18년 1회차

저온균열은 용접금속이 약 300℃ 이하로 냉각되었을 때 발생하는 균열이다.

주로 확산성 수소, 급랭에 의한 경화조직, 잔류응력이 함께 작용해 발생하며, 응고 직후 고온에서 발생하는 고온균열과는 구분되는 현상이다.

일반적인 금속 결정격자 중 전연성이 가장 큰 것은 면심입방격자(FCC)이다.

면심입방격자는 원자가 조밀하게 배열된 슬립면과 슬립방향이 많아 소성변형이 쉽게 일어나므로, 체심입방격자나 조밀육방격자보다 전연성이 우수하다.

탄소와 질소를 동시에 강의 표면에 침투·확산시켜 표면을 경화시키는 방법은 침탄 질화법이다.

질화법은 질소만 침투시키고, 고주파 담금질은 표면을 급속 가열·냉각해 경화시킬 뿐 원소를 침투시키지 않는다는 점에서 구분된다. 침탄 질화법은 두 원소를 함께 확산시켜 표면 경도와 내마모성을 동시에 높인다.

킬드강을 제조할 때 탈산 작용을 하는 가장 적합한 원소는 Si(규소)이다.

규소는 망간·알루미늄과 함께 대표적인 탈산제로 쓰여 용강 속 산소를 제거하는 반면, P와 S는 강의 불순물이고 Ar은 탈산 반응을 일으키지 않는 불활성 가스이다.

연강을 0℃ 이하의 저온에서 용접할 때는 용접 이음의 양쪽 폭 100mm 정도를 40~75℃로 예열하는 것이 옳은 요령이다.

저온에서 예열 없이 용접하면 급랭으로 인한 저온균열 위험이 커지므로, 이음부 주변을 적정 온도로 예열해 냉각 속도를 완화한다.

내식성·내열성·용접성이 우수하고 대표 조성이 18Cr-8Ni인 스테인리스강 계통은 오스테나이트계이다.

크롬과 니켈을 함께 첨가해 오스테나이트 조직을 상온에서도 안정적으로 유지시킨 것이 이 계통의 특징이며, 페라이트계나 마텐자이트계는 니켈 함량이 낮거나 없어 조성이 다르다.

용착금속의 샤르피 흡수 에너지, 즉 충격인성을 가장 높게 할 수 있는 용접봉은 E4316(저수소계)이다.

저수소계 용접봉은 피복제에서 발생하는 확산성 수소량이 적어 용착금속의 인성이 좋고, 그 결과 저온에서도 충격흡수 에너지가 높게 나타난다.

Fe-C 합금에서 6.67%C를 함유하는 탄화철(Fe₃C)의 조직은 시멘타이트이다.

시멘타이트는 철과 탄소의 금속간화합물로 경도가 매우 높고 취성이 커서, 페라이트나 오스테나이트 같은 고용체 조직과 성질이 뚜렷이 구분된다.

일반적인 피복 아크 용접봉의 편심률은 3% 이내로 규정되어 있다.

편심률이 이 기준을 벗어나면 아크 발생이 불안정해지고 비드 형상이 고르지 못하게 되므로, KS 규격에서 이를 관리 기준으로 정하고 있다.

슬래그를 구성하는 산화물 중 산성 산화물의 대표는 SiO₂이다.

슬래그의 염기도를 따질 때 SiO₂는 산성 성분의 기준으로 쓰이며, 이와 대비되는 염기성 산화물에는 CaO·MgO·MnO·FeO 등이 속한다.

용접자세 표시 기호 중 V는 수직 자세(Vertical)를 나타낸다.

F는 아래보기 자세, H는 수평 자세, O는 위보기 자세를 나타내는 기호로, 각각 표시하는 자세가 서로 다르다.

복사한 도면이나 큰 도면을 접을 때는 A4 크기로 접는 것이 원칙이며, A3 크기로 접는다는 설명은 틀린 내용이다.

• A0의 넓이가 약 1㎡라는 것은 맞는 설명이다.
• A4의 크기가 210mm×297mm라는 것도 맞는 설명이다.
• 제도 용지의 세로와 가로 비가 1:√2라는 것도 맞는 설명이다.

얇은 부분의 단면도를 도시할 때는 단면 전체를 검게 칠한 것처럼 나타내는 아주 굵은 실선을 사용한다.

얇은 판재나 형강처럼 두께가 매우 얇은 부분을 일반적인 해칭으로 표시하면 알아보기 어려우므로, 이 경우에는 굵은 실선으로 단면 전체를 채워 표시한다.

( )는 참고 치수를 나타내는 보조기호이며, 이론적으로 정확한 치수는 숫자를 사각형 틀로 둘러싸서 표시하므로 이 설명은 틀렸다.

• C가 45° 모떼기를 뜻한다는 것은 맞는 설명이다.
• SR이 구의 반지름을 뜻한다는 것도 맞는 설명이다.
• t가 판의 두께를 뜻한다는 것도 맞는 설명이다.

일반적인 판금전개도의 전개 방법은 평행선법·방사선법·삼각형법 세 가지이며, 사각형 전개법이라는 방법은 존재하지 않는다.

평행선법은 원통형처럼 모선이 서로 평행한 물체에, 방사선법은 원뿔형처럼 모선이 한 점에서 퍼지는 물체에, 삼각형법은 꼭짓점이 없는 복잡한 곡면체에 주로 적용한다.

상하 또는 좌우 대칭인 물체에서 중심선을 기준으로 절반은 외형을, 절반은 단면을 그려 내부와 외부 모양을 동시에 나타내는 단면도법은 한쪽 단면도(반단면도)이다.

온 단면도는 물체 전체를 절단해 단면만 나타내고, 부분 단면도는 필요한 일부분만 국소적으로 절단해 나타낸다는 점에서 차이가 있다.

파선은 짧은 선을 일정한(규칙적인) 간격으로 나열한 선이므로, 이를 불규칙한 간격으로 나열한 선이라고 한 설명은 틀렸다.

• 실선을 연속적으로 이어진 선이라 한 설명은 맞다.
• 일점쇄선을 길고 짧은 두 종류의 선을 번갈아 나열한 선이라 한 설명도 맞다.
• 이점쇄선을 긴 선과 두 개의 짧은 선을 번갈아 나열한 선이라 한 설명도 맞다.

가는 2점쇄선(가상선)은 가공 전 또는 가공 후의 모양을 표시하는 데 쓰인다.

이 밖에도 인접 부분을 참고로 나타내거나 이동하는 부분의 이동 위치를 표시할 때도 가는 2점쇄선을 사용한다.

도면에서 2종류 이상의 선이 같은 장소에서 중복될 경우 가장 우선적으로 그어야 하는 선은 외형선이다.

일반적인 우선순위는 외형선, 숨은선, 절단선, 중심선, 무게중심선, 치수보조선 순으로, 물체의 실제 형상을 나타내는 선일수록 먼저 그린다.

숨은선은 가는 실선이 아니라 파선(은선)으로 나타낸다.

치수선, 지시선, 치수 보조선은 모두 제도 규격상 가는 실선으로 긋는 선이다.

지름이 작은 용접봉으로 패스 수를 늘리는 것은 각 변형 방지대책이 아니라 오히려 변형을 키우는 방향이다.

• 구속지그로 부재를 고정하면 변형을 억제할 수 있다.
• 용접속도가 빠른 용접법은 입열량과 열영향 범위를 줄여 변형을 줄인다.
• 개선 각도를 작업에 지장이 없는 범위에서 작게 하면 용착금속량이 줄어 변형이 감소한다.

판 두께와 개선형상이 같다면 지름이 굵은 용접봉으로 패스 수를 줄여야 총 입열과 각 변형이 작아지므로, 가는 용접봉으로 패스 수를 늘리는 것은 대책이 될 수 없다.

주부재와 2차 부재를 전둘레 용접하면서 틈새를 두는 방식은 시점·종점부 결함을 줄이는 설계와는 거리가 멀다.

엔드 탭을 붙여 아크 스타트와 크레이터를 모재 밖에서 처리한 뒤 제거하거나, 양면 용접 후 다리길이 끝을 라운딩하거나, 엔드 탭 없이 한 면 V형 홈으로 만들고 라운딩하는 방법은 모두 시점·종점부 결함을 줄이기 위한 실제 설계 방법이다.

언더필은 용착금속이 충분히 채워지지 않아 용접부 표면이 모재 표면보다 낮게 파인 결함이다.

• 오버랩은 용착금속이 모재에 융합되지 않고 겹쳐 흘러내린 결함이다.
• 스패터는 용접 중 튀는 용융 금속 입자가 모재에 붙는 현상이다.
• 아크 스트라이크는 아크가 순간적으로 발생해 모재 표면에 흠집을 남기는 것이다.

포장 불량은 용접구조물의 파괴·손상 원인과 직접 관련이 없다.

재료 불량, 설계 불량, 시공 불량은 모두 용접구조물의 강도 저하와 파손을 일으키는 대표적인 원인으로 꼽힌다.

라멜라테어는 T 이음 등에서 모재 내부에 강판 표면과 평행하게 층상으로 발생하는 균열로, 모재에 함유된 비금속 개재물이 주된 원인이다.

토 균열은 비드 끝단(토)에서, 재열 균열은 후열처리 과정에서, 루트 균열은 루트부에서 발생하는 균열로 발생 위치와 원인이 서로 다르다.

용접선이 중간중간 끊겨 있고 판을 사이에 둔 위쪽 줄과 아래쪽 줄의 용접 구간이 서로 엇갈리게 놓여 있으므로 단속 지그재그 필릿용접이다.

필릿 용접은 먼저 용접선이 이어지는지에 따라 연속·단속으로 나누고, 단속일 때 양쪽 용접 구간이 마주 보면 병렬, 서로 어긋나면 지그재그로 구분한다. 그림은 한쪽 구간의 빈자리에 반대쪽 구간이 오도록 배치돼 있다.

• 연속 필릿용접이라면 용접부가 끊기지 않고 이음 전체 길이에 이어져 그려진다.
• 단속 병렬 필릿용접이라면 양쪽 용접 구간이 판을 사이에 두고 같은 위치에서 마주 보게 그려진다.

응력 제거 풀림을 하면 충격저항이 오히려 향상되므로 충격저항이 감소한다는 설명은 틀렸다.

치수 틀림 방지, 크리프 강도 향상, 열영향부의 템퍼링 연화는 응력 제거 풀림으로 기대할 수 있는 실제 효과다.

앞치마는 용접 작업자를 보호하는 보호구이지 작업에 쓰는 공구가 아니다.

치핑해머, 용접집게, 와이어브러시는 슬래그 제거·모재 취급·표면 청소 등에 쓰이는 실제 용접용 공구다.

환산 용접 길이는 각 자세별 용접 길이에 환산계수를 곱해 더한 값이다.

아래보기 맞대기: $15\,\mathrm{m} \times 1.32 = 19.8\,\mathrm{m}$

수직 맞대기: $8\,\mathrm{m} \times 4.32 = 34.56\,\mathrm{m}$

따라서 환산 용접 길이는 $19.8 + 34.56 = 54.36\,\mathrm{m}$이다.

회전변형은 홈 용접이 진행됨에 따라 홈 간격이 넓어지거나 좁아지는 형태로 나타나는 변형이다.

종변형은 용접선 방향의 수축, 횡변형은 용접선에 직각 방향의 수축, 각변형은 단면이 각도를 이루며 굽는 변형으로 각각 양상이 다르다.

방사선 투과 검사(RT)는 필름에 감광된 상으로 용착금속 내부의 기공, 슬래그 혼입 등을 판별할 수 있어 내부 결함 검출에 가장 적합하다.

누설 검사와 육안 검사는 표면이나 관통 결함을 대상으로 하고, 침투 탐상 검사는 표면에 열린 결함만 검출할 수 있어 내부 기공은 잡아내지 못한다.

침투검사(PT)는 침투액이 모세관 현상으로 표면에 열린 미세한 결함 속으로 스며든 뒤 현상액으로 이를 드러내는 표면결함 검사법이다.

육안검사는 눈으로 직접 확인하는 방법이고, 자분검사는 누설 자속을, 전자기적검사는 와전류 등을 이용하므로 모세관 현상과는 원리가 다르다.

엔드 탭은 모재와 같은 재질·두께·홈 형상으로 만들어야 아크 스타트와 크레이터에서 생기는 결함을 모재 밖으로 유도할 수 있다.

따라서 모재와 다른 재질을 사용해야 한다는 설명은 틀렸다. 시작부와 끝부분에 가접한 후 용접해 결함을 방지한다는 점은 옳은 설명이다.

용착효율은 소모된 용접봉 중량에 대한 실제 용착금속 중량의 비율이다. 용접봉 0.2톤은 200kgf이다.

$\dfrac{170\,\mathrm{kgf}}{200\,\mathrm{kgf}} \times 100 = 85\%$

따라서 이 용접의 용착효율은 85%이다.

펄스법은 전류를 주기적으로 높낮이로 변화시켜 용접하는 전류 제어 방식이지, 비드를 배치하는 용착법의 한 종류는 아니다.

전진법, 대칭법, 스킵법은 모두 용접 진행 방향과 순서에 따라 비드를 배치하는 실제 용착법이다.

인장 시험기는 시험편을 축 방향으로 잡아당겨 파단시키므로 굽힘 응력은 측정할 수 없다.

연신율, 인장 강도, 단면 수축률은 모두 인장·파단 과정에서 직접 산출되는 값이다.

용접이음의 허용응력은 인장강도를 안전율로 나눈 값이다.

$\dfrac{40\,\mathrm{kgf/mm^2}}{5} = 8\,\mathrm{kgf/mm^2}$

따라서 이 용접이음의 허용응력은 8kgf/mm²이다.

용접 구조 설계 시 주의 사항으로 틀린 것은 가용착 금속은 가능한 다듬질 부분에 포함되게 한다는 진술이다. 용착 금속은 응력 집중을 유발하고 기계적 성질이 모재와 다르므로, 오히려 다듬질(마무리 가공)의 대상이 되지 않도록 설계해야 한다.

• 용접 이음의 집중·접근·교차 회피: 응력 집중을 줄이기 위해 피하는 것이 맞다.
• 리벳과 용접의 혼용 시 주의: 리벳과 용접을 함께 쓸 때 부식·응력 문제로 주의가 필요하다.
• 후판 용접에서 용입이 깊은 용접법 이용: 용입 깊은 용접법(고주파·심용접)으로 층수를 줄여 생산성을 높이는 것이 정확한 설계 원칙이다.

두께가 같다면 용접부에서 열이 빠져나갈 방향이 많을수록 냉각이 빨라지므로, 판 네 장이 한 점에서 만나는 십자 이음이 가장 빠르다.

냉각 속도는 모재로 전도되는 열량이 좌우한다. 판 두 장만 만나는 맞대기 이음과 모서리 이음은 열이 흩어질 길이 적고, 판 세 장이 만나는 T 이음, 네 장이 만나는 십자 이음 순으로 열전도 경로가 늘어나 그만큼 빨리 식는다.

냉각이 빠르면 열영향부가 급랭되어 경화와 저온 균열 위험이 커지므로, 판이 여러 방향으로 붙는 이음일수록 예열과 입열 관리가 중요해진다.

용접 이음부 형태를 설계할 때는 용착 금속량을 최소화하는 방향으로 홈을 설계해야 하므로, 최대한 깊은 홈을 설계하는 것은 바람직한 고려사항이 아니다.

루트간격과 홈각도를 적당히 선택하고, 용착 금속량이 적은 이음모양을 고르며, 용접봉이 쉽게 접근되도록 하는 것은 모두 실제 설계에서 고려해야 할 사항이다.

"텅스텐 전극봉이 많은 열을 받는다"는 오히려 거짓이다. 고주파 교류 전원은 열 집중도가 높아 전극과 모재 모두에 더 효율적으로 열을 전달하되, 전극 자체의 과열을 오히려 경감시킨다는 것이 용접학의 원리이므로, 이 주장은 고주파 교류 사용의 장점과 모순된다.

고주파 교류 전원(HF AC)을 사용한 불활성 가스 텅스텐 아크 용접은 일반 교류전원 대비 고주파 성분이 아크를 안정화시켜 여러 장점을 제공한다.

• 접촉 없이 아크 발생: 고주파가 점화(ignition)를 용이하게 해 접촉 없이도 아크 발생이 가능하다.
• 아크가 약간 길어져도 끊어지지 않음: 안정된 아크로 인해 약간의 아크장 변화에도 끊어지지 않는다.
• 전극 수명 연장: 아크가 안정적이고 예측 가능해져 텅스텐 전극의 소모가 줄어들어 수명이 연장된다.

공업용 아세틸렌 가스를 담는 용기는 황색으로 도색한다.

가스 용기는 내용물을 쉽게 구분하도록 종류별로 색이 정해져 있는데, 산소는 녹색, 수소는 주황색, 액화탄산가스는 청색, 액화암모니아는 백색으로 표시하며 아세틸렌만 황색으로 구분한다.

이는 폭발 위험이 큰 아세틸렌을 다른 가연성·조연성 가스와 혼동하지 않도록 하기 위한 안전 규정이다.

아크 쏠림을 방지하려면 접지점을 용접부에서 멀리 두거나 두 개로 나누어야 하므로, 접지점을 용접부에 가까이 하는 것은 방지대책이 아니다.

짧은 아크를 사용하고, 직류 대신 교류 용접을 쓰고, 용접봉 끝을 아크 쏠림 반대 방향으로 기울이는 것은 실제로 효과적인 방지대책이다.

가스용접은 아크용접보다 열원의 온도가 낮고 열이 넓게 퍼져 금속이 탄화·산화될 가능성이 크다.

아크용접에 비해 불꽃 온도가 낮고 열 집중성이 떨어지며, 유해광선의 발생도 아크용접보다 적다는 점에서 나머지 보기는 가스용접의 실제 특징과 반대된다.

$\mathrm{CO_2}$ 가스 아크 용접의 보호가스는 $\mathrm{CO_2}$ 단독 또는 필요시 Ar 등을 섞어 사용하며, 수소를 다량 혼합하면 기공·균열의 원인이 되므로 사용하지 않는다.

전류 밀도가 높아 용입이 깊고 용접속도를 빠르게 할 수 있는 점, 장치 구성이 MIG용접과 유사한 점, 탈산제로 Mn·Si를 포함한 와이어를 쓰는 점은 이 용접법의 실제 특징이다.

전격을 방지하려면 무부하(개로) 전압이 낮은 용접기나 전격방지기를 사용해야 하므로, 무부하 전압이 높은 용접기를 쓰는 것은 대책이 될 수 없다.

작업 중단·완료 시 전원을 차단하고, 안전 홀더와 절연 보호구를 착용하며, 습기 찬 작업복·장갑을 피하는 것은 실제 전격 방지대책이다.

가스 용접봉은 모재와 재질·용융온도가 비슷해야 하고, 인(P)과 황(S) 같은 불순물은 적어야 균열이나 취성을 막을 수 있다.

따라서 인이나 황의 성분이 많아야 한다는 설명은 틀렸다.

돌기용접(프로젝션 용접)은 여러 개의 돌기를 한 번에 가압·통전해 접합하므로 점용접보다 작업 속도가 빠르다.

작은 용접점에서도 신뢰도가 높고, 전극 소모가 적어 수명이 길며, 열용량이 다른 부재를 접합해도 양호한 열평형을 얻을 수 있는 점은 돌기용접의 실제 장점이다.

허용사용률은 $\left(\dfrac{\text{정격 2차 전류}}{\text{실제 용접 전류}}\right)^2 \times \text{정격사용률}$로 구한다.

$\left(\dfrac{500}{400}\right)^2 \times 40 = 1.5625 \times 40 = 62.5\%$

따라서 이 조건의 허용사용률은 62.5%이다.

E4326은 철분저수소계 용접봉으로, 저수소계 피복제에 30~50%의 철분을 첨가해 용착 속도와 작업 능률을 높인 용접봉이다.

E4313은 고산화티탄계, E4324는 철분산화티탄계, E4327은 철분산화철계로 각각 계통이 다르다.

아크 에어 가우징에 사용하는 압축공기의 압력은 대체로 5~7kgf/cm² 정도면 충분하며, 20kgf/cm²는 지나치게 높은 값이다.

가우징봉으로 탄소 전극봉을 사용하고, 가스 가우징보다 작업 능률이 2~3배 높으며, 용접 결함부 제거와 홈 가공에 쓰인다는 점은 실제 특징이다.

불활성가스 금속 아크 용접(MIG)은 전류 밀도가 높아 용입이 깊고 용접 재료의 손실이 적은 것이 특징이므로, 전류 밀도가 낮다는 설명은 틀렸다.

아크가 눈에 보여 시공이 편리하고, 바람이 부는 옥외에서는 방풍 장치가 필요하며, 토치가 접근하기 어려운 조건에서는 용접이 곤란할 수 있다는 점은 실제 특징이다.

고주파 용접은 고주파 전류의 표피효과와 근접효과를 이용해 접합부만 국부적으로 가열해 압접하는 방법이다.

폭발 압접, 초음파 용접, 마찰 용접은 각각 폭발 에너지, 초음파 진동, 마찰열을 이용하는 방식으로 표피효과·근접효과와는 무관하다.

빌드업법(덧살올림법)은 각 층마다 용접선 전체 길이를 용접하고 그 위에 다음 층을 쌓아 올리는 다층 용착법이다.

스킵법과 대칭법은 비드를 나누어 배치하는 방향에 관한 방법이고, 캐스케이드법은 계단식으로 겹쳐가며 쌓는 방식이라 빌드업법과는 진행 방식이 다르다.

압력 조정기는 용기 내 가스량이 변해도 조정압력과 방출압력의 차이가 작아야 안정적으로 작동하므로, 차이가 커야 한다는 설명은 틀렸다.

동작이 예민하고 빙결되지 않으며, 조정압력이 가스량 변화와 무관하게 일정한 것은 압력 조정기의 실제 구비조건이다.

마찰 납땜은 존재하지 않는 분류로, 마찰을 이용한 접합은 고상 용접법인 마찰 용접에 해당하며 경납땜의 종류로 분류되지 않는다.

가스 납땜, 노내 납땜, 저항 납땜은 가열 방식에 따라 구분되는 실제 경납땜의 종류다.

용접 차광막은 작업자 개인이 착용하는 보호구가 아니라 주변 사람과 작업장을 보호하기 위해 설치하는 시설물이다.

용접 장갑, 용접 헬멧, 가죽 앞치마는 용접 작업자가 직접 착용하는 보호구다.

사용률은 아크 발생시간을 아크 발생시간과 휴식시간의 합으로 나눈 값이다.

$\dfrac{6}{6+4} \times 100 = 60\%$

따라서 이 용접기의 사용률은 60%이다.

직류 정극성(DCSP)은 전극에 음극(-), 모재에 양극(+)을 연결하는 방식으로, 전자가 모재 쪽으로 집중되면서 용입이 깊고 비드 폭은 좁게 형성된다.

반대로 직류 역극성(DCRP)은 모재의 청정작용은 우수하지만 용입이 얕고 비드 폭이 넓어지는 특성을 갖는다.

따라서 정극성으로 용접하면 역극성 대비 비드 폭이 좁아지는 결과가 나타난다.

일렉트로 가스 아크 용접은 탄산가스를 실드가스로 사용해 용융부를 대기와 차단하고, 그 분위기 속에서 발생시킨 아크열로 모재를 용융시켜 수직 자세의 후판을 한 층으로 용접하는 방식이다.

• 실드 용접은 일반적인 명칭이 아니며 특정 용접법을 지칭하지 않는다.
• 테르밋 용접은 화학반응열을 이용하는 방식으로 아크나 실드가스를 사용하지 않는다.
• 전자빔 용접은 진공 중에서 전자빔의 운동에너지로 용융시키는 방식으로 탄산가스와 무관하다.