행은 임계전류를 넘겼을 때 와이어 지름보다 작은 미세 용적이 뿜어져 나가는 방식이다.

가스절단과 비슷한 토치로 산소-연료 불꽃을 이용해 표면에 둥근 홈을 파는 가공법이 가스 가우징으로, 뒷면 따내기와 U·H형 홈 가공에 쓴다. 아크에어 가우징은 탄소봉 아크와 압축공기를 쓰고, 스카핑은 표면 결함을 얇고 넓게 벗겨내는 방법이다.

작업을 끝냈거나 오래 중지할 때는 반드시 전원 스위치를 차단해야 하므로 차단할 필요가 없다는 설명은 틀리다. 무부하 상태에서도 홀더에는 무부하전압이 그대로 걸려 있어 젖은 손·습한 작업복과 닿으면 감전 위험이 크다.

가스 용접봉 지름은 $D=\dfrac{T}{2}+1$로 구하므로 $D=\dfrac{4.4}{2}+1=\mathbf{3.2}\,\mathrm{mm}$다. 판이 두꺼울수록 굵은 용접봉을 써서 필요한 용착량을 맞춘다.

연납의 흡착(젖음)작용은 주석 함유량이 많을수록 좋아져 주석 100%일 때 가장 우수하고, 아연 100%에서는 흡착작용이 없다. 따라서 주석 100%에서 가장 나쁘다는 설명이 틀리다. 일반적인 연납은 주석 40%-납 60% 합금이다.

스터드 용접은 스터드와 모재 사이에 아크를 일으켜 녹인 뒤 가압해 붙이는 아크 용접(융접)이다. 점·심·플래시 용접은 접합부에 대전류를 흘려 생기는 저항열을 이용하는 전기저항용접이다.

예열불꽃이 강할 때는 절단면 위 모서리가 녹아 둥글게 되고 절단면이 거칠어지며 슬래그 중 철 성분의 박리가 어려워진다. 반면 드래그가 증가하고 절단속도가 느려지는 것은 예열불꽃이 약할 때 나타나는 현상이다.

아크 용접기는 수하특성을 가져 아크 길이가 변해도 전류 변동이 작아야 용접이 안정되므로, 전류 변동이 클 것이라는 조건은 틀리다. 아크 발생·유지가 쉬울 것, 단락전류가 지나치게 크지 않을 것, 적당한 무부하전압을 가질 것은 모두 옳은 조건이다.

원판 전극을 굴리며 점용접을 연속·중첩시켜 선 모양 용접부를 만드는 심 용접이 기밀·수밀·유밀이 요구되는 용기·탱크 제작에 가장 적합하다. 점 용접과 프로젝션 용접은 점 단위 접합이라 연속된 밀봉선을 만들 수 없다.

마찰용접은 접합면을 회전 마찰열로 가열한 뒤 압력을 가해 붙이므로 압접에 속한다. 가스용접·피복 금속 아크용접·스터드 용접은 모재를 녹여 붙이는 융접이다.

교류 아크 용접기의 자동전격방지장치는 아크가 끊기면 약 1초 안에 출력측 무부하전압을 25V 이하의 안전전압으로 낮춰 감전을 막는다. 장치가 없으면 무부하전압이 70~80V까지 걸려 위험하다.

E4324의 끝 두 자리 24가 피복제 계통을 나타내며 철분산화티탄계다. E4313은 고산화티탄계, E4316은 저수소계, E4326은 철분저수소계다. 철분계는 피복제에 철분을 넣어 용착속도가 빠르고 아래보기·수평필릿 자세에 쓴다.