04년 1회차

단조는 재결정온도보다 약간 높은 온도에서 마무리한다. 이보다 낮은 온도까지 두들기면 가공경화가 남아 균열이 생기고, 너무 높은 온도에서 끝내면 결정립이 조대해져 강도가 떨어진다.

웜기어비가 40:1인 신시내티형 분할대의 크랭크 회전수는 $n=\dfrac{40}{N}$이다. $N=5$를 대입하면 $n=\dfrac{40}{5}=8$이므로 크랭크를 8회전시키면 된다.

선반의 크기는 베드 위의 스윙, 왕복대 위의 스윙, 양 센터 사이의 최대 거리, 베드의 길이로 나타낸다. 베드의 높이는 작업 자세를 위한 설치 치수일 뿐 가공할 수 있는 공작물 크기와 무관하므로 규격이 아니다.

시어각은 날 전체가 동시에 물리지 않도록 펀치나 다이 날끝에 경사를 준 것으로, 순간 전단면적을 줄여 두꺼운 판의 펀칭력을 감소시킨다. 다만 시어를 준 쪽 재료는 휘어지고 가공 치수 정확도가 떨어지므로 제품이 되는 쪽에는 주지 않으며, 모든 펀치에 두는 것도 아니다.

납·주석 등을 전기나 가스로 녹여 만든 용융금속 욕조에 공작물을 담가 가열하는 것이 열욕(熱浴)법이다. 온도가 균일하고 공기와 차단되어 산화·탈탄이 없어 공작물 수가 적은 절삭공구의 뜨임에 많이 쓰인다.

겹친 모재의 한쪽에 뚫은 구멍을 용착금속으로 표면까지 가득 채워 아래 모재와 붙이는 이음이 플러그 용접이다. 겹치기 이음에서 가장자리에 필릿을 놓을 수 없는 넓은 면을 접합할 때 쓴다.

전해연마는 전기화학적으로 표면의 볼록부가 우선 용해되어 다듬어지므로 공구 자국이 남지 않아 가공면에 방향성이 없다. 복잡한 형상이나 가는 선도 연마할 수 있고, 광택면이 얻어져 내식성·도금성이 좋아진다.

수준기(level)는 기포관의 기포 이동량으로 수평면에 대한 미소 경사각을 읽는 각도 측정기다. 옵티컬 플랫과 광학 평면검사기는 간섭무늬로 평면도를, 조도계는 표면 거칠기를 측정한다.

덧쇳물(압탕)은 응고 수축으로 모자라는 쇳물을 보충하고, 용탕에 압력을 주며, 주형 안의 불순물과 용제를 밖으로 밀어내는 역할을 한다. 균열 방지는 주물 형상과 냉각속도 관리로 얻는 효과일 뿐 압탕의 역할이 아니다.

화염경화법·질화법·청화법은 표면에 탄소·질소를 넣거나 급냉시켜 표면만 단단하게 하는 방법이다. 탈탄법은 반대로 표면의 탄소를 빼내 표면을 연화시키므로 표면경화법이 될 수 없다.

가공온도가 재결정온도보다 높으면 열간가공, 낮으면 냉간가공으로 나눈다. 열간가공은 가공과 동시에 재결정이 일어나 가공경화가 남지 않는 반면, 냉간가공은 가공경화가 쌓여 강도가 올라간다.

다이 모서리 반지름이 크면 소재가 다이면에 눌리는 구간이 짧아져 플랜지가 떠오르므로 주름이 오히려 생기기 쉽다. 반대로 반지름이 너무 작으면 그 부분에 응력이 집중되어 터짐이 발생한다.

둥근날 바이트로 선삭하면 이송할 때마다 날끝 원호 자국이 남으므로 이론 표면거칠기는 $H_{\max}=\dfrac{f^{2}}{8R}$이다. 거칠기가 이송 f의 제곱에 비례하고 노즈 반지름 R에 반비례하므로, 매끄럽게 하려면 이송을 줄이고 날끝 반지름을 키운다.

다이캐스팅은 용융금속을 금형에 고압으로 밀어 넣어 정밀하고 매끈한 주물을 대량으로 얻는 방법이다. 금형이 견딜 수 있도록 융점이 낮아야 하므로 Al·Zn·Mg 합금 같은 비철금속 전용이다.

구성인선은 칩이 공구 경사면에 눌려 압착·응착되면서 생기므로 칩의 두께를 얇게 하면 작아진다. 경사각을 크게, 절삭속도를 높게, 마찰계수가 작은 공구를 쓰는 것도 같은 효과라 나머지 보기는 모두 반대 방향이다.

수준기·광선정반(옵티컬 플랫)·오토콜리메이터는 면의 기울기나 간섭무늬로 평면도를 재는 기구다. 공구현미경은 나사·공구의 윤곽과 길이·각도를 확대 측정하는 장비여서 평면도 측정과는 관계가 없다.

다이얼게이지는 블록게이지 등 기준치수와의 차를 지침으로 읽는 비교측정기이므로 치수를 곧바로 읽는 직접측정에는 적합하지 않다. 측정범위가 비교적 넓고 여러 곳을 동시에 잴 수 있으며 지침식이라 시차가 작은 것은 옳은 설명이다.

MIG 용접은 아르곤·헬륨 같은 불활성가스로 아크와 용융지를 감싸며 와이어를 녹여 붙이는 용접이다. 스폿·스터드 용접은 저항열과 아크를 이용한 압접, 테르밋 용접은 산화철과 알루미늄의 반응열을 이용한다.

혼(hone)이라 부르는 각봉상 숫돌을 유압이나 스프링으로 안지름에 눌러 붙인 채 회전과 왕복운동을 동시에 주는 정밀 다듬질이 호닝이다. 슈퍼피니싱은 숫돌을 미세 진동시키는 방식, 래핑은 랩제를 문질러 다듬는 방식이다.

연질금속 슬러그를 다이에 넣고 펀치로 순간적인 큰 충격력을 가하면 재료가 펀치와 다이 틈으로 솟아올라 얇은 용기가 되는데, 이것이 충격압출이다. 치약 튜브, 건전지 케이스처럼 바닥이 있는 얇은 용기를 한 번에 만든다.

AB 구간이 전달하는 토크는 36 kN·m(지름 200 mm), BC 구간은 14 kN·m(지름 120 mm)이며 $\tau=\dfrac{16T}{\pi d^{3}}$로 각각 구한다.

$\tau_{AB}=\dfrac{16\times 36\times10^{3}}{\pi(0.2)^{3}}=22.9\,\mathrm{MPa}$
$\tau_{BC}=\dfrac{16\times 14\times10^{3}}{\pi(0.12)^{3}}=41.3\,\mathrm{MPa}$
이므로 지름이 가는 BC 구간이 최대가 된다.

단면 2차 모멘트는 $I=\dfrac{bh^{3}}{12}=\dfrac{0.2\times 0.3^{3}}{12}=4.5\times10^{-4}\,\mathrm{m^{4}}$이고, 중앙 집중하중 단순보의 최대 처짐은 $\delta=\dfrac{PL^{3}}{48EI}$이다.

대입하면
$\delta=\dfrac{20\times10^{3}\times 6^{3}}{48\times 10\times10^{9}\times 4.5\times10^{-4}}=0.02\,\mathrm{m}$, 즉 2.0 cm.

등분포하중을 받는 단순보의 최대 처짐각은 양 지점에서 $\theta=\dfrac{wL^{3}}{24EI}$로 생긴다. $\theta=\dfrac{800\times10^{3}\times 2^{3}}{24\times 200\times10^{9}\times 5\times10^{-4}}=2.67\times10^{-3}\,\mathrm{rad}$이고, 여기에 $\dfrac{180}{\pi}$를 곱하면 0.153°가 된다.

왼쪽 분포하중의 합력은 $3\times 5=15\,\mathrm{N}$(A에서 2.5 m), 오른쪽은 $6\times 5=30\,\mathrm{N}$(A에서 17.5 m)이다. $\sum M_{A}=0$에서 $R_{B}=\dfrac{15\times 2.5+30\times 17.5}{20}=28.1\,\mathrm{N}$, 연직 힘의 평형에서 $R_{A}=45-28.1=16.9\,\mathrm{N}$이다.

회전수와 마력이 같으면 전달 토크가 같으므로 $\theta=\dfrac{TL}{GI_{p}}$에서 비틀림각은 극단면 2차 모멘트에 반비례한다. 내경이 외경의 $1/1.5$이므로 $\dfrac{\theta_{\text{중공}}}{\theta_{\text{중실}}}=\dfrac{d^{4}}{d^{4}-d_{i}^{4}}=\dfrac{1}{1-(1/1.5)^{4}}=1.25$이다.

양단이 고정된 채 두 구간이 직렬로 이어져 있으므로 온도가 내려가도 ①과 ②에 걸리는 축력은 서로 같다. 따라서 응력비는 단면적비의 역수가 되어 $\dfrac{\sigma_{1}}{\sigma_{2}}=\dfrac{A_{2}}{A_{1}}=\left(\dfrac{d_{2}}{d_{1}}\right)^{2}=\dfrac{1}{1.41^{2}}\approx\dfrac{1}{2}$이다.

양단이 고정되어 신축이 완전히 구속되면 자유팽창 변형률 $\alpha\Delta T$가 그대로 탄성변형률로 상쇄된다. 따라서 $\sigma=-E\alpha\Delta T$이며, 길이 ℓ이나 단면적 A와는 무관하고 온도를 올렸으므로 압축(−) 응력이 된다.

축방향 응력은 $\sigma=\dfrac{P}{A}=\dfrac{15\times10^{3}}{8\times 24}=78.1\,\mathrm{MPa}$이고, 경사면의 전단응력은 $\tau=\dfrac{\sigma}{2}\sin 2\theta$로 구한다. $\tau=\dfrac{78.1}{2}\times\sin 60^{\circ}=33.8\,\mathrm{MPa}$이며, $\theta=45^{\circ}$일 때가 최대(39.1 MPa)임도 함께 기억해 둔다.

냉각으로 줄어드는 만큼을 인장으로 되늘려야 하므로 $\dfrac{P}{AE}=\alpha\Delta T$, 즉 $P=EA\alpha\Delta T$이다. $P=200\times10^{9}\times 5\times10^{-4}\times 12\times10^{-6}\times 20=24\times10^{3}\,\mathrm{N}$이므로 24 kN이며, 결과는 봉의 길이와 무관하다.

굽힘강도가 같으려면 단면계수가 같아야 하므로 $\dfrac{a^{3}}{6}=\dfrac{\pi d^{3}}{32}$에서 $a=0.838d$이다. 넓이비는 $\dfrac{a^{2}}{\pi d^{2}/4}=\dfrac{0.702d^{2}}{0.785d^{2}}=0.89$로, 같은 굽힘강도라면 정사각형 단면이 재료가 덜 든다.

안전계수가 2이므로 허용응력은 $\sigma_{a}=\dfrac{240}{2}=120\,\mathrm{MPa}$이고, 원통 용기는 축방향의 2배인 원주(후프)응력 $\sigma=\dfrac{PD}{2t}$가 설계를 지배한다. $P=\dfrac{2t\sigma_{a}}{D}=\dfrac{2\times 0.003\times 120\times10^{6}}{1.5}=4.8\times10^{5}\,\mathrm{Pa}$이므로 480 kPa.

최대 주응력은 $\sigma_{1}=\dfrac{\sigma_{x}+\sigma_{y}}{2}+\sqrt{\left(\dfrac{\sigma_{x}-\sigma_{y}}{2}\right)^{2}+\tau_{xy}^{2}}$로 구한다. $\sigma_{1}=400+\sqrt{100^{2}+100^{2}}=400+141=541\,\mathrm{Pa}$.

단면이 25 mm × 50 mm이므로 $A=1250\,\mathrm{mm^{2}}$, $Z=\dfrac{50\times 25^{2}}{6}=5208\,\mathrm{mm^{3}}$이다. 편심하중은 압축응력과 굽힘응력이 겹치므로 $\sigma=\dfrac{P}{A}+\dfrac{Pe}{Z}=\dfrac{10^{6}}{1250}+\dfrac{10^{6}\times 2}{5208}=800+384=1184\,\mathrm{MPa}$가 된다.

비틀림 전단응력식 $\tau=\dfrac{16T}{\pi d^{3}}$를 지름에 대해 풀면 $d=\sqrt[3]{\dfrac{16T}{\pi\tau}}$이다. $d=\sqrt[3]{\dfrac{16\times 3200}{\pi\times 60\times10^{6}}}=0.0648\,\mathrm{m}$이므로 최소 6.48 cm가 필요하다.

단순보 등분포하중의 최대 굽힘모멘트는 $M=\dfrac{wL^{2}}{8}$, 단면계수는 $Z=\dfrac{bh^{2}}{6}=\dfrac{12\times 15^{2}}{6}=450\,\mathrm{cm^{3}}$이다.

$\sigma_{a}=\dfrac{M}{Z}$에서
$w=\dfrac{8\sigma_{a}Z}{L^{2}}=\dfrac{8\times 48\times10^{6}\times 450\times10^{-6}}{2.4^{2}}=3\times10^{4}\,\mathrm{N/m}$, 즉 30 kN/m.

그림은 한쪽이 고정, 다른 쪽이 단순지지된 일단고정 타단지지보이며 등분포하중을 받을 때 최대 처짐은 $\delta_{\max}=\dfrac{w\ell^{4}}{185EI}$이다. $\dfrac{1}{185}=0.0054$이고, 처짐은 항상 길이의 4제곱에 비례하므로 $\ell^{3}$이 든 보기는 차원부터 맞지 않는다.

등방성 재료의 세 탄성정수 사이에는 $G=\dfrac{E}{2(1+\mu)}$의 관계가 성립한다. 푸아송비가 0.3인 강재라면 $G\approx 0.385E$가 되어 전단탄성계수는 언제나 E보다 작다.

도심축에 대한 원의 단면 2차 모멘트 $\dfrac{\pi d^{4}}{64}$에 평행축 정리를 적용한다. 원주에 접하는 축까지의 거리가 $\dfrac{d}{2}$이므로 $I=\dfrac{\pi d^{4}}{64}+\dfrac{\pi d^{2}}{4}\left(\dfrac{d}{2}\right)^{2}=\dfrac{5\pi d^{4}}{64}$가 되어 도심축 값의 5배다.

주변형률은 $\varepsilon_{1}=\dfrac{\varepsilon_{x}+\varepsilon_{y}}{2}+\sqrt{\left(\dfrac{\varepsilon_{x}-\varepsilon_{y}}{2}\right)^{2}+\left(\dfrac{\gamma_{xy}}{2}\right)^{2}}$로 구하며, 전단변형률은 반으로 나누어 넣는 점이 핵심이다.

$\left(225+\sqrt{115^{2}+90^{2}}\right)\times10^{-6}=(225+146)\times10^{-6}=371\times10^{-6}$.

변형시효는 냉간가공으로 생긴 전위에 침입형 원소가 확산해 달라붙으면서 시간이 지날수록 경도·항복강도가 오르고 인성이 떨어지는 현상이다. 보기 중 강 속에 녹아 이런 작용을 하는 것은 산소(O₂)이며, 수소는 지연균열(수소취성)의 원인이고 CO₂·CH₄는 직접 관여하지 않는다.

선팽창계수는 알루미늄이 약 $23\times10^{-6}/^{\circ}\mathrm{C}$로 가장 크고, 18Cr-8Ni 스테인리스강 약 $17\times10^{-6}$, 주철 약 $11\times10^{-6}$ 순이다. 인바는 $1\times10^{-6}$ 수준으로 거의 늘어나지 않아 정밀 계측기·시계 부품에 쓰인다.

X선 회절은 결정면 간격에서 나오는 회절각을 읽는 것이므로 격자정수, 결정격자형, 단위포 안의 원자배치 같은 결정구조 정보를 얻는다. 반면 슬립에 의한 변형량은 소성변형의 크기여서 회절 조건과 직접 연결되지 않아 알아낼 수 없다.

금속 강화는 고용강화, 가공경화, 열처리(변태·석출)경화, 결정립 미세화처럼 조직을 제어해서 얻는다. 용융은 금속을 액체로 만드는 과정일 뿐이므로 강화법이 될 수 없다.

오스테나이트 영역을 넓혀 안정화시키는 효과는 탄소(C)가 가장 크며, 그래서 탄소량이 많을수록 오스테나이트가 잘 남고 변태가 늦어진다. Ni·Cu도 오스테나이트 안정화 원소이지만 같은 양에서의 효과는 C에 훨씬 못 미치고, Zn은 강의 변태와 거의 무관하다.

주형에 냉금(chiller)을 대어 그 부분만 급냉시키면 표면이 백주철(시멘타이트) 조직이 되어 매우 단단해지고 내부는 회주철로 남아 인성을 유지한다. 이렇게 만든 내마모 주철이 칠드주철로 압연롤·차륜 등에 쓰인다.

열영향부(HAZ)의 조직은 냉각속도가 결정하므로 예열과 후열로 냉각을 늦추고 확산성 수소를 빼내는 것이 가장 확실한 개선책이다. 피닝은 잔류응력 완화, 용가재 선택은 용착금속의 문제여서 모재 쪽인 HAZ 재질 향상과는 거리가 있다.

순철은 상온부터 910℃까지 α철, 즉 체심입방격자(BCC)이다. 910~1400℃에서는 면심입방격자인 γ철로, 그 이상에서는 다시 체심입방인 δ철로 변태한다.

와이어와 용접봉은 바닥·벽면의 습기가 옮겨붙지 않도록 지면과 벽에서 띄워 받침대 위에 보관해야 한다. 습도가 낮고 통풍이 좋은 곳, 유해가스 발생원에서 먼 곳에 두고 재고를 오래 묵히지 않는 것은 옳은 관리 사항이다.

탄소량이 늘면 경도와 인장강도는 올라가지만 연신율과 인성은 떨어지고, 경화능이 커져 용접 시 마텐사이트가 쉽게 생기므로 용접성은 오히려 나빠진다. 그래서 용접 구조용 강재는 탄소량을 대략 0.2% 이하로 제한한다.

같은 입열이라도 판이 두꺼우면 열이 3차원으로 퍼져나갈 통로가 많아져 모재로 빠져나가는 방열량이 커진다. 따라서 냉각속도가 빨라져 경화조직과 저온균열이 생기기 쉬우므로 두꺼운 판일수록 예열이 필요하다.

용접입열은 $H=\dfrac{60EI}{v}\,[\mathrm{J/cm}]$로 계산하며, 60은 분 단위 속도를 초로 바꾸는 환산계수다. $H=\dfrac{60\times 40\times 260}{10}=62400\,\mathrm{J/cm}$.

열영향부의 최대경도는 냉각속도가 빠를수록 커진다. 판이 두꺼울수록 열이 사방으로 빨리 빠져나가고 입열량이 작을수록 남는 열이 적어 냉각이 빨라지므로, 두 조건이 겹칠 때 경도가 가장 높다.

(A)는 완전히 녹았다가 굳은 용접금속, (B)는 용접금속과 모재가 맞닿는 경계선인 본드다. (C)는 녹지는 않았지만 열로 조직이 바뀐 열영향부, (D)는 열의 영향을 받지 않은 모재다.

입계부식은 500~800℃ 구간에서 Cr 탄화물이 결정립계에 석출해 그 주변이 Cr 부족(예민화) 상태가 되면서 생긴다. 풀림처리는 이 예민화 온도역을 서냉으로 통과하므로 오히려 부식을 조장하며, 방지책은 급냉하는 용체화처리, Ti·Nb 등 탄화물 안정화 원소 첨가, δ페라이트 형성 원소 첨가다.

니켈(Ni)은 페라이트에 고용되어 천이온도를 낮추고 저온 인성을 크게 높이므로 고장력강·저온용강의 노치인성 개선에 쓰인다(9% Ni강 등). V·Mo는 주로 강도와 고온강도를, Cu는 내후성을 높이는 원소다.

용융금속이 굳을 때 먼저 응고한 부분과 나중에 응고한 부분의 성분 농도가 달라지는 현상이 편석이다. 포정·포석·편정은 상태도상의 불변반응 이름일 뿐 농도 불균일 현상 자체를 가리키지 않는다.

α철(페라이트)은 탄소가 거의 녹아 있지 않은 순철에 가까운 조직이라 연하고 연성이 커 경도가 가장 낮다(약 HB 80). 펄라이트, γ철(오스테나이트), 마텐사이트 순으로 단단해지며 마텐사이트가 가장 경하다.

하부 베이나이트는 침상 페라이트 안에 미세한 탄화물이 고르게 분포한 조직이라 강도와 충격인성을 함께 갖추어, 마텐자이트와 섞인 상태에서도 인성이 가장 양호하다. 상부 베이나이트는 조대한 탄화물이 경계에 늘어서 인성이 나쁘고, 마텐자이트 단독은 경하지만 취약하며 용접부의 페라이트+펄라이트는 결정립이 조대해 인성이 떨어진다.

1600℃ 용융철에 대한 용해도는 산소가 약 0.2%로 질소(약 0.04%)나 수소(수십 ppm)보다 훨씬 크다. 그래서 탈산이 제강·용접의 핵심 공정이 되며, 아르곤은 불활성이라 용융철에 거의 녹지 않는다.

다층 용접의 첫 층은 모재가 아직 차가운 상태에서 놓이므로 그 부위의 온도는 사실상 예열온도와 같다. 둘째 층부터는 앞 층에서 남은 열이 더해져 층간(패스간)온도로 관리한다.

용접선을 길이 a, 두께 t의 가는 띠로 보면 자체 도심에 대한 값은 무시할 만큼 작아 평행축 항만 남는다. 즉 $I=(a\,t)\,d^{2}$이고 $t=1$로 두었으므로 $I=ad^{2}$이며, 중립축까지의 거리 d의 제곱에 비례한다.

강재의 피로한도는 그 이상 반복해도 파단하지 않는 응력의 한계로, 용접부 피로시험에서는 보통 2×10⁶회를 견디면 피로한도로 판정한다. 10²~10⁵회는 저·중주기 영역이어서 피로한도 판정 기준이 되지 못한다.

용접봉 값은 실제로 쓴 양에 단가를 곱한 용접봉 사용량 × 용접봉 단가로 계산한다. 용착률(용착금속량/사용량)이나 사용률은 사용량을 산출할 때 쓰는 계수일 뿐 단가에 곧바로 곱하지 않는다.

두 판을 포개어 겹친 뒤 끝단을 따라 필릿 비드를 놓은 형상이므로 겹치기 용접이음이다. 맞대기는 같은 면에서 마주 대는 이음, T형·십자형은 판이 직각으로 만나는 이음이다.

용접선 방향(X축) 잔류응력 $\sigma_{x}$는 수축이 구속되는 판 중앙 용접부에서 인장(대개 항복점 수준)으로 나타난다. 자유단인 판 끝에서는 값이 0에 가까워지고, 중앙의 인장과 균형을 맞추느라 중간에 압축이 되는 구간도 생긴다.

다리길이가 같은 직각 필릿의 단면적은 $\dfrac{z^{2}}{2}$로 다리길이의 제곱에 비례한다. 따라서 다리길이가 3배가 되면 용착량은 $3^{2}=9$배로 늘어난다.

크랜필드(Cranfield) 시험은 다층 용접으로 큰 구속과 변형을 주어 열영향부의 라멜라 티어(층상 균열)와 변형균열을 재현·평가하는 균열 시험법이다. TRC·RRC는 저온균열 감수성을 보는 정하중·정변형 구속시험, 피스코 시험은 구속 맞대기 이음의 균열 시험이다.

용접이음 효율은 모재 강도에 대해 이음부가 얼마나 강한지를 나타내므로 $\eta=\dfrac{\text{용접시험편의 인장강도}}{\text{모재의 인장강도}}\times 100\,[\%]$이다. 이음이 모재만큼 강하면 100%가 되며, 분자와 분모가 뒤바뀐 식은 값이 반대로 나와 성립하지 않는다.

편석(segregation)은 응고 과정에서 성분 농도가 불균일해지는 야금 현상으로, 결함으로 분류되는 항목이 아니다. 토 크랙(균열), 슬래그 혼입, 블로홀(기공)은 모두 대표적인 용접 결함이다.

웨브를 지그재그로 절단해 어긋나게 맞춰 다시 용접하면 강재를 더 쓰지 않고도 웨브 깊이(보의 높이)가 커진다. 굽힘강성은 높이의 세제곱에 비례하므로 재료 절약과 단면 2차 모멘트 증가가 첫째 목적이다(캐슬러티드 보).

완전용입 맞대기 이음의 유효 단면적은 목두께(판두께 5 mm) × 용접선 길이 200 mm이다. $\sigma=\dfrac{P}{t\ell}=\dfrac{3000}{5\times 200}=3\,\mathrm{kgf/mm^{2}}$이며, 하중 방향 길이 400 mm는 계산에 쓰이지 않는다.

열원이 이동하므로 앞쪽에는 아직 차가운 모재가 버티고 있어 온도가 급격히 떨어져 전방의 온도구배가 가파르다. 반대로 이미 가열된 뒤쪽은 열이 남아 등온선이 길게 늘어지고 온도구배가 완만해진다.

저온균열은 경화조직(마텐사이트)·확산성 수소·구속응력 세 가지가 겹칠 때 생기며, 이 중 하나만 없애도 방지된다. 내열 피로특성은 고온에서 반복하중을 견디는 성질이라 저온균열의 직접적인 원인이 아니다.

이음의 한쪽 끝에서 반대쪽 끝까지 한 방향으로 이어 붙이는 방법이 전진법이다. 작업이 가장 단순한 대신 변형과 잔류응력이 커지므로, 용접선이 짧아 이들이 문제되지 않을 때 쓴다.

아크시간률은 $\dfrac{\text{아크시간}}{\text{용접작업시간}}$으로 정의되므로 이를 작업시간에 대해 풀면 $\text{용접작업시간}=\dfrac{\text{아크시간}}{\text{아크시간률}}$이다. 아크시간이 4시간이고 아크시간률이 40%라면 작업시간은 10시간이 된다.

두께가 다른 판을 맞댈 때 이음의 강도는 약한 쪽이 지배하므로 목두께는 얇은 쪽 판두께 t₁으로 잡는다. 표면에 솟은 덧살(보강 덧붙임)은 강도 계산에 넣지 않는다.

완전용입 맞대기 이음이므로 단면계수는 $Z=\dfrac{bh^{2}}{6}=\dfrac{30\times 2^{2}}{6}=20\,\mathrm{cm^{3}}$이다(판폭 30 cm, 두께 2 cm). 따라서 $\sigma=\dfrac{M}{Z}=\dfrac{5000}{20}=250\,\mathrm{kgf/cm^{2}}$.

비석법(스킵법)은 용접선을 여러 구간으로 나눠 띄엄띄엄 건너뛰며 비드를 놓는 방법이다. 열이 한곳에 몰리지 않으므로 용접선이 긴 구조물의 변형과 잔류응력을 줄이는 데 효과적이다.

수축응력이 걸려도 재료가 소성변형으로 흡수해 주면 응력이 국부적으로 완화되어 균열로 이어지지 않는다. 반대로 두껍거나 급냉으로 경화된 재료, 결정립이 조대한 재료는 변형 여유가 없어 취성파괴 위험이 커진다.

가스절단 속도를 좌우하는 인자는 절단산소의 압력·순도, 모재의 온도, 팁의 형상이다. 예열 불꽃은 절단을 시작하기 전 모재를 발화온도까지 올리고 절단면 윗모서리 상태에 영향을 줄 뿐, 그 크기 자체가 절단속도를 결정하지는 않는다.

플라즈마 용접의 키홀은 적정 크기로 유지해야 용융금속이 표면장력으로 버티며 안정된 비드가 만들어진다. 키홀이 지나치게 커지면 용융금속이 흘러내려 용락(burn through)이 생기므로, 클수록 좋다는 설명은 틀리다.

아크의 자외선으로 생긴 가벼운 전광성 안염은 찬물 찜질로 눈을 식혀 통증과 충혈을 가라앉히는 것이 응급조치다. 비눗물이나 그리스는 자극·감염을 키우고, 병원 진료는 증상이 심하거나 나아지지 않을 때의 후속 조치다.

이산화탄소 아크 용접은 가시 아크여서 용융지를 직접 보면서 시공할 수 있어 오히려 편리하다. 아크가 플럭스에 덮여 보이지 않는 불가시 아크는 서브머지드 아크 용접의 특징이다.

불을 끌 때는 점화 순서의 반대로, 토치의 아세틸렌 밸브를 먼저 잠그고 이어 산소 밸브를 잠근다. 아세틸렌을 먼저 끊어야 그을음과 역화 없이 꺼지며, 아세틸렌병·산소병의 밸브를 잠그는 것은 그다음 단계다.

무부하 상태의 2차 전압을 25V 안팎으로 자동으로 낮춰 주는 자동전격방지장치가 감전 방지용 안전장치다. 헬멧은 아크광선과 스패터를 막는 보호구일 뿐 감전을 막지 못한다.

아크출력은 $P_a = 30 \times 200 = 6000\,\mathrm{W}$이고, 소비전력은 여기에 내부손실 3kW를 더한 9kW다. 따라서 $\eta = \dfrac{6000}{6000+3000}\times 100 = 66.7\,\%$로 약 67%이며, 무부하 전압 80V는 효율 계산에 쓰이지 않는다.

아크 쏠림(자기불림)은 직류에서 생기는 현상이므로 교류로 바꾸는 것이 대책이지, 직류로 용접하라는 것은 정반대다. 접지점을 용접부에서 멀리하기, 아크 길이를 짧게 하기, 용접봉을 쏠림 반대쪽으로 기울이기는 모두 올바른 예방법이다.

스터드 용접은 스터드와 모재 사이에 아크를 일으켜 접합하는 아크 용접이다. 점·심·플래시 용접은 전류를 흘려 생긴 저항열과 가압으로 붙이는 전기저항 용접이다.

겹쳐 놓은 판의 한쪽에 좁고 긴 홈(slot)을 내고 그 안을 용접해 잇는 것이 슬롯 용접이다. 같은 방식으로 둥근 구멍을 뚫어 채우면 플러그 용접이 된다.

원판 전극을 굴리며 가압·통전해 연속된 선 모양 용접부를 만드는 심 용접이 기밀·수밀이 필요한 용기와 긴 파이프에 쓰인다. 스폿 용접은 점 단위로만 붙으므로 기밀 유지에 부적합하다.

분말절단은 철분이나 용제 분말을 절단산소에 실어 뿜어 산화물을 제거하면서 자르는 방식으로, 산소를 쓰는 가스절단에 속한다. 플라즈마 제트 절단, 아크 에어 가우징, 불활성가스 아크 절단은 모두 전기 아크를 열원으로 하는 아크절단이다.

그래비티(중력) 용접은 접촉식 홀더가 용접봉이 녹는 만큼 자중으로 미끄러져 내려가며 수평 필릿을 자동으로 이어가는 반자동 장치다. 한 번 세팅하면 스스로 진행되므로 작업자 한 사람이 여러 대를 동시에 관리할 수 있다.

피복제의 주요 성분은 아크 안정제, 가스 발생제, 슬래그 생성제, 탈산제, 합금 첨가제 등이다. 질소는 용착금속에 흡수되면 기공과 시효 취화를 일으키는 유해 원소여서 질화성분은 피복제에 넣지 않는다.

프로판은 발열량은 크지만 불꽃 온도가 낮고 발화까지 예열 시간이 길어, 얇은 판에서는 아세틸렌 절단이 더 빠르다. 절단면이 곱고 슬래그가 잘 떨어지며 두꺼운 판이나 중첩(포갬) 절단에서 유리한 것은 프로판의 장점이다.

클리닝 작용은 모재가 (-)극이 되어 전자가 튀어나오며 표면 산화막을 깨뜨리는 현상이므로 직류 역극성(DCRP)에서 일어난다. 또 질량이 크고 이온화가 쉬운 아르곤일 때 효과가 뚜렷하며, 가벼운 헬륨은 클리닝 효과가 약하다.

팁 바깥의 예열불꽃 보호용 커버와 점화용 보조팁은 물속에서 불꽃이 꺼지지 않게 하려는 구조이므로 수중절단용 기구다. 연료가스로는 수소·아세틸렌·액화석유가스·벤젠 등을 쓰며, 특히 수심이 깊을 때는 수소가 유리하다.

교류 아크 용접기 규격 AW-400에서 숫자는 정격 2차전류(A)를 뜻하므로 400A를 의미한다. 정격 사용률과 무부하 전압은 명판에 따로 표기된다.

용해아세틸렌병 안에는 다공질물에 스며든 아세톤에 아세틸렌이 녹아 들어 있어, 눕혀서 쓰면 아세톤이 함께 빠져나온다. 그래서 반드시 세워서 사용·보관해야 하며 충격 금지, 직사광선 회피, 소화기 비치는 모두 옳은 취급법이다.

아연도금 강판을 용접하면 유해한 아연 흄(증기)이 발생하므로 외기를 차단하면 안 되고 환기를 충분히 해야 한다. 보호구 착용, 인화물질 격리, 빈 용기 내부 잔류가스 점검은 모두 옳은 안전수칙이다.