피복아크용접기능사 필기시험 6회 핵심요약노트 및 실전테스트

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📝 피복아크용접기능사 필기시험 6회 핵심 요약노트







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1. 아크 용접 일반 및 용접법의 특징


아크 용접의 기본 원리 및 종류

  • 용접의 장점: 작업 공정이 단축되어 경제적이며, 기밀성, 수밀성, 유밀성이 우수하고 이음 효율이 높습니다. 재료의 두께에 제한이 적습니다.

  • 용접의 단점: 용접사의 기량에 따라 용접부의 품질이 좌우되는 경우가 많습니다.

  • 용접봉 홀더 규격: 용접봉 지름이 5.0 mm ~ 8.0 mm 일 경우 400호 홀더를 사용합니다.

  • 용접 전극봉 종류 (SMAW):

    • 저수소계 용접봉 (E4316): 균열 감수성이 좋아 구속도가 큰 구조물이나 탄소 및 황 함유량이 많은 쾌삭강 용접에 사용됩니다.

    • 가스 실드계 용접봉 (E4311): 유기물(셀룰로스)을 20 ~ 30% 정도 포함하며, 가스 실드에 의해 용접됩니다.

  • 직류 정극성 (DCSP) 특징: 용접봉(-극)에서 열이 30%, 모재(+극)에서 열이 70% 발생하여 용접봉의 녹음 속도가 느리고 용입이 깊습니다.


특수 아크 용접법

서브머지드 아크 용접 (SAW)

  • 와이어 지름의 영향: 동일한 전류 및 전압 조건에서 와이어의 지름이 작으면 전류 밀도가 커져 열 집중도가 높아지므로 용입이 깊어집니다.

  • 다전극 방식: 탠덤식, 횡병렬식, 횡직렬식이 있으며 종직렬식은 해당되지 않습니다.

불활성 가스 금속 아크 용접 (MIG/CO2)

  • MIG 용접 특징: TIG 용접에 비해 전류 밀도가 높아 용융 속도가 빠르며 후판 용접에 적합합니다. 바람의 영향을 받기 때문에 방풍 대책이 필요합니다.

  • 아크 전압의 영향 (CO2): 아크 전압이 높으면 비드 폭이 넓어지고 깊이는 얕아지면서 비드가 넓고 납작해집니다.

  • 크레이터 제어 기능: 용접 종료 시 전류가 서서히 줄어들면서 아크가 끊어져 이면 용접부의 녹아내림을 방지하는 기능은 번 백 시간 제어 기능입니다.

텅스텐 불활성 가스 아크 용접 (TIG)

  • ACHF (고주파 교류): 청정 작용이 있으며 전극봉의 마모가 심하지 않아 알루미늄이나 마그네슘 용접에 가장 적합한 전원 형태입니다.

  • TIG 절단: 비철금속 (알루미늄, 마그네슘, 구리 및 합금) 및 스테인리스강 등의 절단도 가능합니다. 전원은 직류 정극성(DCSP)을 사용합니다.


아크 용접 장치 및 안전

  • 교류 아크 용접기: 가동 철심형, 가동 코일형, 가포화 리액터형 등이 있습니다. 정류기형은 직류 용접기에 속합니다.

  • 가동 코일형 특징: 1차 코일과 2차 코일이 같은 철심에 감겨 있으며, 코일 간 거리를 조절하여 전류를 조정합니다.

  • 핫 스타트 장치: 아크 발생 초기에 용접 전류를 특별히 크게 해주는 장치로, 아크 발생을 쉽게 하고 비드의 이음을 좋게 하며 초기 용입을 좋게 합니다.

  • 원격 제어 장치: 용접기와 멀리 떨어진 곳에서 용접 전류 또는 전압을 조절합니다.

  • 인체 위험 전류: 일반적으로 사람의 몸에 50 mA 이상의 전류가 흐르면 순간적으로 사망할 위험이 있습니다.



2. 가스 용접 및 절단


가스 절단 및 용접

  • 가스 절단 예열 온도: 강재의 가스 절단 시 절단부를 예열하여 약 800 ~ 900 °C 정도가 되었을 때 고압 산소를 이용하여 절단을 시작하는 것이 좋습니다.

  • 산소 아크 절단: 중공의 피복봉을 전극으로 사용하여 아크열로 모재를 용융시키고 중공 부분으로 절단 산소를 내보내 절단합니다. 절단면이 거칠지만 절단 속도가 빠릅니다.

  • 가연성 가스 불꽃 온도: 산소와 혼합하여 연소할 때 불꽃 온도가 가장 높은 가스는 아세틸렌입니다 (약 3,430 °C).

  • 가스 용접 용제 (주철): 붕사, 탄산나트륨, 중탄산나트륨이 사용되며 염화나트륨은 해당되지 않습니다.

  • 가스 용접봉 지름 (d) 공식: 판 두께 (t)와의 관계는 d = (t/2) + 1 mm 로 계산할 수 있습니다. (예: 2.6 mm 용접봉은 약 3.2 mm 강판에 적합)

  • 가스 압접: 용가재 및 용제가 불필요하고 용접 시간이 빠릅니다. 작업이 거의 기계적이어서 작업자의 숙련을 필요로 하지 않습니다.


용접 방향 및 안전

  • 후진법 특징: 전진법에 비해 열 이용률이 좋고, 용접 변형이 작으며 두꺼운 판의 용접에 적합합니다.

  • 산소 용기 각인: TP는 내압시험 압력을, FP는 최고충전 압력을 의미합니다.



3. 용접 야금 및 재료


강재 및 조직

  • 탄소강 표준 조직: 페라이트, 펄라이트, 시멘타이트입니다. 마텐자이트는 열처리 조직에 해당합니다.

  • 순철의 변태: 910 °C (AC3 변태점)에서 체심입방격자 (BCC) 알파철에서 면심입방격자 (FCC) 감마철로 바뀝니다.

  • 중탄소강: 탄소 함유량이 0.3 ~ 0.5% 이며, 저온 균열 방지를 위해 150 ~ 250 °C로 예열이 필요합니다.

  • 킬드강 (Killed Steel): Fe-Mn, Fe-Si, Al 등으로 완전히 탈산시켜 제조한 강입니다.

  • 합금 원소 (Mn): 강의 인성을 증가시키고 특히 노치 인성을 증가시켜 고온 가공을 쉽게 합니다.

  • 해드필드강: 오스테나이트계 Mn 강 (10 ~ 14% Mn, 0.9 ~ 1.3% C)으로 내마멸성과 내충격성이 우수합니다. 약 1,000 °C에서 담금질(급랭)하여 균일한 오스테나이트 조직을 만듭니다.


스테인리스강 및 비철금속

  • 마텐자이트계 스테인리스강: STS 410이 해당하며, 담금질이 가능하여 용접 후 경도가 증가합니다.

  • 오스테나이트계 스테인리스강 고온 균열 원인: 아크 길이가 길 때, 모재가 오염되었을 때, 크레이터 처리를 하지 않았을 때, 구속력이 가해진 상태에서 용접할 때 발생합니다. 아크 길이가 짧을 때는 원인이 아닙니다.

  • 황동 (Brass): 문쯔메탈은 60% Cu + 40% Zn 합금으로 조직이 알파+베타 (α+β) 이며 강도가 크고 단조제품이나 볼트, 리벳용 재료로 사용됩니다.

  • 라우탈 합금 (Al-Cu-Si): Si를 3 ~ 8% 첨가하면 금속의 유동성이 향상되어 주조성이 좋아집니다.

  • 열전도율: **납 (Pb)**이 알루미늄, 은, 구리에 비해 열전도율이 가장 작습니다.


재료 조직 및 열처리

  • 용접부 은점 원소: 용접부에 은점 (Fish Eye)을 일으키는 주요 원소는 수소 가스입니다.

  • 마우러 조직도 (Maurer Diagram): 주철의 조직을 지배하는 C와 Si의 함유량에 따른 주철 조직의 관계를 나타낸 그래프입니다.

  • 면심입방격자 (FCC): 금속의 전연성을 좋게 하여 가공성을 향상시킵니다.

  • 재결정 온도: 소성 가공된 금속을 가열했을 때 재결정되기 시작하는 온도입니다. **아연 (Zn, 약 24 °C)**이 알루미늄, 구리, 니켈보다 가장 낮습니다.

  • 질량 효과 (Mass Effect): 강의 질량 크기에 따라 열처리 효과가 달라지는 현상입니다. 질량 효과가 적다는 것은 열처리 효과가 잘된다는 의미입니다.

  • 열처리 종류:

    • 항온 열처리: 마퀜칭, 마템퍼링, 오스템퍼링이 있습니다.

    • 기본 열처리: **어닐링 (풀림)**은 A3 변태점 이상 가열 후 서랭하거나 약 650 °C 가열 후 서랭하여 재질을 연하고 균일화시키는 방법으로 항온 열처리가 아닙니다.

  • 잔류 응력 제거법:

    • 저온 응력 완화법: 용접선 양측을 150 ~ 200 °C로 가열한 다음 곧 수랭하여 용접선 방향의 응력을 완화합니다.

    • 피닝법 (Peening): 끝이 구면인 해머로 용접부를 가볍게 때려 표면에 소성 변형을 주어 인장 응력을 완화시킵니다.



4. 기계 제도 및 용접 기호


제도 통칙

  • 도면의 필수 양식: 윤곽선, 표제란, 중심마크는 도면에 반드시 갖추어야 합니다.

  • 선 종류:

    • 얇은 두께 단면 표시 (개스킷, 형강): 실제 치수와 관계없이 극히 굵은 실선을 사용합니다.

    • 소성 가공 초기 윤곽선: 가는 2점 쇄선으로 도시합니다.

    • 가상의 교차선 (필릿/둥근 모퉁이): 윤곽선과 서로 만나지 않는 가는 실선으로 도시할 수 있습니다.

  • 회전 도시 단면도: 절단면을 90도 회전하여 표시하며, 도형 내부에 겹쳐서 도시할 경우 가는 실선을 사용합니다.

  • 치수선 양 끝 표시: 치수가 끝나는 부분임을 나타내는 형상으로 화살촉, 점, 빗금 등을 사용합니다. 일반적으로 화살촉이 주로 사용됩니다.

  • 정투상도 (제3각법): 물체를 투상면에 놓고 제3상한에 물체를 놓고 투상하는 방식입니다. 3면도는 일반적으로 정면도, 평면도, 우측면도의 조합으로 배치됩니다. (정면도의 위에 평면도, 정면도의 오른쪽에 우측면도)


배관 및 밸브 기호

  • 배관용 탄소 강관 기호:

    • SPPS: 압력 배관용 탄소 강관

    • SPPH: 고압 배관용 강관

    • SPLT: 저온 배관용 강관

    • SPCD는 냉간 압연 강판에 사용되는 기호로 배관용 강관이 아닙니다.

  • 게이트 밸브 (Gate Valve) 기호: 밸브의 심볼 위에 쐐기 모양의 기호 (삼각형 두 개를 마주 보게 붙여놓은 형태)가 표시됩니다.


용접부 도시 기호

  • 용접부 도시 기호의 기본 구조: 기준선 (Reference Line), 화살표 (Arrow), 꼬리 (Tail)로 구성됩니다. 기준선 위쪽은 화살표 반대쪽, 기준선 아래쪽은 화살표 쪽을 의미합니다.

  • 용접부 표면 형상 보조 기호: 끝단부를 매끄럽게 가공하는 보조 기호는 용접선 양 끝에 가는 직선으로 표시하여 매끄럽게 가공함을 나타냅니다.

  • 필릿 용접의 종류 (하중 방향): 전면 필릿, 측면 필릿, 경사 필릿 등이 있으며, 연속 필릿은 형상에 따른 분류입니다.







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