03년 2회차

가공한 금속이 새로운 결정으로 다시 태어나는 재결정 온도가 기준이며, 이보다 높은 온도에서 하면 열간가공, 낮은 온도에서 하면 냉간가공이다. 열간가공은 가공경화가 남지 않고 변형이 쉬우며, 냉간가공은 가공경화로 강도와 치수정밀도가 올라간다.

테이퍼는 $T=\dfrac{D-d}{L}$로 구한다. 대입하면 $T=\dfrac{21.3-19.2}{42}=\dfrac{2.1}{42}=\dfrac{1}{20}$이므로 1/20이다.

구성인선은 절삭속도가 낮을 때 심하고 고속 절삭에서는 오히려 줄어들다가 사라진다. 그래서 방지책도 절삭속도를 높이고, 경사각을 크게 하며, 절삭깊이(칩 두께)를 작게 하고 윤활성 좋은 절삭유를 쓰는 것이다.

아크는 부(-)저항 특성을 가지므로, 아크 길이가 일정할 때 전류가 커지면 아크 전압이 먼저 낮아졌다가 전류가 더 커지면 다시 서서히 올라간다. 옴의 법칙처럼 전압이 전류에 비례하지 않는 것이 아크의 특징이다.

주형의 각진 모서리는 열이 양쪽으로 빠져 결정립이 거칠어지고 조직 경계가 생겨 재질이 약해진다. 목형에 라운딩을 주는 것은 이 약화를 막기 위한 것이지 미관이나 목형 제작 편의를 위한 것이 아니다.

절삭칩이 절삭날과 공작물 사이에 끼어드는 것은 하향절삭에서 생기는 문제이고, 상향절삭은 칩이 뒤로 배출되어 절삭을 방해하지 않는다. 상향절삭은 공작물을 들어올리는 분력 때문에 고정이 불안정하고, 날 마모가 빠르며 가공면이 거친 것이 단점이다.

기본 장치에 분할대·슬로팅 장치·회전테이블 같은 부속장치를 달아 메탈 슬리팅 등으로 작업 범위를 넓히는 공작기계는 밀링 머신이다. 호빙 머신은 기어 절삭 전용, 평삭기는 대형 평면 가공용이다.

칠드 주조는 주형의 필요한 면에 금속형(칠 메탈)을 대어 그 부분만 급냉시켜 백선 조직으로 굳히므로 표면만 단단해져 내마모성이 커진다. 원심주조는 파이프·라이너, 다이캐스팅은 비철금속 정밀 대량생산에 쓰인다.

전단각은 절단력을 줄이려고 두는 것이므로 절단저항이 큰 후판일수록 크게, 박판에는 작게 준다. 따라서 박판에 크게, 후판에 작게 한다는 설명이 틀렸다.

선반의 전 소비동력은 정미절삭동력 + 이송동력 + 손실동력의 합이다. 회전동력은 따로 세는 항목이 아니다.

지름이 다른 계단축은 공구를 각 지름 위치로 옮긴 뒤 축 방향으로 직선 절삭만 하면 되므로 위치결정 직선절삭 제어로 충분하다. 두 축을 동시에 제어해야 하는 테이퍼·곡면 가공에는 윤곽절삭 제어가 필요하다.

선반 주축처럼 정밀도가 생명인 부품은 담금질 급냉이 없어 변형이 극히 적은 질화법으로 표면을 굳힌다. 침탄법·화염 경화법·고주파 경화법은 가열 후 급냉을 수반해 변형과 후가공이 따른다.

숏 피닝은 강구를 고속으로 두들겨 표면에 압축 잔류응력을 남기므로 균열의 발생과 진전을 억제해 피로강도를 크게 높인다. 버핑은 광택 내기, 버니싱은 구멍 표면 다듬질이 주목적이라 피로강도 향상 효과는 숏 피닝에 미치지 못한다.

마폼법은 다이 자리에 고무 패드를 놓고 펀치로 눌러 고무의 반력으로 성형하는 특수 드로잉이다. 액압성형법은 고무막 뒤의 액체 압력, 벌징은 내부 팽창, 폭발성형법은 폭약의 충격압을 이용한다.

주물사의 주성분은 규사, 즉 SiO₂로 내화도가 높고 값이 싸 주형재로 쓰인다. Al₂O₃나 Fe₂O₃는 점결제인 점토분이나 불순물로 소량 들어갈 뿐이다.

탕구에서의 유출 속도는 토리첼리 정리를 따라 낙차의 제곱근에 비례하고 여기에 유량계수를 곱한다. 즉 $v = C\sqrt{2gh}$로, 제곱근 밖에 C가 곱해진 식이 옳다.

초음파 용접은 가압한 상태에서 접합면에 초음파 진동을 주어 산화막을 문질러 없애고 녹이지 않은 채 붙이는 고상 접합이다. 그래서 발진기·진동자·진동전달기구·용접팁·가압기구로 구성되며, 가는 선이나 성질이 크게 다른 이종금속 접합에 유용하다.

사인바에 필요한 게이지 높이는 $H = L\sin\theta = 100 \times \sin 30^\circ = 50\,\mathrm{mm}$다. 4.5 + 5.5 + 40 = 50mm로 정확히 맞출 수 있으므로 20mm 블록 게이지는 필요 없다.

로딩(눈메움)이 생기면 드레서로 숫돌 표면을 긁어 무디어진 입자와 메워진 칩을 떨어내고 새 날을 세운다(드레싱). 칼날·샌드페이퍼·스크레이퍼로는 단단한 숫돌 입자를 제거할 수 없다.

도가니의 번호는 1회에 녹일 수 있는 구리(동)의 최대 용해량을 kg으로 나타낸 수다. 예컨대 100번 도가니는 구리 100kg을 한 번에 녹일 수 있다는 뜻이며, 도가니 자체의 무게나 치수와는 관계없다.

등분포하중을 받는 2경간 연속보의 반력은 양 끝이 각각 $\dfrac{3}{8}q\ell$, 가운데 지점 C가 $\dfrac{10}{8}q\ell$이다. 따라서 A점 반력은 3qℓ/8이며, 세 반력을 더하면 $2q\ell$로 전체 하중과 정확히 같다.

탄성에너지는 하중-변형 선도 아래의 삼각형 면적이므로 $U=\dfrac{1}{2}P\delta=\dfrac{1}{2}\times 600 \times 0.03 = 9\,\mathrm{N\cdot m}$다. 1/2을 빠뜨리면 18N·m가 나오는 것이 함정이다.

벽에 고정된 봉의 단면에는 굽힘모멘트 $M=600\times 1.0=600\,\mathrm{N\cdot m}$와 비틀림모멘트 $T=600\times 0.5=300\,\mathrm{N\cdot m}$가 함께 작용한다.

$\sigma_{max}=\dfrac{16}{\pi d^3}\left(M+\sqrt{M^2+T^2}\right)$
$\tau_{max}=\dfrac{16}{\pi d^3}\sqrt{M^2+T^2}$
에 $d=0.05\,\mathrm{m}$를 넣으면 각각 51.8MPa, 27.3MPa이다.

세 탄성계수의 관계식 $G=\dfrac{E}{2(1+\nu)}$에 대입하면 $G=\dfrac{210}{2(1+0.303)}=80.6\,\mathrm{GPa}$이므로 약 80.5GPa이다. 전단탄성계수는 대체로 탄성계수의 0.4배 정도임을 기억하면 8.05나 10.5는 바로 걸러진다.

원추형 봉이 자중으로 늘어나는 양은 $\delta = \dfrac{\gamma \ell^2}{6E}$다. 같은 길이의 균일 단면 봉이 $\dfrac{\gamma \ell^2}{2E}$인 것과 비교하면 1/3인데, 아래로 갈수록 단면이 좁아져 매달린 자중이 원뿔 부피만큼만 작용하기 때문이다.

양단 핀 지지이므로 $P_{cr}=\dfrac{\pi^2 EI}{\ell^2}$를 그대로 쓰고, 정사각 단면의 $I=\dfrac{25^4}{12}=3.255\times 10^{4}\,\mathrm{mm^4}$다. 대입하면 $P_{cr}=\dfrac{\pi^2 \times 70\times 10^{3} \times 3.255\times 10^{4}}{1800^2}\approx 6941\,\mathrm{N}$로 6.941kN이다.

가운데 6cm가 비어 있으므로 $I=\dfrac{4\times 12^3}{12}-\dfrac{4\times 6^3}{12}=576-72=504\,\mathrm{cm^4}$다. X축이 중립축이라 $c=6\,\mathrm{cm}$이고 $Z=\dfrac{I}{c}=\dfrac{504}{6}=84\,\mathrm{cm^3}$이며, 504는 단면2차모멘트일 뿐 단면계수가 아니다.

전단응력이 없으므로 주어진 $\sigma_x$와 $\sigma_y$가 곧 주응력이고, 최대 수직응력은 700MPa이다. 최대 전단응력은 두 주응력 차의 절반이므로 $\tau_{max}=\dfrac{700-(-300)}{2}=500\,\mathrm{MPa}$다.

C와 D 사이에는 외력이 없어 전단력이 일정(상수)하고, 대신 굽힘모멘트가 선형으로 변한다. 따라서 CD 구간 전단력이 선형으로 변한다는 설명이 틀렸다. A~C 구간은 굽힘모멘트가 0이라 처짐곡선이 직선이므로 A·B·C의 기울기는 모두 같고, 고정단 E의 경사각은 0이다.

구형(球形) 용기는 어느 방향으로 잘라도 대칭이라 두 방향 막응력이 같고 $\sigma = \dfrac{Pr}{2t}$가 된다. 원통 용기의 원주방향 응력 $\dfrac{Pr}{t}$와 혼동하기 쉬우니 구는 원통의 절반으로 기억하면 된다.

탄성곡선의 곡률은 $\dfrac{1}{\rho}=\dfrac{M}{EI}$로, 굽힘모멘트에 비례하고 굽힘강성 EI에 반비례한다. 뒤집힌 $\dfrac{EI}{M}$은 곡률이 아니라 곡률반지름이다.

펀칭에서 전단되는 면은 구멍 원둘레 × 판 두께이므로 $P=\tau_u \pi d t = 400 \times \pi \times 40 \times 10 \approx 5.03\times 10^{5}\,\mathrm{N}$이다. 즉 약 502.6kN이며, 단면적을 $\dfrac{\pi d^2}{4}$로 잘못 쓰면 값이 완전히 달라진다.

겹치기 이음의 리벳 한 개가 1면 전단을 받으므로 $\tau=\dfrac{P}{\pi d^2/4}=\dfrac{12\times 10^{3}}{\pi \times 20^2/4}=38.2\,\mathrm{MPa}$다. 양쪽 덮개판을 대어 2면 전단이 되면 이 값의 절반이 된다.

구리가 하중을 모두 받으려면 강의 분담력이 0이 되어야 하므로, 두 재료의 열팽창 차이가 구리의 압축변형과 같아지는 온도까지 올려야 한다:
$(\alpha_{Cu}-\alpha_{St})\Delta T = \dfrac{P}{A_{Cu}E_{Cu}}$

대입하면
$\Delta T=\dfrac{200\times 10^{3}}{5000\times 120\times 10^{3}\times 8\times 10^{-6}}=41.7$
이므로 최소 약 42℃ 상승이 필요하다.

중공축의 극단면계수는 $Z_p=\dfrac{\pi(d_2^4-d_1^4)}{16d_2}=1.076\times 10^{4}\,\mathrm{mm^3}$이고, 허용 토크는 $T=\tau Z_p = 50 \times 1.076\times 10^{4}\approx 538\,\mathrm{N\cdot m}$다. $P=2\pi f T$에서 $f=\dfrac{100\times 10^{3}}{2\pi \times 538}=29.6\,\mathrm{Hz}$이다.

굽힘과 비틀림이 동시에 작용하면 상당 비틀림모멘트 $T_e=\sqrt{M^2+T^2}$를 쓰고, 원형 단면의 극단면계수가 $Z_p=\dfrac{\pi d^3}{16}$이다. 따라서 $\tau_{max}=\dfrac{T_e}{Z_p}=\dfrac{16\sqrt{M^2+T^2}}{\pi d^3}$로 계수는 16이며, 길이 L은 관계없다.

비틀림각은 라디안으로 $\theta=\dfrac{TL}{GI_p}=\dfrac{32TL}{\pi G d^4}$이고, 도(°) 단위로 바꾸려면 $\dfrac{180}{\pi}$를 곱한다. 계수를 계산하면 $\dfrac{32\times 180}{\pi^2}\approx 584$이므로 $\theta^\circ \approx 584\dfrac{TL}{Gd^4}$가 된다.

모든 면에 같은 압력을 받으므로 세 방향 응력이 모두 $-P$이고, 체적변화율은 $\dfrac{\Delta V}{V}=\dfrac{1-2\mu}{E}(\sigma_x+\sigma_y+\sigma_z)=\dfrac{-3(1-2\mu)P}{E}$다. 압축이라 부호가 음(-)이고, 계수는 $1-\mu$가 아니라 1-2μ인 점이 정답을 가른다.

단면이 다른 두 구간의 신장량을 각각 구해 더한다:
$\delta=\dfrac{PL_{AB}}{A_{AB}E}+\dfrac{PL_{BC}}{A_{BC}E}$

$\dfrac{100\times 10^{3}\times 400}{100\times 200\times 10^{3}}=2\,\mathrm{mm}$
$\dfrac{100\times 10^{3}\times 800}{200\times 200\times 10^{3}}=2\,\mathrm{mm}$
이므로 총 신장량은 4mm다.

포아송비는 가로변형률을 세로변형률로 나눈 값이다. 세로변형률은 $\dfrac{\sigma}{E}=\dfrac{4P}{\pi d^2 E}$, 가로변형률은 $\dfrac{d_0-d}{d}$이므로 $\nu=\dfrac{(d_0-d)/d}{4P/(\pi d^2 E)}=\dfrac{\pi E d(d_0-d)}{4P}$가 된다.

오스테나이트의 변태 거동은 강의 화학성분·오스테나이트 결정입도·냉각속도가 지배한다. 반면 페라이트와 펄라이트 입도는 변태가 끝난 뒤 생성된 결과물이므로 변태 자체에 미치는 영향이 가장 작다.

오스테나이트계(18Cr-8Ni) 스테인리스강은 면심입방(FCC) 구조라 저온에서 취성 천이가 없고 고온 강도·내산화성도 우수해 극저온부터 고온 설비까지 쓰인다. 페라이트계·마텐자이트계는 체심입방(BCC)이라 저온에서 급격히 취성이 나타난다.

주철은 용접열로 급랭되면 백선화(시멘타이트)와 경화층이 생기고 잔류응력이 커져 균열이 나기 쉽다. 그래서 용접 후에는 풀림(annealing)으로 서랭시켜 경화 조직을 연화하고 응력을 제거한다. 담금질은 오히려 경화와 균열을 조장한다.

탄소당량은 합금원소의 영향을 탄소량으로 환산해 경화능, 즉 용접성을 나타내는 지표다($C_{eq}=C+\dfrac{Mn}{6}+\dfrac{Cr+Mo+V}{5}+\dfrac{Ni+Cu}{15}$). 값이 클수록 열영향부가 쉽게 경화되어 저온균열이 생기므로 용접이 곤란해지고, 예열·후열이 필요해진다.

열간가공은 주조조직을 파괴해 결정립을 미세화하고 강괴 내부의 기공·미세균열을 압착해 연성과 인성을 향상시킨다. 따라서 충격치와 단면수축률은 감소가 아니라 증가하므로 이 항목이 틀렸다.

언더 비드 균열은 확산성 수소 + 경화된 열영향부(마텐자이트) + 구속응력이 겹쳐 생기는 저온균열이다. 탄소당량이 높아 열영향부가 쉽게 경화되는 저합금 고장력강에서 가장 많이 나타나며, 저수소계 용접봉과 예열로 방지한다.

가공이 끝난 뒤 시간이 지나면서 과포화 고용체에서 미세 석출물이 나와 경도·강도가 변하는 현상이 시효경화(경년변화)다. 가공경화는 가공하는 순간 전위가 얽혀 굳어지는 현상이라 시간 경과와는 관계가 없다.

Al·Ti·Si·Mn 등으로 완전 탈산시킨 강괴가 킬드강이며, 특히 Al·Ti는 질소를 고정하고 결정립을 미세화한다. 기포와 편석이 거의 없어 재질이 균일하고 용접성이 가장 좋다. 림드강은 탈산이 불완전해 기공·편석이 많다.

중금속과 경금속은 비중 약 4.5를 경계로 나눈다. Fe(7.87)·Ni(8.9)·Cr(7.19)는 중금속이지만 Ti는 비중 4.5로 Al·Mg와 함께 경금속으로 분류한다.

재결정은 가공으로 쌓인 전위가 소멸하고 변형 없는 새 결정립이 생기는 과정이므로 강도·경도는 낮아지고 연성이 회복된다. 따라서 "재결정하면 강도가 증대한다"가 틀렸다. 가공도가 클수록 재결정온도가 내려가고 합금원소는 재결정온도를 올린다는 설명은 옳다.

전위론으로 설명하는 균열 생성 기구는 전위가 경사경계나 결정입계에 집적되어 응력이 국부적으로 커지면서 크랙이 트는 형태다. 노치취성에 의한 크랙은 노치 형상이 만드는 응력집중·삼축응력으로 설명하는 거시적 현상이라 전위론적 기구에 속하지 않는다.

비열은 Mg가 약 $1.02\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$로 가장 크다. Mn 약 0.48, Fe 약 0.45, Au 약 0.13 $\mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$로, 원자량이 작고 가벼운 금속일수록 단위질량당 비열이 크다.

Nb·V·Ti는 용접 열영향부에서 탄화물·질화물로 석출해 강도를 올리는 대신, 다층용접의 재가열부에서 석출취화를 일으켜 인성을 떨어뜨린다. Mn은 석출강화 원소가 아니라 고용강화·탈산 원소이며 오히려 인성 확보에 도움이 된다.

뜨임취성은 뜨임 후 서랭할 때 P·Sb·Sn 같은 불순물이 입계에 편석해 생기며, Cr·Mn을 함유한 Cr강·Mn강·Ni-Cr강에서 뚜렷하고 Mo 첨가로 억제된다. 상대적으로 Ni강은 뜨임취성이 잘 나타나지 않는다.

예열은 냉각속도를 늦춰 열영향부 경화와 저온균열을 막고 잔류응력·변형을 줄이는 것이 목적이다. 열영향부를 넓게 하는 것은 예열의 목적이 아니라 조직이 조대화되어 인성이 떨어지는 부작용 쪽이다.

냉각속도가 임계냉각속도보다 빠르면 탄소가 확산할 시간이 없어 오스테나이트가 무확산 변태로 마텐자이트가 된다. 냉각이 느려질수록 베이나이트 → 미세 펄라이트 → 펄라이트·페라이트 순으로 나타난다.

오스테나이트화한 강을 어떤 온도의 열욕에 넣어 그 온도에서 항온으로 변태시키고, 변태 개시·완료 시간을 온도-시간 좌표에 그린 것이 항온변태곡선(TTT 곡선, S 곡선)이다. 베이나이트·마텐자이트 생성 조건을 읽는 데 쓴다.

주상정은 용융지 경계에서 최대 온도구배 방향(응고 경계면에 수직)으로 자란다. 용접속도가 느리면 용융지가 타원형이라 주상정이 용접방향으로 크게 굽지만, 속도가 클수록 용융지가 눈물방울형으로 늘어져 주상정이 곧게 자라 직립에 가까워진다. 따라서 1번 설명이 반대로 되어 있다.

입방정계에 속하는 격자는 단순입방·체심입방(BCC)·면심입방(FCC) 세 가지뿐이다. 육심 입방 격자라는 격자는 존재하지 않으며, 조밀육방(HCP)은 입방정계가 아니라 육방정계다.

균열을 발생 위치로 나눌 때는 용접금속·열영향부·모재(원질부)로 구분한다. 용접변형부는 위치가 아니라 변형 상태를 가리키는 표현이라 이 분류에 들어가지 않는다.

변형을 줄이려면 입열을 억제한 적정 용접조건, 대칭법·후퇴법 같은 용접순서 계획, 포지셔너를 이용한 아래보기 자세 확보가 유효하다. 예열과 후열처리는 급랭과 응력을 완화해 변형·균열을 오히려 줄여 주므로 "하지 말 것"은 대책이 될 수 없다.

용접입열은 $H=\dfrac{60EI}{v}\ \mathrm{[J/cm]}$로 구한다. $H=\dfrac{60\times 20\times 120}{60}=2400\ \mathrm{J/cm}$이다.

라멜라 테어는 압연강판이 두께 방향으로 구속·인장될 때 층상 개재물을 따라 갈라지는 균열이므로, 두께 방향 구속을 준 크랜필드(Cranfield) 시험으로 감수성을 평가한다. CST·TRC·인플란트 시험은 모두 수소에 의한 저온(지연) 균열 시험이다.

같은 입열이라도 에너지 밀도가 높을수록 좁은 면적에 순간적으로 열이 집중되어 주변 모재로 퍼지는 열이 줄어든다. 그래서 전자빔·레이저처럼 에너지 밀도가 큰 열원일수록 열영향부 폭이 좁아진다.

안전율은 하중 조건과 위험도가 클수록 크게 잡는다. 엘리베이터처럼 인명에 직결되는 설비의 용접부는 파단 시 피해가 치명적이므로 6~8 정도의 큰 안전율을 적용한다.

상각비는 설비 구입비를 사용 기간으로 나누어 배분한 비용이므로 $\text{상각비}=\dfrac{\text{용접기 가격}}{\text{상각 시간}}$이다. 즉 가격을 상각 시간으로 나눈 값이며, 곱하거나 더하는 나머지 보기는 시간이 길수록 비용이 커져 감가상각의 개념과 맞지 않는다.

전면 필릿용접의 이론 목두께는 $a=0.707t$이고, 그림처럼 하중을 받는 필릿이 2곳이므로 유효 단면적은 $A=2\times 0.707\times 15\times 200=4242\ \mathrm{mm^2}$이다. 따라서 $\sigma=\dfrac{P}{A}=\dfrac{5000}{4242}\approx 1.18\ \mathrm{N/mm^2}=1.18\times 10^{6}\ \mathrm{Pa}$이다.

응력집중은 용접 끝(toe)처럼 형상이 급변하는 곳에 국부적으로 생겨 피로강도를 크게 떨어뜨린다. 그러나 연성재료는 소성변형으로 응력이 재분배되므로 정적 강도에는 거의 영향을 주지 않는다. 따라서 "이음의 정적 강도에 영향을 받는다"는 응력집중과 맞지 않는 설명이다.

용접이음 설계에서는 홀더·토치가 들어가고 자세를 잡을 수 있도록 작업 공간을 확보해야 한다. 강도상 필릿보다 맞대기 용접이 유리하고, 판두께가 다르면 완만한 테이퍼로 단면을 이어야 하며, 용접선은 교차·집중을 피해 분산시켜야 한다.

이완법(응력이완법)은 시험편을 절단하거나 구멍을 뚫어 구속을 풀 때 나타나는 탄성 변형량을 스트레인 게이지로 읽어 잔류응력을 역산하는 방법이다. X선 회절법은 시험편을 자르지 않고 격자면 간격 변화를 재는 비파괴 측정법이다.

피닝은 용접부를 둥근 해머나 숏으로 두드려 표면에 소성변형(연신)을 주어, 수축으로 생긴 인장 잔류응력을 상쇄하는 기계적 응력완화법이다. 그라인딩은 표면을 깎아 다듬는 가공이고, 노칭은 오히려 응력집중을 만든다.

용접성 시험에는 용접균열 시험·용접연성 시험·노치취성 시험 등이 들어간다. 천공 시험은 구멍을 뚫어 풀린 변형을 측정하는 잔류응력 측정법이므로 용접성 시험이 아니다.

후판은 열이 판 두께 방향까지 3차원으로 빠져나가 냉각이 빠르고, 그만큼 열영향부 폭이 좁다. 반대로 박판은 열이 판 면 안에서만 퍼져 냉각이 느리고 열영향부가 넓으며 변형이 크게 나타난다.

탄소(C)는 양이 늘수록 인장강도·경도를 크게 올리지만, 열영향부를 경화시켜 저온균열을 유발하므로 용접성을 가장 크게 떨어뜨린다. 탄소당량 식이 탄소를 기준으로 만들어진 이유이기도 하다.

완전용입 맞대기 용접의 목두께는 판두께 $t$이므로 유효 단면적은 $A=t\,L$이다. 응력 정의 $\sigma=\dfrac{P}{t\,L}$를 하중에 대해 풀면 $P=\sigma\,L\,t$가 된다.

그림에서 모재 표면선을 기준으로 위쪽 (1)은 덧살(여성) 높이, 아래쪽 (2)는 모재가 녹아 들어간 깊이, 즉 용입이다. (3)은 둘을 합한 전체 높이이고 (4)는 비드 폭이다.

맞대기 용접의 목두께는 판두께이므로 $\sigma=\dfrac{P}{t\,L}$이다. $1\ \mathrm{ton}=1000\ \mathrm{kgf}$이므로 $\sigma=\dfrac{5000}{12\times 100}\approx 4.16\ \mathrm{kgf/mm^2}$이다.

박판은 강성이 작아 용접변형(굽힘·좌굴)이 주된 문제이고, 후판은 구속이 커서 잔류응력이 주된 문제다. 그래서 박판에는 변형을 줄이는 시공법을, 후판에는 잔류응력을 줄이는 시공법을 쓴다. 구속을 크게 하면 잔류응력은 오히려 커진다.

잔류응력 완화에는 응력제거 풀림이 가장 확실하며, 구조물이 커서 노에 넣을 수 없으면 용접부 주변만 가열·서랭하는 국부 열처리(국부 풀림)를 한다. 선상 가열법과 역변형은 잔류응력이 아니라 변형을 잡는 방법이고, 예열은 균열 예방이 주목적이다.

MIG처럼 와이어를 일정 속도로 자동 송급하는 용접기는 정전압 특성 전원을 쓴다. 아크가 짧아지면 전류가 급증해 와이어가 빨리 녹고 길어지면 전류가 줄어 용융이 늦어지므로, 아크 길이가 저절로 일정하게 유지된다.

납땜은 모재보다 녹는점이 낮은 용가재(땜납)만 녹여 모재 틈에 젖어 들게 해 붙이는 접합법이므로 모재는 녹지 않는다. 심 용접·전자빔 용접은 모재를 녹이는 융접이고, 가스 절단은 접합이 아니라 절단이다.

투과법·펄스반사법·공진법은 모두 초음파 탐상시험(UT)의 시험 방식이다. 재료 속으로 보낸 초음파가 결함면에서 반사·감쇠하는 것을 이용하며, 특히 공진법은 두께 측정에 쓰인다.

용적이 용접봉 지름보다 작은 미세한 입자로 잘게 부서져 수많은 방울이 아크를 가로질러 날아가는 형태가 스프레이(분무) 이행형이다. 단락 이행형은 큰 용적이 모재에 닿아 단락되며 옮겨가는 저전류 이행 형태다.

원판형 롤러 전극 사이에 겹친 판을 넣고 가압·통전하면서 전극을 회전시켜 점용접을 선 모양으로 연속시키는 것이 심 용접이며 기밀·수밀 이음에 쓰인다. 프로젝션 용접은 돌기를, 업셋·플래시 용접은 맞댄 단면을 가압해 접합한다.

서브머지드 아크 용접은 입상 플럭스 속에 아크를 묻고(잠호) 하는 용접이라 대기 차단이 확실해 용접부 품질이 매우 우수하다. 아크는 정상적으로 발생하되 보이지 않을 뿐이고, 입열이 크고 능률이 높으며 주로 두꺼운 강재에 쓴다.

흄은 용융된 금속·플럭스의 증기가 산화·응축된 것이므로 플럭스가 들어 있는 플럭스코어드 와이어(FCW) 탄산가스 용접에서 가장 많이 발생한다. 서브머지드 아크 용접은 아크가 플럭스 속에 묻혀 있어 흄이 거의 나오지 않는다.

허용 사용률은 $\left(\dfrac{\text{정격 2차 전류}}{\text{실제 용접 전류}}\right)^{2}\times \text{정격 사용률}$로 구한다. $\left(\dfrac{200}{150}\right)^{2}\times 40=1.78\times 40\approx 71\ \%$이므로 정격보다 낮은 전류로 쓰면 사용률에 여유가 생긴다.

피복아크 용접은 사람이 손으로 아크 길이를 조절하므로, 아크 길이가 변해도 전류가 거의 변하지 않는 수하(정전류) 특성 전원을 써야 용융량이 일정해진다. 정전압 특성은 와이어를 자동 송급하는 MIG·CO₂ 용접용이다.

용접기는 주위 온도가 -10℃ 이하인 곳에는 설치하지 않는다. 그 밖에 비바람이 치는 곳, 습도가 높은 곳, 먼지·유해가스가 많은 곳, 진동·충격을 받는 곳도 설치 금지 장소다.

일렉트로 슬랙 용접은 수랭 동당금으로 홈을 막고 용융 슬래그의 저항열로 수직 자세에서 두꺼운 판을 한 번에 용접하는 대입열 수직 용접법이다. 후판을 여러 층 쌓지 않고 1패스로 끝내므로 능률이 매우 높다.

아크 입력은 $40\times 400=16000\ \mathrm{W}$이다.

역률은
$\dfrac{\text{아크 입력}+\text{내부 손실}}{\text{2차 무부하 전압}\times \text{아크 전류}}=\dfrac{16000+4000}{80\times 400}=0.625$
효율은
$\dfrac{\text{아크 입력}}{\text{아크 입력}+\text{내부 손실}}=\dfrac{16000}{20000}=0.8$
이므로 역률 62.5%, 효율 80%다.

산소는 무색·무취·무미이고 스스로 타지 않으면서 연소를 돕는 조연성 기체이며, 비중 약 1.105로 공기보다 약간 무겁다. 임계온도가 약 -118℃여서 상온에서는 아무리 압축해도 액화되지 않고, 액화된 산소는 담황색이 아니라 담청색이므로 4번이 틀렸다.

2차 무부하 전압이 높으면 아크 발생과 안정에는 유리하지만 감전 위험이 그만큼 커진다. 그래서 전격방지기로 무부하 전압을 낮추는 것이 대책이며, "무부하 전압이 높은 용접기를 쓰라"는 감전 방지대책이 될 수 없다.

전격방지기는 아크가 끊긴 사이 용접기의 2차 무부하 전압을 25V 이하로 자동으로 낮춰 홀더를 만졌을 때의 감전을 막는 장치다. 핫 스타트 장치와 원격제어 장치는 아크 발생과 전류 조정을 돕는 기능이지 감전 방지용이 아니다.

두 전극 사이의 기체가 이온화되어 강한 빛과 열을 내며 지속되는 방전이 아크다. 아크 기둥의 중심 온도는 약 5,000~6,000℃에 이르러 모재를 녹일 수 있다.

정전압 특성은 와이어를 일정 속도로 자동 송급하는 소모전극식 용접에 쓰이므로 가스메탈 아크 용접(GMAW)이 해당한다. SMAW는 손으로 아크 길이를 조절하고 GTAW·PAW는 비소모전극이라 모두 수하(정전류) 특성 전원을 쓴다.

용접입열은 $H=\dfrac{60EI}{v}\ \mathrm{[J/cm]}$이다. $H=\dfrac{60\times 30\times 100}{40}=4500\ \mathrm{J/cm}=4.5\ \mathrm{kJ/cm}$이다.

탄산가스 아크 용접은 보호가스로 아크를 감싸므로 바람에 가스가 날아가면 기공이 생겨 옥외에서는 방풍 대책이 필요하다. 용입이 깊고 용착속도가 빠르며 슬래그가 거의 없어 용착효율이 높다는 나머지 설명은 옳다.

자기 쏠림(아크 블로우)은 직류에서 아크 주위 자기장이 한쪽으로 치우쳐 생기는 현상이므로, 방지하려면 반대로 교류 용접을 사용해야 한다. 아크를 짧게 하고, 접지점을 용접부에서 멀리하며, 긴 용접에서 후퇴법으로 용착하는 것은 모두 올바른 대책이다.