16년 3회차

예열 및 후열은 용접부의 균열 감수성을 낮추기 위해 실시하는 것으로, "균열감수성의 증가"는 그 목적에 해당하지 않는다.

예열·후열은 급격한 냉각을 완화하여 균열을 방지하고 잔류응력을 경감하며, 기계적 성질을 향상시키는 효과가 있다.

강을 오스테나이트 상태에서 가장 빠르게 냉각(급랭)시키면 마텐자이트 조직이 나타난다.

냉각속도가 느려질수록 트루스타이트, 소르바이트, 펄라이트 순으로 조직이 변하며, 냉각속도가 느릴수록 경도는 낮아지고 연성은 높아진다.

용착금속이 응고할 때 불순물이 특정 부위로 몰려 모이는 현상을 편석이라 한다.

편석은 응고가 진행되면서 불순물이 결정입계나 중심부 등 특정 영역에 집중되어 국부적으로 재질이 불균일해지는 것으로, 균열이나 취성의 원인이 될 수 있다.

6:4 황동에 철(Fe) 1~2%를 첨가한 합금은 델타메탈이라 하며, 강도가 크고 내식성이 좋아 광산기계나 선박용 기계, 화학기계 등에 사용된다.

철의 첨가로 결정립이 미세화되어 강도와 내식성이 향상되는 것이 특징이다.

스테인리스강 중에서는 오스테나이트계가 용접성이 가장 우수하다.

오스테나이트계는 크롬-니켈계로 상온에서도 오스테나이트 조직을 유지하며 담금질 경화가 일어나지 않아, 마텐자이트계나 페라이트계에 비해 용접 시 균열이나 취화의 위험이 적다.

용접 시 흡수된 수소는 냉각 중에 균열이나 은점(fish eye) 형성의 원인이 된다.

수소는 용착금속 응고 후 냉각 과정에서 재료 내에 과포화 상태로 잔류하다가 국부적으로 집적되면서 취성을 유발하고, 저온균열이나 은점 결함으로 이어질 수 있다.

강의 적열취성(고온취성)에 가장 큰 영향을 미치는 원소는 황(S)이다.

황은 철과 결합해 융점이 낮은 황화철(FeS)을 만들어 결정입계에 존재하게 되므로, 고온에서 취성을 일으켜 적열 상태의 가공을 어렵게 한다. 참고로 인(P)은 상온취성(냉간취성)의 주된 원인이다.

서브머지드 아크 용접에서 용융지의 금속정련 반응이 일어날 때 용접금속의 청정도와 인성은 플럭스의 염기도와 밀접한 관계가 있다.

염기도가 높은 플럭스일수록 산소, 황, 인 등의 불순물을 슬래그 쪽으로 제거하는 정련 효과가 커서 용착금속의 청정도와 인성이 향상되는 경향이 있다.

잔류응력이 있는 제품에 하중을 가해 용접부에 약간의 소성변형을 일으킨 뒤 하중을 제거하는 방법을 기계적 응력 완화법이라 한다.

피닝법은 타격으로 표면에 압축 잔류응력을 주는 방법이고, 노내 풀림법과 국부 풀림법은 가열을 통해 잔류응력을 제거하는 방법이라는 점에서 차이가 있다.

산화알루미늄($\mathrm{Al_2O_3}$)의 용융온도는 알루미늄 자체보다 훨씬 높으며, 이 산화막이 모재보다 먼저 녹지 않고 표면에 남아 용융을 방해하는 것이 문제이므로 "용융온도가 매우 낮기 때문"이라는 설명은 옳지 않다.

알루미늄은 비열과 열전도도가 커서 수축량이 크고, 용융·응고 시 수소를 흡수해 기공이 생기기 쉬우며, 강에 비해 변형이 커 균열이 발생하기 쉬운 것이 용접성이 나쁜 실제 이유다.

KS재료기호 SM45C는 탄소 함유량이 약 0.45%인 기계 구조용 탄소강재를 의미한다.

기호에서 SM은 기계 구조용 탄소강재를, 뒤의 숫자 45는 탄소 함유량을 백분율로 나타냈을 때의 값(0.45%)을 뜻한다.

도면 용지의 안쪽 내용을 확실히 구분하기 위해 그리는 윤곽선은 일반적으로 0.5mm 이상의 굵은 실선으로 그린다.

윤곽선은 도면의 유효 영역을 표시하고 인쇄나 복사 시 도면 내용이 잘리지 않도록 여백을 확보하는 역할을 한다.

대상물의 보이지 않는 부분을 표시하는 데 쓰이는 선은 가는 파선(숨은선)이다.

굵은 실선은 보이는 부분의 외형선에, 가는 실선은 치수선·치수보조선·지시선 등에 사용되고, 가는 이점쇄선은 가상선처럼 인접 부분을 참고로 나타낼 때 사용되어 숨은선과는 용도가 다르다.

기계나 장치의 실체를 보고 프리핸드(free hand)로 그린 도면을 스케치도라 한다.

스케치도는 자나 컴퍼스 등 제도기구를 쓰지 않고 손으로 직접 그려 형상과 치수를 기록한 뒤, 이를 바탕으로 정식 도면을 작성하는 데 활용된다.

KS 제도 규격에서 A0 용지의 넓이는 약 1.0$\mathrm{m^2}$이다.

A0 용지의 치수는 841mm×1189mm로, 두 변을 곱하면 약 1$\mathrm{m^2}$가 된다. A0를 절반으로 접으면 A1, A1을 절반으로 접으면 A2가 되는 식으로 번호가 커질수록 크기는 절반씩 줄어든다.

실물 표면에 광명단 등의 도료를 발라 용지에 찍어내는 방식으로 스케치하는 방법을 프린트법이라 한다.

프린트법은 평면적인 부품의 형상을 그대로 종이에 옮겨 실측하는 데 유리하며, 본뜨기법이 불규칙한 곡선부의 윤곽을 종이에 대고 뜨는 방법인 것과는 차이가 있다.

실선과 파선이 서로 만나는 부분은 띄우지 않고 붙여서 그리는 것이 원칙이므로, "띄워지도록 그린다"는 설명은 옳지 않다.

1점쇄선은 긴 쪽 선으로 시작하고 끝나도록 그리고, 파선이 서로 평행할 때는 서로 엇갈리게 그리며, 평행선의 간격은 선 굵기의 3배 이상으로 확보하는 것이 일반적인 원칙이다.

시점은 투상선이 모여드는 기준점, 즉 물체를 바라보는 관측자의 눈 위치를 말한다.

제시된 정의처럼 '공간의 점을 시점과 다른 방향으로 무한히 멀리 하였을 때 시점과 투상면의 교점'은 시점이 아니라 소점(소실점)에 대한 설명이므로 틀린 진술이다.

투상·시선·투상선에 대한 나머지 설명은 투상법의 기본 정의와 일치한다.

무게중심선은 KS 제도 규격상 가는 2점 쇄선으로 그리는 선이므로 가는 실선에 해당하지 않는다.

• 지시선은 인출선으로 가는 실선을 사용한다.
• 수준면선은 수면·지면 등의 위치를 나타내는 가는 실선이다.
• 치수보조선은 치수선을 끌어내기 위한 가는 실선이다.

원에 평행한 두 줄이 겹쳐진 기호는 심(seam) 용접이므로 이를 스폿 용접이라 한 짝이 틀렸다.

스폿(점) 용접은 지시선 위에 그린 단순한 원 하나로 표시하고, 심 용접은 그 원에 이음선 방향을 뜻하는 평행선이 더해진 모양으로 구분한다.

• 아래쪽이 트인 직사각형은 플러그(슬롯) 용접 기호로 명칭이 맞다.
• 반달 모양의 반원은 뒷면 용접 기호로 맞다.
• 지시선 꺾임점에 붙은 검게 칠한 삼각 깃발은 현장 용접 기호로 맞다.

최대 굽힘응력은 약 0.384 N/㎜²이다.

그림은 완전 용입된 맞대기 이음의 양 끝에 굽힘모멘트 M_b가 서로 반대 방향으로 걸린 상태이며, 힘을 받는 용접부 단면은 길이 ℓ=300 ㎜, 두께 t=25 ㎜인 직사각형이다.

직사각형 단면의 단면계수는 $Z=\dfrac{\ell t^{2}}{6}$ 이므로 굽힘응력은 $\sigma_b=\dfrac{M_b}{Z}=\dfrac{6M_b}{\ell t^{2}}$ 이다.

대입하면 $\sigma_b=\dfrac{6\times 12000}{300\times 25^{2}}=\dfrac{72000}{187500}=0.384\,\mathrm{N/mm^2}$ 이다.

피트(pit)는 용접부 표면에 생기는 작은 구멍 모양의 결함으로 표면결함에 속하며, 내부결함으로 분류되지 않는다.

은점, 선상조직, 비금속 개재물은 모두 용착금속 내부에 존재하는 결함으로 파단면이나 방사선투과검사 등으로 확인되는 내부결함이다.

용접 지그는 모재를 정확한 위치에 고정하고 작업 능률을 높이며 제품의 치수 정밀도를 확보하기 위해 사용하는 보조 장치이다.

지그 사용만으로 잔류응력을 제거하는 효과는 없으며, 잔류응력 완화는 풀림·피닝 등 별도의 후처리 방법으로 이루어지므로 이 설명은 틀렸다.

용접 이음의 내식성은 슬래그 잔류, 잔류응력, 이음부의 형상(현상)에 의해 국부적인 부식 전지가 형성되거나 응력부식이 촉진되어 영향을 받는다.

용접 자세는 작업성이나 비드 형상에는 영향을 주지만 부식 저항성 자체를 좌우하는 직접 요인은 아니므로 정답이다.

두꺼운 강판을 양면 용접으로 충분한 용입을 얻으려 할 때는 H형 홈을 사용한다.

H형은 양면 U형 홈을 조합한 형태로, V형·U형을 한쪽면씩 적용하는 것보다 용착 금속량을 줄이면서도 후판의 깊은 용입과 완전 용착을 얻을 수 있어 두꺼운 판 이음에 적합하다.

불활성가스 텅스텐 아크 용접에서 직류 역극성(DCRP)은 전자가 모재에서 전극으로 흐르는 방향이 되어 모재에 가해지는 열량이 상대적으로 적다.

그 결과 용입은 얕고 비드 폭은 넓게 형성되며, 대신 산화막을 제거하는 청정효과가 커서 알루미늄·마그네슘 용접에 주로 쓰인다.

도열법은 용접 중 열이 모재의 특정 부위로 집중되지 않도록 구리판 등으로 열을 빼앗아 변형을 방지하는 방법이지, 이미 생긴 잔류응력을 완화하는 방법이 아니다.

저온 응력 완화법, 응력 제거 풀림법, 기계적 응력 완화법은 모두 용접 후 잔류응력을 낮추기 위해 실제로 사용되는 대표적인 방법이다.

가용접(가접)에서는 본 용접보다 가는 용접봉을 사용하여 급랭에 의한 균열 발생 가능성을 줄이는 것이 원칙이므로, 굵은 용접봉을 써서 견고하게 접합시킨다는 설명은 틀렸다.

본 용접과 동일한 예열, 응력 집중부 회피, 홈 내부 가접 지양 등의 나머지 주의사항은 실제 작업 지침과 일치한다.

초음파 탐상검사에서 가장 널리 쓰이는 방식은 펄스 반사법이다.

탐촉자에서 초음파 펄스를 보낸 뒤 결함이나 바닥면에서 되돌아오는 반사 에코의 위치와 크기를 분석해 결함의 유무와 깊이를 판정하며, 투과법·공진법보다 감도와 위치 검출 능력이 우수해 실무에서 주로 채택된다.

형광법은 자분탐상검사에서 검출된 결함 지시 모양을 형광 자분으로 눈에 잘 띄게 보여주는 관찰 방법으로, 시험체를 자화시키는 방법 자체가 아니다.

극간법, 관통법, 축통전법은 모두 시험체에 자속을 형성하기 위한 자화 방법에 해당한다.

재료 절약형 용접 설계에서는 용접할 조각(부재)의 수를 최소화하여 이음 개소와 용접량 자체를 줄이는 것이 원칙이므로, 조각 수를 늘려야 한다는 설명은 틀렸다.

안전과 외관, 조립시간 단축, 표준 규격 부품 활용은 모두 재료와 비용을 절약하는 실제 설계 지침에 해당한다.

용착금속 인장·파면 시험에서 물고기 눈 모양의 은백색 반점으로 나타나는 취성 결함은 은점(fish eye)이다.

이는 용착금속 중에 녹아 있던 수소가 냉각 과정에서 국부적으로 모여 미세 균열을 만들면서 생기는 결함으로, 저수소계 용접봉을 사용해 수소 함유량을 낮추면 억제할 수 있다.

스트롱 백은 판을 서로 맞춰 잡아 어긋남과 각변형을 막기 위해 임시로 덧대는 구속 지그이며, 가로 수축량이 크다는 이유로 사용하는 장치가 아니다. 가로 수축 자체는 구속한다고 없어지지 않고 오히려 잔류응력만 커지므로 이 설명은 틀렸다.

자동용접이라 정밀한 홈 가공이 필요하다는 점, 시작·끝점에 엔드탭을 부착하는 점, 루트간격이 넓을 때 뒷댐판을 사용한다는 점은 실제 서브머지드 아크 용접 설계 지침과 일치한다.

방사선투과검사(RT)는 필름 위에 결함의 그림자를 남겨 내부 결함을 영구 기록할 수 있고, 재질에 관계없이 내부 결함 검출에 폭넓게 적용되며 미세한 흡수차도 검출할 수 있다는 장점이 있다.

다만 표면에 아주 가까운 미세 균열이나 라미네이션처럼 방사선의 진행 방향과 나란한 평면형 결함은 검출이 어려워 표면 균열 검출에는 취약하므로 이 설명은 장점이 아니라 오히려 한계에 해당한다.

용접 이음의 피로강도는 이음부의 형상, 내부 결함의 유무, 반복 하중의 크기와 양상에 크게 좌우된다.

반면 용접기의 종류(장비 자체)는 용접 결과물의 형상이나 결함을 통해 간접적으로만 관여할 뿐, 피로강도를 직접 결정하는 인자로 다루지 않는다.

이음효율은 시험편 인장강도를 모재 인장강도로 나눈 백분율로 구한다.

$\eta = \dfrac{25}{50} \times 100$

계산하면 50%가 되어, 이음부의 강도가 모재의 절반 수준임을 의미한다.

석회석이나 형석을 주성분으로 하여 용착금속 중 수소 함유량을 다른 계통보다 약 1/10 수준으로 낮춘 용접봉은 저수소계(E4316)이다.

수소로 인한 은점·기공·저온균열을 줄여야 하는 중요 구조물, 고장력강 용접에 주로 사용되며, 건조·보관 관리가 까다롭다는 특징이 있다.

두 모재를 겹친 뒤 한쪽에 둥근 구멍을 뚫고 그 구멍 안을 채우듯 용접하는 방식은 플러그 용접이다.

겹침면을 따라 선형으로 용접하는 필릿 용접이나, 두 모재를 맞대는 맞대기 홈 용접과 달리 국부적인 원형 구멍을 통해 접합력을 얻는 것이 특징이다.

빌드업법은 한 층을 다 쌓은 뒤 그 위에 다시 층을 쌓아 올리는 다층 용착법으로, 단층 용착법에 해당하지 않는다.

전진법, 대칭법, 스킵법은 모두 한 층 안에서 용접 진행 순서와 방향만을 다르게 하는 단층 용착법에 속한다.

필릿 용접의 목두께는 목길이에 $\cos 45^{\circ}$를 곱한 값으로 계산한다.

$t = 10 \times 0.707 \approx 7\,\mathrm{mm}$

따라서 목길이가 10mm인 이등변 삼각형 단면의 목두께는 약 7mm가 된다.

가스 용기 색상 표시에서 수소는 주황색 용기를 사용하도록 규정되어 있어 이 짝지음이 옳다.

• 산소는 녹색 용기이며 황색이 아니다.
• 탄산가스는 청색 용기이며 녹색이 아니다.
• 아세틸렌 가스는 황색 용기이며 백색이 아니다.

AW300 규격의 교류 아크 용접기는 정격 2차 전류가 300A인 기종으로, 전류 조정 범위는 60~330A로 규정되어 있다.

용접기 규격 번호(AW200, AW300, AW400 등)는 정격 2차 전류를 나타내며, 조정 가능 범위는 그보다 넓게 설정되어 작업 조건에 맞춰 전류를 낮추거나 높일 수 있다.

가스 절단에서 점화가 쉽고 중성 불꽃을 만들기 쉬운 것은 아세틸렌 쪽이며, 프로판은 점화와 불꽃 조절이 상대적으로 까다롭다.

반대로 포갬 절단 속도와 후판 절단 속도가 빠르고 슬래그 제거가 쉬운 점은 실제로 프로판 가스의 장점에 해당하므로, 점화·중성 불꽃 형성이 쉽다는 설명만 프로판과 아세틸렌의 특징이 뒤바뀐 틀린 진술이다.

피복 아크 용접봉의 피복제 성분 중 고착제는 심선에 피복제를 부착시키는 역할을 하며, 대표적으로 규산나트륨(물유리)이 사용된다.

석면은 슬래그 생성제로, 망간·규소철은 탈산제·합금 첨가제로 쓰여 고착제와는 역할이 다르다.

피복 아크 용접의 기초적인 용접조건은 아크 길이, 용접 전류, 용접 속도처럼 작업자가 직접 설정·조절하는 변수들을 말한다.

오버랩은 이러한 조건이 아니라 조건 설정이 잘못되었을 때 나타나는 용접 결함이므로 용접조건과는 거리가 멀다.

MIG 용접은 전류 밀도가 높고 아크가 안정적이어서 아래보기뿐 아니라 수직·위보기 등 전자세 용접이 가능하므로, 전자세 용접이 불가능하다는 설명은 틀렸다.

피복아크용접보다 빠른 용접 속도로 모재 변형이 적고, 후판 및 다양한 금속에 적용할 수 있다는 나머지 특징은 MIG 용접의 실제 장점과 일치한다.

아크 빛에 의해 눈에 급성 염증(전광성 안염)이 발생했을 때는 냉습포를 눈 위에 얹고 안정을 취하는 응급조치가 우선이다.

온수나 소금물로 씻는 것은 오히려 자극을 줄 수 있고, 통증을 참고 작업을 계속하면 각막 손상이 악화될 수 있으므로 즉시 작업을 중단하고 눈을 진정시키는 것이 옳다.

구리 및 구리합금의 가스용접에서는 산화막 제거와 용융 촉진을 위해 붕사를 주성분으로 한 용제를 사용한다.

염화칼슘, 황산칼륨, 중탄산소다는 알루미늄·주철 등 다른 금속의 용제 계열이거나 전혀 다른 용도로 쓰이는 물질이어서 구리 용접용 용제와는 거리가 있다.

자기 불림(마그네틱 블로)을 방지하려면 접지점을 용접부에서 충분히 멀리 두거나 접지점을 두 곳으로 나누어 자기장을 분산시켜야 한다.

따라서 접지점을 용접부에 가깝게 하는 것은 오히려 자기 불림을 심화시키는 방향이므로 방지책이 될 수 없다. 교류 용접 사용, 접지점 2개 연결, 후퇴 용접법은 모두 실제 방지책에 해당한다.

비소모성 전극으로 텅스텐 전극봉을 사용해 아크를 발생시키는 용접은 TIG(불활성가스 텅스텐 아크) 용접이다.

MIG 용접이나 피복 아크 용접은 용접봉(전극) 자체가 녹아 용가재가 되는 소모성 전극 방식이라는 점에서 TIG 용접과 구분된다.

용접 자동화는 일정한 조건으로 반복 작업이 이루어져 생산성과 용접부 품질이 향상되고 외관도 균일해지며, 용접봉 손실도 수동 작업보다 줄어드는 것이 일반적인 효과이다.

따라서 용접봉 손실이 많아진다는 설명은 자동화의 실제 이점과 반대되는 진술이다.

헬륨은 아르곤보다 가벼워 위로 잘 확산되기 때문에 위보기·수직 자세에서 차폐가스가 용접부 주변에 머무르는 데 오히려 유리하며, 아르곤보다 효율이 떨어진다는 설명은 사실과 반대다.

헬륨이 용접 입열이 많아 후판에 적합하다는 점, 아르곤이 가스 소모량이 적어 수동 용접에 많이 쓰인다는 점은 두 가스의 실제 특성과 일치한다.

가스 절단용 예열가스 중 아세틸렌(C₂H₂)의 최고 불꽃 온도가 약 3,430℃로 프로판, 수소, 메탄보다 가장 높다.

이 때문에 아세틸렌은 절단 개시가 빠르고 예열 효율이 좋아 가장 널리 쓰이는 예열가스로 자리 잡았다.

모재를 용제(플럭스) 속에 파묻은 상태로 용접해 아크가 눈에 보이지 않는다고 해서 잠호 용접이라고도 불리는 것은 서브머지드 아크 용접이다.

용제 속에서 자동으로 진행되는 만큼 루트 간격과 같은 이음부 치수를 정밀하게 관리해야 안정적인 용입을 얻을 수 있다.

가스용접의 가연성 가스는 용융금속과 화학반응을 일으키지 않는 것이 가장 중요한 조건이다.

산소와 반응해 불꽃을 만드는 특성상 발열량이 크고 연소속도가 빠르며 불꽃온도가 높아야 용접에 유리하다.

• 발열량이 적으면 모재를 충분히 용융시키지 못한다.
• 연소속도가 느리면 국부 가열이 어렵고 능률이 떨어진다.
• 불꽃온도가 낮으면 고융점 금속을 용접하기 어렵다.

아크 에어 가우징은 탄소전극봉과 모재 사이에 아크를 발생시켜 금속을 용융시키고, 압축공기로 그 용융금속을 불어내어 홈을 파는 방법이다.

절단면이 매끄럽고 작업속도가 빨라 용접부 뒷면 따내기, 결함 제거 등에 널리 쓰인다.

용접기 전원을 넣기 전 점검에서 냉각팬 회전부는 주기적으로 윤활유를 주입해 주어야 한다.

전원 접속 상태, 케이스 접지선 연결, 결선부 나사 풀림과 케이블 손상 여부는 모두 통전 전 반드시 확인해야 할 사항이다.

황동은 아연 성분의 증발을 억제하기 위해 산화 불꽃으로 용접하는 것이 좋다.

중성 불꽃이나 탄화 불꽃을 사용하면 아연이 과도하게 증발해 기공이나 균열이 생기기 쉬우므로, 약간 산소 과잉인 산화 불꽃으로 표면에 산화막을 형성시켜 아연 증발을 줄인다.

원자 수소 아크 용접은 두 개의 텅스텐 전극봉 사이에 아크를 발생시키고, 이 아크로 수소가스를 원자 상태로 분해했다가 모재 표면에서 다시 분자 상태로 재결합할 때 방출되는 열을 이용하는 용접법이다.

수소가스가 아크와 용융지를 감싸 대기와의 접촉을 차단하므로 산화·질화 방지 효과도 있다.

AW-240은 정격 2차 전류가 240A라는 뜻이다.
$\text{허용사용률}=\left(\dfrac{240}{180}\right)^2\times40=1.778\times40\approx71.1\%$
따라서 허용사용률은 약 71%이다.