16년 1회차

용융슬래그의 염기도는 염기성 성분(%)의 합을 산성 성분(%)의 합으로 나눈 값이다.

CaO·MgO·MnO·FeO 같은 염기성 산화물의 합계를 SiO₂·TiO₂·P₂O₅ 같은 산성 산화물의 합계로 나누며, 이 값이 1보다 크면 염기성 슬래그, 작으면 산성 슬래그로 분류한다.

염기도가 높은 슬래그일수록 탈황·탈인 능력이 좋아 용착금속의 인성이 유리해진다.

분자와 분모를 뒤집으면 산성도를 나타내는 꼴이 되고, 중성 성분을 넣은 식은 염기도 정의에 없는 표현이다.

레데뷰라이트는 $\gamma$-오스테나이트와 $\mathrm{Fe_3C}$(시멘타이트)가 공정반응으로 생성되는 혼합조직으로, "레데뷰라이트: γ+Fe₃C의 혼합물"이라는 연결이 옳다.

δ-페라이트는 체심입방격자(BCC), γ-오스테나이트는 면심입방격자(FCC) 결정구조를 가지며, 펄라이트는 α-페라이트와 Fe₃C의 혼합물이다.

용접부 응력제거 풀림(후열처리)을 하면 용접 잔류응력이 제거되고 치수 변화가 방지되며 응력부식에 대한 저항력이 증가하는 한편, 크리프강도는 오히려 증가하는 효과가 있다.

따라서 "크리프강도 감소"는 응력제거 풀림의 효과로 틀린 설명이다.

인청동은 용융점이 낮고 성분 편석이 일어나기 쉬워 열간취성 경향이 있으며 편석에 의한 균열이 발생할 수 있는 합금이다.

따라서 "인청동은 열간취성 경향이 없으며 편석에 의한 균열 발생이 없다"는 설명은 실제 용접성과 반대된다.

• 순동은 열전도도가 높아 좋은 용입을 얻으려면 예열이 필요하다는 설명은 맞다.
• 알루미늄 청동이 열간에서 강도·연성이 우수하다는 설명도 맞다.
• 황동은 아연 함유량이 많아 용접 시 아연 증발로 기공이 발생하기 쉽다는 설명도 맞다.

주철은 급열·급냉에 취약해 용접 시 균열이 발생하기 쉬우므로, 150~300℃ 정도로 예열한 뒤 용접하는 것이 적당하다.

용착금속이 응고할 때 불순물(편석·개재물)은 결정이 자라나는 과정에서 마지막까지 액상으로 남아 있다가 결정입계에 모이게 된다.

아크 분위기는 피복제나 플럭스에 포함된 유기물·탄산염 등이 아크열에 분해되면서 발생하는 CO, H₂, CO₂ 등의 가스로 구성된다.

He(헬륨)은 유기물·탄산염 분해로 생기는 가스가 아니라 TIG 용접 등에서 별도로 공급하는 불활성 보호가스이므로 아크 분위기 가스성분에 해당하지 않는다.

기공·텅스텐 혼입·슬래그 혼입은 모두 용접 과정에서 생기는 대표적인 용접결함이다.

라미네이션 균열은 압연 강재 내부에 존재하던 비금속 개재물이 층상으로 늘어서 생기는 모재 자체의 결함으로, 용접부에서 발생하는 결함으로 분류하지 않는다.

철강의 조직 중 페라이트는 순철에 가까운 연한 조직으로, 펄라이트·시멘타이트·마텐자이트 중에서 경도가 가장 낮다.

탄소 함유량이 늘고 시멘타이트 비율이 커질수록, 그리고 마텐자이트처럼 급냉으로 생성될수록 경도는 높아진다.

크레이터 균열은 용접 비드 끝에서 냉각속도가 지나치게 빠를 때 발생하는 고온 균열로, 크레이터부에 응력이 집중되면서 방사상 또는 별모양으로 갈라지는 균열이다.

KS 분류기호 중 KS B는 기계 부문에 해당한다. (참고로 KS C는 전기, KS D는 금속, KS V는 조선 부문이다.)

필릿 용접의 표시기호 a5-4×300(50)에서 a5는 목두께 5mm, 4는 용접부의 수, 300은 용접 길이(mm), 괄호 안의 (50)은 인접한 용접부 사이의 간격(피치, mm)을 나타낸다.

아래쪽이 트인 직사각형 모양은 플러그 용접(슬롯 용접) 기호다.

겹친 판의 위쪽 판에 구멍이나 긴 홈을 뚫고 그 안을 용착금속으로 채워 아래 판과 접합하는 이음이어서, 채워 넣는 구멍의 단면을 본뜬 직사각형으로 나타낸다.

• 뒷면 용접은 반달 모양의 반원으로 표시한다.
• 스폿(점) 용접은 원 하나로, 심 용접은 그 원에 평행선이 더해진 모양으로 표시한다.

맞댄 부위의 단면이 나란한 두 직선으로만 그려진 것, 즉 홈 가공 없이 두 판을 그대로 마주 댄 형상이 I형 맞대기 이음이다.

해당 그림에서는 판 끝에 개선각이 전혀 없고 용착금속이 루트 간격만 채우고 있다. 그래서 홈 가공 품이 들지 않고 용착량이 가장 적어 비교적 얇은 판에 쓰인다.

나머지 그림은 양쪽 판을 비스듬히 깎아 V자 홈을 만든 것이거나 한쪽 판만 경사지게 깎은 베벨 계열 홈이어서, 단면이 두 개의 나란한 직선으로 나타나지 않는다.

기준선과 화살표가 꺾이는 지점에 세운 깃대에 검게 칠한 삼각 깃발을 단 기호가 현장용접 보조기호다.

현장용접은 제작 공장이 아니라 설치 현장에서 시공하라는 지시이며, 깃발이 기준선 위쪽을 향하든 아래쪽을 향하든 의미는 같다.

깃발이 아니라 원(○)으로 그린 기호는 현장용접과 무관하다. 화살표와 기준선의 꺾인 점에 그린 원은 이음을 한 바퀴 돌아가며 용접하라는 온둘레(전체 둘레) 용접 표시다.

원이 직선이나 다른 원의 둘레를 미끄러짐 없이 굴러갈 때 구르는 원 위의 한 점이 그리는 자취는 사이클로이드 곡선(cycloidal curve)이라 한다.

타원·포물선·쌍곡선은 원뿔을 평면으로 자를 때 나타나는 원뿔곡선으로, 구름 운동과는 무관한 곡선이다.

치수 기입에서 중복 기입은 피해야 하며, 같은 치수를 여러 곳에 반복해서 기입하면 도면 해독이 오히려 혼란스러워지고 수정 시 누락·불일치가 발생하기 쉽다.

치수는 계산 없이 바로 읽을 수 있게, 관련 치수는 한곳에 모아서, 가능하면 주투상도에 집중하여 기입하는 것이 올바른 원칙이다.

척도는 A : B = 도면에서의 크기 : 물체의 실제 크기로 표시하므로, A가 나타내는 것은 도면에서의 크기이다.

예를 들어 축척 1:2는 실물을 절반으로 줄여 그린 것이고, 배척 2:1은 실물보다 두 배 크게 그린 것이다.

45° 모따기는 기호 C로 표시하며, 뒤에 모따기 길이를 붙여 예를 들어 C3처럼 나타낸다.

참고로 R은 반지름, SR은 구의 반지름, t는 판 두께를 나타내는 기호로 서로 용도가 다르다.

굵은 실선은 물체의 보이는 부분의 윤곽을 나타내는 외형선에 사용한다.

지시선과 중심선은 가는 실선이나 가는 1점쇄선으로, 피치선은 가는 1점쇄선으로 그려 굵은 실선과는 구분된다.

맞대기·모서리·겹치기 용접은 접합 부위의 이음(joint) 형상에 따른 분류이지만, 후진법은 용접봉을 진행 방향과 반대로 이동시키는 용착법(운봉 방향)의 분류에 속한다.

따라서 이음 종류의 분류 항목으로는 성격이 다르다.

기공·언더컷·오버랩은 용접부의 형상이나 내부에 결함이 생기는 구조상 결함으로 분류된다.

반면 변형은 용접 입열에 의한 수축·팽창으로 모재나 구조물의 형상이 뒤틀리는 것으로, 치수상 결함으로 구분한다.

야금학적 시험은 용접부의 조직이나 금속학적 상태를 관찰하는 시험으로 파면 시험, 매크로 조직 시험, 현미경 조직 시험 등이 해당한다.

물성 시험은 비중·용융점·열전도도·전기저항과 같이 재료의 물리적 성질을 측정하는 물리적 시험에 속하므로 야금학적 시험과는 구분된다.

황(S)은 철과 결합해 저융점의 황화철(FeS)을 만들어 높은 온도에서 결정입계에 취약한 부분을 남기며, 이로 인해 적열 취성을 일으켜 용접성을 저하시킨다.

구리·망간·규소는 각각 강도나 조직에 영향을 주지만 적열 취성의 직접적 원인 원소는 아니다.

일정 높이에서 작은 강구나 다이아몬드가 달린 추를 시험편 표면에 낙하시켜 튀어 오르는 반발 높이로 경도를 측정하는 방법은 쇼어 경도 시험이다.

브리넬·로크웰·비커스 시험은 압입자를 눌러 생긴 자국의 크기나 깊이로 경도를 구하는 압입식 시험이라는 점에서 원리가 다르다.

크리프 곡선은 시간 경과에 따른 변형률 변화를 천이크리프 - 정상크리프 - 가속크리프의 세 영역으로 구분한다.

따라서 이 세 단계에 속하지 않는 강도크리프라는 구분은 존재하지 않는다.

레이저 용접은 에너지 밀도가 매우 높아 입열량이 적고 열영향부의 범위가 좁은 것이 특징으로, 고속 용접과 정밀한 좁고 깊은 용입을 얻을 수 있다.

따라서 대입열 용접이 가능하고 열영향부 범위가 넓다는 설명은 레이저 용접의 실제 특성과 반대된다.

길이가 긴 대형 강관의 원주부를 연속으로 자동용접할 때는 관을 회전시키며 용접 위치를 일정하게 유지시켜 주는 터닝롤러를 사용하는 것이 가장 적합하다.

엔드 탭은 용접 시작·끝단의 결함 방지용 보조판이고, 포지셔너는 회전과 함께 자세를 바꿔주는 지그로 용도가 다르다.

용접 지그는 용접물을 고정·회전시켜 작업을 돕는 기구로 용접 고정구, 포지셔너, 매니퓰레이터 등이 이에 해당한다.

용접 핸드 실드는 아크광선과 스패터로부터 작업자의 얼굴을 보호하는 보호구이므로 지그의 범주에 들지 않는다.

용접 구조물을 조립할 때는 완성 후 변형 제거가 쉽고 형상을 유지할 수 있으며, 경제적이면서 품질을 확보할 수 있도록 설계·시공해야 한다.

용접 변형과 잔류응력은 최소화하는 것이 조립의 목표이므로, 이를 상승시킬 수 있어야 한다는 것은 고려사항으로 옳지 않다.

허용응력은 재료의 최대인장강도를 안전율로 나눈 값으로 구한다.

$\sigma_a = \dfrac{\sigma_u}{S} = \dfrac{300\ \mathrm{MPa}}{3} = 100\ \mathrm{MPa}$

따라서 강판의 허용응력은 100MPa이다.

내마멸성이 필요한 부위의 보수 용접에는 경도가 높은 망간강, 크롬강, 크롬-코발트-텅스텐 계통의 심선이 사용된다.

규소강 계통 심선은 전자기적 성질(자성) 개선을 목적으로 하는 재료여서 내마멸성 보수 용접봉으로는 적합하지 않다.

연신율은 시험 전후 길이의 변화량을 처음 길이로 나눈 백분율로 구한다.

$\varepsilon = \dfrac{L_1 - L_0}{L_0}\times 100 = \dfrac{390-340}{340}\times 100 \approx 14.7\%$

따라서 이 용접 재료의 연신율은 약 14.7%이다.

U형 홈은 V형보다 홈의 폭이 좁으면서도 작업성과 용입이 좋아, 한쪽에서만 용접해도 충분한 용입을 얻고자 할 때 사용한다.

I형은 홈 가공이 없는 맞대기, X형과 K형은 양쪽에서 용접하는 형상이라는 점에서 이 문제의 조건과는 다르다.

피로강도는 하중이 반복적으로 가해지는 동적(반복) 하중 조건에서 재료가 견디는 능력을 평가하는 시험이지, 정적인 강도를 평가하는 시험이 아니다.

이음 형상·하중 상태·용접부 표면 상태·부식 환경 등은 실제로 피로강도에 영향을 주는 요소이며, S-N선도는 응력과 반복횟수의 관계를 나타내는 피로선도로 옳은 설명이다.

그림의 D는 홈 깊이를 나타내는 치수이며 비드 높이가 아니다.

위쪽에서 벌어진 두 개선면이 이루는 각 A는 홈 각도, 개선면 아래에 수직으로 남겨 둔 면 B는 루트 면, 두 모재 바닥 사이의 틈 C는 루트 간격으로 모두 명칭이 맞다.

D는 모재 윗면에서 루트 면 윗단까지 잰 값이므로 용접 전 홈 자체의 깊이다. 반면 비드 높이는 용접이 끝난 뒤 표면 위로 솟은 덧살의 높이여서, 홈 형상을 나타내는 이 치수와는 전혀 다른 값이다.

지그를 사용하면 용접물이 정확한 위치에 고정되어 변형이 억제되고 조립 작업이 단순화되며 작업능률이 향상된다.

이 과정에서 제품의 치수 정밀도는 오히려 높아지므로, 정밀도가 낮아진다는 설명은 지그 사용의 실제 효과와 반대된다.

V형 홈은 판 두께가 대략 15mm 이하인 판을 한쪽에서만 용접하여 완전한 용입을 얻고자 할 때 주로 사용한다.

• 얇은 판을 홈(개선) 가공 없이 맞대어 용접하는 것은 I형 홈이다.
• 양쪽 용접으로 완전한 용입을 얻고자 할 때 쓰이는 것은 X형이나 K형과 같은 양면 홈이다.

용접기에서 모재까지 연결하는 케이블은 회로를 접지하는 역할을 하는 접지 케이블이다.

1차 케이블(입력 케이블)은 전원에서 용접기로 전력을 공급하는 선이므로 모재 쪽 케이블과는 구분된다.

후판을 용접할 때는 능률이 좋은 용접법으로 용입을 깊게, 용착량을 적절히 확보하여 용접 층수를 줄이는 것이 설계상 바람직하다.

용입이 얕고 용착량이 적은 용접법으로 층수만 늘리는 것은 작업량과 입열이 늘어나 오히려 비효율적이므로 고려사항으로 옳지 않다.

산소압력조정기의 압력조정나사를 오른쪽(시계 방향)으로 돌리면 스프링을 압축시켜 밸브가 열리는 방향으로 작동하여 압력이 상승한다.

반대로 나사를 왼쪽으로 풀면 밸브가 닫히는 방향으로 움직여 압력이 낮아진다.

가용접(가접)은 본용접 전에 위치를 임시로 고정하는 작업이므로, 본용접보다 지름이 가는 용접봉을 사용하는 것이 바람직하다.

지름이 굵은 용접봉을 쓰면 전류가 커져 가접부에 결함이 생기기 쉬우므로, 굵은 용접봉을 사용하는 것이 좋다는 설명은 옳지 않다.

피복아크용접에서 용입은 주로 용접 전류, 아크의 길이, 용접 속도와 같은 용접 조건에 의해 좌우된다.

용접 홀더는 용접봉을 고정해 전류를 전달하는 기구일 뿐, 그 자체가 용입의 크기에 영향을 미치는 용접 조건은 아니다.

정류기형 직류 아크 용접기는 교류를 정류기로 정류하는 구조상 완전한 직류가 아닌 맥류(리플)가 섞인 직류를 얻게 되며, 이는 발전형과 비교되는 정류기형의 한계로 지적된다.

대신 소음이 적고 보수 점검이 간단하며 가격이 저렴하고 취급이 간편한 점은 발전형에 비한 정류기형의 실제 장점이다.

저항 발열량은 전류의 제곱, 저항, 통전시간에 비례하는 줄열 공식으로 구한다.

$Q = 0.24\, I^2 R t = 0.24 \times 20^2 \times 30 \times 10$

$Q = 0.24 \times 400 \times 300 = 28800\ \mathrm{cal}$

따라서 발열량은 약 28,800cal이다.

불활성 가스 아크 용접 중 텅스텐 전극을 사용해 전극이 소모되지 않는 비용극식(비소모식) 방식은 TIG 용접이다.

MIG 용접은 와이어 자체가 전극이자 용가재로 소모되는 용극식(소모식) 방식이라는 점에서 TIG와 구분된다.

가스 용접의 불꽃 온도는 약 3,000~3,500℃ 수준으로, 아크 용접의 아크 온도(약 5,000~6,000℃ 이상)보다 낮다.

가스 용접은 전원 설비 없이도 사용할 수 있고 운반이 편리하며 유해 광선 발생이 적어 응용 범위가 넓다는 장점이 있지만, 불꽃 온도가 아크보다 높다는 설명은 사실과 다르다.

산소-아세틸렌 가스 절단은 예열한 강에 고압 산소를 불어 철을 연소(산화)시켜 잘라내는 방법으로, 강은 발화(연소) 온도가 융점보다 낮고 생성되는 산화철의 융점도 모재보다 낮아 절단이 잘 이루어진다. 따라서 순철에 가까운 연강이 가장 잘 절단된다.

구리·알루미늄·스테인리스강은 표면 산화막의 융점이 모재보다 높거나 산화 반응이 잘 일어나지 않아 가스 절단이 어렵다.

산소 밸브는 고압 산소가 통과하는 부분으로, 기름이나 그리스가 닿으면 급격한 산화·발화 위험이 있어 절대로 기름을 칠해서는 안 된다.

산소병을 눕히지 않고 화기에서 멀리하며 비눗물로 누설 여부를 확인하는 것은 올바른 취급 수칙이다.

피복 아크 용접에서 적정 아크 길이는 대체로 사용하는 용접봉 심선의 지름과 비슷한 값을 기준으로 한다.

따라서 지름 3.2mm 용접봉을 사용할 때는 아크 길이도 이와 비슷한 3.2mm 정도로 유지하는 것이 적당하다.

용사법에는 열원에 따라 아크 용사법, 가스 불꽃 용사법, 플라즈마 제트 용사법 등이 있다.

오토콘 용사법은 이러한 용사법의 분류에 속하지 않는 용어로, 용사법 종류로 볼 수 없다.

팁 교체 시에는 산소·아세틸렌 양쪽 밸브를 먼저 잠근 뒤 안전하게 팁을 바꿔 끼워야 하므로, 밸브를 열어둔 채 교체한다는 설명은 틀린 내용이다.

밸브를 열어둔 상태에서 팁을 분리하면 가스가 그대로 분출되어 역화·인화 위험이 커진다.

• 토치를 망치 등으로 쓰지 않는 것, 팁·토치를 바닥이나 흙 속에 방치하지 않는 것, 역류·역화·인화에 항상 주의하는 것은 모두 올바른 취급 수칙이다.

산소병은 가연성 가스와 함께 보관하지 않으며, 누설 여부는 비눗물을 발라 기포 발생으로 확인하는 것이 올바른 취급법이다.

• 산소병과 아세틸렌병 모두 40℃ 이하에서 보관해야 하므로 60℃·30℃ 기준은 틀린 수치다.
• 아세틸렌병은 눕혀서가 아니라 세워서 운반해야 충전물이 안정적으로 유지된다.
• 충전구가 얼었을 때는 40℃ 이하의 미지근한 물로 녹여야 하며, 50℃ 이상의 온수를 쓰면 위험하다.

카바이드 통을 개봉할 때 정(chisel)으로 따내면 타격 시 불꽃이 튀어 발생 가스에 인화될 위험이 있으므로, 이는 틀린 취급 방법이다.

• 운반 중 타격·충격·마찰을 피하는 것, 저장소 근처에 인화성 물질·화기를 두지 않는 것, 개봉 후 습기 침투를 막아 보관하는 것은 모두 올바른 수칙이다.

일렉트로 슬래그 용접은 용융 슬래그의 저항열로 다량의 열을 지속적으로 가하는 방식이라 용접 입열이 낮은 것이 아니라 오히려 크다는 점이 이 공정의 특징이다.

• 큰 입열 덕분에 후판 용접에 적당하고 용착속도·품질이 우수하며, 용융 슬래그 속에서 진행되어 아크가 발생하지 않으므로 용접 중 아크를 눈으로 볼 수 없다는 설명은 모두 맞는 특징이다.

서브머지드 아크 용접은 대전류·고전류밀도를 사용해 용착속도가 빠르고 용입이 깊은 공정이므로, 전류밀도가 낮아 박판에 유리하다는 설명은 틀린 내용이다.

• 플럭스에 덮여 진행되어 유해광선 발생이 적은 점, 개선각을 줄여 패스 수를 줄일 수 있는 점은 모두 맞는 특징이다.

탄산가스(CO2) 아크용접은 와이어를 연속 송급하는 방식이라 제어 케이블, CO2 용접 토치, 와이어 송급장치가 필요하지만, 피복아크용접봉을 건조시키는 용접봉 건조로는 이 장치 구성에 포함되지 않는다.

저수소계(E4316) 용접봉은 용착금속 중 수소 함유량이 다른 종류보다 약 1/10 수준으로 적어 내균열성·기계적 성질이 우수하지만, 피복제가 흡습하기 쉬워 사용 전 건조가 필요하고 아크 시작·종료 지점에서 아크가 불안정해 기공이 생기기 쉬운 특징이 있다.

일미나이트계(E4301), 철분산화티탄계(E4324), 철분산화철계(E4327)는 수소 함유량이나 흡습 특성이 이와 다르다. 참고로 철분저수소계는 E4326이다.

허용사용률은 (정격 2차전류 ÷ 실제 용접전류)의 제곱에 정격사용률을 곱해 구한다.

$\left(\dfrac{300}{200}\right)^2 \times 40 = 2.25 \times 40 = 90$

즉 허용사용률이 90%이므로, 10분 작업 중 9분까지 아크를 발생시켜도 용접기에 무리가 없다.

국내 고압가스 용기 도색 기준상 아세틸렌은 황색으로 표시하므로, 청색으로 표시한다는 설명은 틀린 내용이다.

• 산소는 녹색, 수소는 주황색, 프로판(LPG)은 회색으로 표시하는 것이 맞는 기준이다.