개념 한 쪽
용접 시 금속은 국부적으로 가열되고 냉각되며, 이 과정에서 조성과 조직이 변하여 기계적 성질에 영향을 미친다. 탄소 함량, 수소의 유입원, 특정 조직의 경도 특성, 그리고 재료별 열전도율은 용접부의 취성·강도·결함 발생과 직접적으로 연결된다. 본 개념은 이러한 주요 요인들을 정리하여 시험 문제를 빠르게 판단하도록 돕는다.
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출제기준 단원 「용접부의 열영향 및 기계적성질」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 탄소 함량과 기계적 성질 판단 | 1 | 탄소 증가에 따른 경도·강도·인성·용접성의 변화 방향을 구분하기 |
| 용접 분위기 수소 발생원 식별 | 1 | 피복제·플럭스·대기 중 어떤 요소가 수소를 공급하는지 가려내기 |
| 금속 조직의 경도 비교 | 1 | 제시된 조직들 가운데 가장 경도가 높은 조직을 고르기 |
일반 탄소강에서 탄소 함량이 증가하면 경도와 인장 강도는 증가하지만 연성과 인성은 저하한다는 관계가 있다. 탄소↑는 단단해짐과 강도 상승을 가져오나 깨지기 쉬운 성질이 커지고, 용접부에서는 마르텐사이트 형성 등으로 인해 용접성이 오히려 저하된다고 정리한다.
용접 분위기 중 수소의 발생원은 주로 수분으로부터 기인한다는 점을 기억한다. 피복제나 플럭스의 흡착수분, 피복제 내 유기물의 열분해, 광물의 결정수 등이 용접 아크 영역에서 수증기나 수소를 발생시켜 금속에 수소를 공급할 수 있다. 반면 모재의 기본 성분은 용접 분위기 중 수소 발생의 직접적인 원인이 되지 않는다고 구분한다.
금속 조직별 경도 차이는 조직의 화학적·미세구조적 특성에 따라 결정된다. 시멘타이트(Fe3C)는 철-탄소 화합물로 결정격자상 전위 이동이 어렵고 결합력이 강하여 다른 조직보다 경도가 가장 높다. 페라이트는 연성이 크고 부드러우며, 펄라이트는 페라이트와 시멘타이트의 혼합층으로 중간 성질을 보인다고 정리한다.
열전도율은 재료의 냉각속도와 반비례 관계를 보인다. 동일한 입열 조건에서 열전도율이 낮은 재료일수록 열이 잘 전달되지 않아 냉각속도가 느리다. 스테인리스강은 구리·알루미늄·연강보다 열전도율이 낮아 용접 후 냉각속도가 가장 느리다.
응고 과정에서 불순물이 특정 부위에 집중되는 현상은 편석으로 정의한다. 편석은 응고 중 용해도가 낮은 성분이 결정립 경계나 특정 위치로 모여 금속 조직의 불균일과 약화를 초래하므로, 용접부 응고 시 이러한 현상을 식별하는 것이 중요하다.
예 1: 선택지에 '탄소 함량 증가 → 용접성 향상'이라는 표현이 나오면 탄소가 증가하면 용접성이 오히려 저하된다는 자료를 근거로 해당 보기를 오답으로 판정한다.
예 2: 용접 중 수소 발생원을 찾을 때는 모재 성분보다 피복제의 흡수수분이나 피복제 내 유기물, 광물의 결정수를 먼저 의심하여 정답을 선택한다.
예 3: 금속 조직의 경도를 묻는 문항에서 시멘타이트가 포함된 보기가 있으면 시멘타이트가 가장 경도가 높다는 점을 근거로 정답을 선택한다.
일반 탄소강에서 탄소 함량의 증가가 기계적 성질에 미치는 영향이 아닌 것은?
정답 ④ · 문제는 탄소 함량이 증가할 때 탄소강의 기계적 성질이 어떻게 변하는지를 묻고 있다. 탄소가 증가하면 페라이트보다 시멘타이트 비율이 커져서 경도와 인장강도가 증가하고 연성과 인성은 감소한다는 철강의 미세구조 원리에 따른 결과이다.
탄소 함량이 증가하면 경도와 강도는 높아지지만, 연성과 용접성은 저하되므로 용접성 향상은 옳지 않다.
용접분위기 중에서 발생하는 수소의 원(源)이 될 수 없는 것은?
정답 ① · 문항은 용접분위기에서 발생하는 수소의 근원이 될 수 없는 것을 찾는 문제이다. 수소 발생의 주요 원인은 수분이므로 플럭스에 흡수된 수분, 고착제 등에 포함된 수분, 대기 중의 수분 모두 수소의 근원이 된다.
플럭스의 무기물은 고체 성분이므로 수소 원인이 될 수 없으며, 수분(수소)은 액체나 기체 상태여야 방출된다.
금속의 조직 중에서 가장 경도가 높은 것은?
정답 ④ · 문제는 금속 조직 중에서 경도가 가장 높은 상을 묻고 있다. 시멘타이트(Fe3C)는 탄화물 성분의 금속간 화합물로 전위 이동이 매우 어렵고 따라서 경도가 가장 높으며 취성이 크다.
시멘타이트는 탄소화철로 강철 조직 중 가장 단단하고 취성이 크며 경도가 최고 수준이다.
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