17년 2회차

탄소강에서 탄소 함유량이 늘어나면 경도와 강도는 증가하고 연성과 인성은 감소한다.

탄소가 페라이트에 고용되거나 시멘타이트(Fe3C)를 형성해 조직을 단단하고 취성 있게 만들기 때문이다.

질량효과는 담금질 시 재료의 두께(질량)에 따라 표면과 내부의 냉각속도 차이가 생겨, 부위별로 경화 깊이와 경도가 달라지는 현상을 말한다.

두꺼운 재료일수록 내부의 냉각속도가 느려 경화 깊이가 얕아지는 것이 질량효과의 대표적인 예다.

펄라이트는 페라이트와 시멘타이트가 층상으로 교대로 배열된 공석 조직이다.

공석강을 오스테나이트 구역에서 서냉하면 얻어지는 대표적인 강의 조직이다.

스테인리스강은 금속조직에 따라 마텐자이트계, 페라이트계, 오스테나이트계의 세 가지로 분류한다.

이 중 오스테나이트계는 Cr-Ni계로 내식성이 가장 우수해 용접구조물에 널리 사용된다.

예열의 목적은 열영향부와 용착금속이 급냉으로 경화되는 것을 억제하고 연성을 확보하는 데 있으므로, 경화를 촉진하고 연성을 감소시킨다는 설명은 예열 목적과 정반대여서 틀렸다.

수소 방출을 도와 저온균열을 방지하고, 기계적 성질을 향상시켜 경화 조직의 석출을 막으며, 온도분포를 완만하게 하여 잔류응력과 변형을 줄이는 것은 실제 예열의 목적에 해당한다.

완전 풀림은 강의 조직을 개선·연화시키기 위해 $A_{c3}$ 또는 $A_{c1}$ 점보다 20~50℃ 높은 온도로 가열한 뒤 노(爐) 안에서 서서히 냉각(노냉)하는 열처리다.

이 과정에서 주조 조직이나 고온에서 조대화된 결정립이 미세하고 균일한 조직으로 바뀐다.

고장력강 용접에서는 아크 길이를 짧게 유지해야 대기 중 수소·질소 흡수를 줄이고 비드 형상을 안정시킬 수 있으므로, 아크 길이를 최대한 길게 유지한다는 설명이 틀렸다.

• 저수소계 용접봉을 사용하는 것은 저온균열 방지를 위한 옳은 방법이다.
• 위빙 폭을 크게 하지 않는 것도 입열을 제한하기 위한 옳은 방법이다.
• 용접 전 이음부 내부를 청소하는 것도 결함 방지를 위한 옳은 절차다.

탄소 함유량이 0.2% 이하로 낮은 강은 담금질성이 낮아 열영향부의 경화나 저온균열 우려가 적어 용접성이 가장 좋다.

탄소량이 많을수록 급냉 시 마텐자이트가 형성되기 쉬워 균열 위험이 커지고 용접성이 나빠진다.

심랭 처리(subzero treatment)는 담금질한 강을 실온까지 냉각한 후, 다시 실온 이하의 마텐자이트 변태 종료 온도까지 냉각하여 남아 있던 잔류 오스테나이트를 마텐자이트로 변태시키는 열처리다.

이를 통해 치수 안정성과 경도를 높일 수 있다.

건축 구조용 탄소 강관의 KS 기호는 SNT이며, 뒤의 숫자는 항복강도 등급을 나타낸다.

나머지는 다른 제품의 기호다. SPS는 스프링 강재, SGT는 일반 구조용 탄소 강관, SRT는 일반 구조용 각형 강관의 기호다.

숨은선은 보이지 않는 부분의 형상을 나타내는 선으로, 가는 실선이 아니라 파선으로 그린다.

지시선, 치수선, 회전단면선은 모두 가는 실선으로 그리는 선이다.

용접 기호에서 토우(toe)를 매끄럽게 함은 반원 또는 둥근 곡선 형태의 기호로 표시되며, 이는 용접부와 모재의 경계선인 토우 부분을 기계적으로 평활하게 처리하는 작업을 의미한다. 동일 평면으로 다듬질은 수평선 기호, 영구적인 덮개 판을 사용하면 검은 사각형, 제거 가능한 이면 판재 사용은 흰 사각형 또는 열린 사각형으로 각각 구분되므로, 토우를 매끄럽게 함의 기호와 정확하게 대응되는 것이 정답이다.

관련되는 치수는 되도록 한곳에 모아서(집중) 기입해야 도면을 읽기 쉬우므로, 분산시켜 기입한다는 설명이 치수기입 원칙에 어긋난다.

치수 중복을 피하고 주 투상도에 집중시키며 계산 없이 바로 읽히도록 기입하는 것은 모두 올바른 치수기입 원칙이다.

기준선 위에 두 개의 경사선이 V자로 벌어진 기호는 V형 홈 맞대기 용접을 나타내는 것이지 겹침 접합부 기호가 아니므로 명칭과 기호가 서로 맞지 않는다.

겹침 접합부의 기호는 두 장의 판이 서로 겹쳐 접힌 단면을 본뜬 계단 모양으로 그린다. V자 형상과는 생김새가 전혀 달라 대체될 수 없다.

• 원의 위아래를 두 개의 평행선이 가로지르는 기호는 심 용접이 맞다.
• 기준선 아래로 볼록한 반원은 이면 용접 기호가 맞다.
• 나란한 세 줄의 수직선은 가장자리 용접 기호가 맞다.

SM 45C는 탄소 함유량 약 0.45%의 기계 구조용 탄소 강재를 나타내는 KS 기호다.

SM은 기계구조용강을 뜻하고, 뒤의 숫자는 평균 탄소 함유량(%)의 100배를 의미한다.

구의 반지름 치수 기입 시 사용하는 기호를 판단하는 문제다. 보기 1번에서 제시한 기호 'Sø'는 잘못된 표기이며, 정확한 기호는 'SR'(또는 R)이다. 구의 반지름을 나타낼 때는 일반 원의 반지름과 구분하기 위해 SR 기호를 붙이는 것이 표준 치수 기입법이다. 보기 2번의 정사각형 기호 □, 보기 3번의 두께 기호 t, 보기 4번의 원형 반지름 기호 R은 모두 KS 표준 치수 기입법에 따른 올바른 표기이다.

평행선 전개도법은 각기둥이나 원기둥처럼 모서리(모선)가 서로 평행한 입체를 전개할 때 사용하는 방법이다.

원뿔이나 각뿔처럼 꼭짓점으로 모이는 입체는 방사선 전개도법을, 복잡한 곡면체는 삼각형 전개도법을 주로 사용한다.

외형선은 물체의 보이는 겉모양을 나타내는 선으로 굵은 실선을 사용하며, 가는 1점 쇄선으로 그리지 않는다.

중심선, 기준선, 피치선은 모두 가는 1점 쇄선으로 표시하는 선이다.

투상도법은 물체를 도면에 그려내는 제도 표현 방식이지, 실물을 보고 그리는 스케치 방법 자체는 아니다.

프린트법, 본뜨기법, 프리핸드법은 모두 실제 부품을 직접 대상으로 형상을 옮기거나 그리는 스케치 방법에 해당한다.

KS D는 건설이 아니라 금속 부문을 나타내는 기호이므로, KS D를 건설로 연결한 설명이 틀렸다. 건설 부문은 KS F이다.

KS A는 기본, KS B는 기계, KS C는 전기 부문으로 옳게 연결되어 있다.

리하이 구속 시험은 대표적인 용접 균열 시험법으로, 시험편의 구속도를 인위적으로 변화시켜 저온균열이 발생하는 한계 구속도를 측정한다.

킨젤 시험은 노치를 넣은 시험편의 연성을 평가하는 시험이고, 코머렐 시험과 슈나트 시험은 노치 취성을 평가하는 시험이어서 균열 시험법과는 목적이 다르다.

중판 이상의 맞대기 용접에서 홈 각도는 용접봉을 자유롭게 운봉할 수 있을 만큼 충분히 확보해야 하며, 반대로 운봉이 불가능할 정도로 좁은 홈 각도를 만드는 것은 잘못된 설계 요령이다.

루트반지름을 크게 하고 적당한 루트면·루트간격을 두는 것, 홈의 단면적을 작게 하여 용착량을 줄이는 것은 모두 올바른 홈 설계 원칙이다.

용착부에 작용하는 인장응력은 $\sigma = \dfrac{P}{l \times t}$로 구하며, 이 식에서 판 두께를 구하면 된다.

$5 = \dfrac{8000}{80 \times t}$이므로 $t = \dfrac{8000}{5 \times 80} = 20\,\mathrm{mm}$가 된다.

용접은 리벳이음 등에 비해 공정수를 줄여 제작 능률을 높이는 것이 장점이므로, 자동화는 가능하지만 오히려 제작 공정수가 줄어드는 것이 사실이다.

수밀·기밀성이 우수하고 이종재료 접합이 가능하며 재료가 절약되어 무게가 가벼워지는 것은 모두 용접의 실제 장점이다.

비석법(스킵법)은 용접선 전체를 몇 구간으로 나눈 뒤 한 구간씩 건너뛰며 용접하고 빈 구간을 다시 채우는 방식으로, 열이 국부적으로 집중되지 않아 잔류응력과 변형이 가장 적은 용착법이다.

예열은 용접부의 냉각속도를 늦춰 수소가 쉽게 빠져나가도록 돕고, 그 결과 경도가 낮아져 인성이 향상되는 효과를 준다.

따라서 수소 방출이 어렵고 경도가 높아져 인성이 저하한다는 설명은 예열의 실제 효과와 반대이다.

기계적 성질 향상, 열응력·잔류응력 감소, 열영향부와 용착금속의 경화 방지는 모두 예열의 정상적인 목적이다.

인장하중은 $P = \sigma \times l \times t$로 구한다.

$P = 5 \times 200 \times 10 = 10000\,\mathrm{N}$이므로 이때 작용하는 인장하중은 10000N이다.

용접 지그를 사용하면 부재를 정확한 위치에 구속하여 용접 변형을 억제하는 효과를 얻으며, 작업 능률과 제품 마무리 정도도 함께 향상된다.

따라서 지그 사용이 오히려 용접 변형을 증가시킨다는 설명은 지그의 실제 효과와 어긋난다.

자기 비파괴 검사(MT)는 강자성체 표면에 자속을 흘려 결함부에서 생기는 누설자속으로 균열 등 표면 결함을 검출하는 방법으로, 철강과 같은 강자성체의 표면결함 검사에 널리 쓰인다.

누설 검사는 기밀성 확인, 초음파 검사는 내부결함, 방사선 검사도 내부결함 검출에 주로 사용되어 표면결함 전용 검사와는 성격이 다르다.

빌드업법(덧살올림법)은 각 층마다 용접선 전체 길이를 완전히 용접한 뒤 그 위에 다음 층을 쌓아올리는 방법이다.

전진법과 후진법은 한 층 내에서의 용접 진행 방향을 구분하는 방법이고, 스킵법(비석법)은 구간을 건너뛰며 용접하는 방법이어서 층 단위로 전체 길이를 쌓는 방식과는 구분된다.

변형은 용접 후 치수·형상이 달라지는 치수상 결함에 해당하며, 용접부 내부·표면에 생기는 결함인 구조상 결함과는 분류가 다르다.

• 기공은 용착금속 내부에 가스가 남아 생기는 구조상 결함이다.
• 언더컷은 모재가 파여 용착금속이 채워지지 않은 구조상 결함이다.
• 오버랩은 용착금속이 모재에 융합되지 않고 겹친 구조상 결함이다.

가접(가용접)은 본 용접보다 가는 용접봉을 사용하는 것이 원칙이며, 이는 가접 비드가 본 용접에 지나치게 영향을 주지 않도록 하기 위함이다.

• 가접은 본 용접자와 비슷하거나 그 이상의 기량을 가진 용접자가 실시해야 한다.
• 가접 간격은 판 두께의 60~80배처럼 넓게 두는 것이 아니라 훨씬 좁은 간격으로 촘촘히 배치한다.
• 응력이 집중되는 부재의 끝 모서리나 각진 부분은 가접을 피해야 할 위치이다.

용접 구조물의 조립 순서는 용접이 진행될수록 부재가 구속에서 자유로운 방향으로 진행되도록 계획해야 잔류응력과 변형을 줄일 수 있다.

따라서 용접 진행 방향을 부재의 구속단 쪽으로 향하게 하는 것은 조립 순서 계획의 원칙과 반대되는 설명이다.

용접 변형을 쉽게 제거할 수 있도록 하고, 작업자세를 편하게 하며, 구조물 형상을 고정·지지할 수 있게 하는 것은 모두 올바른 고려사항이다.

기계적 응력완화법은 용접부에 하중을 가해 소성변형을 일으켜 잔류응력을 낮추는 응력 제거 방법이며, 이미 발생한 굽음 등의 변형 자체를 바로잡는 교정법과는 목적이 다르다.

롤러로 눌러 펴는 방법, 국부적으로 가열한 뒤 해머링하는 방법, 얇은 판을 점상으로 가열해 수축시키는 점수축법은 모두 실제 변형 교정에 사용되는 방법이다.

초음파 탐상검사(UT)는 초음파가 결함면에서 반사되는 원리를 이용해 용접부 내부의 결함을 검출하는 방법으로, 표면결함 검출용 검사와는 구분된다.

침투탐상(PT), 자분탐상(MT), 와전류탐상(ET)은 모두 표면 또는 표면 바로 아래의 결함을 검출하는 방법이다.

응력제거 풀림처리는 용착금속에 남아있던 수소를 제거하여 오히려 경도를 낮추고 인성을 향상시키는 효과를 준다.

따라서 수소 제거로 경도가 증대된다는 설명은 응력제거 풀림의 실제 효과와 반대이다.

충격 저항 증대, 크리프 강도 향상, 응력부식에 대한 저항력 증대는 모두 응력제거 풀림처리의 정상적인 효과이다.

맞대기 용접 이음의 이음효율은 용접시험편의 인장강도를 모재의 인장강도로 나눈 뒤 100을 곱해 백분율로 나타낸다.

$\text{이음효율} = \dfrac{\text{용접시험편의 인장강도}}{\text{모재의 인장강도}} \times 100(\%)$

용접부의 강도가 모재에 얼마나 근접했는지를 보는 지표이므로 분모에 모재를 두어야 하며, 값은 보통 100 % 이하로 나온다.

• 모재를 분자에 둔 식은 분자와 분모가 뒤바뀌어 값이 100 %를 넘게 되므로 이음효율의 정의가 될 수 없다.
• 허용응력과 사용응력의 비로 쓴 식들은 응력의 여유(안전 여부)를 따지는 형태이지 이음 강도의 비가 아니다.

얇은 판 용접 시 용접부의 뒷면에 물을 뿌려주어 열 변형을 억제하는 방법을 살수법이라 한다. 살수법은 물의 냉각 효과로 열영향부의 온도 상승을 제한하여 수축 변형을 줄이는 기법이며, 특히 얇은 판재에서 효과적이다. 도열법은 역순 용접, 석면포 사용법과 수냉 동판 사용법은 각각 다른 변형 방지 원리에 해당한다.

비파괴시험법은 재료나 제품을 손상시키지 않으면서 내부 결함, 표면 상태 등을 검사하는 방법이다. 부식시험(1번)은 재료를 부식시켜 성질 변화를 관찰하는 파괴시험이고, 굽힘시험(2번)과 충격시험(4번)은 시편을 파괴하여 기계적 성질을 측정하는 파괴시험이다. 반면 육안시험(3번)은 육안이나 휴대용 광학기기로 표면 결함, 균열, 변형 등을 직접 관찰하는 방법으로 재료를 파괴하지 않으므로 비파괴시험에 해당한다.

판 두께 25mm 이상의 연강판을 0℃ 이하에서 용접할 때는 저온균열을 막기 위해 이음부를 예열해야 한다.

일반적으로 이음의 양쪽 폭 100mm 정도를 40~75℃로 예열하는 것이 기준으로 제시된다.

불활성가스 텅스텐 아크용접(TIG)은 아크가 눈에 잘 보이는 가시 아크 용접법이어서, 용접 중에도 용접부를 육안으로 확인하며 작업할 수 있다.

따라서 불가시 용접이라 용접부를 확인할 수 없다는 설명은 TIG 용접의 실제 특성과 맞지 않는다.

직류 역극성에서 청정작용이 나타나는 점, 세라믹 노즐을 사용하는 점, 토치가 수냉식과 공랭식으로 나뉘는 점은 모두 TIG 용접의 올바른 특징이다.

아크 용접 중에는 강한 자외선이 발생하여 눈과 피부에 화상을 입힐 수 있으므로 차광 보호구 착용이 필수적이다.

X선, 감마선, 중성자선은 방사선 관련 설비나 검사에서 문제되는 광선으로 일반 아크 용접 작업에서 발생하는 유해광선과는 성격이 다르다.

발전기형 아크 용접기는 직류를 발생시키는 직류 아크 용접기에 해당하며, 교류 아크 용접기의 종류에는 포함되지 않는다.

탭 전환형, 가동 코일형, 가동 철심형은 모두 교류를 발생시키는 교류 아크 용접기의 대표적인 종류이다.

예열불꽃이 약하면 절단 초기에 발화가 늦어지고 절단이 중단되기 쉬우며, 드래그가 증가하고 절단 속도가 느려지는 현상이 나타난다.

반면 절단면이 거칠어지는 현상은 예열불꽃이 오히려 지나치게 강할 때 나타나는 현상이므로, 예열불꽃이 약할 때의 현상과는 거리가 멀다.

맥동점용접(펄세이션 용접)은 한 번의 통전으로 용접하지 않고 전류를 짧게 끊어가며 여러 번 단속적으로 흘려 전극의 과열을 막는 점용접법으로, 두께가 다른 모재를 접합할 때 사용한다.

가스 가우징은 슬로우 다이버전트 형태로 설계된 팁을 사용해 가스 불꽃으로 모재 표면에 깊은 홈을 파내는 가공법으로, U형·H형 홈을 만들 때 활용된다.

스카핑은 표면의 얕은 결함층을 넓게 깎아내는 가공이고, 수중절단과 산소창 절단은 각각 물속 절단과 두꺼운 강재의 천공·절단에 쓰이는 방법이어서 홈 가공 목적과는 다르다.

피복제의 주성분이 석회석과 형석이며 용착금속의 수소 함유량이 다른 용접봉의 약 1/10 수준으로 적은 것은 저수소계(E4316) 용접봉의 특징이다.

가동 철심형 교류 아크 용접기는 가동철심을 이동시켜 누설자속을 가감함으로써 전류를 조정하는 방식으로, 조작은 간단하지만 구조상 원격 제어가 되지 않는다.

미세한 전류 조정이 가능하고 광범위한 전류 조정은 어려운 것은 가동 철심형의 올바른 특성이다.

자동·반자동 용접은 와이어 송급 속도가 빠르고 용입이 깊으며 용착금속의 기계적 성질이 우수하지만, 위보기 자세와 같은 어려운 자세에서는 오히려 수동 용접보다 적용이 까다롭다.

따라서 위보기 용접자세에 적합하다는 설명은 자동·반자동 용접이 수동 용접보다 우수한 점으로 볼 수 없다.

산소-아세틸렌가스 용접은 열원이 넓게 퍼져 열 집중성이 나쁘고 용접 변형이 커서, 두꺼운 후판보다는 얇은 박판 용접에 더 적합하다.

따라서 용접 변형이 적어 후판용접에 적합하다는 설명은 가스 용접의 실제 특성과 맞지 않는다.

아크 용접보다 불꽃 온도가 낮은 점, 폭발 위험성이 크고 금속이 탄화·산화될 가능성이 많은 점은 가스 용접의 올바른 특징이다.

용접자세 기호에서 H는 수평자세(Horizontal)를 나타내며, F는 아래보기, V는 수직자세, O는 위보기 자세를 나타내는 기호이다.

주어진 용제는 탄산나트륨, 붕사, 중탄산나트륨의 혼합물로, 이는 주철 용접용 용제의 전형적인 구성이다. 가스용접에서 사용되는 용제의 성분과 특성에 따라 적합한 금속이 결정된다.

탄산나트륨과 중탄산나트륨은 산화물을 제거하고 유동성을 높이는 역할을 하며, 붕사는 융점을 낮추고 슬래그 유동성을 개선하여 주철의 고온 산화를 방지하고 열균열을 감소시킨다.

• 연강: 일반적인 플럭스로도 충분하다.
• 알루미늄·구리합금: 각각 전문화된 다른 성분의 용제를 필요로 하므로, 이 조합은 주철 용접에 가장 적합하다.

탄산가스(CO2) 아크용접은 용접전류의 밀도가 높아 오히려 용입이 깊은 것이 특징이므로, 전류밀도가 낮아 용입이 얕다는 설명은 실제 특성과 반대이다.

전자세 용접이 가능한 점, 가시 아크로 시공이 편리한 점, 용착금속의 기계적·야금적 성질이 우수한 점은 모두 CO2 아크용접의 올바른 특징이다.

초음파 용접은 모재를 녹이지 않고 초음파 진동과 압력으로 접합면을 결합시키는 압접에 해당한다.

전자빔 용접, 피복 아크 용접, 일렉트로 슬래그 용접은 모두 모재를 용융시켜 접합하는 융접에 속한다.

마그네슘은 용착금속의 탈산·정련 등에 관여하는 합금 원소로, 피복 배합제 중 아크 안정제로 분류되지 않는다.

산화티탄, 규산칼륨, 석회석은 모두 아크를 안정시키는 대표적인 아크 안정제 성분이다.

가변압식 토치의 팁 번호 표기 방식은 프랑스식과 독일식으로 나뉘는데, 문제의 B형 팁은 가변압식, 즉 프랑스식에 해당한다.

프랑스식 팁의 번호는 표준불꽃으로 1시간 동안 소비되는 아세틸렌가스의 양(리터)을 뜻하므로, 250번 팁은 1시간에 아세틸렌가스를 약 250리터 소비한다는 의미이다.

용접 가능한 판 두께를 번호로 나타내는 것은 불변압식인 독일식(A형) 팁의 표기 방식이다.

허용사용률은 $\left(\dfrac{\text{정격2차전류}}{\text{실제 용접전류}}\right)^2 \times \text{정격사용률}$로 구한다.

$\left(\dfrac{300}{100}\right)^2 \times 50 = 9 \times 50 = 450\%$이므로 허용 사용률은 450%가 된다.

TIG 용접에서는 고주파 발생장치를 사용해 전극과 모재를 접촉시키지 않고도 아크를 발생시킬 수 있으며, 이 방식은 텅스텐 전극의 오염과 소모를 줄이는 효과도 있다.

연강용 피복 아크 용접봉에서 E4303은 피복제 계통이 라임티타니아계인 용접봉으로 분류된다.

용접 시 전기적 재해 예방의 핵심은 감전 위험을 최소화하는 것이다. 직류용접기는 교류용접기보다 감전 위험이 낮으므로, 실제 안전기준에서는 직류용접기 사용을 권장하고 있다. 따라서 "교류용접기를 많이 사용한다"는 역행하는 조치다. 1번의 절연상태 확인, 2번의 안전보호구 착용, 3번의 낮은 무부하 전압 사용은 모두 감전 위험을 감소시키는 올바른 방법이므로, 정답은 4번이다.