[용접기사 필기] 10년 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

재결정온도 이하에서 소성변형을 주면 전위(dislocation)가 급격히 늘고 서로 얽혀 변형 저항이 커지는데, 이를 가공경화(변형경화)라 한다. 그 결과 경도·항복강도는 올라가고 연신율과 인성은 떨어진다.

노즈 반지름 R인 바이트가 이송 f로 남기는 이론 표면거칠기(최대높이)는 $H_{\max} = \dfrac{f^2}{8R}$이다. 즉 이송을 줄이고 노즈 반지름을 키울수록 이론 거칠기가 작아진다.

반 폐쇄회로 방식은 검출기를 테이블이 아니라 서보모터 축에 달아, 타코제너레이터로 속도를, 엔코더로 회전각(위치)을 검출해 되먹임한다. 폐쇄회로 방식은 검출기를 테이블에 직접 붙여 실제 이동량을 재므로 정밀하지만 구조가 복잡하다.

편석(segregation)은 응고 과정에서 불순물이나 비중이 다른 성분이 국부적으로 몰려 조성이 균일하지 않게 되는 주물 결함이다. 수축공은 응고 수축으로 생긴 빈 공간, 기공은 가스가 갇혀 생긴 구멍이라 성분 불균일과는 다르다.

전기로는 아크나 유도 가열로 온도와 분위기를 자유롭게 조절할 수 있어 탈탄·탈황 등 정련이 가능하므로 주강 용해로로 주로 쓰이고, 특수주철과 합금 제조에도 이용된다. 용선로(큐폴라)는 코크스 연소가스와 직접 접촉해 성분 조정이 어려워 보통주철용이다.

자유굽힘의 굽힘력은 $P = \dfrac{C\,\sigma_B\,b\,t^2}{W}$이고, 다이 견폭은 $W = 8t = 24\,\mathrm{mm}$이다. 대입하면 $P = \dfrac{1.33 \times 40 \times 300 \times 3^2}{24} = 5985\,\mathrm{kgf}$이다.

파텐팅(patenting)은 오스테나이트화한 강선을 연욕(lead bath) 등 약 500℃ 항온조에 담가 미세 펄라이트(소르바이트)로 항온변태시키는 처리로, 인발 가공성이 좋아져 피아노선 같은 강선 신선에 쓴다. 스페로다이징은 구상화, 마르퀜칭은 마텐자이트를 얻는 처리라 목적이 다르다.

피복제는 연소하며 보호가스와 슬래그를 만들어 아크 분위기를 중성 또는 환원성으로 유지한다. 즉 질화를 촉진하는 것이 아니라 공기 중 질소·산소의 침입을 막아 질화와 산화를 방지하는 것이 피복제의 역할이다.

여유각은 바이트의 여유면과 공작물 사이에 틈을 만들어 마찰과 발열을 줄이는 각이다. 여유각을 키우면 날 끝이 얇아져 오히려 부러지기 쉽고, 칩 배출을 돕는 것은 여유각이 아니라 경사각(rake angle)이다.

전단면적은 $A = \pi d t = \pi \times 10 \times 5 = 157.1\,\mathrm{mm^2}$이므로 전단력은 $P = A\tau = 157.1 \times 294.3 = 46.2\,\mathrm{kN}$이다. 램 속도 $10\,\mathrm{m/min}=0.1667\,\mathrm{m/s}$를 곱하고 효율로 나누면 $H = \dfrac{46.2 \times 0.1667}{0.8} = 9.63\,\mathrm{kW}$이다.

삼침법은 나사 홈에 지름이 같은 침 3개를 끼우고 그 바깥 치수를 마이크로미터로 재어 유효지름을 산출하는 방법이다. 유효지름 측정법 가운데 정밀도가 가장 높아 기준나사·게이지 검사에 쓴다.

버니어의 최소 측정값은 $C = \dfrac{S}{n}$으로, 어미자 눈금 $S=1\,\mathrm{mm}$를 아들자 등분수 $n=50$으로 나눈 0.02mm이다. 49mm를 50등분해 아들자 한 눈금이 0.98mm이므로 어미자 눈금과의 차가 곧 0.02mm가 된다.

자경성(self-hardening)은 Ni·Cr·Mn 등이 들어가 임계냉각속도가 크게 느려진 특수강에서, 물이나 기름에 담그지 않고 대기 중 방랭만으로도 마텐자이트가 생겨 단단해지는 성질이다. 고속도강·마텐자이트계 스테인리스강이 대표적이다.

연동척(스크롤 척)은 스크롤 판에 물린 3개의 조가 동시에 개폐되어 원형이나 3의 배수 각형 공작물을 자동으로 중심을 맞춰 빠르게 고정한다. 단동척은 조 4개가 따로 움직여 시간은 걸리지만 편심 가공과 불규칙 형상에 유리하다.

업세팅(up-setting)은 재료를 축방향으로 압축해 길이를 짧게 하고 단면(지름)을 굵게 만드는 자유단조 작업이다. 1번은 늘리기(drawing down), 4번은 구멍뚫기(punching)에 대한 설명이다.

옵티컬 플랫은 광학적 평면으로 다듬은 유리를 측정면에 겹쳐 생기는 간섭무늬로 평면도를 재는 기기다. 무늬 한 줄이 사용 광 반파장만큼의 높이 차를 뜻하므로 마이크로미터 앤빌·스핀들 면의 미세한 요철을 판정할 수 있다.

셰이빙(shaving)은 전단 가공한 제품의 거친 절단면을 0.02~0.05mm 정도만 얇게 깎아내어 치수 정밀도와 전단면 품질을 높이는 다듬질 전단가공이다. 트리밍은 여분의 테두리 제거, 노칭은 가장자리 일부를 따내는 작업이다.

초음파 가공은 공구가 연삭입자를 두드려 재료를 미세하게 부수며 깎으므로 유리·수정·세라믹·보석처럼 단단하고 취성이 큰 재료에 유리하다. 납·구리·연강처럼 연성이 큰 금속은 입자가 파고들 뿐 부서지지 않아 능률이 매우 낮다.

방전가공 전극은 전기전도도가 높고 소모가 적으며 성형이 쉬워야 하므로 구리(동)·황동·흑연·텅스텐 등을 쓴다. 다이아몬드는 부도체라 방전이 되지 않고, 아연이나 연강은 소모가 심해 전극으로 부적합하다.

효율은 용접기가 소비한 전력 중 아크로 나간 몫의 비율이므로 $\eta = \dfrac{\text{아크출력}}{\text{소비전력}} \times 100\%$이다. 여기서 소비전력은 아크출력에 용접기 내부손실을 더한 값이며, 소비전력을 전원입력으로 나눈 것은 효율이 아니라 역률이다.

등분포하중이 왼쪽 3m 구간에만 걸리므로 합력 $W = 2 \times 3 = 6\,\mathrm{kN}$이 A에서 1.5m 지점에 작용하고, $R_A = \dfrac{6 \times (6-1.5)}{6} = 4.5\,\mathrm{kN}$이다. 중앙 C(A에서 3m)의 굽힘모멘트는 $M_C = 4.5 \times 3 - 6 \times 1.5 = 4.5\,\mathrm{kN \cdot m}$이다.

지점 바깥으로 각각 a만큼 내민 양끝에 P가 걸리므로 지점 사이 AB 구간에는 전단력이 없고 일정한 굽힘모멘트 $M = Pa$만 작용하는 순수굽힘이 된다. 곡률은 $\dfrac{1}{\rho} = \dfrac{M}{EI} = \dfrac{Pa}{EI}$이므로 내민 길이 a만으로 정해지고 b와는 무관하다.

그림에서 $\sigma_x = 50$, $\sigma_y = -10$, $\tau_{xy} = 40\,\mathrm{MPa}$이므로 평균응력은 $\dfrac{50-10}{2} = 20\,\mathrm{MPa}$, 모어원 반지름은 $R = \sqrt{30^2 + 40^2} = 50\,\mathrm{MPa}$이다. 따라서 $\sigma_1 = 20+50 = 70\,\mathrm{MPa}$, $\sigma_2 = 20-50 = -30\,\mathrm{MPa}$이다.

스프링은 보와 병렬이므로 두 강성을 더하며, B점의 처짐은 2.76mm이다.
단면 2차모멘트는 $I = \dfrac{5 \times 10^3}{12} = 416.7\,\mathrm{mm^4}$이므로 외팔보 자유단의 강성은
$k_b = \dfrac{3EI}{L^3} = \dfrac{3 \times 200000 \times 416.7}{200^3} = 31.25\,\mathrm{N/mm}$이다.
$k = 31.25+5 = 36.25\,\mathrm{N/mm}$, 처짐은 $\delta = \dfrac{100}{36.25} = 2.76\,\mathrm{mm}$이다.

최대 집중 모멘트 M은 약 39166 N·m이다.
자유단에 집중 모멘트를 받는 외팔보의 최대 처짐은 $\delta = \dfrac{ML^2}{2EI}$이다.
$I = \dfrac{0.1^4}{12} = 8.333 \times 10^{-6}\,\mathrm{m^4}$를 넣어 M에 대해 풀면
$M = \dfrac{2EI\delta}{L^2} = \dfrac{2 \times 235 \times 10^9 \times 8.333 \times 10^{-6} \times 0.01}{1^2} \fallingdotseq 39166\,\mathrm{N \cdot m}$이다.

주응력이 $\sigma_1$, $\sigma_2$, $\sigma_3 = -\sigma_2$인 3축 응력이므로 모어원은 세 개가 그려지고, 가장 큰 원은 $\sigma_3$에서 $\sigma_1$까지 걸친다. $\sigma_2$와 $\sigma_3$는 크기가 같고 부호만 반대이므로 그 둘이 만드는 원은 원점을 중심으로 대칭이고, 나머지 작은 원이 그 오른쪽에 놓인 그림이 답이다.

머리부의 전단면적은 $\pi d H$, 볼트 축의 인장면적은 $\dfrac{\pi d^2}{4}$이므로 $\tau = \dfrac{Q}{\pi d H}$, $\sigma = \dfrac{4Q}{\pi d^2}$이다. 허용 조건 $\tau = \dfrac{\sigma}{2}$를 넣으면 $\dfrac{Q}{\pi d H} = \dfrac{2Q}{\pi d^2}$에서 $H = \dfrac{d}{2}$, 즉 지름의 1/2배가 된다.

단면적이 $A = \dfrac{\pi \times 25^2}{4} = 490.9\,\mathrm{mm^2}$이므로 $\sigma = \dfrac{100 \times 10^3}{490.9} = 203.7\,\mathrm{MPa}$이다. 변형률은 $\varepsilon = \dfrac{\delta}{L} = \dfrac{6}{6000} = 0.001$로, 길이 단위를 mm로 통일하면 무차원 값이 된다.

비틀림각은 $\theta = \dfrac{TL}{GJ}$이고 변형에너지는 하중–변형 선도의 면적이므로 $U = \dfrac{1}{2}T\theta = \dfrac{T^2 L}{2GJ}$이다. 인장의 $\dfrac{P^2 L}{2AE}$, 굽힘의 $\dfrac{M^2 L}{2EI}$와 같은 꼴로 하중이 제곱으로 들어간다.

삼각형 분포하중의 합력은 $W = \dfrac{1}{2} \times 6 \times 2000 = 6\,\mathrm{kN}$이고, 작용점은 최대값 쪽으로 치우쳐 A에서 $4 + \dfrac{2}{3} \times 6 = 8\,\mathrm{m}$ 위치다. 지간이 12m이므로 $R_A = \dfrac{6 \times (12-8)}{12} = 2\,\mathrm{kN}$이다.

B점에는 수평재 AB와 경사재 BC만 모이므로 하중 10kN의 연직 성분 전부를 BC가 부담한다. BC가 연직과 이루는 각이 60°이므로 $F_{BC}\cos 60^\circ = 10$에서 $F_{BC} = \dfrac{10}{0.5} = 20\,\mathrm{kN}$(압축)이고, 이때 AB에는 $20 \times \sin 60^\circ = 17.32\,\mathrm{kN}$이 걸린다.

양단에 같은 M이 걸린 순수굽힘이라 전 길이에서 굽힘모멘트가 일정하다. 굽힘 변형에너지 $U = \int_0^L \dfrac{M^2}{2EI}dx$에 M을 상수로 넣으면 $U = \dfrac{M^2 L}{2EI}$이며, 단면적 A는 굽힘에너지와 무관하다.

양단 핀이므로 단말계수 n=1이고 $P_{cr} = \dfrac{\pi^2 EI}{L^2}$이다. $I = \dfrac{25^4}{12} = 32552\,\mathrm{mm^4}$를 대입하면 $P_{cr} = \dfrac{\pi^2 \times 70000 \times 32552}{1800^2} \fallingdotseq 6940\,\mathrm{N} = 6.94\,\mathrm{kN}$이다.

전단응력이 중심에서의 거리에 비례하므로 반지름 r' 안쪽 코어가 부담하는 토크는 극단면 2차모멘트 비, 즉 $T' = T\left(\dfrac{r'}{r}\right)^4$이다. $T' = \dfrac{T}{3}$로 두면 $\left(\dfrac{r'}{r}\right)^4 = \dfrac{1}{3}$이므로 $r' = \dfrac{r}{3^{1/4}}$이다.

A는 단순지지, B는 고정인 1차 부정정보이므로 처짐 조건 3개로 푼다. $EIv'' = R_a x + M_o$를 두 번 적분하고 $v(0)=0$, $v(l)=0$, $v'(l)=0$을 넣으면 $R_a = \dfrac{3M_o}{2l}$이 된다.

양단이 고정되어 열팽창 변형률 $\varepsilon = \alpha \Delta T$가 그대로 구속되므로 같은 크기의 압축 변형률이 강제된다. 따라서 $\sigma = -E\varepsilon = -E\alpha\Delta T$이며, 열응력은 길이 L이나 단면적 A와 무관하다.

중공축의 극단면계수는 $Z_p = \dfrac{\pi (D^4 - d^4)}{16D} = \dfrac{\pi (80^4 - 60^4)}{16 \times 80} = 68722\,\mathrm{mm^3}$이다. 따라서 $\tau_{\max} = \dfrac{T}{Z_p} = \dfrac{7 \times 10^6}{68722} \fallingdotseq 101.9\,\mathrm{MPa}$이다.

두 늘어남이 같아 BC는 수평을 유지한다.
하중이 BC의 정중앙에 걸리므로 AB와 CD가 각각 50kN씩 나눠 받는다.
신장량은 $\delta = \dfrac{PL}{AE}$이므로
$\delta_{AB} = \dfrac{50 \times 10^3 \times 2}{2 \times 10^{-4} \times 200 \times 10^9} = 2.5\,\mathrm{mm}$,
$\delta_{CD} = \dfrac{50 \times 10^3 \times 1}{1 \times 10^{-4} \times 200 \times 10^9} = 2.5\,\mathrm{mm}$이다.

도심축 단면 2차모멘트를 계산하면 원은 $\dfrac{\pi d^4}{64} = 0.049 d^4$, 정사각형은 $\dfrac{d^4}{12} = 0.083 d^4$, 삼각형은 $\dfrac{d(0.8d)^3}{36} = 0.014 d^4$이다. 직사각형은 $\dfrac{0.5d \times (1.5d)^3}{12} = 0.141 d^4$로 가장 큰데, I가 높이의 세제곱에 비례하므로 세로로 긴 단면이 유리하기 때문이다.

아래 플랜지 $80 \times 20$($A_1 = 1600$, $y_1 = 10$)과 웨브 $40 \times 60$($A_2 = 2400$, $y_2 = 50$)으로 나눈다. 면적 모멘트를 합하면 $\bar{y} = \dfrac{1600 \times 10 + 2400 \times 50}{1600 + 2400} = \dfrac{136000}{4000} = 34\,\mathrm{mm}$이다.

Mn은 강 중의 황을 MnS로 고정하고 결정립을 미세화해 인성을 높이고 천이온도를 낮춰 노치취성을 억제한다. 반면 C·P·S는 모두 취성을 키우는 원소로, 특히 P는 상온취성, S는 적열취성의 원인이 된다.

열영향부의 조직과 기계적 성질은 열이력(입열과 냉각속도)으로 결정되므로 용접입열, 예열·후열의 유무, 모재의 화학조성이 직접 영향을 준다. 환기장치는 흄을 배출하는 작업환경 설비일 뿐 용접부의 열이력이나 조직과는 무관하다.

페라이트는 체심입방격자인 α-Fe로, 큐리점(약 768℃) 아래인 상온에서 강자성을 띤다. Fe3C는 시멘타이트이고, 페라이트는 탄소 고용도가 극히 낮아 담금질로 경화되지 않으며 시멘타이트보다 훨씬 무르다.

은점은 용착금속에 녹아든 수소가 모여 생기는 결함으로, 파단면에 원 또는 타원형의 은백색 취약 파면을 남기고 그 중심에는 작은 기공이나 슬래그 섞임이 있다. 재료를 취약하게 만드는 결함이므로 연신율은 오히려 감소한다.

용접입열은 아크가 낸 전기에너지 중 모재에 흡수된 열량이므로 전압 × 전류 × 시간 × 열효율로 구한다. 즉 $H = EIt\eta$이며, 통전시간이 길수록·열효율이 높을수록 입열이 커지므로 t와 η가 분모에 오는 식은 성립하지 않는다.

아크 용융지는 순간적으로 수천 ℃에 이르지만 용융에서 응고까지 수 초 안에 끝난다. 그래서 용접 중의 화학반응은 온도가 높고 시간이 짧은 것이 특징이며, 제강과 달리 평형에 도달하지 못한 채 반응이 끝난다.

고온균열은 응고 말기에 S·P 등 저융점 불순물이 편석해 결정립계가 갈라지는 균열이라 수소와 직접 관계가 없다. 저온균열·기공·은점은 모두 용착금속에 남은 확산성 수소가 주된 원인이다.

인장연성이 향상되면 용접부가 수축변형을 흡수할 수 있어 균열은 오히려 억제된다. 반대로 용접입열이 과대하거나 이음의 구속도가 높으면 수축응력이 커져 내열합금의 균열이 쉽게 발생한다.

온도를 낮출 때 재료가 연성파괴에서 취성파괴로 바뀌는 온도 범위를 천이온도라 하며, 이 값이 낮을수록 저온 인성이 좋다. 변태온도는 조직이 바뀌는 온도, 층간온도는 다층용접에서 다음 층을 쌓기 직전 용접부의 온도를 말한다.

인(P)은 결정립을 조대화시키고 강도·경도를 높이는 대신 연신율과 충격치를 떨어뜨려 상온취성의 원인이 된다. 따라서 연신율을 증대시킨다는 설명이 틀렸다.

γ-Fe(오스테나이트)는 약 912~1394℃에서 안정한 면심입방격자(FCC) 구조이다. α-Fe(페라이트)와 크롬은 모두 체심입방격자(BCC)에 속한다.

모재에 황(S)이 층상으로 편석된 강을 서브머지드 아크 용접하면 용융지에 들어간 S가 저융점 FeS를 만들어 응고 중 용접선 방향으로 갈라지는데, 이것이 설퍼 균열로 고온균열에 속한다. 라미네이션은 압연 시 비금속 개재물이 층상으로 남은 모재 결함이다.

슬래그를 이루는 산화물 중 SiO2(실리카)가 대표적인 산성 산화물이며 TiO2도 여기에 속한다. MgO·FeO·MnO·CaO는 모두 염기성 산화물로 분류된다.

탄소강을 200~300℃로 가열하면 표면이 청색 산화막을 띠면서 인장강도는 최대가 되는 반면 연신율과 충격치는 최소가 되어 가장 취약해진다. 이 현상을 청열취성이라 하며, 이 온도역에서의 소성가공은 피한다.

저온균열은 용접이 끝나고 수 시간에서 수십 시간이 지난 뒤 겉보기 원인 없이 저절로 나타나므로 자연균열(지연균열)이라 부른다. 상온에서도 용착금속에 남은 확산성 수소가 응력 집중부로 이동·집적하면서 균열을 진전시키는 것이 특징이다.

용접속도가 빠를수록 용융지가 눈물방울 모양으로 길어져 주상정이 비드 중심선에 거의 직립으로 만난다. 속도가 느리면 용융지가 타원형이 되어 주상정이 용접방향으로 휘므로, 속도가 클수록 굽는다는 설명이 틀렸다.

마르텐자이트는 급랭으로 탄소가 빠져나오지 못한 채 페라이트(α철)에 과포화 고용된 체심정방(BCT) 조직이다. 오스테나이트는 탄소 고용도가 커서 과포화 상태가 아니며, 펄라이트·소르바이트는 서랭이나 뜨임으로 생기는 조직이다.

담금질 조직은 냉각속도가 빠른 순서로 마르텐자이트 → 트루스타이트 → 소르바이트 → 펄라이트로 나타난다. 페라이트는 서랭 시 나오는 평형 조직이므로 담금질 조직 분류에 들어가지 않는다.

18Cr-8Ni강은 상온에서 오스테나이트(FCC) 조직이므로 비자성체이다. 내식성과 인성이 뛰어나 가공이 쉬운 것은 맞으며, 강자성을 띠는 것은 13% Cr계 등 마르텐자이트·페라이트계 스테인리스강이다.

용접부 균열은 냉각 과정에서 금속이 수축하며 생기는 인장응력이나, 팽창·수축의 차이에서 오는 전단·굽힘응력 등에 의해 발생한다.
금속이 냉각되어 수축할 때는 잡아당기는 인장응력이 생기는 것이 일반적이며, 압축응력은 수축이 아니라 가열·팽창 쪽에서 나타나는 응력이므로 수축에 의해 압축응력이 생긴다는 조합은 성립하지 않는다.

역변형은 용접 전에 예상 변형량만큼 반대로 굽혀 두는 변형 방지법이지 용접 후에 나타나는 변형이 아니다. 용접변형에는 횡수축·종수축·회전변형·각변형·굽힘변형 등이 있다.

응력 제거 어닐링은 잔류응력을 없애 응력부식 저항을 키우고, 확산성 수소를 방출시켜 연성을 높이며 크리프 강도도 향상시킨다. 이때 충격 저항은 오히려 증대하므로 감소한다는 설명이 틀렸다.

크리프 곡선은 변형속도가 점차 줄어드는 천이(1차), 변형속도가 일정한 정상(2차), 파단 직전 급격히 커지는 가속(3차)의 세 영역으로 나뉜다. 하중을 건 순간의 탄성변형은 시간에 따른 변형이 아니므로 순간 크리프역이라는 구분은 없다.

응력부식은 인장응력과 부식환경이 겹칠 때 발생하며, 황동의 시즌크랙, 알루미늄합금의 응력부식균열, 연강의 가성취화처럼 이들 재료에서도 실제로 일어난다. 따라서 동합금·알루미늄합금·연강에서 발생하지 않는다는 설명이 틀렸다.

용접공수는 실제 용접에 드는 본용접공수·가용접공수와 이를 뒷받침하는 간접공수로 이루어진다. 운반공수는 자재와 제품을 옮기는 데 드는 별도의 물류 공수여서 용접공수에 포함되지 않는다.

잔류응력 완화법에는 노내·국부 풀림, 피닝법, 기계적 응력 완화법, 저온 응력 완화법 등이 있다. 스카핑은 강재 표면의 흠을 화염으로 얇게 깎아내는 표면 결함 제거 가공이므로 잔류응력 완화와는 관계가 없다.

T형 필릿 이음은 열이 세 방향으로 빠져나가므로 판이 둘뿐인 맞대기 이음보다 냉각속도가 빠르다. 판이 두꺼울수록, 열전도율이 클수록(구리 등) 열이 잘 흩어져 냉각이 빨라진다는 나머지 설명은 옳다.

용접은 국부적인 급열·급냉을 수반하므로 변형과 잔류응력이 생기고 저온취성이 우려되는 것이 대표적인 단점이다. 이종재료를 접합할 수 있고 수밀·기밀성이 우수한 점은 오히려 용접이음의 장점이다.

노치·구멍·용접 결함처럼 단면이 급변하는 부분에서는 응력 흐름이 몰려 국부적으로 응력이 커지는데, 이를 응력집중이라 한다. 응력집중부는 피로파괴와 취성파괴의 출발점이 되므로 용접 덧살은 완만하게 다듬는다.

구속력이 큰 지그로 강제로 잡아 두면 변형은 억제되지만 수축이 방해된 만큼 잔류응력은 가장 많이 남는다. 예열·후열, 입열 억제, 용접 순서 조절은 변형과 잔류응력을 함께 줄이는 방법이다.

전 둘레 용접부를 두께 1인 선으로 보면, 용접선에 생기는 비틀림 전단응력은 토크를 극단면계수로 나눈 값이다.
토크를 mm 단위로 고치면 $T = 1000\ \mathrm{kgf\cdot m} = 10^{6}\ \mathrm{kgf\cdot mm}$이고,
극단면계수는 $Z_p = \dfrac{\pi d^{2}}{2} = \dfrac{\pi \times 100^{2}}{2} = 15708$이다.
$\tau = \dfrac{T}{Z_p} = \dfrac{10^{6}}{15708} = 63.7\ \mathrm{kgf/mm^{2}}$이다.

그림의 X-X축은 단면의 아래끝을 지나므로 도심축 값 $\dfrac{td^{3}}{12}$가 아니라 밑변 기준식 $I = \dfrac{td^{3}}{3}$을 써야 한다. 여기에 $t = 1$을 대입하면 $I = \dfrac{d^{3}}{3}$이 되며, d는 세제곱으로 남는다.

공진법은 연속적인 종파의 주파수를 바꿔가며 시험체 두께가 반파장의 정수배가 될 때 일어나는 공진을 이용해 두께와 결함을 측정한다. 펄스 반사법과 투과법은 연속파가 아닌 펄스파를 사용하고, 극간법은 자분탐상의 자화 방법이다.

완전용입 맞대기 용접의 목두께는 판두께와 같으므로 유효 단면적은 $A = 6 \times 250 = 1500\ \mathrm{mm^{2}}$이다. 따라서 $\sigma = \dfrac{P}{A} = \dfrac{4500}{1500} = 3\ \mathrm{N/mm^{2}}$이다.

I형 보의 네 곳 필릿은 대각선으로 번갈아 용접해야 좌우·상하의 수축이 서로 상쇄되어 변형이 최소가 된다. 그림에서 a(우측 아래) 다음에 대각인 c(좌측 위), 이어 b(좌측 아래)와 d(우측 위)로 진행하는 a→c→b→d가 이에 해당한다.

굽힘응력은 $\sigma = \dfrac{M}{Z}$이므로 이를 굽힘모멘트에 대해 풀면 $M = \sigma Z$가 된다. 완전용입 맞대기 용접은 모재와 같은 단면으로 보고 단면계수 Z를 그대로 적용한다.

서브머지드 아크 용접은 입열이 커서 열영향부가 급열·급냉되면 조직이 경화되고 열응력이 커져 균열이 생긴다. 예열·후열로 냉각속도를 늦추는 것이 대책이며, Mn은 황을 고정해 오히려 균열을 억제하는 원소다.

임플란트 시험은 노치를 낸 환봉 시험편을 모재에 심고 그 위를 용접해 열영향부에 걸리게 한 뒤 정하중을 걸어, 균열이 생기지 않는 임계응력으로 균열감수성을 평가한다. 입열량·용접재료의 수소량·응력·재질의 영향을 한 번에 볼 수 있는 대표적인 열영향부 균열시험법이다.

그림은 맞대기 이음 위에 ㄷ자형 강재를 덧대어 용접해 판이 벌어지거나 어긋나지 않도록 잡아 주는 모습으로, 이런 변형 방지용 구속 지그를 스트롱백이라 한다. 엔드탭은 비드의 시·종단 결함을 모재 밖으로 빼내는 덧판이고, 스캘롭은 용접선이 교차하지 않도록 낸 부채꼴 홈이다.

구리는 열전도율이 커서 용융금속의 열이 순식간에 빠져나가므로, 용접 전에 400~500℃로 예열해 응고를 늦춰야 한다. 예열이 부족하면 융합 불량과 기공이 생기기 쉽다.

전자빔 용접은 고진공 속에서 텅스텐 필라멘트를 가열해 방출시킨 열전자를 고전압으로 가속·집속시키고, 그 운동에너지가 모재에 부딪히며 열로 바뀌는 것을 이용한다. 에너지 밀도가 매우 높아 폭이 좁고 깊은 용입을 얻으며 열영향부가 작다.

서브머지드 아크 용접은 입상 용제 속에서 아크가 발생해 밖에서 보이지 않는 방식으로, 유니온 멜트 용접(잠호용접)이라고도 하며 대기 차단이 완전해 용접부 품질이 우수하다. 직류·교류를 모두 쓸 수 있고 주로 후판 강재에 사용하며, 보이지 않을 뿐 아크는 실제로 발생한다.

아세틸렌은 아세톤에 가장 잘 녹아 1기압에서 아세톤 부피의 약 25배가 용해되며, 압력을 높이면 그 배수만큼 더 녹는다. 이 성질을 이용해 용해아세틸렌 용기에는 다공질 물질에 아세톤을 스며들게 한 뒤 아세틸렌을 충전한다.

저온 용접은 모재와 같은 계통이면서 융점이 낮은 공정합금 용접봉을 사용해 모재를 거의 녹이지 않고 접합하는 방법이라 성격상 경납땜에 가깝다. 모재를 용융시키지 않으므로 열영향과 변형이 적다.

아세틸렌과 산소의 혼합가스는 아세틸렌 약 15%, 산소 약 85% 부근에서 폭발 위험이 가장 크다. 따라서 아세틸렌 35%·산소 65%가 가장 위험하다는 설명이 틀렸고, 자연발화 온도와 아세틸라이드(구리·은·수은 화합물)의 폭발성에 관한 나머지 설명은 옳다.

일렉트로 가스 아크 용접은 수랭 동당금으로 홈을 막고 수직 이음을 단층 상진으로 한 번에 끝내므로 판이 두꺼울수록 경제적이다. 얇은 판일수록 경제적이라는 설명이 틀렸다.

아세틸렌(비중 약 0.906)과 에틸렌은 공기보다 가벼워 새더라도 위로 떠올라 밀폐된 공간의 바닥에 고이지 않는다. 프로판처럼 공기보다 무거운 가스는 선창·교각 바닥에 축적되어 폭발과 질식 위험이 크다.

용접 작업장은 불티가 튀므로 가연성 물질이 없는 장소를 골라야 하며, 가연성 물질이 있는 곳을 안전한 장소라고 한 설명이 틀렸다. 전격방지기 사용, 고소작업 시 갑작스러운 동작 금지, 작업복 착용 유지는 모두 옳은 수칙이다.

탄산가스 아크 용접의 기공은 보호가스가 제대로 공급되지 않아 대기가 용융지에 섞일 때 생기므로 CO2 유량 부족, 공기 혼입, 스패터로 막힌 노즐이 직접 원인이다. 팁 치수 부적합은 와이어 송급 불량이나 아크 불안정으로 이어질 뿐 기공과는 거리가 멀다.

전류와 전압을 일정하게 두고 용접속도를 올리면 단위길이당 입열이 줄어 비드 폭은 좁아지고 용입은 얕아진다. 넓어지고 깊어진다는 설명이 틀렸다.

매시 심 용접은 겹침을 모재 두께 정도로만 얇게 두고 롤러 전극으로 겹쳐진 폭 전체를 가압·통전해, 이음부 두께가 모재와 비슷해지도록 하는 심 용접이다. 1번은 업셋 용접, 3번은 맞대기 심 용접에 대한 설명이다.

가스집합장치는 화기를 사용하는 설비로부터 5m 이상 떨어진 장소에 설치해야 하므로 1m 이상이면 된다는 설명이 틀렸다. 접합부 패킹으로 누설 방지, 소화기 비치, 작업 종료 후 메인밸브·콕 차단은 모두 옳은 수칙이다.

냉간 압접은 열을 가하지 않고 상온에서 큰 압력만으로 금속의 청정면을 밀착시켜 접합하는 기계적 에너지 이용 용접이다. 테르밋은 화학반응열, 플라스마와 레이저는 전기·빛 에너지를 열원으로 쓴다.

사용률은 전체 용접작업 시간 중 실제로 아크를 낸 시간의 비율이므로 $\text{사용률} = \dfrac{\text{아크발생시간}}{\text{아크발생시간} + \text{아크중지시간}} \times 100\%$로 구한다. 분모는 아크발생시간과 중지시간의 합(전체 시간)이어야 하므로 정지시간을 분자에 두는 식은 성립하지 않는다.

원자 수소 용접은 두 텅스텐 전극 사이에 아크를 일으켜 수소분자를 원자로 해리시키고, 원자가 다시 결합할 때 나오는 열로 용접하는 아크 용접이다. 마찰 용접은 기계적 에너지, 전자 빔은 전자의 운동에너지, 저항 용접은 저항열을 이용한다.

아크 출력은 $30 \times 250 = 7500\ \mathrm{W}$, 전원 입력은 $80 \times 250 = 20000\ \mathrm{W}$이고 소비전력은 아크 출력에 내부손실 2.5kW를 더한 10000W이다. 따라서 역률은 $\dfrac{10000}{20000} \times 100 = 50\%$, 효율은 $\dfrac{7500}{10000} \times 100 = 75\%$이다.

직류 정극성은 모재를 양극(+), 용접봉을 음극(-)에 연결하므로 발열이 큰 양극 쪽인 모재의 용입이 깊고 용접봉은 천천히 녹는다. 용접봉이 빨리 녹는 것은 용접봉이 양극이 되는 역극성의 특징이다.

극좌표 로봇은 선회·상하 기울임·직진의 세 축으로 움직여 회전 작업영역이 넓고 팔이 기울어지므로 손끝 자세를 맞추기 쉬워 점용접용으로 많이 쓰인다. 직각좌표 로봇은 직선 3축, 원통좌표 로봇은 선회와 상하·전후 직진으로만 움직여 작업영역이 제한된다.

정류기형은 교류를 정류해 직류를 얻는 직류 아크 용접기에 속한다. 교류 아크 용접기는 가동 코일형·가동 철심형·가포화 리액터형·탭 전환형으로 분류된다.

전기화재는 C급 화재로 분류하며 표시색은 청색이다. A급은 일반화재(백색), B급은 유류화재(황색), D급은 금속화재이다.