INDEX
히터로 브레이징
브레이징에 관해서
브레이징은 금속을 함께 접합하는 용접 방법입니다.
브레이징은 고온으로 가열된 모재의 열전도에 의해 모재보다 융점이 낮은 납재를 용융시켜 합금층을 형성함으로써 모재가 거의 녹지 않고 강한 결합을 형성합니다.
브레이징과 납땜의 차이점
납땜과 브레이징 차이는 용가재의 융점에 의해 결정됩니다.
브레이징은 융점이 450℃ 이상인 용가재를 사용하고, 납땜은 융점이 450℃ 이하인 용재를 사용합니다.
예를 들어, 상업적으로 이용 가능한 솔더의 융점은 알루미늄 브레이징의 경우 580℃ 이상, 구리 브레이징의 경우 735℃, 450℃ 이상의 은 브레이징의 경우 745℃입니다.
이에 반해 일반적인 납 함유 솔더의 융점은 183℃이고 무연 솔더의 융점은 217℃입니다.
강도의 차이
브레이징은 납땜보다 강합니다.
그러나 접합 강도는 납땜 강도만으로 결정되지 않습니다.
일반적으로 모재가 강하고 브레이징 조인트가 얇을수록 조인트가 강해집니다.
브레이징의 특징
◎모재를 융점까지 가열할 필요가 없어 모재에 대한 열적 영향이 적어 얇고 작은 물체의 접합이 용이합니다.
◎ 모재를 열화시키기 어렵습니다.
◎융점이 다른 이종재료의 접합이 가능합니다.
[주의] 열팽창계수가 다른 브레이징은 냉각 시 수축량의 차이로 인해 브레이징 층이 찢어지는 현상이 발생하므로 접합 방법을 고려해야 합니다.
◎납땜은 모재보다 녹는점이 낮아 재가열로 납땜점을 제거하거나 재접합이 가능합니다.
*밀접한 두 부품을 2단계로 브레이징할 때 융점이 다른 브레이징 충전재를 사용하여 첫 번째 재용융을 방지할 수 있습니다.
◎ 볼팅 등의 기계적 접합 방식과 달리 기밀 및 수밀 밀봉이 가능합니다.
◎조인트가 많은 복잡한 형상도 접합이 가능합니다. (다점 일괄 결합)
◎접착제에 의한 접착과 달리 전기전도성이 있습니다.
◎ 실드아크용접에 비해 기술이 많이 필요하지 않고 비교적 짧은 시간에 작업절차를 익힐 수 있습니다.
◎조인트의 형상을 고려하여 모재에 필적하는 강도의 조인트 제작이 가능합니다.
◎ 작업을 비교적 자동화할 수 있습니다.
브레이징 필러 재료 정보
브레이징 용가재는 모재보다 융점이 낮아 접합에 사용되는 첨가 금속있습니다.
모재의 열전도를 이용하여 납재를 융점 이상으로 가열하여 용융시킨 후 모세관 현상에 의해 접합부에 확산시켜 사용합니다.
브레이징 필러 재료 선택
1. 브레이징의 융점은 모재의 융점보다 낮아야 합니다.
융점은 적절해야 하며, 브레이징 중에 부품이 함께 녹지 않는 조성이어야 합니다.
2. 습윤성 및 적당한 유동성
3. 브레이징 이음은 강도와 같은 기계적 특성, 전기 전도성과 같은 전기적 특성 및 작동 환경에서 내식성과 같은 요구되는 특성을 가져야 합니다.
4. 와이어와 플레이트로 쉽게 가공할 수 있는 재료여야 합니다.
합금은 이러한 요구 사항을 준수하는 경우 납땜 용가재로도 사용할 수 있습니다.
실제로는 작업성, 작업부하, 경제성 등 다른 요소들도 중요한 선택사항이며 사용할 수 있는 납재의 종류는 제한적있습니다.
브레이징 충전재의 융점
납재의 융점이 낮으면 가열시간을 단축할 수 있어 경제적이고 모재의 열화를 방지할 수 있습니다.
따라서 순금속을 사용하기 보다는 녹는점을 낮추기 위해 합금원소를 함유한 납재가 많습니다.
예를 들어, 100% 은의 녹는점은 961.8℃인데, 28%의 구리를 첨가하고 은의 비율을 72%로 하면 녹는점이 780℃로 변합니다. 이 구성을 공융 구성이라고 합니다.
저융점 원소를 첨가하여 융점을 낮출 수도 있다. 황동 브레이징은 구리에 저융점 아연을 첨가하여 만듭니다.
대부분의 은 납땜에는 구리 외에 아연이 추가됩니다. 이 베이스에 주석이나 니켈이 첨가된 은 납땜 용가재도 있습니다.
그러나 저융점 첨가 금속의 비율이 너무 높으면 브레이즈가 부서지기 쉽고 작업성이 좋지 않을 수 있습니다.
브레이징 원리
많은 금속의 표면부는 공기 중의 산소가 모재 원자와 반응하여 산화 피막을 형성하고 있습니다.
산화 피막이 형성된 금속 표면에 시 용융된 용접재을 접촉시켜도, 용접재금속 원자와 모체의 금속 원자는 서로 끌어당길 수 없습니다.
분자와 분자 사이에는 분자간 힘이라고 불리는 분자끼리 서로 끌어당기는 힘이 작용하고 있습니다.
산화 피막이 있으면 납의 원자와 모재 원자 사이에는 서로 끌어당기는 힘이 작용하지 않습니다. 이 상태를 용접재하지만 모재에 젖지 않는다고 합니다.
이미지는 신품 우산에 물방울이 부착된 상태입니다. 용접재은 분자간 힘이 작동하지 않기 때문에 흐릅니다.
브레이징을 하기 위해서는 모재에 용융된 용접재이 젖는 것이 조건이며, 이를 위해서는 산화 피막을 제거할 필요가 있습니다.
이 산화막을 제거하기 위해서는, 수소 등의 환원성이 있는 분위기에서 산화물 중의 산소를 제거하고, 금속 원자만을 남기는 방법과 플럭스를 사용하는 방법의 2가지가 있습니다.
녹은 플럭스가 모재 표면의 산화 피막과 접촉하면 산화막 중에서 산소가 취해 모재 금속 원자만이 남습니다.
이 플럭스의 작용에 의해 산화 피막을 화학적으로 제거하고, 용접재재와 모재의 금속면이 직접 접촉할 수 있습니다.
그 상태에서 용융한 용접재이 흐르면, 모재의 금속 원자와 납의 금속 원자가 분자간력을 발휘해 결합합니다. 이 상태를 용접재이 모재에 젖었다고 합니다.
이미지는 발수 효과가 없어진 우산에 비가 침투 확산하고있는 상태입니다.
용접재이 모재에 젖은 후에도 가열을 계속하면, 용접재재 원자가 모재 원자간에 침투해, 용접재재 원자와 모재 원자가 혼재한 영역이 생깁니다.
이 영역을 합금층(확산층)이라고 합니다. 이 합금층에 의해, 접합부를 강고하게 하고 있습니다.
플럭스에 관해서
플럭스의 작용은 금속 표면의 산화 피막을 제거하는 것으로, 플럭스가 산화물과 화학 반응을 하여 생성물(금속염)을 만들어 용해 제거합니다.
붕사나 붕산을 플럭스로서 강이나 구리를 납땜하면 다음 반응에 의해 산화 피막이 용해 제거됩니다.
FeO(산화철) + Na2B4O7(붕사) ⇒ Fe(BO2)2+2NaBO2
CuO(산화동)+ 2H3BO3(붕산) ⇒ Cu(BO2)2+3H2O
플럭스의 작용에는, 모재 표면의 녹 등의 두꺼운 산화물, 코팅재, 유지류, 더러움 등을 제거하는 효과는 없습니다.
따라서 브레이징 전에 이러한 이물질을 제거하는 처리가 필요합니다.
모재에 유분이나 스케일 등의 이물질이 부착되어 있으면 플럭스의 작용을 충분히 발휘할 수 없습니다.
이러한 이물질은 탈지나 연마에 의해 충분히 제거할 수 있습니다.
또한, 일반적으로 플럭스의 융점은 용접재보다 약 50℃ 낮은 온도에서 만들어집니다.
브레이징 가열
브레이징하기 위해서는 가열 작업이 필수적입니다.
따라서, 가열에 의한 모재의 열 영향은 피할 수 없고, 모재의 표면의 산화, 연화, 경화, 조립화 등의 조직 변화가 일어난다.
브레이징 가열에는 여러 가지 방법이 있지만 모든 가열 방법에서 가장 중요한 요소는 온도 관리입니다.
접합부 부근의 모재를 소정의 용접재 온도까지 균일하게 가열하고, 용접재이 흐르기 시작하면 접합부에 완전히 침투할 때까지 그 온도를 유지합니다.
온도 변화를 억제하여 안정된 온도 관리를 할 필요가 있습니다.
또한, 가열 온도나 가열 시간은 모재의 형상이나 납의 재질에 따라 바뀌므로, 최적의 가열 조건을 구별할 필요가 있습니다.
브레이징 가열 포인트
◎ 브레이징부를 직접 가열하지 않고, 접합부 부근의 모재로부터 가열해, 그 전도열로 납을 용융시킵니다.
◎모재를 과열하면 표면에 두꺼운 산화 피막이 형성되어, 플럭스의 산화 피막 제거 작용의 효과가 발휘하기 어려워져, 모재에 납이 젖지 않게 됩니다.
또한 과열로 인해 모재에 대한 열 영향이 커지거나 모재의 용융 온도에 도달하여 용융되어 버립니다.
◎열용량이나 두께가 다른 경우, 큰 쪽 두꺼운 쪽으로부터 가열한다
◎ 브레이징 온도의 기준은 모재의 색과 플럭스의 녹는 상태를 보고 판단한다.
할로겐 히터에서 이들 외에 방사 온도계를 사용하여 피드백 제어에 의해 가열 온도를 관리할 수 있습니다.
◎용접재 은 모세관 현상에 의해 접합부의 간극에 들어가기 때문에 필요 이상으로 납땜을 사용하지 않는다.
접합부의 간격에 대해서
브레이징은 용접재이 모세관 현상으로 틈새로 흐릅니다. 틈이 너무 넓으면 틈이 적은 쪽에 용접재이 흐르거나, 브레이징 후에도 틈이 남아, 접합 불량의 원인이 됩니다.
적절한 간격을 파악하고 브레이징해야합니다.
브레이징의 종류와 적절한 브레이징 간격
