04년 2회차

라이저(압탕)는 주형 위쪽에 쇳물을 담아 두는 부분으로, 주형 내 쇳물에 정압을 걸어 응고 수축분을 계속 밀어 넣는다. 덕분에 수축공이 라이저 쪽으로 몰리고 제품부에는 결함이 남지 않는다.

원판을 뚫을 때 잘리는 면은 원둘레 × 판두께다. $P = \tau \pi d t = 45 \times \pi \times 100 \times 5 \approx 70686\,\mathrm{kgf}$이므로 약 70.7 ton이다.

플래시 버트 용접은 접촉부에서 불꽃을 튀기며 재료를 녹인 뒤 압력을 가하므로, 산화물과 불순물이 용융금속에 섞여 접합면 밖으로 흘러나간다. 그래서 별도의 용제 없이도 깨끗한 접합면을 얻는다.

수퍼피니싱은 입도가 곱고 연한 숫돌을 낮은 압력으로 대고 진동시켜 가공 변질층을 제거하는 다듬질이다. 호닝은 크로스 해치 자국이 남고, 래핑은 습식이 거친 가공·건식이 광택 다듬질이며, 액체호닝은 연마제를 압축공기로 뿜어 표면을 다듬는 가공이다.

내압용기는 제작이 끝나면 물을 채워 소정 압력으로 수압시험을 한다. 물은 압축성이 거의 없어 파열해도 방출 에너지가 작지만, 공기압 시험은 압축에너지가 커서 위험하다. 판금의 국부 가열은 열처리가 아니라 수축·굽힘 변형을 얻기 위한 것이다.

최소 측정값 $\dfrac{1}{20} = 0.05\,\mathrm{mm}$는 본척 1 mm에 대해 아들자가 19 mm를 20등분했을 때 나온다. 아들자 한 눈금이 0.95 mm이므로 $1 - 0.95 = 0.05\,\mathrm{mm}$가 된다.

공구 수명은 절삭속도·절삭온도·마멸 진행 정도에 좌우되며, 특히 $VT^{n} = C$에서 보듯 절삭속도가 지배적이다. 공작물의 크기는 가공 시간에는 영향을 줘도 수명 자체를 결정하는 인자가 아니다.

삼침법은 나사 홈에 지름이 같은 침 3개를 끼우고 마이크로미터로 바깥치수를 재어 계산하므로 유효지름 측정 중 정밀도가 가장 높다. 나사마이크로미터·공구현미경·투영기는 접촉 상태나 상의 판독에서 오차가 더 크다.

곧은결(정목)은 나이테에 직각으로 켠 결이라 수축과 뒤틀림이 적고 조직이 균일하다. 반복 사용하며 치수 안정성이 생명인 목형에는 곧은결 재료가 가장 적합하다.

다이캐스팅은 쇳물을 고압·고속으로 밀어 넣으므로 금형 안의 공기를 빼내야 하며, 다이 분할면에 얕은 슬릿(에어 벤트)을 내어 배출한다. 공기를 빼지 않으면 기공과 미충전 불량이 생긴다.

눈막힘은 칩이 숫돌 기공을 메워 생기는 현상으로, 입자가 너무 잘거나 조직이 치밀할 때, 드레싱이 불량할 때, 연삭액이 부적합할 때, 원주속도가 너무 느릴 때 발생한다. 원주속도가 크면 오히려 입자가 잘 탈락하지 않아 무딤(글레이징)이 문제가 된다.

GC 숫돌은 녹색 탄화규소(SiC) 입자로 만들어 경도가 매우 높고 인성이 낮아, 초경합금이나 주철처럼 인장강도가 낮고 단단한 재료의 연삭에 쓴다. A·WA는 알루미나계로 인장강도가 큰 강재용이다.

A1 변태(공석변태, 약 727℃)에서 오스테나이트는 페라이트만으로 바뀌는 것이 아니라 페라이트와 시멘타이트가 층상으로 겹쳐 있는 펄라이트로 바뀐다.

따라서 이 변화를 "오스테나이트 ⇄ 페라이트"로만 적은 것은 함께 생기는 시멘타이트(탄화물)를 빠뜨린 서술이어서 옳지 않다.

나머지 서술은 같은 변태를 서로 다른 관점에서 나누어 적은 것이다. "γ-고용체 ⇄ α-고용체"는 탄소를 고용한 모상과 생성상의 관계를, "면심입방격자 ⇄ 체심입방격자"는 결정구조의 변화를, "고용탄소 ⇄ 유리탄소"는 오스테나이트에 녹아 있던 탄소가 고용 상태를 벗어나 탄화물로 석출되는 거동을 나타내므로 모두 성립한다.

초음파 가공은 공구의 미세 진동으로 지립을 때려 재료를 부수는 기계적 가공이므로, 전기가 통하지 않는 부도체(유리·세라믹·보석)도 가공할 수 있다. 오히려 도체만 가공되는 쪽은 방전가공이다.

인벌류트 치형의 피치오차는 이와 이 사이의 간격을 차례로 옮겨 가며 그 치수 차이를 읽어야 하므로, 기어 이 측정용으로 만들어진 버니어캘리퍼스(이 두께 캘리퍼스)처럼 눈금으로 치수를 직접 읽을 수 있는 측정기가 가장 적합하다.

실린더 게이지는 원통 안지름 전용 측정기이고, 마이크로미터는 두 측정면 사이에 물릴 수 있는 두께나 바깥지름을 재는 기구여서, 잇줄 위 두 지점 사이의 간격을 짚어 재는 데는 쓸 수 없다.

다이얼 게이지는 기준면에 대한 미세한 변위를 지시하는 비교측정기라 그 자체만으로는 피치 간격의 치수를 읽어 낼 수 없고, 별도의 전용 측정 장치에 부착해야 사용할 수 있다.

자유단조의 기본작업은 늘리기·넓히기·축박기(업셋팅)·굽히기·구멍뚫기·단짓기 등이다. 스피닝은 회전하는 판재를 롤러로 눌러 형상을 내는 판금(회전 성형) 가공이라 단조 작업이 아니다.

소결 다이아몬드는 코발트 등 금속 결합재 덕분에 전기가 통하므로 방전가공으로 가늘고 깊은 구멍을 낼 수 있다. 경도가 최고 수준이라 래핑·호닝·연삭용 숫돌로는 ø1.5 크기의 구멍을 뚫을 수 없다.

실리코나이징은 SiCl₄ 기류 속에서 강을 가열해 Si를 표면에 침투시키는 처리로, 반응은 $4\mathrm{Fe} + 3\mathrm{SiCl_4} \rightleftharpoons 4\mathrm{FeCl_3} + 3\mathrm{Si}$다. 원자 수가 맞으려면 Fe와 SiCl₄의 계수비가 4 : 3이어야 한다.

프레스 용량은 유압에 램의 유효단면적을 곱한 값이다. $F = 40 \times 50 = 2000\,\mathrm{kgf}$이고 1 ton = 1000 kgf이므로 2 ton이다.

구성인선은 절삭온도가 중간인 저속 영역에서 생기고 절삭속도를 높이면 소멸하므로 고속절삭이 대표적인 방지책이다. 경사각을 크게 하고 마찰계수가 작은 공구를 쓰며 칩 두께를 줄이는 것도 방지책이라, 나머지 보기는 모두 반대로 서술되어 있다.

비틀림 변형에너지는 $U = \dfrac{T^2 \ell}{2GI_p}$이고 원형 단면의 극단면 2차 모멘트는 $I_p = \dfrac{\pi D^4}{32}$다. 대입하면 $U = \dfrac{16T^2 \ell}{G\pi D^4}$로, 비틀림이므로 전단탄성계수 G가 들어간다.

체적계수는 $K = \dfrac{E}{3(1-2\nu)}$다. 포아송비가 0.5에 가까울수록 분모가 0이 되어 K가 무한대로 커지는데, 이는 체적이 변하지 않는 비압축성 재료를 뜻한다. $\dfrac{E}{2(1+\nu)}$는 체적계수가 아니라 전단탄성계수 G의 식이다.

자중만 받는 매달린 봉의 신장량은 $\delta = \dfrac{\gamma L^2}{2E}$로 단면적(지름)과 무관하다. $\delta = \dfrac{7.7 \times 10^4 \times 150^2}{2 \times 200 \times 10^9} = 4.33 \times 10^{-3}\,\mathrm{m} = 4.33\,\mathrm{mm}$이다.

중공 원형 단면계수는 $Z = \dfrac{\pi (d^4 - d_i^{\,4})}{32d}$이고 $d_i = \dfrac{d}{3}$이다. 내외경비의 4제곱이 1/81이므로 $Z = \dfrac{\pi d^3}{32}\left(1 - \dfrac{1}{81}\right) = \dfrac{5\pi d^3}{162}$다.

진변형률은 순간 길이를 기준으로 적분한 값이라 $\varepsilon = \ln\dfrac{L}{L_0} = \ln(e+1)$이다. 변형이 작을 때는 $\ln(1+e) \approx e$이므로 두 변형률이 거의 같아진다.

고정단에서 굽힘모멘트는 $M = 2000 \times 0.9 = 1800\,\mathrm{N}\cdot\mathrm{m}$, 비틀림모멘트는 150 N·m다. 굽힘과 비틀림을 상당비틀림모멘트로 합성하면 $\tau_{max} = \dfrac{16}{\pi d^3}\sqrt{M^2 + T^2} = \dfrac{16}{\pi (0.08)^3}\sqrt{1800^2 + 150^2} \approx 18\,\mathrm{MPa}$이다.

사각형 단면의 전단응력은 포물선 분포이고 중립축에서 최대가 된다. $\tau_{max} = \dfrac{3}{2}\cdot\dfrac{F}{A}$이므로 평균 전단응력보다 50 % 크다.

자유단에 집중하중 P를 받는 외팔보의 최대 처짐은 $\delta = \dfrac{P\ell^3}{3EI}$다. 면적모멘트법으로 보면 B.M.D 삼각형 면적 $\dfrac{P\ell^2}{2}$에 도심거리 $\dfrac{2\ell}{3}$를 곱해 EI로 나눈 값과 같다.

변형률은 늘어난 길이를 원래 길이로 나눈 값이므로 $\varepsilon = \dfrac{54 - 50}{50} = 0.08$이다. 늘어난 길이 4 mm를 쓰는 것이지 최종 길이 54 mm를 나누는 것이 아니다.

한쪽 끝만 벽에 고정되고 반대쪽은 자유로우므로 열팽창이 구속되지 않아 부재는 그냥 늘어날 뿐 응력이 생기지 않는다. $\sigma = E\alpha\Delta T$의 열응력은 양단이 모두 고정되어 신장이 막힐 때만 발생한다.

축방향 힘의 평형에서 $Q = 2W + W + P$이므로 중간에 걸린 2W와 W를 모두 더해야 한다. $Q = 3P$를 대입하면 $3W = 3P - P = 2P$, 즉 $W = \dfrac{2}{3}P$다.

등분포하중을 받는 단순보는 중앙에서 최대 굽힘모멘트가 생기며 $M = \dfrac{w\ell^2}{8}$다. $M = \dfrac{2000 \times 6^2}{8} = 9000\,\mathrm{N}\cdot\mathrm{m}$이다.

겹친 두 판을 볼트 하나로 잇는 구조이므로 볼트는 1면 전단만 받는다. $\tau = \dfrac{P}{\dfrac{\pi d^2}{4}} = \dfrac{500}{\dfrac{\pi (0.01)^2}{4}} \approx 6.37\,\mathrm{MPa}$이다.

비틀림각은 $\theta = \dfrac{T\ell}{GI_p}$이고 $I_p = \dfrac{\pi d^4}{32} = 1.571 \times 10^{-8}\,\mathrm{m^4}$다. $\theta = \dfrac{100 \times 3}{80 \times 10^9 \times 1.571 \times 10^{-8}} = 0.239\,\mathrm{rad}$이므로 13.7°이며, 라디안을 도로 환산하는 과정을 빠뜨리면 안 된다.

체적변형률은 $\dfrac{\Delta V}{V} = \varepsilon(1 - 2\nu)$다.

단면적 706.9 mm²에서 $\varepsilon = \dfrac{85000}{706.9 \times 70000} = 1.72 \times 10^{-3}$, 체적 $V = 706.9 \times 1500 = 1.06 \times 10^6\,\mathrm{mm^3}$이므로
$\Delta V = 1.06 \times 10^6 \times 1.72 \times 10^{-3} \times \dfrac{1}{3} \approx 600\,\mathrm{mm^3}$이다.

신장량은 $\delta = \dfrac{PL}{AE}$다. 단면적 100 mm², 길이 600 mm, $E = 20\,\mathrm{GPa} = 20000\,\mathrm{N/mm^2}$로 단위를 맞추면 $\delta = \dfrac{10000 \times 600}{100 \times 20000} = 3\,\mathrm{mm}$이다.

등분포하중에서 단순보의 중앙 처짐은 $\delta = \dfrac{5w\ell^4}{384EI}$, 양단고정보는 $\delta = \dfrac{w\ell^4}{384EI}$다. 분자만 다르므로 처짐비는 5 : 1이며, 단부를 고정하면 저항모멘트가 생겨 처짐이 1/5로 줄어든다.

얇은 원통에서 축방향 응력은 $\sigma_x = \dfrac{pr}{2t}$, 원주방향 응력은 $\sigma_y = \dfrac{pr}{t}$이므로 $\dfrac{\sigma_x}{\sigma_y} = \dfrac{1}{2}$다. 원주방향 응력이 2배로 크기 때문에 압력용기는 길이 방향으로 찢어진다.

편심 압축하중의 작용점이 단면핵(core) 안에 있으면 단면 전체가 압축만 받는다. 원형 단면의 단면핵 반지름은 $\dfrac{Z}{A} = \dfrac{\pi d^3 / 32}{\pi d^2 / 4} = \dfrac{d}{8}$이므로, 하중이 반경 d/8인 원 안에 있어야 인장응력이 생기지 않는다.

온도가 내려가면 강은 연성파괴에서 취성파괴로 급격히 바뀌는데, 이 파괴 형태가 바뀌는 온도 범위를 천이온도(transition temperature)라 한다. 샤르피 충격시험에서 흡수에너지가 급격히 떨어지는 구간으로 나타나며 저온취성 평가의 기준이 된다. 변태온도는 조직이 바뀌는 온도, 층간온도는 다층용접에서 다음 층을 쌓기 직전의 온도로 의미가 다르다.

가스절단은 예열된 금속이 절단산소와 반응해 생긴 산화물의 융점이 모재보다 낮아 산소 기류에 불려 날아가는 원리다. 이 조건을 만족하는 탄소강(연강)이 가장 잘 절단된다. 주철·스테인리스강은 산화물의 융점이 모재보다 높고, 비철금속은 열전도율이 커서 보통의 산소·아세틸렌 절단이 어렵다.

면심입방격자(FCC)의 대표 금속은 Al, Ni, Cu이며 Ag, Au, Pt, Pb도 여기에 속한다. 나머지 보기에는 체심입방격자(BCC)인 V·W가 섞여 있고, Mg·Zn·Cd는 조밀육방격자(HCP)이므로 '면심입방만'이라는 조건에 어긋난다.

연강용 피복아크 용접봉의 심선은 불순물이 적고 연성이 좋은 저탄소 림드강을 쓴다. 탄소가 많으면 용착금속이 경화되어 균열이 생기므로 심선의 탄소량을 극히 낮게 제한한다. 주강·합금강·특수강은 심선 재료로 쓰지 않는다.

용융강 중 수소의 용해는 시버트 법칙 $[\mathrm{H}] = K_H\sqrt{P_{\mathrm{H_2}}}$를 따른다. 대입하면 $\sqrt{P_{\mathrm{H_2}}} = \dfrac{0.0014}{0.0028} = 0.5$이다. 따라서 $P_{\mathrm{H_2}} = 0.5^{2} = 0.25$, 즉 수소분압은 0.25 atm이다.

금속의 결정격자는 체심입방(BCC)·면심입방(FCC)·조밀육방(HCP)이 대표이고, 마텐자이트처럼 체심정방격자를 갖는 경우도 있다. 보기의 '세밀오방격자'는 실재하지 않는 격자 명칭이므로 답이 된다.

질소는 용착금속에 고용되면 인장강도·경도를 올리는 대신 연신율과 충격치를 크게 떨어뜨리고, 시효(뜨임)취성과 청열취성의 원인이 된다. 수소는 은점·헤어크랙과 지연균열, 산소는 기공과 강도 저하 쪽 결함이 주된 문제라 성격이 다르다.

상온에서 소성변형을 받은 강에서 고용된 탄소·질소가 시간이 지나며 전위로 모여 전위를 고착시키면 강도와 항복점이 올라가고 사라졌던 항복점 연신이 다시 나타난다. 이 현상이 스트레인 시효(strain aging)다. 스트레처 스트레인은 항복점 연신 때 표면에 나타나는 무늬 결함이라 다른 개념이다.

탈산제는 철보다 산소와의 친화력이 커서 안정한 산화물을 만들어 슬래그로 떠오르게 하는 원소여야 하며, 대표적으로 망간철(Fe-Mn)·규소철(Fe-Si)·알루미늄이 쓰인다. 보기 중 이 조건을 만족하는 조합은 망간철-알루미늄분말이다. 형석은 슬래그 유동성 조절제, 이산화망간은 산화제, 규산칼리는 고착제라서 탈산 작용을 하지 않는다.

페라이트(α)는 체심입방격자인 α철에 탄소가 고용된 상으로, 탄소 고용도가 매우 작아 연하고 연성이 크다. 6.67 %C의 탄화철은 시멘타이트, 철-탄화철계 공정조직은 레데뷰라이트, 면심입방에 탄소를 고용한 상은 오스테나이트다.

구리는 열전도율이 연강의 여러 배여서 용접열이 순식간에 주변으로 퍼진다. 그 결과 Cu합금의 열영향부 폭은 연강보다 매우 넓어진다. 대신 국부 용융이 어려워 충분한 예열과 큰 입열이 필요하다.

음향방출(AE)은 재료가 변형·파괴될 때 나오는 응력파를 실시간으로 받아 진행 중인 결함을 감지하는 방법이라 응력파 방출이라고도 한다. 따라서 이미 존재하는 정지된 결함(미소 균열·기공·슬래그 혼입)을 찾아 크기까지 판정하는 것은 초음파·방사선 탐상의 역할이며, AE의 설명으로는 가장 거리가 멀다.

소성변형이 진행되면 전위가 서로 얽혀 슬립 저항이 커지는데, 이것이 곧 가공경화이므로 경도는 감소가 아니라 증가한다. 슬립은 원자밀도가 가장 큰 면과 방향에서 일어나고 변형이 진행될수록 슬립선 수가 늘어난다는 나머지 설명은 옳다.

강을 200~300 ℃에서 인장하면 인장강도·경도는 오르고 연성이 떨어지는데, 이때 표면 산화막이 푸르게 보인다고 해서 청열취성이라 한다. 적열취성은 900 ℃ 부근에서 황(S) 때문에, 저온취성은 천이온도 아래에서 나타나는 별개의 현상이다.

취화역은 대략 750~300 ℃의 열을 받은 부위로, 현미경 조직상 변화는 거의 없지만 열응력과 변형시효로 인성이 떨어질 수 있어 옳은 설명이다. 조립역은 약 1250 ℃ 이상 가열부, 세립역은 재결정으로 미세화되어 오히려 인성이 좋으며, 원질부는 열영향을 받지 않은 모재이므로 나머지는 틀렸다.

용접금속의 탈산반응은 Mn·Si·Al이 산소와 결합해 MnO·SiO₂·Al₂O₃ 같은 산화물을 만들고 슬래그로 떠오르는 반응을 말한다. 탄소는 산소와 만나 기체 CO가 되어 슬래그를 만들지 못하고 오히려 기공(블로홀)의 원인이 되므로 탈산반응식으로 다루지 않는다. 보기에서도 CO가 코발트(Co)로 표기되어 화학식 자체가 성립하지 않는다.

레데뷰라이트는 4.3 %C의 액상이 약 1130 ℃에서 응고할 때 생기는 공정조직으로, 오스테나이트와 시멘타이트가 섞여 있다. 펄라이트는 0.8 %C 부근에서 723 ℃의 공석반응으로 생긴 페라이트+시멘타이트 조직이라 성분과 온도가 다르다.

오스테나이트 상태에서 급냉하면 탄소가 확산해 빠져나갈 시간이 없어 그대로 갇힌 과포화 고용체인 마텐자이트가 된다. 체심정방격자로 매우 단단하고 취약하며, 같은 강을 서냉하면 펄라이트가 생기는 것과 대비된다.

용접 후 열처리(응력제거 풀림)의 목적은 잔류응력 제거, 열영향부 경화조직의 연화, 확산성 수소의 방출이다. 조대해진 결정립을 미세화하려면 A3 변태점 이상으로 가열한 뒤 공랭하는 불림(노멀라이징)이 필요하므로 통상적인 용접 후 열처리의 목적이 아니다.

Fe-C 상태도의 A3선(GS선)은 순철의 912 ℃에서 공석점 723 ℃까지 우하향하는 선이다. 따라서 아공석강에서 탄소량이 늘수록 A3 변태온도는 낮아진다. 반대로 과공석강의 Acm선은 탄소가 늘수록 높아진다.

①은 양쪽 모두 개선을 낸 완전용입 그루브 용접이라 판 단면 전체가 용착금속으로 이어져 하중 전달 면적이 가장 크다. ②는 개선 없는 양면 필릿, ③·④는 한쪽만 용접한 부분용입이라 루트부에 미용착 노치가 남는다. 인장과 굽힘이 함께 작용하면 이 노치가 응력집중과 균열의 기점이 되므로 완전용입 이음의 신뢰도가 가장 높다.

홈 가공은 판이 두꺼울수록 개선각을 크게 주는데, 가장 얇은 판은 개선 없이 그대로 맞대는 I형으로 충분하다. 판이 두꺼워질수록 V형, X형, H형 순으로 쓴다.

피스코 균열시험은 시험판을 구속한 상태로 용접해 균열 발생 여부를 보는 구속 균열시험이라 노치를 가공하지 않는다. 킨젤 시험, 로버트슨 시험, 반데르빈 시험은 모두 시험편에 노치를 만들어 굽힘 성능이나 취성파괴 전파를 보는 시험이다.

서브머지드 아크용접에서 용접속도가 너무 빠르면 비드가 좁고 깊어지면서 급랭되어 응고균열과 저온균열이 생긴다. 플럭스의 습기는 주로 기공(포로시티)의 원인이고, 망간은 황에 의한 고온균열을 오히려 억제하므로 균열 원인으로 보기 어렵다.

용접균열의 주원인은 급랭으로 생기는 경화조직(마텐자이트)과 확산성 수소이다. 예열 후 서냉하면 냉각속도가 느려져 조직이 연화되고 수소가 빠져나갈 시간도 생기므로 균열이 크게 줄어든다. 탄소량이 높은 재료를 쓰거나 자유수축을 구속하면 오히려 균열이 늘어난다.

보기 금속의 열전도율은 구리(약 385 W/m·K)가 가장 크고, 알루미늄(약 230), 연강(약 50), 18-8 스테인리스강(약 16) 순으로 작아진다. 열전도율이 큰 구리는 열이 빨리 달아나므로 용접 시 충분한 예열과 큰 입열이 필요하다.

루트 균열은 용착금속 아래쪽 루트부와 모재의 경계에서 시작되는 저온균열로, 확산성 수소와 급랭 경화가 주원인이다. 비드 표면 균열은 표면 균열, 크레이터 처리 불량은 크레이터 균열, 황 편석에 의한 것은 고온균열·라멜라 티어링 계열이라 발생 위치가 다르다.

용접부는 잔류응력과 결함이 남기 쉬우므로 기계 다듬질 면에는 용접금속이 오지 않도록 배치하는 것이 설계 원칙이다. 이음의 집중·접근·교차 회피, 노치인성이 좋은 재료 선택, 변형과 잔류응력 경감은 모두 옳은 지침이다.

예열온도는 재질뿐 아니라 판두께·이음의 구속도·주위 온도·용접법에 따라 달라지므로 같은 재료라도 언제나 같지 않다. 탄소량이 많을수록 예열온도를 높이고, 예열하면 냉각속도가 느려진다는 나머지 설명은 옳다.

스트롱백은 판을 가로질러 덧대어 용접 변형과 틀어짐을 막는 구속 지그다. 용융금속이 흘러내리지 않게 받쳐 주는 것은 뒷받침재(backing)나 엔드탭의 역할이므로 설명이 잘못됐다.

완전용입 맞대기 이음의 인장응력은 $\sigma = \dfrac{P}{t\,\ell\,\eta}$이므로 길이는 $\ell = \dfrac{P}{t\,\sigma\,\eta}$다. 대입하면 $\ell = \dfrac{3080}{10 \times 7 \times 0.8} = \dfrac{3080}{56} = 55$가 되어 용접길이는 55 mm다.

피로강도는 응력집중을 줄일수록 좋아지므로, 기계가공으로 응력집중계수를 높이는 것은 오히려 피로강도를 떨어뜨린다. 비드 끝을 매끄럽게 다듬어 노치를 없애고, 잔류응력을 완화하거나 피닝으로 압축 잔류응력을 주는 것이 올바른 향상 대책이다.

맞대기 이음의 단면계수는 $Z = \dfrac{\ell t^{2}}{6} = \dfrac{200 \times 20^{2}}{6} \approx 13333\ \mathrm{mm^{3}}$이고, 굽힘모멘트는 $6000\ \mathrm{kgf \cdot cm} = 60000\ \mathrm{kgf \cdot mm}$다. 따라서 $\sigma_b = \dfrac{M}{Z} = \dfrac{60000}{13333} = 4.5$, 즉 4.5 kgf/mm²다.

용접순서의 원칙은 수축이 큰 이음을 먼저 용접해 수축이 자유단 쪽으로 빠져나가게 하는 것이다. 따라서 '수축이 작은 이음을 먼저 용접한다'가 틀렸다. 중심에 대해 대칭으로 용접하고 중립축에 대한 수축모멘트의 합을 0으로 두는 것은 옳은 원칙이다.

어닐링(풀림)은 가열 후 노 안에서 서냉해 내부응력을 없애고 조직을 연화·균질화하는 처리이므로, 결과는 연화와 유연성 회복이지 강도 상승이 아니다. 강도와 강인성을 함께 높이려면 담금질 후 뜨임을 해야 한다.

T형 이음은 판이 세 방향으로 붙어 있어 열이 빠져나가는 통로가 많으므로 맞대기 이음보다 냉각속도가 빠르다. 따라서 '늦다'는 설명이 틀렸다. 후판일수록 방열 경로가 늘어 냉각이 빨라진다는 나머지 설명은 옳다.

잔류응력과 변형은 국부 가열·냉각에 따른 열팽창과 수축, 그리고 그 과정에서 생긴 소성변형이 구속될 때 발생한다. 미세한 기공은 용착금속 내부의 결함일 뿐 수축·팽창을 만들어 내지 않으므로 잔류응력과 변형의 발생요인이 아니다.

부분용입으로 남은 미용착 루트부는 예리한 노치가 되어 반복하중에서 응력이 집중되고 피로균열의 시작점이 된다. 완전용입을 요구하는 가장 큰 이유는 이 응력집중에 의한 균열 개시를 막기 위함이다.

자기·방사선·와전류 탐상은 이미 존재하는 정적인 결함을 찾아내는 방법이다. 반면 음향(음향방출) 탐상은 균열이 자라면서 방출하는 응력파를 포착하므로 현재 진행 중인 균열의 위치와 성장을 실시간으로 검출할 수 있다.

용접기 1대의 소요 용량은 $P = E \times I \times \text{사용률}$로 구한다. 대입하면 $80 \times 300 \times 0.4 = 9600\ \mathrm{VA} = 9.6\ \mathrm{kVA}$다. 15대이므로 $9.6 \times 15 = 144$, 즉 필요한 변압기 용량은 144 kVA다.

용접전류는 용접기 → 용접봉 홀더 → 용접봉 → 아크 → 모재 순으로 흐른 뒤 접지 케이블로 용접기에 되돌아온다. 용접봉은 홀더에 물려 통전되므로 홀더가 용접봉보다 앞에 오고, 아크는 용접봉 끝과 모재 사이에서 발생하므로 모재가 마지막이다.

드래그율은 판두께에 대한 드래그 길이의 비다. $\text{드래그율} = \dfrac{\text{드래그 길이}}{\text{판두께}} \times 100 = \dfrac{1.8}{10} \times 100 = 18$이므로 18 %다. 참고로 표준 드래그는 판두께의 약 20 %로 본다.

전압(V)과 전류(A)의 곱은 J/s인데 용접속도가 cm/min으로 주어지므로 분과 초의 단위가 맞지 않는다. 여기에 60을 곱해야 J/cm 단위의 입열량이 되므로, 60은 시간 단위를 맞추기 위한 환산상수다. 교류 주파수나 재료 고유값과는 무관하다.

절단산소 압력이 필요 이상으로 높으면 절단폭이 넓어지고 절단면이 거칠어지며 상부 모서리가 녹아 처진다. 따라서 매끈한 절단면을 얻으려면 압력을 낮게 잡으며, 일반적인 수동 가스절단에서는 약 3 kgf/cm² 이하가 기준이 된다.

습기는 인체의 전기저항을 크게 떨어뜨려 낮은 전압에서도 감전 위험이 커지므로 젖은 상태에서는 더욱 주의해야 한다. 무부하 전압이 지나치게 높은 용접기를 피하고, 작업 종료 시 스위치를 차단하며, 전격자 발견 시 먼저 스위치를 끄는 나머지 항목은 옳다.

정전압 특성 전원에서는 와이어를 정속도로 공급해도, 아크가 길어지면 전류가 줄어 용융속도가 느려지는 자기제어 작용으로 아크길이가 저절로 일정하게 유지된다. 반대로 수하 특성에서는 아크전압을 검출해 와이어 이송속도를 바꾸는 가변속도 제어를 쓴다.

용적이행은 단락이행, 스프레이이행, 글로뷸러(입상)이행, 핀치효과이행으로 분류한다. '피복이행'은 용적이행 형태의 명칭이 아니므로 틀렸다.

잠호용접(서브머지드 아크용접)의 약자는 SAW(Submerged Arc Welding)다. SMAW는 피복금속아크용접, GTAW는 텅스텐 불활성가스(TIG) 용접, OFW는 가스(산소-연료) 용접을 뜻한다.

산소 매니폴드는 산소 용기를 여러 개 묶어 공급하는 설비이므로 순간 최대 사용량, 용기 교환 주기, 필요한 산소 용기 수량을 근거로 설계한다. 아세틸렌 용기 수량은 별도의 연료가스 계통에 속하므로 산소 매니폴드 설치 시 고려 사항이 아니다.

아세틸렌은 구리와 반응해 폭발성 구리 아세틸라이드를 만들기 때문에, 도관과 연결부에 구리 또는 구리 함유량이 많은 합금을 쓰면 안 된다. 통풍이 잘되는 곳에 설치하고 환기장치를 두며 호스를 호스밴드로 확실히 조이는 나머지 항목은 옳은 안전수칙이다.

잔류응력은 변태점 아래 온도로 가열한 뒤 천천히 식히는 응력제거 풀림으로 없앤다. 담금질은 급냉이라 오히려 잔류응력을 키우고, 불림은 조직 미세화, 뜨임은 담금질재의 인성 회복이 주목적이다.

용접입열이 크면 고온에 머무는 시간이 길어져 열영향부의 결정립이 성장해 조대화된다. 조대해진 조직은 인성과 강도가 떨어지므로 강도 증가·결정립 미세화·인성 증가라는 나머지 설명은 성립하지 않는다.

오토콘 용접은 영구자석으로 모재에 부착하고 스프링 힘으로 용접봉을 밀어 내리는 소형·경량 자동 아크용접 장치로, 하향과 수평필릿 전용 고능률 용접법이다. 그래비티 용접도 같은 용도지만 용접봉의 자중과 안내레일로 봉을 이송한다는 점이 다르다.

용기 속 가스량은 $\text{내용적} \times \text{압력}$으로 환산한다. 압력이 95에서 55로 떨어졌으므로 $40 \times (95 - 55) = 40 \times 40 = 1600$이다. 따라서 산소 소비량은 1600 L다.

아크 에어 가우징은 탄소봉 아크로 녹인 금속을 압축공기로 날려 파내는 방식으로, 가스 가우징보다 작업능률이 2~3배 높고 조작이 간단하며 모재에 미치는 악영향이 적고 소음도 적다. 따라서 소음이 많다는 것은 이 방법의 특징으로 볼 수 없다.

플라즈마 아크는 노즐로 조여져 에너지 밀도가 매우 높기 때문에 용입이 깊고 용접속도가 빠르다. 그래서 '속도가 느리고 용입이 얕다'는 틀렸다. 비드가 좁아 변형이 적고, 키홀 효과로 두꺼운 판도 I형 홈으로 용접할 수 있다.

연강용 피복아크 용접봉에서 E4301은 일미나이트계이고 저수소계는 E4316이므로 짝이 잘못됐다. E4303 라임티탄계, E4311 고셀룰로스계, E4313 고산화티탄계는 올바른 표기다.

전안염(전기성 안염)은 아크에서 나오는 강한 자외선이 각막과 결막을 상하게 해서 생기며, 보통 노출 몇 시간 뒤 통증과 이물감으로 나타난다. 그래서 규정 차광도의 헬멧·보안경 착용이 필수이며, 감전이나 스패터 비산은 성격이 다른 재해다.

BCuZn은 황동납으로 융점이 낮아 납땜온도가 900 ℃ 안팎이며, 내열합금용 고온 납재처럼 1200~1260 ℃로 쓰지 않는다. BAgMn·BCuAu·BNiCr 계열은 1000 ℃ 전후에서 쓰는 내열합금용 납재라 표기된 온도 범위가 타당하다.

서브머지드 아크용접은 용융금속의 양이 많고 유동성이 커서 뒷받침이 없으면 루트 간격이 조금만 벌어져도 용락이 생긴다. 그래서 뒷받침을 쓰지 않을 경우 루트 간격은 0.8 mm 이하로 좁게 맞춰야 한다.