가스텅스텐/CO2가스 아크용접기능사 필기시험 1회 핵심요약노트 및 실전테스트

📝 가스텅스텐/CO2가스 아크용접기능사

필기시험 1회 핵심 요약노트

아래에 정리되어 있는 핵심포인트를 먼저 공부하신 후에

본 글 최하단에

실전테스트를 하시면 됩니다.

I. 용접의 기초 및 용접법 분류

1. 용융 금속의 이행 형태 (용적이행)

용접봉에서 모재로 용융 금속이 옮겨가는 용적이행 상태에는 글로뷸러형, 스프레이형, 단락형 등이 있습니다. **핀치효과형(Pinch effect)**은 이러한 이행 상태를 유발하는 물리적 현상이며, 이행 형태로 분류하지 않습니다.

2. 용접법의 분류 (용극식/비용극식)

용극식 용접 (소모성 전극식): 전극이 소모되는 방식으로, 서브머지드 아크 용접 (SAW), 불활성 가스 금속 아크 용접 (MIG), 솔리드 와이어 이산화탄소 아크 용접 (CO2 용접) 등이 포함됩니다.
비용극식 용접 (비소모성 전극식): 전극이 소모되지 않고 열원 역할만 하는 방식으로, **불활성 가스 텅스텐 아크 용접 (TIG 용접)**이 대표적입니다.
- TIG 용접 전극 재질: TIG 용접에는 텅스텐(Tungsten) 재질의 전극봉을 사용합니다.

3. 융접과 압접

압접(Pressure Welding): 외부의 힘(압력)을 가하여 접합하는 방식으로, **점용접(Spot Welding)**이 여기에 해당합니다.
융접(Fusion Welding): 모재를 녹여 접합하는 방식으로, MIG, SAW, TIG 용접 등이 여기에 해당합니다.

4. 납땜 구분 온도 및 가스 용접 연료

납땜을 연납땜과 경납땜으로 구분하는 기준 온도는 450ºC 입니다.
가연성 가스 중 산소와 혼합하여 연소할 때 불꽃 온도가 가장 높은 가스는 아세틸렌입니다. 산소-아세틸렌 불꽃의 온도는 약 3,430ºC에 달합니다.

II. 용접 장비 및 전기적 특성

1. 직류 아크 용접의 극성 (DCSP / DCRP)

직류 용접에서는 극성 연결에 따라 용접부의 열 발생 분포와 특성이 크게 달라집니다.

정극성 (DCSP, Direct Current Straight Polarity):
- 연결: 모재 (+)극, 용접봉 (-)극
- 열 발생 비율: 모재에서 약 70%, 용접봉에서 약 30%의 열이 발생합니다.
- 용접 특성: 용입이 얕고, 비드 폭이 좁으며, 용접봉 녹음 속도가 느립니다.
- 적합 용접: 박판 용접 및 TIG 용접 (스테인리스강 등)에 적합합니다.
역극성 (DCRP, Direct Current Reverse Polarity):
- 연결: 모재 (-)극, 용접봉 (+)극
- 열 발생 비율: 모재에서 약 30%, 용접봉에서 약 70%의 열이 발생합니다.
- 용접 특성: 용입이 깊고, 비드 폭이 넓으며, 용접봉 녹음 속도가 빠릅니다.
- 적합 용접: 후판 용접에 적합합니다.
스테인리스강 TIG 용접: TIG 용접 시 스테인리스강에 적합한 극성은 **DCSP (직류 정극성)**입니다.

2. 용접기의 전기적 특성

정전압 특성: 부하 전류가 변화해도 단자 전압은 거의 변하지 않는 특성입니다.
정전류 특성: 부하 전류나 전압이 변해도 단자 전류는 거의 변하지 않는 특성입니다.
수하 특성: 부하 전류가 증가하면 단자 전압이 낮아지는 특성입니다.

3. 용접 입열량 및 용융 속도

용접 입열량 (Joule/cm): 단위 길이 1cm 당 발생하는 전기적 에너지로, 다음 공식으로 계산됩니다.
용접 입열량 (J/cm) = (60 x 아크 전압(V) x 아크 전류(A)) / 용접 속도(cm/min)
- 예시: 아크 전압 30V, 아크 전류 150A, 용접 속도 20cm/min 일 때: (60 x 30 x 150) / 20 = 13,500 J/cm
용접봉 용융 속도: 아크 전류 x 용접봉 쪽 전압강하에 의해 주로 결정되며, 아크 전압이 아닌 용접봉 쪽에서의 전압강하와 가장 큰 관련이 있습니다.

4. 용접기 사용률 및 부속 장치

용접기 사용률: 전체 사용시간 중에서 아크가 발생하는 시간의 백분율로 나타냅니다. (예: 사용률 40%는 아크 발생시간이 40%)
전격 방지 장치: 용접 중 전격 재해를 방지하기 위해 작업 중지 시 용접기의 2차 무부하 전압을 20 ~ 30V로 유지시켜 주는 장치입니다.

III. 용접 재료 및 피복 아크 용접

1. 피복제의 작용

피복 아크 용접봉의 피복제(Flux)는 다음과 같은 중요한 역할을 합니다.

가스 발생: 산화 및 질화 방지(대기 차단).
탈산/정련 작용: 용융 금속의 불순물 제거.
합금 원소 첨가: 용착 금속의 성능 향상.
스패터 발생 감소 및 아크 안정화.
부착 슬래그의 박리성 (간접 작업성) 개선.

2. 용접봉 심선 재질 및 종류

용접봉 심선 재질: 주로 저탄소 림드강이 사용됩니다.
저수소계 용접봉 (E4316): 피복제 주성분으로 **석회석(Lime)이나 형석(Fluorite)**을 사용하며, 용착 금속에 발생하는 수소량이 적어 인성(Toughness)이 좋은 용접봉입니다.
CO2 솔리드 와이어 기호: YGA-50W-1.2-20 형식에서 Y는 용접 와이어를 의미합니다.

IV. 용접 결함 및 안전/품질 관리

1. 용접 결함의 원인 및 보수

언더컷 (Under Cut): 모재를 깎아 먹는 결함으로, 용접 전류가 너무 높거나, 아크 길이가 너무 길거나, 부적당한 용접봉을 사용했을 때 발생하기 쉽습니다.
오버랩 (Over Lap): 용융 금속이 모재 위에 겹쳐 쌓이는 결함으로, 결함 부분을 깎아내고 재용접하는 것이 가장 올바른 보수 방법입니다.
균열 보수: 크랙 발생 시 드릴로 정지 구멍을 뚫거나 결함 제거 후 덧붙임 용접을 합니다.

2. 예열 및 잔류 응력 제거

예열 (Preheating): 용접 전에 피용접물의 전체 또는 이음부 근처 온도를 올리는 것으로, 저온균열 방지를 목적으로 합니다.
저온균열 (Cold Cracking): 일반적으로 200 ~ 300ºC 이하의 온도에서 발생합니다.
잔류 응력 제거: 용접선 양측을 일정 속도로 이동하는 가스 불꽃에 의해 가열한 다음 곧 수랭하여 용접선 방향의 응력을 완화시키는 방법은 저온 응력 완화법입니다.

3. 가우징 및 절단

아크 에어 가우징의 장점: 가스 가우징이나 치핑에 비해 작업 능률이 2 ~ 3배 높고, 활용 범위가 넓으며, 장비 조작이 용이합니다.
가스 절단 조건: 양호한 절단면을 얻기 위해서는 드래그(Drag) 양이 가능한 작아야 합니다.
수중 절단 가스: 수중 절단에 가장 적합한 가스는 산소 - 수소가스입니다.

4. 안전

인체 위험 전류: 일반적으로 사람의 몸에 50mA 이상의 전류가 흐르면 순간적으로 사망할 위험이 있습니다.
전격 주의: 낮은 전압에서도 주의해야 하며, 습기 찬 구두나 도구를 사용해서는 안 됩니다.

V. 재료 일반 및 금속 조직 (야금)

1. 주철 및 강 (Fe-C 계)

킬드강 (Killed Steel): 완전 탈산시켜 제조한 강입니다.
Fe-C 평형상태도 핵심:
- 공석점: 723도C에서 약 0.80%C를 함유한 점입니다.
- 공정점: 1,148도C에서 약 4.3%C를 함유한 점입니다.
- 순철의 자기변태 온도 (A2 변태점): 768도C입니다.
주철: 구상흑연과 편상흑연의 중간 형태의 흑연 조직을 갖는 주철은 CV 주철입니다.

2. 합금의 주성분

황동 (Brass): Cu + Zn (구리 + 아연)
청동 (Bronze): Cu + Sn (구리 + 주석)
포금 (Gun Metal): Cu에 8 ~ 12% Sn을 함유한 청동의 일종입니다.

3. 금속 조직 및 열처리

담금질 후 조직의 경도/강도 순서 (높은 순): 마텐자이트 (M) > 트루스타이트 (T) > 소르바이트 (S) > 펄라이트 (P) > 오스테나이트 (A) > 페라이트 (F)
- 따라서 담금질에 의해 나타난 조직 중 경도와 강도가 가장 높은 것은 마텐자이트입니다.
결정 격자 형태: 상온에서 구리(Cu)의 결정 격자 형태는 **FCC (면심 입방 격자)**입니다.
재결정 온도: **아연(Zn)**의 재결정 온도가 상온인 24도C 정도로 가장 낮습니다.
고주파 담금질 특징: 직접 가열하므로 열효율이 높습니다.

4. 특수 합금

불변강: 온도 변화에 따라 열팽창 계수나 탄성 계수가 변하지 않는 강종으로, 인바, 엘린바, 슈퍼인바 등이 있습니다. 모넬메탈은 불변강에 속하지 않습니다.
라우탈 (Lautal): Al-Cu-Si 합금으로, 주조성을 개선하고 절삭성을 좋게 하며, 시효 경화성이 있습니다.
연질 자성 재료: 퍼멀로이 (니켈-철 합금)는 연질 자성 재료입니다.

VI. 도면 및 제도 (기계 제도)

1. 투상도 및 제3각법

투상도: 대상물을 하나의 평면에 투영하여 나타낸 그림이며, 물체의 모양을 정확히 나타내기 위해 여러 방향에서 본 그림들을 약속된 규칙에 따라 배열한 것입니다.
제3각법 배치 원칙:
- 평면도는 정면도의 상부에 도시합니다.
- 저면도는 정면도 밑에 도시합니다.
- 좌측면도는 정면도의 좌측에 도시합니다.
- 우측면도는 정면도의 우측에 도시합니다. (평면도의 우측이 아님)

2. 치수 표현 및 선의 종류

참고 치수: 치수 값에 **괄호 (24)**를 붙여 표시합니다.
선의 종류: 대상물의 일부를 떼어낸 경계를 표시하는 선은 가는 실선입니다.
기타 치수 기호: S(지름 기호) 24 (구의 지름), t=24 (두께 24), ㅁ 24 (정사각형 변의 길이 24).

3. 배관 도시 기호 (유체의 종류)

A (공기, Air)
W (물, Water)
G (가스, Gas)
O (기름, Oil)
S (수증기, Steam)
C (냉수, Cold water)

4. 도면의 분류 및 KS 기호

용도에 따른 분류: 계획도, 상세도, 제작도, 검사도, 주문도, 승인도, 설명도.
내용에 따른 분류: 부품도, 배치도, 조립도.
KS 기호:
- SV: 리벳용 압연강재, 리벳용 원형강재
- SC: 탄소 주강품
- SB: 보일러 및 압력 용기용 탄소강
- PW: 합판

VII. 기타 용접 용어 정의

1. 현장 용접 (Field Welding)

현장 용접이란 구조물을 공장에서 제작하여 현장까지 운반한 후, 최종 설치 위치에서 부재 간의 이음을 용접하는 작업을 말합니다. 일반적으로 공장 용접에 비해 작업 환경이 불리하고 품질 관리가 어려울 수 있습니다.

2. 풋 밸브 (Foot Valve)

풋 밸브는 용접 장비에서 작업자가 발로 조작하여 용접 전류나 가스 공급을 제어하는 장치입니다. 특히 TIG 용접 시 아크 발생과 소멸, 그리고 전류량을 세밀하게 조절하여 용접 품질을 높이는 데 필수적으로 사용됩니다.

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