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접합기술의 핵심 BRAZING
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브레이징 기술 소개

9. 브레이징의 결함과 대책

  • 등록일 : 2018-02-26
  • 조회수 : 3,657
브레이징의 결함과 대책
 
Brazing작업은 Arc용접에 비해 비교적 용이하기 때문에, 작업에 있어서 전처리와 이음부의 설계를 소홀히 하게 되는 경향이 있고 안이한 작업으로 생각하는 등
완전한 이음을 얻기 어려운 점이 있다.
완전한 Brazing결과를 얻으려면 이음의 설계(Joint Design)는 물론, 납재의 선택,
가열방법, 온도, Flux, 모재의 전처리, 후처리 등에 충분한 검토가 필요하다.
일반적으로 Brazing이음부는 납재의 충만(Void)부족 등의 발생이 많아 결함이 많은 것으로 알려져 있지만 정확하게 작업하면 해결이 가능한 요소 들이다.
Brazing에 발생되는 결함에는 많은 종류가 있고 그 발생 원인에도 여러 가지로 생각되지만 중용한 결함으로는 다음과 같은 것들이 있다.
 
 9-1. 납재의 충만부족(Void), 납재의 양은 충분한 경우
  
 * 내용 : 납이 녹아서 틈새를 채우지 못한 ( Void ) 종류에는 여러 가지가 있으나 Brazing부를 X-Ray, 초음파 검사 등을 할 때, 혹은 Brazing부를 벗길 때 발견되는 경우와 외관으로 즉시 판별되는 경우가 있다. Brazing에 가장 많고 발생하기 쉬운 결함의 하나로 Brazing품질을 크게 좌우하는 것이기 때문에 작업에 주의가 요구된다.
* 대책 : 납의 충만부족현상은, Brazing에서 발생하는 결함 중 가장 큰 비중을 차지하는 것으로, 발생 원인에는 상당히 많은 요소가 있다. 단순히 해결되지 않은 것도 많지만, 다음의 사항을 고려한 검토가 필요하다.

9-1-1. 이음부 설계(Joint Design)불량
이음부와 틈새가 좁은 경우 특히 이음부의 틈새가 0.025mm이하로 되면 납의 Void현상의 비율이 높아진다. 또 Pipe등의 이음부 조립과 치구(조임장치 등) 불량에 의해 부분적으로 틈새가 좁게 되는 경우 모세관을 막는 둑(Capillary dam)이 형성되기 때문에 Void불량이 생기게 된다.
즉, 이음부의 틈새는 납재가 충분하게 흘러들 수 있도록 균일하지 않으면 안 된다.

9-1-2. 전처리 불량
Brazing에서는 납재, 모재의 전처리에 세심한 주의가 필요하다. 납재의 구입상태는 비교적 깨끗하지만 보관조건에 의해서 표면이 산화되기도 하고, 혹은 오염되어 기름 등이 부착 되는 경우가 있기 때문에 아세톤, 신나 또는 심한경우 산 등에 의해서 표면을 충분히 닦는다. 모재도 납재와 같이 처리할 필요가 있다.
모재 표면의 청정도는 납재의 유동성을 좌우하는 중요한 요인의 하나이다. 또 모재의 표면거칠기도 납재의 유동성과 강도에 큰영향을 갖기 때문에 일정 방향으로 연삭해서 면의 거칠기는 #80정도로 다듬질 하는 것이 바람직하다.

9-1-3. Flux 및 분위기 불량
Flux와 분위기는 납재 및 모재에 적합한 것이 아니면 안 된다. 예를 들어 STS를 은(Ag)Brazing 하기 위해, 단순한 붕사와 붕산만 사용하면 Brazing이 곤란해지고 불화물을 적당히 함유시킨 것을 알맞은 Brazing온도로 모재표면을 깨끗하게 하도록 해야 한다. 또 분위기 Brazing은 분위기 Gas의 배합과 분위기가 이슬방울로 되는 온도 등에 주의가 필요하다. Flux와 분위기의 선정불량은, 모재에 영향을 미치며 납재의 충만부족(Void)에 큰 영향을 준다.

9-1-4. 가열온도 부족
가열방법의 선정이 불량하거나 또는 과열되거나, 반대로 가열온도부족 또는 불균일한 온도 변화가 생겨 납재가 균일하게 유동되지 않기 때문에 납재 충만부족이 일어난다.
고주파 가열에서는 Coil과 모재사이의 폭, 특히 소재살 두께가 다른 재료, 자기유도율이 다른 재료의 경우는 Coil설계의 검토가 필요하다.
Torch Brazing등에서 Torch의 위치와 각도, 불꽃의 조정에 주의가 필요하다.
저항 Brazing에는 전극의 형상, 재질 등을 바꾸어 온도분포를 균일하게 한다.
  
 9-2. 납재부족
  
 * 내용 : 납재가 부족해서 Brazing이음의 틈새가 충분히 차 있지 않은 상태를 말한다. 특히 틈새가 넓어서 밑으로 흘러 떨어지기도 한다.
* 대책 : Corner부의 Brazing등에서 납재부족 현상이 일어나지만 이것은 주로 납재의 량이 부족한 경우와 이음의 틈새가 넓을 경우 발생하기 쉽기 때문에 Brazing 틈새를 충진하는 데 필요한 량을 사용해 이음의 틈새는 납재가 흘러 최적인 치수로 되도록 한다.
예를 들어, 탄소강과 STS의 Brazing의 경우 최적인 틈새는 0.1 - 0.2정도이며 0.7정도로 되면 납재 부족현상이 발생한다. 또 과열이나 Brazing시간이 길어서 납재가 흘러버려 틈새에 충진량이 부족한 경우도 발생하므로 주의가 필요하다.
  
 9-3. Pin-hole
  
 * 내용 : Brazing부에 작은 구멍이 생기는 것이다. 압력시험 등에 의해서 소량이 새는 것을 알 수 있다.
* 대책 : 전처리가 불충분해서 모재에 부착된 오물과 기름등이 탄화해서 혼입된 경우와 모재의 Gas, 특히 주철 등은 Co Gas가 발생하는 경우가 있고, 이것이 충분히 빠지지 못해서 Pinhole로 남는 경우가 있다.
이것의 방지는 모재를 충분히 청정하게 할 것은 물론이고, 적절한 Flux를 쓰고 주철 등의 모재에 한 번 Brazing온도까지 가열해서 탈 Gas를 한 후 납재를 첨가하는 등의 검토가 필요하다.
  
 9-4. 납재의 산화
  
 * 내용 : 납재가 가열에 의해 산화된 상태와 더구나 산화가 발전되면 Crack, Pin-hole등이 발생할 수 있다.
* 대책 : 납재는 아연, 카드뮴, 주석 등을 함유하고 있는 것으로 과열에 의해 납재 표면, 또는 납재가 산화해서 납재의 성질을 잃기도 한다. 즉, 납재의 산화를 방지하려면 과열을 피하고 적정 Brazing온도로 작업하고, Brazing온도를 길게 하지 않아야 한다. 그러나 두꺼운 재료 등으로 Brazing시간이 긴 경우는 Flux의 수명이 긴 것을 사용함과 동시에, Flux도포량을 많게 하는 것이 좋다.
  
 9-5. 결정입자의 조대화
  
 * 내용 : 결정입이 조대화(組大化) 된 까닭으로 Brazing부의 강도가 낮거나 또는 Crack이 발생하기도 한다.
* 대책 : Brazing시간이 긴 경우, 또는 Brazing온도가 높은 경우 등에 일어나기 쉽기 때문에 적정한 조건으로의 작업이 필요하다.
  
 9-6. 이음부의 납재 유출
  
 * 내용 : 납재가 이음부 이외에 유출되어 제품전체의 외관을 손상하는 경우가 있다.
* 대책 : 이음부의 틈새가 넓은 경우, 또는 과열, 장시간 가열에 의한 경우가 있어 유출을 없게 하려면 틈새 및 가열조건을 정확히 하여 납재의 흐름을 방지하여야 한다. 또 필요한 량 이상의 납재를 사용하거나 Flux를 쓰지 않을 주의가 필요하다.
  
 9-7. Flux 혼입
  
 * 내용 : 납재의 충만 부족과 같은 상태로 Slag가 혼입되는 경우가 있다.
* 대책 : Flux의 사용량이 납재의 사용량에 대해서 많거나, 이음부의 틈새가 불균일했을 때, 가열방법이 불균일한 경우에 일어나는 현상이다. 특히, 이음부의 틈새가 불균일하면 모세관 현상에 의해 끌어당기는 힘이 변해 납재의 흐름이 불균일하게 되어 Flux가 말려 들어가는 것 같이 일부가 남는다.
또 가열방법이 불균일해도 발생한다. 예를 들어 Scarf이음 등에서 선단의 살 두께가 얇은 부분 등은 과열되기 쉽고 외측으로는 납재가 돌지만, 중심부에는 납재가 돌지 않기 때문에 균일한 가열, 납재를 공급하는 위치와 방향에도 검토가 요구된다.
  
 9-8. 납재의 Crack
  
 * 내용 : Brazing후 Brazing부에 Crack이 나타난다.
* 대책 : Brazing이 완료된 후 급냉하면 모재의 수축과 납재의 수축으로 서로 Crack을 발생시킬 수 있다. 조임쇠나 JIG의 불량에 의해서도, Crack의 원인이 되며 납재의 Pasty range등으로, Brazing 위치에서 벗어나 Crack의 원인이 된다.
또 Pasty range( 반 용융구간 )가 넓고, 용분형상이 일어나는 것 같은 납재도 가열속도가 늦은 경우 등 용융 온도가 낮은 부분이 먼저 녹아 남은 부분을 잘 융합시키지 못해 Crack의 원인이 되기 때문에 이와 같은 납재에서는 Brazing부가 Brazing온도에 도달 하자마자 납재를 공급하는 검토가 필요하다.
  
 9-9. 모재의 Crack
  
 * 내용 : 전기동, 또는 가공 응력을 현저하게 받는 탄소강, STS등에 나타난다.
Brazing시, 또는 Brazing 후에도 발생하는 경우가 있다.
* 대책 : 과열에 의해 모재의 결정립이 조대화 되어 Crack이 발생하는 경우도 있다. 또, 전기동과 같이 수소취성을 일으키기도 하기 때문에, Brazing에 있어서는 모재가열과 취성에 관해 작업 전에 충분한 검토가 필요하다.
현저한 가공응력을 가진 상태의 제품을 그 상태로 Brazing하면, 납재에 따라서는 입계 확상에 의해 취화되어 Crack의 원인이 되기도 하기 때문에 되도록 응력제거를 하면서 Brazing하는 방안 등이 필요하다.
이와 같은 경우 납재를 첨가하기 전에 일단, 응력제거 온도까지 올려서 그 후에 납재를 공급하는 것이 바람직하다.
  
 9-10. 이음의 강도부족
  
 * 내용 : 설계 단계에서 예측한 강도보다 낮은 경우
* 대책 : 이음부 설계 불량, 납재의 선정, Flux, 가열방법, 이음의 틈새가 극히 좁거나 넓으면 이음강도와 납재충만 부족 등에 중대한 영향이 있기 때문에 작업 시 기본적인 것을 재확인 하고 충분한 강도를 얻을 수 있도록 세심한 주의가 필요하다.