15년 3회차

재가열균열(SR균열) 평가에는 변형이완시험, 자율구속도시험, 고온인장시험 등이 사용되지만, 장시간 고온 크리프 특성을 보는 크리프저항시험은 재가열균열 시험법으로 사용되지 않는다.

불림은 강재 전체를 오스테나이트화한 뒤 공랭하여 조직을 균일하고 미세하게 만드는 열처리로 표면만을 경화시키는 방법이 아니다.

• 침탄법·질화법은 표면에 탄소나 질소를 침투시켜 경화층을 만드는 화학적 표면경화법이고, 고주파 열처리는 표면만 급속 가열·급랭하는 물리적 표면경화법으로 모두 표면경화법에 해당한다.

예열은 냉각속도를 늦춰 열영향부에 마르텐사이트 같은 경한 조직이 생기는 것을 억제하므로 경도를 오히려 낮추는 효과가 있으며, 경도를 증가시킨다는 설명은 틀린 목적이다.

• 수축 변형 감소, 용접부·열영향부의 균열 방지, 연성·노치 인성 개선은 모두 예열의 실제 목적이다.

규소철(Fe-Si), 티탄철(Fe-Ti), 망간철(Fe-Mn)은 용융금속의 산소를 제거하는 탈산제로 쓰이지만, 석회석(CaCO3)은 가열 시 이산화탄소를 방출하며 슬래그를 형성하는 조재제 역할을 하므로 탈산제에 해당하지 않는다.

A1 변태(723℃)는 오스테나이트가 펄라이트로 바뀌는 공석변태로 탄소가 있어야 일어나므로, 탄소가 없는 순철에서는 나타나지 않는다.

• A2(자기변태, 768℃), A3(910℃), A4(1400℃) 변태는 탄소 함량과 무관하게 순철에서도 나타나는 변태점이다.

철-탄소계에서 γ고용체는 면심입방(FCC) 구조의 오스테나이트, α고용체는 체심입방(BCC) 구조의 페라이트에 해당한다.

고장력강은 아크 길이가 길어지면 대기 중 질소·수소 흡수가 늘어 기공·균열이 생기기 쉬워지므로 아크 길이를 짧게 유지해야 하며, 길게 유지한다는 설명은 틀린 주의사항이다.

• 저수소계 용접봉 사용, 용접봉 지름의 3배 이하 위빙 폭, 용접 전 이음부 청소는 모두 올바른 주의사항이다.

비열은 Mg > Al > Mn > Cr 순으로 크며, 마그네슘이 제시된 금속 중 비열이 가장 크다.

기계적 응력 완화법은 용접 후 제품에 하중을 가해 용접부에 소성변형을 일으켜 잔류응력을 낮추는 방법으로, 문제에서 설명한 방식과 일치한다.

• 연화 풀림법·국부 풀림법은 가열을 통한 응력 제거 방법이고, 저온 응력 완화법도 가열을 이용하는 방식이라 하중에 의한 소성변형과는 다르다.

침입형고용체는 크기가 작은 용질원자가 모재(용매)원자의 결정격자 틈새나 격자결함 위치에 끼어드는 형태의 고용체로, 문제에서 설명한 조건과 일치한다.

• 치환형고용체는 원자 크기가 비슷해 모재원자 자리를 치환하는 방식이라 이 설명과 다르다.

인벌류트곡선(involute curve)은 원기둥에 감긴 실의 한 끝을 늘어뜨리지 않고 풀어나갈 때 실의 끝이 그리는 곡선이다. 보기 2는 사이클로이드곡선의 정의이고, 보기 3은 에피사이클로이드곡선, 보기 4는 원뿔곡선(이차곡선)의 정의로서 모두 다른 곡선들이다.

도면에서 두 종류 이상의 선이 겹칠 경우 외형선을 가장 우선하고, 이어서 숨은선, 절단선, 중심선, 무게중심선 순으로 그리는 것이 올바른 우선순위다.

나란한 두 개의 세로선(‖)은 I형 맞대기 용접 기호이므로 '한쪽면 수직 맞대기 용접'이라는 명칭이 맞지 않다.

I형은 개선 가공 없이 판 끝면을 그대로 맞대어 용접하는 이음이어서, 기호도 맞댄 두 판의 끝면을 본뜬 평행한 두 직선으로 그린다.

• 직각삼각형(⊿) — 필릿 용접
• V자 — V형 맞대기 용접
• X자 — 양면 V형 맞대기 용접

윗변이 직선이고 아래로 볼록한 반원(◡) 모양으로 그린 기호가 이면 용접 기호다.

이면 용접은 한쪽 면을 먼저 용접한 뒤 반대쪽 루트부를 따내고 다시 덧용접해 완전 용입을 확보하는 작업이며, 뒷면에 얹히는 둥근 비드 모양을 본떠 반원으로 나타낸다.

• 세로선에 두 개의 빗변이 붙어 K자를 이루는 기호 — K형(양면 베벨형) 맞대기 용접
• 중앙 세로선을 사이에 두고 좌우가 대칭인 곡선 기호 — 개선면을 둥글게 판 곡면 개선(U·J형 계열) 양면 맞대기 용접

사각 틀 안에 MR이 적힌 기호가 제거 가능한 덮개판(이면 판재)을 뜻한다.

MR은 용접이 끝난 뒤 뒷댐재를 떼어 낸다는 지시다. 뒷댐재는 루트부에서 용융금속이 흘러내리는 것을 막아 완전 용입을 돕는 받침이다.

• 사각 틀 안의 M — 떼어 내지 않고 그대로 남기는 영구적인 덮개판
• 위로 볼록한 곡선 — 용접부 표면을 볼록하게 마감하라는 표면 형상 보조기호

참고 치수는 치수 수치를 괄호 ( ) 안에 넣어 표시하는 것이 규정이므로, 원을 넣는다는 설명은 틀린 내용이다.

• 치수를 주 투상도에 집중시키는 것, 계산이 필요 없도록 기입하는 것, 공정별로 배열을 분리해 기입하는 것은 모두 올바른 치수 기입 유의사항이다.

프리핸드법은 자나 컴퍼스 같은 제도용구 없이 눈대중으로 부품 형상을 스케치한 뒤 실제 치수를 측정해 기입하는 스케치 방법으로, 문제의 설명과 일치한다.

3각법 투상에서 위에서 내려다본 모양을 정면도 위쪽에 배치한 것이 평면도이며, 정면도·우측면도·좌측면도는 각각 다른 방향에서 본 투상도다.

해칭은 가는 실선을 일정한 간격과 각도로 규칙적으로 늘어놓아 단면의 절단된 부분을 표시하는 선으로, 문제에서 설명한 용도와 일치한다.

도면이 실제 척도와 비례하지 않게 그려졌을 때는 척도란에 NS(Not to Scale)라고 표기해 비례가 아님을 알린다.

V형 홈은 한쪽 면에서만 용접을 진행해 상하 열분포가 비대칭이 되므로, 대칭 구조인 X형이나 H형보다 각변형이 크게 나타난다.

가접은 이후 본 용접의 품질에 직접 영향을 주므로 본 용접사와 동등한 기량이 요구되며, 쉬운 작업이라 기량이 부족해도 된다는 설명은 틀린 내용이다.

• 본 용접 전 잠정적으로 고정하는 짧은 용접이라는 점, 홈 안 가접부를 본 용접 전 갈아내는 점, 본 용접보다 가는 지름의 용접봉을 쓰는 점은 모두 맞는 설명이다.

용착효율은 용착금속의 중량을 용접봉의 사용 중량으로 나눈 값에 100을 곱해 백분율로 나타낸다.

$\text{용착효율}=\dfrac{\text{용착금속의 중량}}{\text{용접봉의 사용 중량}}\times 100(\%)$

녹인 용접봉 가운데 스패터·슬래그·연소로 날아가지 않고 실제 이음부에 남은 금속의 비율이므로, 분모가 써 버린 용접봉이고 분자가 남은 용착금속이다. 따라서 값은 항상 100%보다 작다.

분자와 분모를 뒤집어 용접봉 사용량을 위에 둔 식은 값이 100%를 넘어 효율이 될 수 없다. 또 피복제 중량을 용접봉 사용 중량으로 나눈 식은 용착효율이 아니라 피복률을 구하는 식이며, 피복제 중량을 용착금속 중량으로 나눈 식은 어느 쪽 정의에도 해당하지 않는다.

밑면 따내기는 핸드 그라인더, 아크 에어 가우징, 가스 가우징 등으로 결함부를 제거하는 작업이며, 선반 가공인 선삭(turning)은 이러한 용도로 쓰이지 않는다.

한 곳에 교차 용접을 집중시키면 국부적으로 열이 몰려 비틀림 변형이 오히려 커지므로, 이는 변형 경감을 위한 올바른 시공법이 아니다.

• 지그 활용, 가공·정밀도 관리, 이음부의 정확한 맞춤은 모두 비틀림 변형을 줄이는 데 도움이 되는 방법이다.

I형(개선 없는 맞대기) 이음은 홈 가공이 필요 없는 만큼 얇은 판, 대략 3mm 정도의 박판 용접에 주로 이용되는 형태다.

아크 스트라이크는 용접이음의 용융부가 아닌 모재 표면에서 아크를 잘못 발생시켜 국부적으로 손상을 남기는 결함으로, 문제에서 설명한 현상과 일치한다.

용접부 이면과 표면을 모두 기계 가공해 덧살과 응력집중부를 제거하면 노치 효과가 줄어 피로강도가 가장 높게 나타난다.

• 덧살을 그대로 두거나 한쪽 면만 다듬질한 경우는 응력집중이 남아 피로강도가 상대적으로 낮다.

인장시험, 굽힘시험, 경도시험은 하중이나 변형을 가해 기계적 성질을 평가하는 기계적 시험이지만, 부식시험은 화학적 반응을 통해 내식성을 평가하는 화학적 시험이라 기계적 시험방법에 해당하지 않는다.

H형 홈은 양쪽 면에서 각각 용접해 두꺼운 판에서도 충분한 용입을 얻을 수 있도록 설계된 홈으로, 두꺼운 판의 양면 용접에 가장 적합하다.

용접 후 수냉처리는 오히려 급격한 온도 변화로 응력·변형을 유발할 수 있어 변형 방지 대책으로 사용되지 않는다.

• 국부 가열을 피하기 위해 전체 또는 넓게 가열하는 방법, 스트롱 백 사용, 역변형을 미리 주는 방법은 모두 실제 변형 방지 대책이다.

이음 길이 1cm당 용접입열은 아크전압 $E$, 아크전류 $I$, 용접속도 $v$(cm/min)를 써서 $H = \dfrac{60 \times E \times I}{v}$로 구한다.

아크전압 30V, 아크전류 200A, 용접속도 20cm/min을 대입하면 $H = \dfrac{60 \times 30 \times 200}{20} = 18000\ \mathrm{J/cm}$이다.

허용인장하중은 이음부 단면적에 허용응력과 이음효율을 곱해 구한다.

단면적은 두께 15mm와 폭 100mm를 곱한 $1500\ \mathrm{mm^2}$이고, 여기에 허용응력 $35\ \mathrm{kgf/mm^2}$와 이음효율 80%를 곱한다.

$P = 1500 \times 35 \times 0.8 = 42000\ \mathrm{kgf}$까지 허용할 수 있다.

역변형법은 용접에 의해 발생할 변형 방향을 미리 예측해 용접 전에 반대 방향으로 미리 굽혀 놓는 변형 방지법이다.

• 고정 지그나 보강재로 움직임을 막는 방법은 억제법(구속법)에 해당한다.
• 스트롱 백을 사용해 구속하는 방법도 억제법의 한 형태로, 미리 반대 변형을 주는 역변형법과는 다르다.

용접지그를 적절히 사용하면 작업이 쉬워지고 다량생산 시 작업능률이 오르며 제품의 마무리 정밀도가 향상된다. 또한 부재를 잡아 구속해 주므로 용접변형은 오히려 감소한다.

따라서 용접변형이 증가한다는 설명은 지그 사용의 실제 효과와 반대이므로 틀린 내용이다.

전 용접길이에 방사선투과검사를 실시해 결함이 하나도 검출되지 않았다면 그 용접이음은 완전 용입·무결함 상태로 인정되어 이음효율 100%로 평가한다.

이음효율은 결함 발생 정도에 따라 낮아지는데, 결함이 전혀 없으므로 강도 저하 요인이 없다고 보는 것이다.

침투검사(PT)는 표면에 열린 미세한 결함에 침투액이 모세관 현상으로 스며들도록 한 뒤 현상액으로 이를 드러내는 표면결함 검사법이다.

육안검사는 침투액을 이용하지 않고, 자분검사와 전자기적검사는 자성이나 전자유도 원리를 이용하므로 모세관 현상과는 무관하다.

이음효율은 용접 시험편의 인장강도를 모재의 인장강도로 나눈 값의 백분율이다.

$\eta=\dfrac{\text{용접시편의 인장강도}}{\text{모재의 인장강도}}\times 100(\%)$

모재가 본래 갖고 있던 강도를 용접 이음이 얼마나 되살렸는지를 보는 값이므로 모재 강도가 기준(분모)이 되고, 결과는 보통 100% 이하로 나온다.

분모와 분자를 바꾼 식은 효율이 100%를 넘게 되어 정의에 맞지 않으며, 충격강도로 세운 식들도 이음효율의 정의가 아니다. 이음효율은 인장강도를 기준으로 정의한다.

엔드 탭은 용접선의 시작점과 끝점에 덧붙이는 보조판으로, 아크 스타트와 크레이터 부위에서 생기기 쉬운 용입 불량이나 결함을 모재 밖에서 흡수시켜 본 이음부의 품질을 확보한다.

포지셔너와 회전 지그, 고정 지그는 용접물의 자세나 위치를 잡아주는 장치로 시작·끝단 결함 방지가 주목적은 아니다.

겹쳐진 두 부재의 한쪽에 둥근 구멍 대신 좁고 긴 홈을 뚫고 그 홈을 따라 용접하는 방법을 슬롯 용접이라 한다. 같은 방식이라도 구멍이 둥글면 플러그 용접이다.

겹치기 용접은 두 부재 끝단을 단순히 겹쳐 용접하는 방식이고, 플랜지 용접과 T형 용접은 부재의 결합 형태로 구분되는 것이어서 홈 형상과는 관계가 없다.

사람의 팔꿈치·손목 관절처럼 여러 회전축을 가진 아크용접용 다관절 로봇은 관절 좌표 로봇이다.

원통 좌표 로봇과 직각 좌표 로봇, 극 좌표 로봇은 각각 원통·직교·극좌표계로 움직이는 구조로, 관절 형태의 움직임과는 다르다.

납땜 용제는 통전을 이용하는 전기저항 납땜에 사용될 경우 오히려 전도체여야 통전이 원활하게 이루어진다.

비전도체여야 한다는 설명은 전기저항 납땜의 원리와 맞지 않으므로 틀린 조건이다.

산화 방지, 모재·땜납 부식 최소화, 납땜 후 슬래그 제거 용이성은 모두 용제가 갖추어야 할 올바른 조건이다.

가스절단에서 드래그는 판두께 25mm 이하를 기준으로 판두께의 20% 정도를 표준으로 한다.

드래그가 이보다 과도하게 커지면 절단면 하부가 지연되어 절단 품질이 떨어지므로 이 비율을 기준값으로 관리한다.

레이저 용접은 렌즈로 집속한 고밀도 레이저 빔을 모재에 조사해 용융시키는 비접촉식 용접법이다.

접촉식 용접방법이라는 설명은 레이저 용접의 원리와 맞지 않으므로 틀린 내용이다.

모재와 공구가 닿지 않기 때문에 열변형이 적고, 이종금속 용접과 미세·정밀 용접이 가능하다는 나머지 설명은 모두 옳다.

산소-아세틸렌 가스용접 토치는 사용 압력에 따라 저압식·중압식·고압식으로 나뉜다.

절단식은 가스절단 작업에 쓰는 절단 토치를 가리키는 것으로, 가스용접 토치의 종류 구분에는 해당하지 않는다.

피복 아크용접에서 발생한 입열 중 모재에 흡수되는 열량은 대략 75~85% 정도이고, 나머지는 아크 복사와 스패터 등으로 대기 중에 손실된다.

가스용접에서 연료가스의 연소를 돕는 지연성 가스는 산소이다.

수소, 프로판, 아세틸렌은 모두 스스로 타는 가연성(연료) 가스로 지연성과는 반대의 성질을 가진다.

용접법은 크게 모재를 녹여 접합하는 융접, 가열한 모재에 압력을 가해 접합하는 압접, 모재는 녹이지 않고 용가재(땜납)만 녹여 붙이는 납땜으로 나뉘며 전자빔 용접은 전자빔으로 모재를 용융시키는 대표적인 융접이다.

• 단접은 모재를 가열한 뒤 압력을 가해 접합하는 압접이다.
• 초음파 용접은 초음파 진동에 의한 압력으로 접합하는 압접이다.
• 마찰 용접은 마찰열과 가압력으로 접합하는 압접이다.

TIG 용접기의 덮개를 벗기고 내부를 점검할 때는 반드시 전원스위치를 꺼야 감전 사고를 막을 수 있다.

전원을 켠 채로 덮개를 벗기고 작업한다는 설명은 안전수칙에 어긋난다.

절연 상태 점검, 접지단자의 접지 확보, 케이블 연결부 점검은 모두 올바른 안전관리 항목이다.

스터드 용접에서 페롤은 스터드 주위를 감싸 아크열을 집중시키고 용융금속의 산화와 유출을 억제하며 용착부의 오염을 막는 역할을 한다.

용융금속의 유출을 촉진시킨다는 설명은 페롤 본래의 기능과 반대이므로 틀린 내용이다.

가스절단면에 일정 간격으로 나타나는 평행한 곡선은 절단 진행이 느려지며 생기는 드래그 라인이다.

이는 슬래그의 방해와 산소의 오염 등으로 절단 속도가 홈 아래쪽으로 갈수록 지연되면서 남는 흔적이다.

프랑스식(가변압식) 가스용접 토치의 팁 번호는 표준불꽃으로 1시간 동안 소비하는 아세틸렌의 양(L)을 뜻한다.

따라서 200번 팁은 시간당 아세틸렌 200L를 소비하는 팁이며, 이 크기의 불꽃은 연강판 두께 2mm 정도의 용접에 가장 적당하다.

좋은 용접비드를 얻으려면 원칙적으로 짧은 아크로 작업해야 하며, 아크 길이가 길어질수록 아크가 불안정해져 용융금속의 산화·질화가 일어나기 쉽다.

따라서 긴 아크로 작업한다는 설명은 올바른 용접 조건과 반대이므로 틀린 내용이다.

전류가 너무 낮으면 오버랩이 생기고, 용접속도를 운봉속도·아크속도라 부르는 것은 모두 맞는 설명이다.

절연 상태가 불량한 비안전형 홀더를 사용하면 홀더의 노출된 금속부에 신체가 접촉되기 쉬워 전격(감전) 재해가 발생하기 쉽다.

교류 아크 용접기에서 무부하 전압을 낮춰 작업자의 감전을 방지하기 위해 설치하는 장치가 전격방지 장치이다.

2차권선 장치나 원격제어 장치, 핫 스타트 장치는 각각 전압 조정, 원격 조작, 아크 발생 보조를 위한 장치로 감전 방지가 목적이 아니다.

맞대기 저항 용접에는 부재를 맞대어 접합하는 플래시 용접, 업셋버트 용접, 퍼커션 용접이 속한다.

스폿(점) 용접은 두 판을 겹쳐 전극으로 가압·통전해 접합하는 겹치기 저항 용접으로, 맞대기 방식이 아니다.

아크 에어 가우징은 아크열과 압축공기를 함께 사용하여 용접부의 결함을 제거하는 방법이다. 보기 1번은 압축공기 압력이 4~6kgf/cm²가 적당하므로 오류이고, 2번은 비철금속에도 적용되므로 오류이며, 4번은 그라인딩 가우징보다 작업 능률이 높은 것이 특징이므로 오류다. 3번이 정답으로, 용접 균열, 용접 결함, 포로우 등을 제거하여 재용접을 준비하는 데 사용되는 가우징의 주요 목적을 정확히 설명한다.

점용접(스폿 용접)의 3대 요소는 가압력, 통전시간, 전류의 세기이며, 이 세 조건의 조합이 너깃의 크기와 품질을 결정한다.

산소용기의 내압시험압력은 최고충전압력의 약 5/3배 수준으로 정해져 있어, 충전압력의 3배 이상이라는 설명은 실제 기준과 맞지 않는다.

산소는 35℃에서 약 150kgf/cm² 고압으로 충전되고, 용기는 이음매 없이 제작되며 인장강도 57kgf/mm² 이상·연신율 18% 이상의 강재를 사용한다는 설명, 다량 사용 시 매니폴드를 쓴다는 설명은 모두 옳다.

탄산가스 아크용접은 보호가스인 $\mathrm{CO_2}$가 대기 중으로 쉽게 흩어지기 때문에 바람의 영향을 크게 받아 방풍장치가 반드시 필요하다.

방풍장치가 필요 없다는 설명은 실제 특성과 반대이므로 틀린 내용이다.

전류밀도가 높아 용입이 깊고 속도가 빠르며, 철 계통 재질에 한정되고, 가시 아크로 시공이 편리하다는 나머지 설명은 모두 옳다.