07년 1회차

왁스나 합성수지로 만든 소모성 모형을 조형재로 감싸 굳힌 뒤 가열해 모형을 녹여 배출하고 그 빈 공간에 쇳물을 붓는 정밀주조법이 인베스트먼트법(로스트 왁스법)이다. 셸 몰드법은 수지를 입힌 모래로 얇은 셸 주형을 만드는 방법이고, 다이캐스트법은 금형에 용탕을 고압으로 압입하는 방법이다.

혼(hone)이라 부르는 각봉 모양 숫돌을 유압·스프링으로 벌려 내면에 눌러 붙이고 회전과 왕복운동을 동시에 주어 원통 내면을 다듬는 가공이 호닝이다. 슈퍼피니싱은 숫돌에 미세 진동을 주어 표면만 다듬고, 래핑은 랩과 랩제 사이에서 문질러 다듬는 방법이다.

볼트·너트가 닿는 구멍 주위만 얕게 깎아 평탄한 자리를 만드는 작업이 스폿 페이싱이다. 카운터 싱킹은 접시머리 나사용 원뿔 자리를, 보링은 이미 뚫린 구멍을 넓혀 정밀하게 다듬는 작업을 말한다.

프레스가 실제로 재료에 전달하는 힘은 효율을 곱한 $5000\,\mathrm{kgf}\times 0.8=4000\,\mathrm{kgf}$ 이다. 변형저항은 이 힘을 유효 단면적으로 나눈 값이므로 $\sigma=\dfrac{4000}{500}=8\;\mathrm{kgf/mm^{2}}$ 이다. 효율을 곱한 뒤 면적으로 나누는 순서가 핵심이다.

버니어캘리퍼스의 최소 측정값은 본척 1눈금과 부척 1눈금의 차이다. 본척 최소 눈금 1mm, 부척이 19mm를 20등분(1눈금 0.95mm)이면 $1-\dfrac{19}{20}=0.05\;\mathrm{mm}=\dfrac{1}{20}\;\mathrm{mm}$ 가 되어 조건과 일치한다.

연삭 동력은 $H=\dfrac{Fv}{75\times 60\times \eta}\;[\mathrm{PS}]$ 로 구한다(1PS = 75 kgf·m/s, 분속을 초속으로 환산). 대입하면 $H=\dfrac{15\times 1800}{75\times 60\times 0.8}=\dfrac{27000}{3600}=7.5\;\mathrm{PS}$ 이다.

코어 프린트는 주형 속에서 코어를 제 위치에 고정·지지하기 위해 모형에 붙이는 돌기다. 쇳물의 부력으로 코어가 뜨거나 밀려 치수가 틀어지는 것을 막아준다. 응고 수축분 보충은 덧쇳물(라이저)의 역할이다.

널링은 공작물을 회전시키며 널링 공구를 눌러 미끄럼 방지 무늬를 내는 선반 작업이라 밀링머신에서는 할 수 없다. 더브테일 홈 가공, 드릴링, 메탈 슬리팅 소를 이용한 절단은 모두 밀링에서 가능한 작업이다.

덧쇳물(라이저)은 응고 수축으로 부족해진 쇳물을 보충하고, 쇳물에 압력을 주어 조직을 치밀하게 하며, 불순물과 용재를 띄워 배출하는 역할을 한다. 균열 방지는 주물 형상 설계와 냉각 조절의 문제로 라이저의 목적이 아니다.

스피닝은 회전하는 금속판에 롤러를 눌러 대접 모양으로 성형하는 판금 가공이지 단조가 아니다. 자유단조의 기본작업은 늘리기·업세팅(눌러 붙이기)·굽히기·단짓기·구멍뚫기·절단 등이다.

눈메움은 칩이 숫돌 기공을 메우는 현상으로, 입도가 너무 곱거나 조직이 치밀할 때, 연한 금속을 연삭할 때, 절삭깊이가 클 때 생긴다. 원주속도가 너무 빠르면 오히려 입자가 잘 탈락하지 않아 무딤(글레이징)이 되므로, 눈메움의 원인 설명으로는 틀리다.

공구수명은 완성된 가공 치수의 변화가 일정량에 도달했을 때 판정하며, '미달할 때'는 아직 정상 가공 상태이므로 기준이 될 수 없다. 가공면에 광택 있는 색조나 반점이 생길 때, 배분력·이송분력이 급증할 때, 인선 마모량이 한도에 달했을 때가 정상적인 판정 기준이다.

구멍보다 약간 큰 볼을 압입해 통과시켜 내면을 소성변형으로 다져 정밀하고 매끈한 면을 얻는 가공이 버니싱이다. 숏 피닝은 강구를 뿜어 표면에 압축 잔류응력을 주어 피로강도를 높이는 처리이고, 배럴 다듬질과 버핑은 표면 광택·거스러미 제거용이다.

변태점 이상으로 가열한 뒤 물·기름 같은 냉각제에서 급냉시켜 마텐자이트를 얻는 조작이 담금질이며, 이로써 경도와 강도가 크게 올라간다. 풀림은 노냉, 불림은 공랭이고, 뜨임은 담금질한 강을 다시 낮은 온도로 가열해 인성을 회복시키는 처리다.

절삭비는 절삭깊이를 칩 두께로 나눈 값이므로 $r_c=\dfrac{t_1}{t_2}$ 이다. 칩은 전단변형으로 두꺼워지고 짧아져 $t_2\gt t_1$ 이 되므로 절삭비는 항상 1보다 작고, 값이 1에 가까울수록 전단변형이 작은 양호한 절삭 상태다.

곧은자·마이크로미터·버니어캘리퍼스는 눈금에서 치수를 직접 읽는 직접측정기이다. 게이지블록은 그 자체가 기준 치수를 제공하는 표준게이지로, 다이얼게이지 등과 조합해 기준과의 차이만 읽는 비교측정에 쓰인다.

MIG 용접은 직류 역극성(DCRP, 와이어 쪽 +)을 사용한다. 역극성이라야 와이어가 빠르게 녹아 용착효율이 높고, 알루미늄·마그네슘 표면의 산화막을 깨뜨리는 청정작용(클리닝 효과)을 얻을 수 있다.

센터리스 연삭은 조정숫돌과 받침판이 공작물을 자동으로 잡고 이송하므로 숙련이 필요 없고 연속 대량생산에 적합하다. 센터 구멍을 낼 수 없는 중공품과 가늘고 긴 부품에 유리하며, 숫돌 폭이 넓어 마멸이 적고 수명이 긴 것은 옳은 설명이다.

보통 선반의 크기는 베드 위의 스윙, 왕복대 위의 스윙, 양 센터 사이의 최대거리(및 베드 길이)로 표시한다. 주축(스핀들)의 회전속도는 가공 조건을 정하는 성능값일 뿐 기계의 크기를 나타내는 값이 아니다.

방사선·초음파·자분검사는 시험체를 손상시키지 않고 결함을 찾아내는 비파괴검사이다. 피로검사는 시험편에 반복하중을 가해 파단시키며 성질을 조사하므로 파괴검사에 속한다.

도심축에 대한 원형단면의 값은 $I_x=\dfrac{\pi a^{4}}{4}$ 이고, 원주에 접하는 축까지의 거리는 반지름 a이다. 평행축 정리를 쓰면 $I_{x'}=I_x+Ad^{2}=\dfrac{\pi a^{4}}{4}+\pi a^{2}\cdot a^{2}=\dfrac{5\pi a^{4}}{4}$ 이다.

중공축의 극단면계수는 $Z_p=\dfrac{\pi (D^{4}-d^{4})}{16D}=\dfrac{\pi (60^{4}-40^{4})}{16\times 60}=3.40\times 10^{4}\;\mathrm{mm^{3}}$ 이다. 최대 전단응력 조건에서 $T=\tau Z_p=120\times 3.40\times 10^{4}=4.08\times 10^{6}\;\mathrm{N\cdot mm}=4.08\;\mathrm{kN\cdot m}$ 이다.

굽힘모멘트는 하중 P의 작용선과 그 단면 사이의 수평거리에 P를 곱한 값이다. 반지름 R인 곡선보에서 각 θ인 단면과 하중점 B를 지나는 연직선 사이의 수평거리가 $R\cos\theta$ 이므로 $M=PR\cos\theta$ 이다. 하중점(θ=90°)에서 0, 고정단 쪽(θ=0)에서 PR로 최대가 된다.

안전계수가 2이므로 허용응력은 $\sigma_a=\dfrac{240}{2}=120\;\mathrm{MPa}$ 이다. 얇은 원통에서는 축방향응력보다 두 배 큰 원주(후프)응력 $\sigma=\dfrac{pD}{2t}$ 가 지배하므로, $p=\dfrac{2t\sigma_a}{D}=\dfrac{2\times 3\times 120}{1500}=0.48\;\mathrm{MPa}=480\;\mathrm{kPa}$ 이다.

축력을 받는 봉의 스프링상수는 $k=\dfrac{EA}{L}$ 이다.

단위를 m으로 맞추면 $A=10\;\mathrm{cm^{2}}=10\times 10^{-4}\;\mathrm{m^{2}}$, $L=0.2\;\mathrm{m}$ 이므로
$k=\dfrac{7\times 10^{9}\times 10\times 10^{-4}}{0.2}=35\times 10^{6}\;\mathrm{N/m}=35\;\mathrm{MN/m}$ 이다.

면적과 길이의 단위 환산에서 자릿수가 갈린다.

등분포하중이 만드는 중앙 처짐과 집중력 P가 만드는 중앙 처짐을 같게 놓으면 된다. $\dfrac{5\omega \ell^{4}}{384EI}=\dfrac{P\ell^{3}}{48EI}$ 에서 $P=\dfrac{5\omega \ell^{4}}{384}\cdot\dfrac{48}{\ell^{3}}=\dfrac{5\omega \ell}{8}$ 이다.

두 부재가 강체 판 아래 나란히(병렬) 놓여 함께 눌리므로 줄어드는 길이가 같아 변형률이 서로 같다($\varepsilon_1=\varepsilon_2$). 훅의 법칙 $\sigma=E\varepsilon$ 를 적용하면 $\dfrac{\sigma_1}{\sigma_2}=\dfrac{E_1}{E_2}$ 이며, 탄성계수가 큰 부재가 더 큰 응력을 부담한다.

B점에서 힘의 평형을 풀면 정삼각형 브래킷의 두 봉에는 각각 크기 $P$ 의 축력이 생긴다(AB는 인장, BC는 압축). 단위하중법으로 $\delta_v=\sum\dfrac{F^{2}L}{PAE}=\dfrac{2PL}{AE}$ 이므로 $\delta_v=\dfrac{2\times 15000\times 1500}{156\times 210000}=1.37\;\mathrm{mm}$ 이다.

직사각형 단면은 $I=\dfrac{bh^{3}}{12}$ 이므로 두 경우의 비는 $\dfrac{bh^{3}}{hb^{3}}=\left(\dfrac{h}{b}\right)^{2}$ 이다. $h=1.5b$ 를 넣으면 $1.5^{2}=2.25$, 즉 2.25 : 1 이다. 단면을 세워 쓸수록 높이의 제곱만큼 유리해진다.

전체 하중은 분포하중을 적분해 구한다. $W=\int_{0}^{L}\omega_0\sin\dfrac{\pi x}{L}\,dx=\dfrac{2\omega_0 L}{\pi}$ 이고, 이 하중은 보 중앙에 대해 좌우 대칭이므로 두 지점이 절반씩 나눠 받는다. 따라서 $R_A=\dfrac{W}{2}=\dfrac{\omega_0 L}{\pi}$ 이다.

비틀림각 $\theta=\dfrac{TL}{GI_p}$ 에서 $T=\dfrac{\theta GI_p}{L}$ 이고 $I_p\propto d^{4}$ 이다. 같은 각도로 비틀려면 $\dfrac{T_1}{T_2}=\dfrac{d^{4}/L}{(2d)^{4}/2L}=\dfrac{2}{16}=\dfrac{1}{8}$ 이다.

최대 주응력은 $\sigma_1=\dfrac{\sigma_x+\sigma_y}{2}+\sqrt{\left(\dfrac{\sigma_x-\sigma_y}{2}\right)^{2}+\tau_{xy}^{2}}$ 이다. 대입하면 $\sigma_1=-300+\sqrt{600^{2}+450^{2}}=-300+750=450\;\mathrm{MPa}$ 이다. 평균응력이 −300MPa로 음수인 점을 놓치면 750MPa로 오답이 된다.

편심 압축이므로 축응력과 굽힘응력을 더한다.

$A=25\times 50=1250\;\mathrm{mm^{2}}$, 편심 방향의 단면계수는 $Z=\dfrac{50\times 25^{2}}{6}=5208\;\mathrm{mm^{3}}$ 이다.
따라서 $\sigma_{max}=\dfrac{P}{A}+\dfrac{Pe}{Z}=\dfrac{10^{5}}{1250}+\dfrac{10^{5}\times 2}{5208}=80+38.4=118.4\;\mathrm{MPa}$ 이다.

축인장은 단면 전체에 $\dfrac{50\times 10^{3}}{100\times 150}=3.33\;\mathrm{MPa}$ 의 인장을 준다.

굽힘은 $M=\dfrac{\omega L^{2}}{8}=\dfrac{3\times 2^{2}}{8}=1.5\;\mathrm{kN\cdot m}$, $Z=\dfrac{100\times 150^{2}}{6}=3.75\times 10^{5}\;\mathrm{mm^{3}}$ 이므로
$\dfrac{1.5\times 10^{6}}{3.75\times 10^{5}}=4\;\mathrm{MPa}$ 이다.

둘을 겹치면 하연은 3.33+4=7.33MPa 인장, 상연은 3.33−4=0.67MPa 압축이 된다.

중공 단면적은 바깥 원에서 안쪽 원을 뺀 $A=\dfrac{\pi}{4}(30^{2}-25^{2})=216\;\mathrm{mm^{2}}$ 이다. 따라서 $\sigma=\dfrac{P}{A}=\dfrac{10\times 10^{3}}{216}=46.3\;\mathrm{MPa}$ 이다.

양단이 자유롭게 회전하는 핀 지지이므로 단말계수는 1이고 $P_{cr}=\dfrac{\pi^{2}EI}{L^{2}}$ 를 쓴다.

좌굴은 약한 축에서 일어나므로 $I=\dfrac{100\times 50^{3}}{12}=1.042\times 10^{6}\;\mathrm{mm^{4}}$ 을 대입하면
$P_{cr}=\dfrac{\pi^{2}\times 10^{5}\times 1.042\times 10^{6}}{4000^{2}}\approx 6.4\times 10^{4}\;\mathrm{N}$, 즉 약 64kN이다.

2축 응력의 후크 법칙은 $\varepsilon_x=\dfrac{\sigma_x-\mu\sigma_y}{E}$, $\varepsilon_y=\dfrac{\sigma_y-\mu\sigma_x}{E}$ 이다.

대입하면
$\varepsilon_x=\dfrac{100-0.3\times 50}{210\times 10^{3}}=404\times 10^{-6}$
$\varepsilon_y=\dfrac{50-0.3\times 100}{210\times 10^{3}}=95\times 10^{-6}$ 이다.

직교방향 응력을 포아송비만큼 빼주는 것이 핵심이다.

단순보 중앙에 집중하중이 걸릴 때 최대처짐은 $\delta=\dfrac{PL^{3}}{48EI}$ 이다. $I=\dfrac{40\times 60^{3}}{12}=7.2\times 10^{5}\;\mathrm{mm^{4}}$ 이므로 $P=\dfrac{48EI\delta}{L^{3}}=\dfrac{48\times 2\times 10^{5}\times 7.2\times 10^{5}\times 5}{2000^{3}}=4320\;\mathrm{N}$ 이다.

단축 인장에서 체적변형률은 $\varepsilon_v=\varepsilon(1-2\mu)=\dfrac{\sigma}{E}(1-2\mu)$ 이다. 대입하면 $\varepsilon_v=\dfrac{10}{210\times 10^{3}}\times (1-2\times 0.3)=4.76\times 10^{-5}\times 0.4=1.9\times 10^{-5}$ 이다.

열영향부가 경화하면 비드 표면과 모재가 만나는 비드 끝단(토우)의 응력집중부에서 균열이 시작되는데, 이를 토우균열이라 한다. 비드 밑 균열은 비드 바로 아래 열영향부 내부에서, 은점은 용착금속 파단면에 수소 때문에 생기는 결함이다.

연강판은 두께 25mm 미만이면 상온에서 예열 없이 용접할 수 있으므로 12mm 연강판이 예열 필요성이 가장 적다. 두꺼운 강인강은 급랭 경화·저온균열 때문에, 알루미늄·구리합금은 열전도도가 커서 열이 달아나기 때문에 예열이 필요하고, 0℃ 이하에서는 연강이라도 예열해야 한다.

비금속 개재물은 대기와 슬래그가 용융지에 말려들 때 늘어나므로 아크 길이가 길고 위빙폭이 클수록 많아진다. 따라서 아크가 짧고 위빙폭이 작을 때 많아진다는 설명은 반대로 서술된 것이다.

포정반응은 액상 + 고상 → 다른 고상으로 진행되는 반응으로, Fe-C 상태도에서 1495℃의 $\delta + L \to \gamma$ 변화가 대표적이다. Ag-Cr·Pb-Zn·Ag-Ni는 서로 거의 고용되지 않는 계여서 포정반응을 나타내지 않는다.

슬래그 산화물은 염기성(CaO·MgO·FeO·MnO), 중성(Al₂O₃ 등), 산성으로 나뉘며 SiO₂는 대표적인 산성 산화물이다. 슬래그의 염기도는 염기성 산화물과 산성 산화물의 비로 나타내므로 SiO₂가 많을수록 산성 슬래그가 된다.

응고 순서에 따라 부위별 화학성분이 달라지는 현상이 편석(segregation)이다. 먼저 굳는 부분은 순도가 높고, 나중에 굳는 부분에 C·S·P 등 불순물이 농축되어 조성 차이가 생긴다.

설퍼크랙은 황이 층상으로 편석된 부분에 수소가 모여 생기는 균열이므로, 용착금속에 수소가 흡수되지 않도록 저수소계 용접봉을 충분히 건조해 쓰고 예열하는 것이 가장 효과적이다. 림드강은 오히려 황 편석이 심해 설퍼크랙에 불리하다.

오스테나이트화한 강을 어떤 온도에서 냉각을 멈추고 그 온도로 유지하며 변태 개시·완료 시점을 온도-시간 좌표에 그린 것이 항온변태곡선(TTT곡선, S곡선)이다. 냉각을 계속하며 측정하는 연속냉각변태(CCT)곡선과 구분된다.

탈산력은 산소와의 친화력 순서로 Al·Ti·Si·Mn 순으로 크다. Ni는 산소와의 친화력이 낮아 탈산제로 쓰이지 않고 인성·내식성을 높이는 합금원소로 쓰인다.

열영향부의 취화역은 비교적 낮은 온도로 가열된 구역이라 현미경 조직상 변화가 거의 없으나 열응력·석출 때문에 취화될 수 있다. 조립역은 약 1250℃ 이상에서 결정립이 조대화한 부분이고, 세립역은 재결정으로 미세화되어 오히려 인성이 좋으며, 원질부는 열영향을 받지 않은 모재 그대로다.

노멀라이징(불림)은 A₃·A_cm보다 30~50℃ 높게 가열한 뒤 공랭해 조직 미세화·표준조직화·가공성 개선을 얻는 열처리다. 조직이 미세해지면 인성이 좋아지므로 취성 향상은 목적이 될 수 없다.

면심입방격자(FCC)에 속하는 것은 γ-Fe(오스테나이트)이며 Al·Cu·Ni·Ag도 같은 구조다. α-Fe와 Cr은 체심입방격자(BCC)다.

연강은 가스 용접 시 생기는 산화철의 융점이 모재보다 낮아 슬래그로 쉽게 떠오르므로 용제가 필요 없다. 알루미늄·구리합금·주철은 생성되는 산화물의 융점이 높고 점성이 커서 용제로 녹여 제거해야 한다.

페라이트계 스테인리스강은 용접열을 받아도 마텐자이트화(경화)하지 않지만, 고온에 노출된 부위의 결정립이 현저히 조대화되어 연성·인성이 떨어진다. 마텐자이트계는 경화·저온균열이, 오스테나이트계는 입계부식과 고온균열이 주된 문제다.

SM45C에서 SM은 기계구조용 탄소강재를, 45는 탄소 함유량 약 0.45%를 뜻한다. 뒤 숫자가 인장강도를 뜻하는 것은 SS400·SM400처럼 강도 등급으로 표기하는 강재의 경우다.

순철의 A₂ 변태(약 768℃)는 결정구조는 그대로인 채 강자성이 상자성으로 바뀌는 자기변태다. A₃(910℃)·A₄(1400℃)는 격자가 바뀌는 동소변태이고, A₁은 순철에는 없는 공석변태다.

취성파괴는 천이온도보다 낮은 저온에서 소성변형 거의 없이 일어나며, 균열 전파속도가 매우 빨라 최대 재질 내 음속의 약 40%(강에서 약 2,000 m/s)에 이른다. 전파가 순식간에 이루어져 사전 징후 없이 구조물 전체가 파단되는 것이 특징이다.

금속 결정의 전위는 인상(칼날)전위·나선전위·혼합전위 세 가지로 분류된다. 굽힘전위라는 형태는 존재하지 않는다.

페라이트는 체심입방격자인 α철에 탄소가 고용된 상으로, 상온 고용도가 0.008% 정도로 매우 낮아 거의 순철에 가깝고 연하다. 6.67% C의 탄화철은 시멘타이트, 철-탄화철계 공정조직은 레데뷰라이트다.

입방정계는 단순·체심·면심 입방격자 세 가지로 세분되며, 육심 입방격자라는 것은 없다. 조밀육방격자(HCP)는 입방정계가 아니라 육방정계에 속하므로 혼동하기 쉽다.

기공·언더컷·용입불량처럼 용접부 내부나 표면에 생긴 흠은 구조상 결함이지만, 형상불량은 비드 폭·각장 등 외형이 규정을 벗어난 것으로 변형·치수불량과 함께 치수상 결함에 속한다.

용접구조설계는 기본계획 → 강도계산 → 구조설계 → 공작도면 작성 → 재료적산 → 사양서 작성 순으로 진행한다. 강도계산이 구조설계보다 먼저 이루어져야 부재 치수와 이음 형식을 정할 수 있다.

덧살이 클수록 비드 토우부의 응력집중이 심해져 피로강도가 떨어진다. 따라서 덧살은 최소로 하고 표면을 매끄럽게 다듬어야 하며, 단면 급변 회피·응력집중부 이음 배제·완전 용입은 모두 올바른 피로강도 향상법이다.

크레이터 균열은 용접을 끝낸 크레이터부의 용착금속에 생기는 균열이므로 열영향부 균열이 아니다. 비드 밑 균열·토우 균열·루트 균열은 모두 수소와 경화조직 때문에 열영향부에 생기는 저온균열이다.

잔류응력 제거·완화법으로는 응력제거 어닐링, 저온응력완화법, 기계적응력완화법, 피닝법이 쓰인다. 노멀라이징은 조직을 미세화·표준화하는 열처리여서 잔류응력 제거법으로 분류하지 않는다.

피스코(Fisco) 균열 시험법은 응고 과정에서 생기는 고온균열을 평가하는 시험이다. 슬릿형·리하이(Lehigh) 구속·H형 균열 시험은 모두 수소와 구속응력에 의한 저온균열 시험법이다.

필릿 용접선이 교차하는 부위를 부채꼴(반원형)로 잘라낸 노치를 스캘럽(scallop)이라 하며, 교차부의 응력집중과 결함 집중을 피한다. 백 치핑은 뒷면 홈파기, 피닝은 타격에 의한 응력 완화, 가스 가우징은 가스 불꽃으로 홈을 파내는 작업이다.

전진법은 이음 시작점에서 끝점까지 한 방향으로 죽 진행하는 가장 단순한 용착법으로, 이음이 짧고 변형·잔류응력이 문제되지 않을 때 쓴다. 이음이 길면 후퇴법·대칭법·비석(스킵)법으로 열과 변형을 분산시킨다.

부식시험은 내식성이나 조직을 확인하는 시험이어서 기공은 검출할 수 없다. 방사선·초음파·와류 검사는 모두 내부 기공을 비파괴로 찾아낼 수 있다.

균열의 변형 모드는 Mode I 개구형, Mode II 면내 전단형(Sliding), Mode III 면외 전단형(Tearing) 세 가지뿐이다. 비틀림형(Twisting)은 여기에 속하지 않는다.

용착금속을 많게 하면 입열과 수축량이 커져 변형이 오히려 늘어난다. 변형 경감을 위해서는 용착금속을 필요 최소한으로 해야 하며, 역변형·대칭법·후퇴법·피닝은 모두 올바른 변형 경감법이다.

비드 밑 균열은 약 300℃ 이하에서 발생하는 저온균열로, 수소 집적·오스테나이트에서 마텐자이트로의 변태·수축 구속이 원인이다. 따라서 550℃ 이상의 고온에서 발생한다는 설명은 원인이 될 수 없다.

그림은 양쪽에 각장 h의 필릿 용접이 있는 T형 이음이므로, 목두께는 $a = 0.707h = 0.707 \times 10 = 7.07\,\mathrm{mm}$이고 유효 단면적은 $2 \times 7.07 \times 400 = 5656\,\mathrm{mm^2}$이다. 따라서 $\sigma = \dfrac{P}{2 \times 0.707h\ell} = \dfrac{45000}{5656} \approx 7.95\,\mathrm{kgf/mm^2}$다.

용접이음 효율은 모재 강도에 대한 용접부 강도의 비이므로 $\eta = \dfrac{\text{용접시험편의 인장강도}}{\text{모재의 인장강도}} \times 100\,(\%)$로 나타낸다. 분자가 용접시험편, 분모가 모재여야 이음부가 모재보다 약할 때 효율이 100% 미만으로 나온다.

충격시험(샤르피·아이조드)은 노치를 낸 시험편을 충격으로 파단시켜 흡수에너지로 인성(취성)을 평가하는 시험이다. 시험온도를 바꿔가며 천이온도를 구해 저온취성을 판정하는 데도 쓰인다.

역변형법은 용접 후 생길 수축·변형을 예측해 용접 전에 반대 방향으로 미리 굽혀 놓고 작업하는 방법이다. 1번은 구속(지그)법, 2번은 도열법, 3번은 피닝법에 대한 설명이다.

필릿 용접부는 45° 이등변삼각형 단면이므로 이론 목두께는 각장의 0.707배다. 따라서 $a = 0.707 \times 6 \approx 4.24\,\mathrm{mm}$로 약 4.2mm다.

입열이 클수록 수축변형이 커지므로 용접속도를 빠르게 해 입열을 줄이는 것이 수축변형 대책이다. 입열 증가와 비대칭 용접은 변형을 키우고, 역변형은 오히려 적극적으로 활용해야 할 방법이다.

맞대기 이음의 유효 단면적은 판두께와 이음길이의 곱이므로 $A = t\ell = 9 \times 200 = 1800\,\mathrm{mm^2}$이다. 따라서 $\sigma = \dfrac{P}{A} = \dfrac{8000}{1800} \approx 4.44\,\mathrm{kgf/mm^2}$다.

납땜 용제는 용융된 땜납 위로 떠올라 산화를 막아야 하므로 비중이 작아야 하며, 비중이 클 것은 구비조건이 아니다. 그 밖에 유동성·젖음성이 좋고, 전기저항 납땜용은 도전성을 해치지 않으며, 인체·기구에 안전할 것이 요구된다.

슬래그는 용융금속 위로 떠올라 보호막이 된 뒤 응고 후 쉽게 벗겨져야 하므로 융점이 낮고 가벼워야 한다. 융점이 높고 무거운 슬래그는 용융지에 말려들어 슬래그 섞임의 원인이 되므로 피복제의 역할이 아니다.

부하전류가 늘어날 때 단자전압이 오히려 다소 높아지는 특성이 상승특성으로, MIG·CO₂ 같은 자동·반자동 용접용 정전압 계열 전원에서 나타난다. 수하특성은 반대로 전류가 늘면 전압이 낮아지는 특성으로 수동 피복아크 용접기에 쓰인다.

돌기용접은 돌기의 크기·높이·위치가 정밀해야 전류가 균등하게 흘러 건전한 너깃이 생긴다. 정밀도가 낮은 돌기로는 전류 분포가 흐트러져 용접 품질이 크게 나빠지므로 4번 설명이 틀렸다.

TIG 용접은 아크가 안정되고 입열 조절이 쉬워 박판 용접에 특히 적합하다. 후판은 용착속도가 느려 불리하므로 5mm 이상 두꺼운 판에만 쓴다는 설명은 틀렸다.

아크 쏠림은 직류에서 자기장이 비대칭이 되어 생기므로 직류 대신 교류를 사용해야 방지된다. 짧은 아크 사용, 접지점을 용접부에서 멀리 두기, 후퇴법 용접, 엔드탭 사용도 방지법이다.

전자빔 용접은 진공 중에서 고속 전자의 운동에너지를 열로 바꿔 녹이는 방식이라 저항열을 쓰지 않는다. 점·심·프로젝션·플래시·업셋 용접이 전기저항 용접에 속한다.

용접입열은 $H = \dfrac{60EI}{V}\ \mathrm{(J/cm)}$로 구한다. 전력 $EI\,\mathrm{(W)}$에 60을 곱해 1분간 에너지로 바꾼 뒤 속도 $V\,\mathrm{(cm/min)}$로 나누면 용접선 1cm당 에너지가 되기 때문이다.

용접이음은 이음부가 일체 구조이고 노치·잔류응력이 남아 저온에서 취성파괴 위험이 오히려 크며 균열이 구조물 전체로 전파되기 쉽다. 재질 변화와 수축변형·잔류응력은 단점, 기밀·수밀성이 우수한 것은 장점이 맞다.

가스 용접봉 지름은 모재 두께가 1mm 이상일 때 $D = \dfrac{T}{2} + 1\ \mathrm{(mm)}$로 정한다. 예를 들어 두께 $T = 6\,\mathrm{mm}$이면 $D = 4\,\mathrm{mm}$짜리 용접봉을 쓴다.

산소병은 반드시 세워서 운반·보관해야 하며, 뉘어서 운반하면 구르거나 충격을 받아 매우 위험하다. 이동 시 밸브를 잠그고 캡을 씌우며, 밸브에 기름·그리스가 묻으면 고압 산소와 반응해 발화하므로 절대 금지한다.

MIG 용접은 불활성가스로 아크를 보호하므로 바람에 매우 약해 옥외에서는 방풍벽 등 방풍대책이 반드시 필요하다. 각종 금속 용접 가능, 높은 용착효율, CO₂ 용접보다 적은 스패터는 실제 장점이다.

대기 중 탄산가스 농도가 30% 이상이면 극히 위험한 치사 수준이 된다. 3~4%에서 두통·귀울림이 오고 15% 이상이면 위험한 상태가 되므로, CO₂ 용접 시 환기가 필수다.

허용사용률은 $\text{허용사용률} = \left(\dfrac{\text{정격 2차 전류}}{\text{실제 용접전류}}\right)^2 \times \text{정격사용률}$로 구한다. 대입하면 $\left(\dfrac{200}{150}\right)^2 \times 40 = 1.78 \times 40 \approx 71\,\%$다.

사용률은 정해진 시간(보통 10분) 가운데 실제로 아크를 발생시킨 시간의 비율이므로 $\text{사용률} = \dfrac{\text{아크발생시간}}{\text{아크발생시간} + \text{정지시간}} \times 100\,(\%)$이다. 분모가 아크발생시간과 정지시간을 합한 전체 시간이어야 한다.

용접작업의 대표 재해는 유해광선(자외선)에 의한 전광성 안염, 화상, 흄·유해가스 중독, 감전이다. 방사선 장해는 전자빔 용접이나 방사선 투과검사 같은 특수 작업에서만 문제되므로 일반 용접작업의 재해로 보지 않는다.

슬래그 생성제는 산화철·이산화망간(MnO₂)·규사·석회석·장석·형석 등으로, 용융금속을 덮어 산화·질화를 막고 냉각속도를 늦춘다. 당밀은 고착제, 망간·니켈은 합금 첨가제로 쓰인다.

교류 아크 용접기는 역률이 직류 용접기보다 나쁘다. 대신 무부하 전압이 높아(70~80V) 전격 위험이 크고 자기 쏠림이 거의 없으며, 직류기는 무부하 전압이 낮아 전격 위험이 적은 대신 자기 쏠림이 잘 생긴다.

플래시 용접은 예열 → 플래시 → 업셋 3단계로 진행된다. 맞댄 면을 가볍게 접촉시켜 예열한 뒤 불꽃(플래시)으로 접촉부를 녹여 산화물을 날려 보내고, 마지막에 큰 압력을 가해 업셋시켜 접합한다.

용접봉 홀더에도 무부하 전압(교류 70~80V)이 그대로 걸리므로 절연이 불량하면 전격사고 위험이 크다. 따라서 규격에 맞는 안전홀더를 쓰고 젖은 손·젖은 장갑으로 작업하지 않아야 한다.

서브머지드 아크 용접은 용접선 위에 뿌린 입상 플럭스가 흘러내리면 안 되므로 아래보기·수평 필릿 자세로 제한되어 전자세 용접에 쓸 수 없다. 대전류로 용입이 깊어 홈 각도를 줄일 수 있고 이음 신뢰성이 높은 것은 실제 특징이 맞다.