본문 바로가기 주메뉴 바로가기
접합기술의 핵심 BRAZING
저희 (주)대경테크윈이 만들어가겠습니다.
-->
브레이징 기술 소개

8. 각종 금속의 Brazing

  • 등록일 : 2018-02-26
  • 조회수 : 3,374
각종 금속의 Brazing
 
 8-1. 동과 동합금
  
 동과 동합금은 일반적으로 도전성, 열전도성 등에 있어서 우수한 성질을 갖고 있기 때문에 널리 사용되고 있다.
동제품은 가끔 Brazing후에 Softening화 될 가능성이 있으며 이러한 현상을 막기 위하여 브레이징 후 물 등으로 급냉을 한다거나, 최대한 열손실을 줄이겠끔 Fixture를 설계하거나, 저융점합금을 사용하여 과열을 막아야 한다.
또한 몇몇의 동합금 들은 브레이징 하는 동안 냉간가공, 주물, 기계가공 등으로 생긴 잔류스트레스 때문에 Crack을 유발 할 수 있다. 즉 가열, 냉각 등으로 인하여 불균일한 스트레스가 용재가 녹는 동안에 Crack을 유발할 가능성이 높다.
따라서 황동, 냉간가공된 인청동 등은 이러한 이유 때문에 균일한 열을 주어야 하며, 과열을 주지 말아야 한다.
산화동은 수소 분위기에서 사용할 때 취성이 생길 가능성이 있다. 즉 분위기 내의 수소가 산소와 반응하여 스팀(H2O)형태로 나타나며, 동입계 내에 기공을 생기게 하면서 팽창하기 때문이다.
또한 아세틸렌 불꽃과 환원성 분위기 가스의 일산화탄소는 모재에 수분이 존재 한다면, 수분을 분해하여 수소를 생성하기 때문에 취성을 만들 가능성이 있으며, 920℃이상 온도에서 장시간 가열하면 입계 내 산화물을 생성하여 또한 취성을 유발할 것이다. 따라서 위의 내용을 기초로 하여 다음사항에 유념해야 한다.

  1. 가능하면 과열을 주지 말아야 한다.
  2. 인청동, 실리콘 청동, 니켈 실버 등의 재료가 냉간가공된 것을 브레이징 시 가열을 균일하게 해야 한다. 즉, 저항, 유도, 침지, 산소사용 가스브레이징 기자재는 가열이 급작스럽게 하기 때문에 크랙을 증가 시킬지 모른다.
  3. 산화동의 경우 수소 함유 분위기로에서 브레이징 하는 것을 가급적 피해야 한다. 또한 수소의 취성은 시간과 온도에 따라 대단히 민감하며 높은 온도에서 장시간 가열시 취성은 증가 할 것이다.
  4. 납함유 동합금은 납편석이 있을 가능성이 크다. 따라서 큰 제품을 토치로 브레이징 하거나 로 브레이징 시에는 취성이 생길 가능성이 크다.
  5. 황 함유동을 불활성 가스나 수소 분위기에서 로 브레이징 시 문제를 일으킬지도 모른다. 이는 황이 증발하여 동(銅)표면에 산재해 있기 때문이다.
  6. 모재가 황동일시 아연의 기화현상에 따라 가능하면 분위기 로를 사용한 브레이징은 피해야 한다.
  
 8-2. 저탄소, 저합금 공구강
  
 상기 재질의 경우 토치, 로, 유도가열 등이 가장 상용화 되어있다. 카바이트 공구강의 접합 시 몸체와 카바이트 팁과 열팽창계수, 질량이 크게 다르기 때문에 기계선택시 이 점을 유의해야 한다.
고탄소강이나 합금강으로 된 공구를 납땜하는 경우에는 열처리 온도에 견디는 땜납이 필요하다. 즉, 탄소공구강의 담금질 온도는 760 - 820℃이상의 땜납이 필요하다. 납땜과 동시에 담금질 하는 경우에는 담금질 온도 가까이나 그 이하의 응고 온도를 갖는 땜납을 쓴다.
  
 8-3. 주철
  
 주철은 대개 회주철, 반주철 등으로 나누어지는데 Graphite를 제거하기 위한 세척공정을 거처야 브레이징이 가능하다. 브레이징 온도는 경도와 강도의 감소를 막기 위하여 가능한 낮아야 한다.
땜납에는 니켈을 포함한 은납 BAg-3, 4가 좋다. 동납, 황동납도 쓰이나 융점이 높다. 또 강이나 주철의 납땜에는 인을 포함한 땜납, 죽 인동납을 사용하면 인과 철의 취약 화합물을 만들어 이음이 부스러지게 된다.
브레이징을 위한 기자재는 강의 브레이징과 마찬가지로 로, 토치, 유도가열, 침지브레이징 방법이 가능하다.
  
 8-4. 스테인레스 강
  
 스테인레스강의 닙땜에는 보통 은납이나 황동납이 쓰인다. 특히 내식성을 요구하는 경우에는 니켈을 포함한 은납을 사용하는 것이 좋다. 고온에서 강도가 요구되는 때는 니켈-크롬계나 은-망간계 땜납재와 동납이 적합하다.
납땜작업의 요령은 모재의 종류에 따라 크게 다르다. 즉, 보통 18-8스테인레스강
(오오스테나이트계 스테인레스강)의 납땜에서는 모재를 500 - 800℃ 정도로 가열하면 그 부분의 내식성이나 기계적 성질이 저하되는 수가 있다. 이는 가능한 빨리 가열, 냉각시켜서 약화를 막는다.
니켈을 함유하지 않고 크롬이 비교적 적은 스테인레스강, 즉 13크롬 스테인레스강(마르덴사이트계 스테인레스강)에서는 변태점(變態點) 이상의 온도에서 냉각하면 모재가 경화된다. 이 경우 융점이 낮은 땜납재를 택하며 급냉, 급열을 피한다.
  
 8-5. 니켈 합금과 코발트 함유합금
  
 토치, 로(Furnace), Induction, 저항가열 등이 다용되며, 침지식은 제한된다. BAg용재는 토치 브레이징을 위하여 사용되며, BCu, BNi 등의 용재는 분위기 로에서 가능하다.
  
 8-6. 알미늄과 그 합금
  
 경납땜에는 알미늄-규소계의 땜납이 사용된다. 납땜은 먼저 접합부를 깨끗이 청정한 뒤 강하게 작용하는 용재를 써서 납땜을 한다.
이때 용재의 주성분으로서 각종의 염화물이 쓰인다. 특히 염화리튬이 중요한 역할을 한다. 납땜에서 중요한 것은 온도관리이다.
  
 

[그림 16] 주요 브레이징 합금의 온도 분포

 

 

①분위기로 브레이징
일반적으로 MAX온도는 650℃까지 설계되며 그 편차는 3℃이내이어야 한다. 로 브레이징 시 브레이징 온도에 도달하는 시간보다 30 - 120초정도 더 유지해야 하며, 더 많은 시간을 주었을 시는 오히려 다른 반응때문에 해가 될 것이다.

②불활성 가스 브레이징(Inert gas Brazing)
Inert Gas의 Dew Point는 -51℃이하이어야 하며, 질소의 가격이 저렴하기 때문에 널리 쓰이지만 아르곤, 헬륨 등도 사용된다. 수소 가스는 사용가능하지만 폭발성 등의 위험 때문에 주의 하여야 한다.

③진공로 브레이징(Vaccum Furnace Brazing)
플럭스 없이 진공로에서 브레이징이 가능하며, 이를 위하여 10-5 - 10-6 TORR의 진공로에서 마그네슘과 함께 사용해야 한다. Mg함유 TRAY를 사용하거나, Mg함유 브레이징 용재를 사용해야 한다.

④기타
Dip브레이징과 Torch Brazing, 초음파 브레이징도 가능하며, 온도 콘트롤에 대단히 신경을 써야한다.
  
 [표 8] 진공분위기에 따른 모재 및 용재
  
 
AWS브레이징
분위기 No.
압력(TORR)용재모재
102이상 BCup, BAg
10A0.5-2 BCu, BAg동, 저탄소강
10B0.001-0.5 BCu, BAg탄소강, 저함금강, 동
10C10-3이하 BNi, BAu, BAlsi, Ti합금

내열,내부식강,Al,세라믹 등

  
 [표 9] 가스 분위기에 따른 모재 및 용재
  
 
AWS브레이징
분위기 No.
연료최고
DEW POINT
조성(%)용재모재
H2N2COCO2
1연소연료가스
(저수소)
상온5-1875-111-12BAg, BCup,
RBCuZn
동, 황동
2연소연료가스
(탈탄)
상온14-1570-719-105-6BCu, BAg,
BCup,
RBCuZn
동, 황동, 저니켈,
모넬, 중탄소강
3연소연료가스
(건조)
-4015-1673-7510-11 2번과 같음2번에 추가하여
중고탄소강,
모넬니켈합금
4연소연료가스
(탈탄건조)
-4038-4041-4517-19 2번과 같음2번에 추가하여
중고탄소강
5분해암모니아-547525  BCu, BAg,
BCup, BNi
RBCuZn
1,2,3,4번에 추가하여 크롬함유합금
6(A)N2+H2-681-3070-79  3번과 같음
6(B)N2+H2+CO-292-2070-791-10 4번과 같음
6(C)N2-68 100  3번과 같음
7탈탄소
건조수소
-59100   5번, 코발트,
텅스텐합금,
카바이드
  
 
 참고 : 분위기 No.6, No.7은 2TORR 이하의 압력이어야 한다.
         표 9의 밑줄 친 부분은 기화성 재료를 사용할 때 Flux를 사용해야 한다.
         분위기 No.2의 동은 탈산동이거나 무산화동이어야 한다.
  
 8-7. 세라믹
  
 세라믹은 거의 산화물이며 금속에 비하여 열전달이 대단히 낮기 때문에 장시간 가열을 요하며, 국부적으로 급작스럽게 가열하기가 어렵다. 대부분의 세라믹은 진공로와 불활성 가스 분위기 로에서 브레이징 하는 것이 적합하다.