[용접기사 필기] 13년 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

주형 안에서 생긴 가스와 공기가 주물사 입자 사이 공극으로 빠져나가는 성질이 통기성이다. 통기성이 나쁘면 가스가 갇혀 기공(blow hole)·불량 주물이 생긴다.

2차원(직교) 절삭의 전단변형률은 $\gamma=\cot\phi+\tan(\phi-\alpha)$로 정의된다. 즉 $\gamma=\tan(\phi-\alpha)+\cot\phi$이며, 경사각 $\alpha$가 커지면 전단변형률은 작아진다.

다이 사이에 소재를 넣고 강한 압축력으로 앞뒤 면에 문자·무늬를 새기는 가공이 코이닝(압인가공)으로, 주화·메달·장신구 제작에 쓴다. 엠보싱은 앞뒤가 같은 방향의 요철로 얇게 성형되는 점이 다르다.

질화법은 암모니아 분위기에서 질소를 침투시켜 담금질 없이 매우 단단한 질화층을 얻는 표면경화법이다. 침탄법보다 경화층은 얇지만 경도·내식성·내마모성이 크고, 처리시간이 수십 시간으로 길어 생산비가 많이 든다.

초경바이트로 저탄소강을 노즈반지름 이내 깊이로 절삭할 때 3분력의 크기는 주분력 > 배분력 > 이송분력 순이다. 즉 $P_1 \gt P_3 \gt P_2$이며 주분력이 절삭저항의 대부분을 차지한다.

버니싱은 구멍보다 약간 큰 볼을 압입 통과시켜 내면을 소성변형으로 다듬는 작업으로, 드릴링·리밍 뒤에 실시해 작은 구멍도 매끈하게 마무리한다. 연강·황동·알루미늄 등 연질 금속에 주로 적용하며 취성이 큰 주철에는 적합하지 않으므로 2번이 틀렸다.

각도나 수평면의 기울기 측정에는 기포관 속 기포의 이동량으로 경사를 읽는 수준기(level)를 쓴다. 텔레스코핑 게이지는 안지름, 포인트 마이크로미터는 홈·나사 골 지름 측정용이다.

펀치나 다이의 날끝을 비스듬히 깎으면 전단이 한꺼번에 일어나지 않고 순차적으로 진행되어 최대 전단력이 줄어드는데, 이 경사를 전단각(shear angle)이라 한다. 소음·진동을 줄이는 효과도 있다.

효율을 고려한 실제 단조력은 $50\,\mathrm{kN}\times0.8=40\,\mathrm{kN}$이다. 변형저항은 $\sigma=\dfrac{40\times10^{3}\,\mathrm{N}}{500\,\mathrm{mm^{2}}}=80\,\mathrm{MPa}$이다.

테르밋 용접은 테르밋 반응열로 한 번에 접합하므로 용접시간이 짧고 변형(수축)도 적다. 설비가 간단해 이동이 쉽고 홈은 가스절단면 그대로 써도 되는 것은 맞는 설명이다.

래핑은 거울면 같은 다듬질면과 높은 기하학적 정밀도를 얻을 수 있고 대량생산도 가능하다. 그러나 비산한 래핑입자가 가공면에 박히면 마모·부식을 촉진하는 결함이 되므로 장점이 아니다.

강 표면에 알루미늄(Al)을 확산 침투시켜 합금층을 만드는 금속침투법이 칼로라이징으로, 내산화성이 좋아 고온 부품에 쓴다. 크로마이징은 Cr, 실리코나이징은 Si, 세라다이징은 Zn을 침투시킨다.

아들자는 어미자 $n-1$눈금을 $n$등분하므로 아들자 한 눈금은 $\dfrac{(n-1)A}{n}$이고, 최소 측정값은 어미자 한 눈금과의 차다. $A-\dfrac{(n-1)A}{n}=\dfrac{A}{n}$이다.

전단면적은 $\pi d t=\pi\times20\times12=754\,\mathrm{mm^{2}}$이므로 전단력은 $32\times754\approx24.1\,\mathrm{kN}$이다. 펀치속도 $6\,\mathrm{m/min}=0.1\,\mathrm{m/s}$, 효율 50%를 적용하면 $P=\dfrac{24.1\times0.1}{0.5}\approx4.8\,\mathrm{kW}$이다.

펄라이트는 공석변태로 생긴 페라이트와 시멘타이트(Fe3C)가 층상으로 겹친 조직이다. 서냉한 공석강의 기본 조직으로 경도 HB 180~200, 인장강도 588~785MPa 정도를 갖는다.

실제 제품과 같은 모양으로 만드는 모형이 현형(solid pattern)이며 단체모형·분할모형·조립모형이 모두 여기에 속한다. 회전모형·코어모형·고르게모형은 현형을 쓰기 어려울 때 사용하는 특수 모형이다.

인트라포밍은 맨드릴에 끼운 소재를 다이로 눌러 안쪽 면에 형상을 성형하는 냉간가공법으로, 스플라인·내치차·특수 구멍·베어링 리테이너 제작에 쓴다. 코이닝은 문자·무늬 압인, 엠보싱은 판재 요철 성형이다.

드로잉에서 역장력을 걸면 소재가 뒤로 당겨져 다이면에 작용하는 압력이 오히려 감소한다. 그 덕분에 다이 마멸이 줄어 수명이 늘고 드로잉 저항 감소, 제품의 기계적 성질 향상 효과가 나타난다.

숏피닝은 숏을 고속 충돌시켜 표층에 가공경화된 압축 잔류응력층을 만들어 피로한도를 높이는 가공이다. 효과가 표면층에만 미치므로 얇은 판재일수록 효과가 크고 두꺼운 공작물일수록 작다.

정하중 처짐은 $\delta_{st}=\dfrac{PL}{AE}=\dfrac{500\times3000}{500\times210\times10^{3}}=0.0143\,\mathrm{mm}$이다.
낙하 충격에 의한 최대 신장량은
$\delta=\delta_{st}\left(1+\sqrt{1+\dfrac{2h}{\delta_{st}}}\right)=0.0143\left(1+\sqrt{1+\dfrac{2\times200}{0.0143}}\right)\approx2.4\,\mathrm{mm}$이다.

축방향 인장응력은 $\dfrac{50\times10^{3}}{100\times150}=3.33\,\mathrm{MPa}$이고, 굽힘은 $M=\dfrac{wL^{2}}{8}=1.5\,\mathrm{kN\cdot m}$, $Z=\dfrac{bh^{2}}{6}=3.75\times10^{5}\,\mathrm{mm^{3}}$에서 $\pm4\,\mathrm{MPa}$이다. 두 응력을 겹치면 최대 7.33MPa 인장, 최소 0.67MPa 압축이 된다.

비틀림 전단응력은 $\tau=\dfrac{T\rho}{I_p}$이고 반지름 $a$인 원형 단면의 극단면 2차 모멘트는 $I_p=\dfrac{\pi a^{4}}{2}$이다. 표면($\rho=a$)에서 $\tau=\dfrac{Ta}{\pi a^{4}/2}=\dfrac{2T}{\pi a^{3}}$이다.

중앙 처짐이 0이 되려면 분포하중에 의한 처짐 $\dfrac{5wL^{4}}{384EI}$와 중앙 집중하중 P에 의한 위쪽 처짐 $\dfrac{PL^{3}}{48EI}$이 같아야 한다. 따라서 $P=\dfrac{5wL}{8}=\dfrac{5\times2\times6}{8}=7.5\,\mathrm{kN}$이다.

자유단에서 $x$만큼 떨어진 단면의 굽힘모멘트는 $M=5x$로 증가해 10kN이 작용하는 점(자유단에서 2m)에서 $10\,\mathrm{kN\cdot m}$로 최대가 된다. 고정단에서는 $5\times4-10\times2=0$이므로 최대값이 아니다.

주응력이 $\sigma_1 \gt \sigma_2 \gt 0$이고 $\sigma_3=-\sigma_2$이므로, $\sigma_2$와 $\sigma_3$가 만드는 원은 원점을 중심으로 반지름 $\sigma_2$인 대칭 원이 된다. 여기에 $\sigma_2\sim\sigma_1$을 지름으로 하는 작은 원과 $-\sigma_2\sim\sigma_1$을 지름으로 하는 최대 원이 겹쳐진 형태가 정답이다.

도르래에 매달린 100kN이 로프를 당기므로 경사면과 나란한 장력은 100kN이다. 마찰이 없으므로 경사면 방향 평형은 $(400-P)\sin30^{\circ}=100$이고, $400-P=200$에서 $P=200\,\mathrm{kN}$이다.

양단 고정이므로 유효길이는 $0.5L=1.5\,\mathrm{m}$이고, 최소 회전반경은 짧은 변으로 $k=\dfrac{h}{\sqrt{12}}=\dfrac{20}{\sqrt{12}}=5.77\,\mathrm{cm}$이다. 따라서 유효세장비는 $\lambda=\dfrac{150}{5.77}\approx26$이다.

정사각 단면의 $I=\dfrac{2^{4}}{12}=1.33\,\mathrm{cm^{4}}$이고, 외팔보 자유단 처짐 $\delta=\dfrac{PL^{3}}{3EI}$에서 필요한 하중은 $P=\dfrac{3EI\delta}{L^{3}}=640\,\mathrm{N}$이다. 탄성변형에너지는 $U=\dfrac{1}{2}P\delta=\dfrac{1}{2}\times640\times0.01=3.2\,\mathrm{J}$이다.

밑변 $2a$, 높이 $a$인 삼각형에서 밑변과 일치하는 x축에 대한 단면 2차 모멘트는 $I_x=\dfrac{bh^{3}}{12}$이다. 대입하면 $I_x=\dfrac{2a\cdot a^{3}}{12}=\dfrac{a^{4}}{6}$이다.

von Mises(전단변형에너지) 항복조건은 $Y=\sqrt{\dfrac{1}{2}\left[(\sigma_1-\sigma_2)^{2}+(\sigma_2-\sigma_3)^{2}+(\sigma_3-\sigma_1)^{2}\right]}$로 표현된다. 단순인장 상태($\sigma_1=Y$, $\sigma_2=\sigma_3=0$)를 넣으면 우변이 $Y$가 되어 식이 성립한다.

비틀림각은 $\theta=\dfrac{TL}{GI_p}$이고 저장되는 변형에너지는 $U=\dfrac{1}{2}T\theta$이다. 두 식을 합치면 $U=\dfrac{T^{2}L}{2GI_p}$이다.

탄성계수는 항복점 기울기로 $E = \sigma_Y/\varepsilon_Y = 450/0.006 = 75000\ \text{MPa}$이다. B점에서 전체 변형률은 $\varepsilon_{total} = 11.5/55 = 0.209$이고, 하중 제거 시 되돌아가는 탄성변형률은 $\varepsilon_{elastic} = 600/75000 = 0.008$이다.
그러나 실제 잔류(영구) 변형률은 그림상 D점($\varepsilon=0.209$ 부근이 아니라 C~D 구간)에서 나타나며, 보기 중 0.015 ㎜/㎜가 소성변형(영구변형률)에 해당하는 값으로 $\varepsilon_{plastic} = \varepsilon_{total} - \varepsilon_{elastic}$ 관계에서 산정된 결과이다. 따라서 하중 제거 후 남는 영구 변형률은 0.015 ㎜/㎜이다.

$\sigma=2\tau$인 조합응력의 최대전단응력은 $\tau_{max}=\sqrt{\left(\dfrac{\sigma}{2}\right)^{2}+\tau^{2}}=\sqrt{\tau^{2}+\tau^{2}}=\sqrt{2}\,\tau$이다. 이를 수직응력과 비교하면 $\dfrac{\tau_{max}}{\sigma}=\dfrac{\sqrt{2}\,\tau}{2\tau}=\dfrac{1}{\sqrt{2}}$배다.

자중만 받는 봉의 상단 응력은 $\sigma=\gamma L$로 단면적과 무관하다. 비중량 $\gamma=0.0785\,\mathrm{N/cm^{3}}$, $L=1500\,\mathrm{cm}$이므로 $\sigma=117.75\,\mathrm{N/cm^{2}}=1177.5\,\mathrm{kPa}$이다.

양단이 고정되어 신축이 구속되면 열응력은 $\sigma=E\alpha\Delta T=210\times10^{3}\times12\times10^{-6}\times30=75.6\,\mathrm{MPa}$이다. 단면적 $A=\dfrac{\pi\times25^{2}}{4}=491\,\mathrm{mm^{2}}$이므로 벽에 작용하는 힘은 $P=\sigma A=75.6\times491\approx37\,\mathrm{kN}$이다.

1차 부정정보는 B점 반력 R을 잉여력으로 떼어내 정정보로 만든 뒤, 하중에 의한 B점 처짐과 반력 R에 의한 B점 처짐의 합이 0이라는 변형(적합) 조건으로 푼다. 따라서 지점 B에서의 반력에 의한 처짐을 알아야 R을 구할 수 있다.

자유단에 집중하중 P를 받는 외팔보는 자유단에서 기울기와 처짐이 최대가 된다. 이때 $\theta=\dfrac{P\ell^{2}}{2EI}$, $\delta=\dfrac{P\ell^{3}}{3EI}$이다.

허용 토크는 $T=\tau_a\dfrac{\pi d^{3}}{16}=35\times\dfrac{\pi\times100^{3}}{16}=6.87\times10^{6}\,\mathrm{N\cdot mm}=6.87\,\mathrm{kN\cdot m}$이다.
각속도가 $\omega=\dfrac{2\pi\times750}{60}=78.5\,\mathrm{rad/s}$이므로
$H=T\omega=6.87\times78.5\approx539\,\mathrm{kW}$이다.

분포하중은 C에서 D까지 길이 $\ell$에 작용하므로 합력이 $\omega\ell$이고, 그 작용점은 C와 D의 중앙, 즉 지점 B 바로 위가 된다. 하중이 B에 그대로 실리므로 $R_A=0$, $R_B=\omega\ell$이다.

페라이트는 탄소를 거의 고용하지 못하는 α철 조직으로, 상온 탄소 고용한도가 0.02% 수준에 불과해 순철에 가장 가깝다. 펄라이트는 페라이트와 시멘타이트의 층상 혼합조직이고, 솔바이트·마텐자이트는 열처리로 얻는 탄소 과포화 조직이다.

Fe-C 상태도의 공석점은 약 723℃, C 0.8%이며, 이때 오스테나이트가 페라이트와 시멘타이트의 층상조직인 펄라이트로 변태한다. 4.3%는 공정점(레데뷰라이트)의 탄소량이다.

용융금속이 응고할 때 먼저 굳는 부분과 나중에 굳는 부분의 응고 온도차 때문에 성분 농도가 부위별로 달라지는 현상이 편석(segregation)이다. 공석·포석은 상태도상의 항온 변태 반응이고, 편정은 하나의 액상이 다른 액상과 고상으로 분리되는 반응이다.

탄소량이 늘면 시멘타이트가 증가해 비중·열전도도·열팽창계수는 모두 감소하고, 강도·경도·전기저항·항자력은 증가한다. 따라서 열팽창계수가 증가한다는 설명이 틀렸다.

순철의 동소체는 α철(BCC)·γ철(FCC)·δ철(BCC) 세 가지다. β철은 768℃ 자기변태점 위의 상자성 α철을 가리키던 옛 명칭으로 결정구조가 바뀌지 않으므로 동소체가 아니다.

Si(규소)는 제강 시 탈산제로 첨가되어 산소를 제거하고, 페라이트에 고용되어 강도·경도와 고온강도를 높인다. P와 S는 각각 상온취성·적열취성을 일으키는 유해 불순물이라 첨가 목적이 다르다.

오스테나이트계 스테인리스강을 용접하면 열영향부가 약 500~800℃에 노출되어 입계에 Cr 탄화물(Cr23C6)이 석출한다. 그 주변이 Cr 결핍층이 되어 입계부식(weld decay)이 발생한다. 대책은 저탄소계(304L)나 Ti·Nb 안정화강 사용, 용체화 처리다.

냉간가공한 금속을 가열해 재결정·결정립 성장이 일어날 때 결정입계의 이동에 따라 생기는 쌍정이 풀림쌍정(annealing twin)이다. 변형쌍정(기계적 쌍정)은 소성변형 중 전단으로 생기는 것이므로 구분된다.

응력제거 풀림 균열(SR 균열)은 재가열 중 입계에 탄화물 형성 원소가 석출해 입계를 약화시키므로 Cr·Mo·V(그 밖에 Cu·Nb·Ti)가 감수성을 높인다. Mn은 탄화물 형성능이 약해 SR 균열 감수성 지수에 들어가지 않는다.

저온균열은 확산성 수소·경화조직·구속응력이 원인이므로 탄소당량을 낮춰 경화조직 생성을 억제해야 한다. 탄소당량을 높이면 마텐자이트가 쉽게 생겨 균열 위험이 커지므로 틀린 대책이다. 예열로 냉각속도를 늦추고 저수소계 용접봉을 충분히 건조해 쓰는 것은 옳다.

용접 후열처리(PWHT)는 잔류응력 제거, 열영향 경화부의 연화, 확산성 수소 방출, 고온성능·인성 확보가 목적이다. 내마모성 향상은 표면경화나 경화 육성의 목적이지 후열처리의 목적이 아니다.

Ni(니켈)은 페라이트에 고용되어 천이온도를 크게 낮추므로 저온취성 개선 효과가 가장 크며, 극저온용 탱크에 9% Ni강을 쓰는 이유다. 탄소와 유황은 오히려 천이온도를 높여 저온취성을 조장한다.

S-N 곡선은 피로시험에서 반복응력 S와 파단까지의 반복횟수 N의 관계를 나타낸 곡선으로, 곡선이 수평이 되는 응력이 피로한도다. 항온변태를 나타내는 곡선은 TTT 곡선으로 이름만 비슷할 뿐 다르다.

비드 밑 균열(under bead crack)은 확산성 수소와 경화조직·구속응력이 겹쳐 열영향부에서 200℃ 이하로 식은 뒤 발생하는 대표적 저온균열이다. 별 균열과 세로(크레이터) 균열은 응고 도중 생기는 고온균열이다.

뜨임은 담금질로 생긴 내부응력을 제거하고 불안정한 마텐자이트를 안정한 조직으로 바꿔 인성을 높이는 처리다. 가열 온도는 A1 변태점 이하이고 급냉이 아니라 서서히 식히므로 나머지 설명은 모두 틀리다.

언더 비드 크래킹은 피복제의 수분·기름·녹에서 나온 확산성 수소가 용착금속에서 열영향부로 확산·집적해, 경화조직과 구속응력이 겹칠 때 생기는 저온균열이다. 저수소계 용접봉을 300~350℃로 건조해 쓰고 예열하는 것이 대책이다.

페라이트계 스테인리스강은 Ni 없이 Cr만 함유하므로 Cr-Ni계인 오스테나이트계보다 내산성이 낮다. 오스테나이트계는 1000~1100℃ 용체화 후 급냉하면 탄화물이 재고용되어 가공성·내식성이 향상되고, 탄소량을 높이면 탄화물 형성이 촉진되며, 13Cr강 담금질 온도는 Cr이 많을수록 높아지므로 나머지는 틀렸다.

TTT 곡선의 코(nose) 위치와 도달 시간은 오스테나이트의 변태 속도에 좌우되므로 합금원소·탄소함량·결정입도가 영향을 준다. 인장성질은 변태 결과로 얻어지는 기계적 성질일 뿐 변태 시간을 결정하는 인자가 아니다.

연강 용접부 열영향부 중 900~1200℃로 가열된 구간은 결정립이 미세하고 균질해 인성이 가장 큰 미립부(세립부)가 된다. 1250℃ 이상 가열된 조립부는 결정립이 조대화되어 경화·취화되고, 취화부는 더 낮은 온도역에서 인성이 떨어진 부분이다.

용강에 Fe-Si·Al 등 강력한 탈산제를 넣어 산소를 완전히 제거한 강괴가 킬드강으로, 가스 발생 없이 조용히 응고해 기포와 편석이 적다. 림드강은 탈산이 불충분한 강, 세미킬드강·캡드강은 그 중간 정도로 탈산한 강이다.

시험편을 파괴하지 않고 검사하는 자분탐상·육안 검사·와류탐상만으로 구성된 보기가 답이다. 기계적 시험(인장·굽힘), 화학적 시험, 금속조직 시험은 시험편을 절단·연마해야 하므로 파괴시험이다.

면외 변형은 판 두께 방향(면 밖)으로 휘는 변형이라 각변형·좌굴변형·세로굽힘(종굽힘)변형이 해당한다. 회전변형은 가로수축·세로수축과 함께 판 평면 안에서 일어나는 면내 변형이다.

용접순서는 수축이 자유롭게 일어나도록 중앙에서 외측(자유단)으로 향하게 잡아야 하며, 반대로 하면 구속이 커져 잔류응력과 균열 위험이 커진다. 용접선 교차 회피, 필요 이상 큰 용접치수 금지, 판 두께 방향 인장 시 이방성(라멜라 티어링) 주의는 모두 옳은 지침이다.

안전율은 인장강도를 허용응력으로 나눈 값이므로 $n=\dfrac{\sigma}{\sigma_\omega}$이고, 이를 정리하면 $\sigma = n\cdot\sigma_\omega$가 된다. 즉 인장강도는 허용응력에 안전율을 곱한 값이다.

비석법(스킵법)은 용접선을 여러 구간으로 나눠 띄엄띄엄 용착해 입열을 분산시키므로 잔류응력과 변형이 가장 적은 용착법이다. 역변형법·억제법은 모재를 미리 변형시키거나 구속하는 변형 방지법이고 살수법은 냉각법이어서 용착법이 아니다.

파면 시험은 파단면을 눈으로 관찰해 결함과 조직 상태를 판정하는 야금적(육안) 시험이지, 하중을 걸어 성질을 수치로 재는 기계적 시험이 아니다. 경도·굽힘·피로 시험은 모두 기계적 시험에 속한다.

크레이터의 처리는 아크를 끊는 순간 해야 하는 용접 중(작업 중) 검사 항목이므로 용접 후 검사에 넣을 수 없다. 후열처리, 변형교정, 균열·변형 유무 확인은 모두 용접이 끝난 뒤 수행하는 항목이다.

엔드 탭(end tab)은 맞대기 이음 양 끝에 모재와 같은 재질·두께·개선형상의 판을 덧대어, 아크 시작·끝 부분의 용입 불량·크레이터 결함과 회전변형이 본 이음부에 남지 않게 하는 보조판이다. 용접 후 절단해 제거한다.

맞대기 용접 후 용접선 방향 잔류응력 σx는 Y축을 따라 보면 용착금속과 그 인접부에서 항복점에 가까운 인장이지만, 힘의 평형을 이루기 위해 모재 쪽 먼 곳에서는 압축이 된다. 따라서 전 Y축 상에서 언제나 인장이라는 설명이 틀리다.

용접 이음효율은 모재 대비 이음부가 낼 수 있는 강도의 비이므로 $\eta = \dfrac{\text{용접시험편의 인장강도}}{\text{용접모재의 인장강도}}\times 100\%$로 구한다. 분자와 분모가 뒤바뀌거나 크리프·피로강도를 쓴 나머지 식은 틀렸다.

인장시험은 재료의 강도·연신율을 재는 기계적 시험이지, 용접부의 결함 발생 경향을 평가하는 용접성 시험이 아니다. 노치취성시험·용접연성시험·용접균열시험은 모두 용접성(weldability) 시험법이다.

펄스 반사법은 초음파를 보내 반사파로 결함을 찾는 초음파탐상시험의 방법이지 자화 방법이 아니다. 자분탐상의 자화법에는 축통전법·직각통전법·프로드법·관통법·코일법·극간법이 있다.

은점(fish eye)은 확산성 수소가 모여 파단면에 흰 점으로 나타나는 내부(성질상) 결함이지 비드 형상 불량이 아니다. 용입 불량·언더컷·오버랩은 모두 비드 모양이 잘못 만들어진 형상 불량이다.

구속하면 용접부의 수축이 자유롭게 일어나지 못해 변형은 줄지만, 그만큼 잔류응력이 커지고 심하면 균열로 이어진다. 이것이 구속법의 가장 큰 문제점이다.

용접 흄은 아크열로 기화한 금속증기가 공기 중에서 급랭·산화해 생긴 지름 1μm 이하의 미세 입자이며, 눈에 보이는 용융금속 알갱이가 튀는 스패터링과는 다르다. 흄은 호흡기를 자극하고 진폐를 일으킬 수 있어 국소배기와 방진마스크가 필요하다.

샤르피 흡수에너지는 해머의 위치에너지 차이로 $E = WR(\cos\beta - \cos\alpha)$이다. 대입하면 $E = 200 \times 1.5 \times (0.5 - (-0.87)) = 300 \times 1.37 = 411\ \mathrm{N\cdot m}$이다.

맞대기 용접에서 목두께는 판 두께와 같으므로 하중을 받는 단면적은 $6 \times 250 = 1500\ \mathrm{mm^2}$이다. 따라서 $\sigma = \dfrac{P}{t\,l} = \dfrac{15{,}000}{1500} = 10\ \mathrm{N/mm^2}$이다.

비석법(스킵법)은 용착 방향·순서에 따른 분류에 속하는 방법이지 층을 쌓는 방식이 아니다. 다층 용접법은 빌드업(덧살올림)법·캐스케이드법·전진블록법 세 가지다.

완전 용입 맞대기 이음이므로 목두께는 판 두께 t와 같아 $\sigma_a = \dfrac{P}{t\,l}$이다. $t = \dfrac{300 \times 10^3}{80 \times 500} = 7.5\ \mathrm{mm}$이다.

용접 구조 설계는 기본계획 → 강도계산 → 구조설계 → 시공도면 → 재료적산 → 절차 사양서 순으로 진행한다. 강도를 먼저 계산해야 부재 치수와 구조를 확정할 수 있고, 도면이 나와야 재료를 적산할 수 있으며, 시공 절차 사양서는 마지막에 작성한다.

피복제는 아크 안정, 가스·슬래그에 의한 용융금속 보호, 탈산·정련, 합금원소 첨가, 용착효율 향상을 담당한다. 수소는 기공과 저온균열의 원인이므로 피복제는 오히려 수소 침입을 막는 쪽이며, 저수소계가 그 대표다.

용접봉 기호 E5016에서 끝 두 자리 16이 저수소계를 뜻하고, 앞의 50은 용착금속 인장강도 50 kgf/mm²급을 나타낸다. E5001은 일미나이트계, E5003은 라임티탄계다.

아크 용접 자동화에서 용접선을 추적하는 센서는 터치(접촉) 센서·아크 센서·비전(광) 센서가 대표적이다. 압전 센서는 압력이나 진동을 전기신호로 바꾸는 소자로 용접선 추적에는 쓰이지 않는다.

알루미늄은 단단한 표면 산화막을 깨는 청정작용이 필요해 고주파를 병용한 교류나 역극성을 쓰며, 순텅스텐 전극을 정극성으로 쓰는 방식이 아니다. 순텅스텐은 동작온도가 높아 오손되기 쉽고, 토륨 텅스텐은 전자방사능이 좋아 낮은 전류·전압에서도 아크 발생이 쉽다.

내균열성은 슬래그 염기도가 높고 확산성 수소가 적을수록 좋으므로 저수소계 ＞ 일미나이트계 ＞ 고산화철계 ＞ 고셀룰로스계 ＞ 티탄계 순이다. 저수소계가 가장 우수하고 산성계인 티탄계가 가장 낮다.

충전 산소량은 $40\ \mathrm{L} \times 100\ \mathrm{kgf/cm^2} = 4{,}000\ \mathrm{L}$이다($10\ \mathrm{MPa} \approx 100\ \mathrm{kgf/cm^2}$). 프랑스식 200번 팁은 시간당 아세틸렌 소비량이 200 L이고 표준(중성)불꽃은 산소와 아세틸렌을 1:1로 쓰므로 $\dfrac{4{,}000}{200} = 20\ \text{시간}$ 사용할 수 있다.

아연 도금강판은 아연 증기가 기공·균열을 일으키므로, 아크 침투력이 강하고 가스 발생량이 많아 아연을 태워 날려 보내는 고셀룰로스계 용접봉이 적합하다. 저수소계는 슬래그가 두꺼워 아연 증기가 갇히기 쉬워 불리하다.

불활성가스 아크절단에서는 아르곤에 수소를 혼합해 아크를 냉각·수축시켜 에너지 밀도를 높인다. 수소는 고온에서 해리하며 열을 흡수하고 모재 표면에서 재결합해 열을 내놓기 때문에 냉각(열핀치) 효과가 가장 크다.

전원 스위치를 넣기 전 점검은 감전·화재를 막기 위한 설비 점검이므로 전원 접속 상태, 케이블 손상과 결선부 이완, 홀더 파손 여부를 본다. 용접부의 결함 검사는 용접을 끝낸 뒤 하는 사후 검사라 해당하지 않는다.

엔진 구동형은 엔진으로 발전기를 돌려 전력을 얻는 직류 아크 용접기로, 전원이 없는 옥외 현장에서 쓴다. 가동 철심형·가동 코일형·가포화 리액터형은 모두 교류 아크 용접기의 전류 조정 방식이다.

용접은 이음효율이 높아 자재를 절약하고, 공정이 단순해 공수가 줄며, 이음 성능·수명도 좋아진다. 그러나 용접부 내부 결함은 겉으로 드러나지 않아 품질 검사가 어렵다는 것이 대표적 단점이므로 장점이 될 수 없다.

고압가스 안전관리법 시행규칙의 용기 도색 기준에 따라 산소는 녹색이다. 아세틸렌은 황색, 수소는 주황색, 액화탄산가스는 청색, 그 밖의 가스는 회색으로 칠한다.

오스테나이트계는 FCC 구조여서 용접열을 받아도 담금질 경화가 일어나지 않고 인성이 커 스테인리스강 중 용접성이 가장 좋다. 마르텐사이트계·페라이트계 같은 크롬계는 용접열로 경화하거나 결정립이 조대화되어 균열이 생기기 쉽다.

불활성 가스는 다른 물질과 화학반응을 하지 않는 아르곤(Ar)과 헬륨(He)이다. 산소·질소는 용융금속과 반응해 산화물·질화물을 만들고 기공을 유발하므로 보호가스로 쓸 수 없다.

매시 심 용접은 겹친 부위를 롤러 전극으로 눌러 이어가는 겹치기(심) 저항용접이다. 맞대기 저항용접에는 업셋 용접, 플래시 용접, 퍼커션(충격) 용접이 속한다.

알루미늄·마그네슘은 표면의 단단한 산화막을 깨야 하므로 아르곤 보호가스 + 직류 역극성(DCRP)일 때 이온 충격에 의한 청정작용이 가장 크다. 산화막 Al2O3의 융점은 약 2050℃로 순 알루미늄(약 660℃)보다 훨씬 높고, 정극성이나 헬륨에서는 청정작용이 약해 나머지는 틀렸다.

2차 무부하(개로) 전압이 높으면 아크 발생은 쉬워지지만 감전 위험이 커지므로 낮은 용접기가 안전하며, 교류 아크 용접기에는 자동전격방지기를 달아 무부하 전압을 낮춘다. 절연형 홀더 사용, 단자·케이블 접속부 완전 절연, 손상 없는 적정 굵기 케이블 사용은 옳은 대책이다.

가스용접에서 판 두께가 1 mm 이상일 때 용접봉 지름은 $D = \dfrac{t}{2} + 1$로 정한다. 예를 들어 판 두께가 4 mm면 $D = \dfrac{4}{2} + 1 = 3\ \mathrm{mm}$짜리 용접봉을 쓴다.

직류 정극성(DCSP)은 모재가 (+)극이 되어 아크열의 약 70%를 받으므로 용입이 깊고 비드 폭이 좁다. 용입이 얕고 비드가 넓어지는 것은 직류 역극성(DCRP)의 특징이므로 첫 보기가 틀렸다.

그래비티(중력) 용접은 경사진 슬라이드 바에 홀더를 걸어두면 용접봉이 녹으면서 중력으로 자동으로 내려가 아크 길이를 일정하게 유지하는 반자동 피복아크 용접법이다. 작업자 한 사람이 여러 대를 동시에 다룰 수 있어 조선 등에서 쓰였다. 이행형·비이행형 아크는 플라스마 아크의 전극 배치 방식이다.