[용접기사 필기] 19년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

역화는 불꽃이 팁 안쪽으로 되돌아가 폭음을 내며 꺼졌다 켜졌다 하는 현상으로, 팁 끝의 과열이나 가스 압력·분출속도의 부적당, 팁 막힘, 팁과 모재의 접촉이 원인이다. 산화·환원·중성 같은 불꽃의 종류는 용접 품질에 관계될 뿐 역화의 직접 원인은 아니다.

지름의 20배가 넘는 가늘고 긴 공작물은 자중과 절삭력으로 휘어지므로, 공작물 외주를 조(jaw)로 받쳐 처짐을 막는 방진구를 쓴다. 센터·척·돌리개는 공작물을 물리고 회전을 전달하는 부속품이라 휨 자체를 막지는 못한다.

담금질 후 경화된 강을 A1 변태점 이하의 온도에서 가열하여 인성(질김)을 부여하는 열처리는 템퍼링(tempering)이다. 템퍼링은 담금질로 생성된 마르텐사이트 조직의 brittleness를 제거하고 인성과 강도의 균형을 맞추기 위해 수행되며, A1점 이하에서 가열하므로 오스테나이트 변태가 발생하지 않는다. 재담금질은 재가열·재냉각 과정이고, 어닐링은 완전 연화, 노멀라이징은 결정립 미세화를 목적으로 하므로 인성 부여와는 다르다.

공구수명은 공구가 닳은 결과로 판정한다 — 절삭저항의 급증, 가공면에 나타나는 광택·반점, 크레이터·플랭크 마모량이 일정값 도달, 완성치수 변화 등이다. 절삭속도와 이송속도는 수명을 좌우하는 절삭조건(입력)일 뿐 수명을 판정하는 기준이 아니다.

세이퍼 램의 왕복운동은 급속귀환 기구로 구현되며 랙과 피니언, 스크류와 너트, 유압 방식이 쓰인다. 코터는 축과 보스를 결합하는 체결요소이므로 램 구동방식이 될 수 없다.

게이지 블록은 형상에 따라 요한슨형(직사각형)·호크형(정사각형에 구멍)·캐리형(원형에 구멍)으로 나뉜다. 플러그형은 구멍 지름을 검사하는 한계게이지의 형태이지 게이지 블록의 종류가 아니다.

보링은 이미 뚫린 구멍을 넓히며 칩을 깎아내는 절삭가공이다. 단조·압출·전조는 재료에 힘을 가해 영구변형시켜 형상을 만드는 소성가공이다.

치핑은 공구 재료의 결함이나 미세균열이 잠재한 상태에서 충격·단속절삭을 받아 인선의 일부가 순간적으로 떨어져 나가는 파손이다. 플랭크 마모·크레이터 마모는 서서히 진행되는 마모, 온도파손은 고온에서 인선이 무너지는 현상이라 성격이 다르다.

사인바에 필요한 높이차는 $H=L\sin\theta=100\times\sin 30^\circ=50\,\mathrm{mm}$다. 이 50mm는 $4.5+5.5+40=50\,\mathrm{mm}$로 만들 수 있으므로 25mm 블록은 필요 없다.

구성인선은 절삭열과 압력으로 칩 일부가 인선에 압착되어 생기므로, 공구 인선을 예리하게 해 접촉면적과 압력을 줄이면 억제된다. 나머지 보기는 모두 반대로 서술되어 있으며 실제 방지책은 절삭속도를 높이고, 경사각을 크게 하며, 절삭유를 충분히 공급하는 것이다.

전기저항용접은 두 금속 사이의 전기저항으로 발생한 열을 이용하여 용접하는 방식으로, 주요 분류에는 스폿 용접, 심 용접, 프로젝션 용접 등이 있다. 테르밋 용접은 화학반응(산화알루미늄과 철의 고온 반응)에서 발생한 용융금속으로 용접하는 방식으로, 전기저항을 이용하지 않기 때문에 전기저항용접의 분류에 해당하지 않는다.

가공 변질층의 깊이는 절삭저항이 클수록 깊어지므로 절삭저항이 영향을 미치지 못한다는 서술이 틀렸다. 변질층은 잔류응력과 경화층을 남겨 다듬질면의 내마모성·내부식성을 떨어뜨리고 피로강도와 내충격성을 낮춰 국부적인 파손의 시발점이 된다.

정면 밀링 커터는 외주(측면)와 정면 모두에 절삭날이 있어 커터 축에 수직인 넓은 평면을 능률적으로 깎는다. 메탈 소는 절단, 볼 엔드밀은 곡면, 총형 밀링 커터는 특정 단면 형상 가공에 쓴다.

창성법은 랙형·피니언형 커터나 호브가 기어와 실제로 맞물려 도는 상대운동을 재현하며 깎는 방식이라, 잇수에 관계없이 하나의 공구로 정확한 인벌류트 치형을 얻는다. 총형 커터법이나 형판법은 잇수마다 다른 공구·형판이 필요해 정밀도가 떨어진다.

주철은 조직 속 흑연이 노치처럼 작용해 강에 비해 인장강도가 낮고 취성이 크며, 고온에서도 소성변형이 되지 않아 단조·압연을 할 수 없다. 대신 유동성과 주조성이 좋고 압축강도·진동감쇠능이 뛰어나 대표적인 주조용 재료로 쓰인다.

토글 클램프는 링크가 사점을 지나며 작용력에 비해 훨씬 큰 고정력을 내고 그 상태로 자기유지되며, 레버 한 동작으로 풀리므로 공작물을 신속히 교환할 수 있다. 나사 클램프는 조작이 느리고, 쐐기형·캠 클램프는 토글만큼의 배력 효과가 나오지 않는다.

압하율은 $\text{압하율}(\%) = \dfrac{\text{압연 전 두께} - \text{압연 후 두께}}{\text{압연 전 두께}} \times 100$으로 계산한다. 주어진 조건에서 압연 전 두께는 30mm, 압연 후 두께는 24mm이므로, $\text{압하율} = \dfrac{30 - 24}{30} \times 100 = \dfrac{6}{30} \times 100 = 20\%$이다. 따라서 압하율은 20%이다.

현형은 제품과 같은 형상으로 만든 목형이며, 분할목형은 그 현형을 주형에서 빼기 쉽게 둘로 쪼개 놓은 것이라 현형에 속한다. 회전목형·긁기목형·부분목형은 목형 전체를 만들지 않고 일부만으로 주형을 만드는 특수 목형이다.

초음파 가공은 공구와 가공물 사이에 넣은 연삭입자를 초음파 진동으로 연속 타격시켜 미세하게 쪼아내는 방식이며, 표면의 증발 현상을 이용하는 것은 방전·레이저 가공이다. 진동자가 전기에너지를 기계적 진동으로 바꾸고, 혼(공구)에는 황동·연강처럼 인성이 있는 재료를 쓴다.

절삭동력은 주분력과 절삭속도의 곱이다. $v=\dfrac{60}{60}=1\,\mathrm{m/s}$이므로 $P=F\cdot v=2500\times 1=2500\,\mathrm{W}=2.5\,\mathrm{kW}$다.

중앙 처짐이 0이 되려면 등분포하중에 의한 아래쪽 처짐과 중앙 집중하중 P에 의한 위쪽 처짐이 같아야 한다. $\dfrac{5wL^4}{384EI}=\dfrac{PL^3}{48EI}$에서 $P=\dfrac{5wL}{8}=\dfrac{5\times 2\times 6}{8}=7.5\,\mathrm{kN}$이다.

세 탄성계수는 $E=\dfrac{9KG}{3K+G}$로 묶인다. 이를 K에 대해 정리하면 $3EK+EG=9KG$에서 $K=\dfrac{EG}{3(3G-E)}$가 된다.

자유단에서 x만큼 떨어진 단면의 굽힘모멘트는 $M=Px=3000\times 250=7.5\times 10^{5}\,\mathrm{N\cdot mm}$이고, 직사각형 단면계수는 $Z=\dfrac{bh^2}{6}$다. $\sigma=\dfrac{M}{Z}$에서 $h=\sqrt{\dfrac{6M}{b\sigma}}=\sqrt{\dfrac{6\times 7.5\times 10^{5}}{60\times 65}}\approx 34\,\mathrm{mm}$이다.

단면적이 같은 중실축의 지름은 $\dfrac{\pi}{4}(50^2-30^2)=\dfrac{\pi}{4}d^2$에서 $d=40\,\mathrm{cm}$다. 전단응력이 같으므로 전달 비틀림 모멘트의 비는 극단면계수의 비와 같고, $\dfrac{T_h}{T_s}=\dfrac{(50^4-30^4)/50}{40^3}=\dfrac{108800}{64000}=1.7$배가 된다.

얇은 원통의 후프(원주) 응력은 $\sigma_h=\dfrac{PD}{2t}$다. 대입하면 $\sigma_h=\dfrac{1\times 400}{2\times 8}=25\,\mathrm{MPa}$이며, 축방향 응력 $\dfrac{PD}{4t}=12.5\,\mathrm{MPa}$의 2배라는 점을 기억하면 혼동하지 않는다.

원형단면의 $Z=\dfrac{\pi d^3}{32}=130.7\,\mathrm{cm^3}$이므로
$M_{\mathrm{max}}=\sigma_{\mathrm{max}}Z=85\times 130.7\approx 1.11\times 10^{4}\,\mathrm{N\cdot cm}$
이고, $M_{\mathrm{max}}=\dfrac{wl^2}{8}$에서
$w\approx 0.555\,\mathrm{N/cm}$, $V_{\mathrm{max}}=\dfrac{wl}{2}\approx 111\,\mathrm{N}$
이다.
원형단면의 최대 전단응력은 평균값의 4/3배이므로
$\tau_{\mathrm{max}}=\dfrac{4V}{3A}=\dfrac{4\times 111}{3\times 95.03}\approx 1.56\,\mathrm{N/cm^2}=15.6\,\mathrm{kPa}$
다.

고정단 쪽 $a=0.6\,\mathrm{m}$ 구간에만 걸린 등분포하중이 만드는 처짐각은 하중구간 끝에서 $\dfrac{qa^3}{6EI}$이고, 그 바깥은 곧게 남으므로 B점 회전각도 같은 값이다. 여기에 자유단 집중하중의 $\dfrac{PL^2}{2EI}$를 더하면 $\theta_B=\dfrac{5000\times 0.6^3}{6EI}+\dfrac{1000\times 1^2}{2EI}=\dfrac{180+500}{EI}=\dfrac{680}{EI}$다.

O점의 반력은 외력과 크기가 같고 방향이 반대이므로 수평 성분만 200N이고 수직 성분은 0이다. 모멘트는 힘에 수직거리를 곱하므로 $M_z=200\times(4\sin 30^\circ)=200\times 2=400\,\mathrm{N\cdot m}$가 된다.

진응력은 순간 단면적 기준이므로 체적일정 조건 $A_0L_0=AL$을 쓰면 $\sigma_T=\dfrac{P}{A}=\sigma_n\dfrac{L}{L_0}=\sigma_n(1+\epsilon_n)$이 된다. 진변형률은 순간 길이에 대한 변형을 누적한 값이라 $\epsilon_T=\ln\dfrac{L}{L_0}=\ln(1+\epsilon_n)$이다.

양단 고정축의 중간에 토크가 걸리면 작용점의 비틀림각은 다음과 같다.
$\theta=\dfrac{Tab}{GI_pL}$
$I_p=\dfrac{\pi d^4}{32}=\dfrac{\pi(0.03)^4}{32}=7.95\times 10^{-8}\,\mathrm{m^4}$
이므로
$\theta=\dfrac{1500\times 4\times 6}{100\times 10^{9}\times 7.95\times 10^{-8}\times 10}\approx 0.45\,\mathrm{rad}$
다.

$\sigma=\dfrac{P}{A}=\dfrac{10\times 10^{3}}{2\times 10^{-4}}=5\times 10^{7}\,\mathrm{N/m^2}$이다. $1\,\mathrm{cm^2}=10^{-4}\,\mathrm{m^2}$ 환산만 정확히 하면 되고, 길이 4m는 응력 계산과 무관한 조건이다.

$\tau_{xy}=0$이므로 주어진 $\sigma_x,\ \sigma_y$가 곧 주응력이다. 평면내 최대 전단응력은 주응력 차의 절반이므로 $\tau_{\mathrm{max}}=\dfrac{\sigma_1-\sigma_2}{2}=\dfrac{100-(-50)}{2}=75\,\mathrm{MPa}$다.

B점 절점 평형에서 5kN을 성분 (4, -3)kN으로 분해하면 부재 (2)는 5kN 압축, 부재 (1)은 8kN 인장이 된다.
부재 길이는 각각 0.5m, 0.4m이고
$AE=1.2\times 10^{-4}\times 10^{6}=120\,\mathrm{N}$
이므로,
$U=\sum\dfrac{F^2L}{2AE}=\dfrac{8000^2\times 0.4}{2\times 120}+\dfrac{5000^2\times 0.5}{2\times 120}\approx 106.7+52.1\approx 159\,\mathrm{kJ}$
다.

맞물린 B·C 치차의 접선력은 같으므로 토크는 피치원 지름의 비만큼 커져 $T_2=T_1\dfrac{D_C}{D_B}=9T_1$이 된다. 두 축의 $\tau=\dfrac{16T}{\pi d^3}$가 같아야 하므로 $\dfrac{T_1}{d_1^{3}}=\dfrac{T_2}{d_2^{3}}$에서 $\dfrac{d_2}{d_1}=\sqrt[3]{9}=9^{1/3}$이다.

좌굴은 단면 2차 모멘트가 작은 축에서 일어나므로 다음 값을 쓴다.
$I=\dfrac{100\times 50^3}{12}=1.042\times 10^{6}\,\mathrm{mm^4}$
양단이 자유롭게 회전하는 핀 지지는 단말계수 $n=1$이므로
$P_{cr}=\dfrac{n\pi^2EI}{L^2}=\dfrac{\pi^2\times 100\times 10^{9}\times 1.042\times 10^{-6}}{4^2}\approx 64.4\,\mathrm{kN}$
이다.

이동하중이 보 중앙에 왔을 때 굽힘모멘트가 최대이고 그 값은 $M_{\mathrm{max}}=\dfrac{Wl}{4}$다. 직사각형 단면계수 $Z=\dfrac{bh^2}{6}$를 대입하면 $\sigma_{\mathrm{max}}=\dfrac{Wl/4}{bh^2/6}=\dfrac{3Wl}{2bh^2}$이다.

외팔보 전 길이에 등분포하중이 작용할 때 자유단 처짐은 $\delta=\dfrac{wl^4}{8EI}$다. 자유단 집중하중일 때의 $\dfrac{Pl^3}{3EI}$와 헷갈리지 않도록 분모가 8이라는 점을 기억한다.

A의 반력을 잉여력으로 잡고 떼어내면 B에 고정된 외팔보가 되며, 자유단 모멘트에 의한 처짐 $\dfrac{M_0l^2}{2EI}$와 $R_a$에 의한 처짐 $\dfrac{R_al^3}{3EI}$가 상쇄되어야 한다. 두 값을 같게 두면 $R_a=\dfrac{3M_0}{2l}$이다.

두 막대의 신장량 합이 틈 0.01m와 같아야 핀을 끼울 수 있으므로
$\dfrac{PL_1}{AE}+\dfrac{PL_2}{AE}=0.01$
이다.
$AE=2\times 10^{-4}\times 200\times 10^{9}=4\times 10^{7}\,\mathrm{N}$
이므로
$P=\dfrac{0.01\times 4\times 10^{7}}{2+1}\approx 1.333\times 10^{5}\,\mathrm{N}=133.3\,\mathrm{kN}$
다.

n-n축이 가로판(웹) 두께의 중심선이므로, 웹과 좌우 세로판(플랜지)을 각각 자체 중심축에 대한 값으로 더하면 된다. $I=\dfrac{224\times 13^3}{12}+2\times\dfrac{13\times 150^3}{12}\approx 7.35\times 10^{6}\,\mathrm{mm^4}=735\,\mathrm{cm^4}$이다.

마텐자이트계 스테인리스강은 공랭만으로도 마텐자이트로 경화해 저온균열이 생기기 쉬우므로, 200~400℃로 예열해 냉각속도를 늦춘다. 용접 후에도 서랭이나 후열처리로 경화된 조직을 연화시켜야 한다.

오스테나이트계 스테인리스강(18Cr-8Ni)은 면심입방 조직이라 연성·인성이 커 가공성이 좋고, Cr에 Ni이 더해져 내식성이 가장 우수하며 경화성이 없어 용접성도 뛰어나다. 다만 용접열에 의한 입계 부식(예민화)과 열팽창에 따른 변형에는 주의해야 한다.

구리 및 구리합금의 현미경 조직 시험용 부식제는 염화 제2철(FeCl₃) 용액이다. 질산 알코올(나이탈)과 피크린산 알코올(피크랄)은 철강용, 수산화나트륨 용액은 알루미늄 합금용 부식제라 구리에는 쓰지 않는다.

고온균열은 용접금속이 응고하는 고온(고상선 부근)에서 저융점 불순물이 결정립계에 편석되어 갈라지는 균열이다. 200℃ 이하에서 확산성 수소 때문에 시간이 지난 뒤 생기는 것은 저온(지연)균열이므로 ②가 틀렸다. 대입열 용접은 결정립이 조대해지고 편석이 심해져 고온균열이 잘 생긴다.

SPPS는 Steel Pipe Pressure Service, 즉 압력 배관용 탄소 강관의 KS 기호(KS D 3562)다. SGT 275는 일반구조용 탄소강관, SPLT 390은 저온 배관용 탄소강관, STKM 14C는 기계구조용 탄소강관이다.

후열처리(PWHT)의 목적은 잔류응력 제거·경화된 열영향부의 연화·확산성 수소 방출·고온 성능 개선이다. ②의 "부식성 향상"은 부식이 더 잘 되게 한다는 뜻이므로 목적이 될 수 없다.

힐·토·루트 균열은 모두 확산성 수소가 원인인 저온(지연)균열로 용접 후 수 시간~수일 뒤 열영향부에 나타난다. 크레이터 균열은 비드 끝 크레이터가 응고·수축할 때 생기는 고온균열이라 저온균열에 해당하지 않는다.

용착금속에 녹아든 수소가 응고 중 빠져나가지 못하고 모이면 은점(fish eye)·미세 균열·선상 조직을 만든다. 저수소계 용접봉 사용, 용접봉 건조, 예열로 확산성 수소량을 줄이는 것이 대책이다.

같은 조건으로 열처리해도 재료가 크고 두꺼우면 중심부의 냉각속도가 느려 표면과 내부의 열처리 효과가 달라지는데, 이를 질량효과라 한다. 질량효과가 작은 강일수록 담금질성(경화능)이 좋다.

Al·Ni·Cu는 모두 면심입방격자(FCC)다. ②는 V가, ③은 W가 체심입방격자(BCC)이고, ④의 Mg·Zn·Cd는 조밀육방격자(HCP)라서 조합이 깨진다.

페라이트(α)는 체심입방격자(BCC)의 α철로, 탄소를 약 0.025%까지만 고용하는 무른 조직이다. ②의 6.67%C 탄화철은 시멘타이트, ①의 γ+Fe3C는 오스테나이트와 시멘타이트의 혼합, ④의 면심입방 고용체는 오스테나이트에 대한 설명이다.

담금질 후 남은 잔류 오스테나이트를 0℃ 이하로 더 냉각해 마텐자이트로 변태시키는 처리가 서브제로(심랭)처리다. 경도가 올라가고 시효에 의한 치수 변화가 없어져 게이지·베어링 등에 쓴다.

강이나 주철의 작은 숏(shot) 입자를 고속으로 분사해 표면을 두들기는 숏 피닝은 가열 없이 가공경화로 표면 경도와 피로강도를 높이는 표면 냉간가공법이다. 화염 경화법·고주파 경화법은 가열 후 담금질하는 열처리 방식이라 다르다.

저탄소강이 200~300℃에서 인장강도가 최대가 되고 연성이 급격히 떨어지는 현상이 청열취성으로, 이 온도에서 강 표면이 푸른 산화막을 띠어 붙은 이름이다. 적열취성은 S 때문에 900℃ 이상의 고온에서 나타나는 취성이다.

용융금속에 들어간 산소는 Si·Mn·Al 등 합금원소를 산화시켜 소모시키고, 그 산화물이 비금속 개재물로 남아 인성을 떨어뜨려 취성이 커진다. 강도와 용접성도 나빠지므로 탈산제로 반드시 제거해야 한다.

금속은 연성·전성이 커서 소성 변형과 가공이 잘 되는 것이 대표적인 공통 성질이므로 ③이 틀렸다. 열·전기의 양도체, 큰 비중과 금속광택, 수은을 뺀 상온 고체 결정체는 모두 금속의 공통 특성이다.

0.8%C·723℃에서 오스테나이트가 페라이트와 시멘타이트로 동시에 분해되어 펄라이트가 되는 공석 반응(γ → α + Fe3C)이다. 공정 반응은 4.3%C·1148℃, 포정 반응은 0.17%C·1495℃에서 일어난다.

일정 온도로 가열한 뒤 노 안에서 서서히 냉각해 재료를 연화시키고 조직을 균일·미세·표준화하는 열처리는 풀림(annealing)이다. 담금질은 급랭으로 경화시키는 처리, 침탄·표면경화는 표면만 단단하게 하는 처리라서 목적이 다르다.

철강 표면에 크롬(Cr)을 확산 침투시켜 내식·내열·내마모성을 주는 금속침투법이 크로마이징이다. 세라다이징은 Zn, 칼로라이징은 Al, 실리코나이징은 Si를 침투시킨다.

4.3%C의 용융철이 1148℃에서 공정 반응으로 오스테나이트와 시멘타이트를 동시에 정출해 만든 공정 조직이 레데뷰라이트(Ledeburite)다. 펄라이트는 0.8%C·723℃의 공석 조직이고, 덴드라이트는 응고 시 생기는 나뭇가지 모양의 수지상 결정을 말한다.

도열법은 용접부 주위에 수냉 동판이나 물에 적신 석면 등을 대어 모재로 열이 퍼져 나가는 것(열전도)을 억제함으로써 변형을 막는 방법이다. 억제법은 지그로 구속하는 것, 역변형법은 미리 반대 방향으로 변형시켜 놓는 것이다.

용접이음은 일체 구조라 강성은 크지만 리벳이음보다 진동 감쇠능이 작고 좌굴에도 약하다 — 리벳이음은 겹친 판의 마찰로 진동을 잘 흡수한다. 따라서 ①은 장점이 아니며, 수밀·기밀성, 설계 자유도, 리벳 구멍이 없어 단면 결손이 생기지 않는 높은 이음효율은 모두 용접의 장점이다.

각변형은 패스 수가 많을수록 커지므로, 지름이 굵은 용접봉으로 패스 수를 줄이는 것이 방지 대책이다. ④처럼 가는 용접봉으로 패스를 늘리면 각변형이 오히려 커진다. 개선 각도를 작게 하고 용접속도를 빠르게 해 입열을 줄이는 것은 옳은 대책이다.

피복 아크 용접의 입열량은 $Q = \dfrac{V \times I \times 60}{v}$ 공식으로 구한다. 여기서 V는 아크전압(V), I는 아크전류(A), v는 용접속도(cm/min)이고, 60을 곱하는 이유는 1분 = 60초 단위 변환 때문이다. 주어진 값을 대입하면 $Q = \dfrac{20 \times 200 \times 60}{500} = \dfrac{240000}{500} = 480 \text{ J/cm}$이다.

펄스 반사법은 초음파 탐상 검사의 방법으로서 펄스파를 보내 반사파를 감지하는 기법이므로 자분 탐상 검사의 자화 방법이 아니다.
자분 탐상 검사는 자성재료의 결함을 검출하기 위해 피검사물을 자화하는 과정이 필수적이며, 자화 방법은 자기장을 발생시키는 방식에 따라 분류된다.
코일법은 피검사물을 코일 내부에 놓아 자화하는 방법이다.
관통법은 피검사물에 전류를 직접 흐르게 하여 자화하는 방법이다.
극간법은 두 자극(극)을 피검사물에 접촉시켜 자화하는 방법이다.

가열 후 압력을 주고 수냉하는 교정법은 후판(두꺼운 판)에 쓰는 방법이라 ④의 "박판"은 틀렸다. 박판의 변형에는 점 수축법을 적용한다. 롤러에 의한 교정, 가열 후 해머링, 절단 후 재성형·재용접은 모두 표준적인 변형 교정법이다.

노치·구멍·용접 결함처럼 단면이 급격히 변하는 부분에 하중 흐름이 몰려 국부적으로 응력이 크게 높아지는 것이 응력집중 현상이며, 피로파괴의 주된 원인이 된다. 크리프는 고온에서 일정 하중을 받을 때 변형이 시간에 따라 진행되는 현상이다.

마찰교반접합(FSW)은 모재를 녹이지 않는 고상 접합이라 입열이 작아 변형이 아크용접보다 훨씬 적다. 따라서 ④가 틀렸다. 용가재·보호가스가 필요 없고 용융이 없어 기공·응고균열 같은 결함이 잘 생기지 않는 것이 장점이다.

사용률은 전체 작업시간 중 실제로 아크를 발생시킨 시간의 비율이므로 분모가 아크발생시간 + 휴식시간(= 전체 시간)이어야 한다. $\text{사용률}(\%)=\dfrac{\text{아크발생시간}}{\text{아크발생시간}+\text{휴식시간}}\times 100$

용접 자세 기호는 F(아래보기)·H(수평)·V(수직)·O(위보기)다. 수평은 horizontal이므로 H가 답이다.

맴돌이(와전류) 검사는 용접이 끝난 뒤 결함을 찾는 비파괴 검사이므로 용접 전 준비사항이 아니다. 도면 해독, 모재 재질 확인, 용접기·용접봉 선정은 모두 용접 전에 마쳐야 할 준비 작업이다.

연강판은 두께 25mm 이상이거나 기온이 0℃ 이하일 때 이음부 양쪽 약 100mm 폭을 50~75℃로 예열한다. 150℃ 이상의 높은 예열 온도는 고장력강·저합금강·주철 등에 적용하는 값이다.

킨젤 시험은 노치를 낸 시험편을 서서히 굽혀 연성과 균열 발생을 조사하는 굽힘 시험으로, 용접하지 않은 모재만으로도 시험할 수 있다. 리하이·CTS 시험은 구속 상태에서 실제로 용접해 균열 감수성을 보는 시험이라 용접부가 반드시 필요하다.

잔류응력이 남은 부위가 부식액에 더 빨리 침식되는 것을 보고 응력의 유무·분포를 정성적으로 판별하는 방법이 부식법이다. X선법·응력이완법·광탄성법은 응력의 크기를 수치로 구하는 정량적 방법이다.

변형은 치수·형상이 어긋난 것이므로 치수상 결함으로 분류된다. 기공·언더컷·오버랩·슬래그 섞임·용입 불량·균열처럼 용접부 자체에 생긴 흠이 구조상 결함이다.

다층 용접의 용착법에는 빌드업법·캐스케이드법·전진블록법이 있다. 이들은 층을 쌓는 순서를 정하는 방법이다.
스킵법(비석법)은 용접선을 따라 비드를 띄엄띄엄 놓아 가는 용접 진행 방향에 따른 용착법이므로, 다층 용착법에 해당하지 않는다.

초음파 탐상은 파장이 짧아 용착금속 깊은 곳의 미세한 내부 결함까지 잡아내고, 반사파가 화면에 바로 나타나 결과를 즉시 확인할 수 있다. 방사선 투과 검사는 필름 현상 시간이 필요하고, 자분·침투 탐상은 표면(근처) 결함만 검출한다.

임플란트(Implant) 시험은 노치를 낸 작은 시험봉을 모재에 끼우고 그 위를 용접한 뒤 정하중을 걸어 열영향부의 균열 감수성(임계 응력)을 구하는 시험이다. 입열량·용접재료의 수소량·응력·재질을 바꿔가며 비교할 수 있는 것이 특징이다.

비드 표면과 모재의 경계부에서 발생하는 균열은 토 균열(toe crack)이다. 토 균열은 용접부의 가장자리, 특히 비드 끝부분과 모재의 경계(heat affected zone)에서 발생하며, 구속응력이 클 때 냉각 과정에서 수축 응력이 집중되어 성장하는 특징이 있다. 설퍼 균열은 용접금속 내부의 포함물 주변에서 발생하고, 헤어 균열은 매우 미세한 균열, 크레이터 균열은 용접 종료 시 분화구 부근에서 발생하므로 설명과 맞지 않는다.

완전용입 맞대기 용접부의 인장 응력은 응력 = 하중 / 용접부 단면적으로 구한다. 주어진 조건에서 용접부 단면적은 판 두께(6mm) × 용접선의 길이(250mm) = 1,500mm²이다. 인장 응력 = 15,000N ÷ 1,500mm² = 10N/mm²이다.

구리와 구리 합금은 열전도도가 매우 크고 산화·가스 흡수가 쉬워 대기를 완전히 차단하는 불활성 가스(Ar·He) 아크 용접(TIG·MIG)이 가장 적합하다. CO2 아크 용접은 산화성 분위기라 구리 용접에 맞지 않는다.

아세틸렌이 과잉인 탄화불꽃은 환원성이어서 산화되기 쉬운 스테인리스강·모넬메탈·스텔라이트·알루미늄 용접에 쓴다. 황동·청동은 아연 증발을 억제하기 위해 산화불꽃, 연강·주철은 중성불꽃을 사용한다.

고산화티탄계(E4313)는 비드 외관과 작업성은 좋지만 내균열성이 가장 나빠 후판이나 중요 구조물에는 쓰지 않는다. 내균열성은 저수소계(E4316)가 가장 우수하고, 일미나이트계·고셀룰로오스계가 그 뒤를 잇는다.

저항 용접은 이음 형상에 따라 맞대기 용접과 겹침 용접으로 분류된다. 맞대기 용접은 두 모재의 끝면을 마주대고 접합하는 방식으로, 플래시 용접과 버프 용접이 해당한다. 점 용접은 겹친 두 판재의 접촉점에서 국부적으로 용접하는 겹침 용접이고, 심 용접은 겹친 판재를 선으로 용접하는 겹침 용접이며, 프로젝션 용접은 돌기를 이용한 겹침 용접이다. 따라서 플래시 용접만이 맞대기 용접에 속한다.

용접은 국부 가열 때문에 재질 변화(열영향부 취화)와 잔류응력·변형이 생기며, 이는 대표적인 단점이다. 기밀·수밀·유밀성, 높은 이음효율, 이종재료 접합, 보수·수리 용이는 모두 용접의 장점이다.

피복 배합제 중 아크 안정제로는 규산칼륨, 규산나트륨, 산화티탄, 석회석 등이 쓰인다. 니크롬선은 전열선으로 쓰이는 합금선이며 피복 배합제가 아니다.

TIG 용접은 텅스텐 전극이 아크열에 녹지 않고 아크만 발생시키는 비소모식(비용극식) 용접으로, 용가재는 따로 공급한다. 피복 아크·MIG·서브머지드 아크 용접은 전극(용접봉·와이어) 자체가 녹아 용착금속이 되는 소모식이다.

허용사용률(%) = (정격 2차 전류 / 실제 용접 전류)2 × 정격사용률
= (200 / 150)2 × 50 ≒ 1.78 × 50 ≒ 88.9%
따라서 이 용접기의 허용사용률은 약 89%이다.

냉간 압접은 가열 없이 상온에서 접합면에 큰 압력을 가해 국부적으로 소성 변형시키고, 드러난 깨끗한 금속면끼리 원자 결합시키는 압접법이다. 마찰 용접·초음파 용접은 마찰열이나 진동 에너지를 이용하며, 전자빔 용접은 모재를 녹이는 융접이다.

마찰용접은 회전 마찰열로 수 초 만에 접합이 끝나 용접시간이 짧고 치수 정밀도도 높으므로 ②가 틀렸다. 국부 가열이라 열영향부가 좁고, 용가재·보호가스 없이 이종 금속도 접합할 수 있다.

전진법은 용융금속이 아크보다 앞서 흘러 비드가 낮고 평탄하며 폭이 넓게 형성되므로 ④가 틀렸다 — 비드 높이가 높고 폭이 좁은 것은 후진법이다. 용접선이 잘 보이고, 스패터가 많으며, 용입이 얕아지는 것은 전진법의 특징이 맞다.

전기 저항 납땜은 용제를 통해 전류가 흘러 저항열이 발생해야 하므로 용제가 도체여야 한다. 부도체이면 통전이 되지 않아 가열 자체가 불가능하므로 ①이 틀렸다. 산화막 제거, 좋은 유동성, 인체 무해, 슬래그 제거 용이는 모두 옳은 조건이다.

용접성 시험은 용접 재료의 용접 가능성과 용접부의 품질 특성을 평가하는 시험들을 의미한다. 파면 시험은 이미 발생한 파괴면의 형태·특성을 관찰하여 파괴 원인을 분석하는 파괴 후 분석(fractography) 기법으로, 용접성 자체를 평가하는 시험이 아니다. 반면 용접 연성 시험, 노치 취성 시험, 용접 경화성 시험은 모두 용접부 재료의 용접성(연성, 취성 경향, 경화 정도)을 직접 평가하는 표준 용접성 시험 방법들이다.

절연 홀더의 절연부가 파손되면 감전 위험이 있으므로 발견 즉시 보수하거나 교체해야 하며, 작업이 끝날 때까지 그대로 쓰면 안 되므로 ④가 틀렸다. 홀더는 손잡이 전체가 절연된 A형(안전홀더)을 쓰고, 아크 용접기에는 전격방지기를 부착하며, 젖은 보호구는 착용하지 않는다.

알루미늄은 산화가 심해 MIG 용접 시 불활성 가스인 Ar 또는 Ar+He를 보호가스로 쓴다. He를 섞으면 아크 전압과 입열이 커져 열전도가 큰 후판 알루미늄의 용입을 확보할 수 있다. CO2나 O2가 들어가면 알루미늄이 산화되어 사용할 수 없다.

산소 결핍 위험 장소는 농도를 측정하는 사람도 반드시 송기 마스크 등 호흡용 보호구를 착용하고 들어가야 한다. 측정하러 들어가는 그 순간이 가장 위험하며, 감시인 배치와 환기 조치도 함께 필요하므로 ④가 틀렸다.

다공 물질은 아세톤에 녹은 아세틸렌이 잘 드나들어야 하므로 가스 충전과 방출이 쉬워야 한다. 따라서 ③이 틀렸다. 그 밖에 고르게 다공성이고 아세톤이 골고루 침윤되며, 기계적 강도·안정성이 있고 화학적으로 안정하며 값이 싸야 한다.

용해아세틸렌 용기는 반드시 세워서 보관해야 한다. 눕히면 용기 안에 채워진 아세톤이 밸브로 흘러나와 가스와 함께 방출되고 위험해지므로 ②가 틀렸다. 통풍, 방폭 구조 전기설비, 충격 금지는 모두 옳은 취급법이다.

정류기형은 발전기형에 비해 구조가 간단해 취급이 쉽고 가격도 싸므로 ③이 틀렸다. 회전 부분이 없어 소음이 거의 없고 보수·점검이 간단하지만, 교류를 정류해 쓰기 때문에 완전한 직류는 얻지 못한다.

상승 특성은 부하 전류가 증가할 때 단자 전압이 약간 높아지는 특성으로, 아크 길이 자기제어가 필요한 자동·반자동 용접기에 이용된다. 수하 특성은 반대로 전류가 늘면 전압이 낮아지는 특성으로 수동 아크 용접기에 쓰인다.