[스크랩] [펌] 용접-브레이징의 정의 원리 및 이점
브레이징 정의, 원리 및 이점 용접
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◈ 브레이징 정의, 원리 및 이점 ● 브레이징의 정의 브레이징이란 450C 이상에서 접합하고자하는 모재(BASE METAL) 용융점(MELTING POINT) 이하에서 모재는 상하지 않고 용가재와 열을 가하여 두 모재를 접합하는 기술이다. 더 자세히 말하자면 450C 이상의 액상선 온도(LIQUIDUS TEMPERATURE)를 가진 용가재를 사용하며 모재의 고상선 온도(SOLIDUS TEMPERATURE) 이하의 열을 가하여 두 모재를 접합하는 방법을 브레이징(BRAZING)이라 할 수 있다. 참고로 용가재(FILLER METAL)를 가지고 접합하는 방법은 크게 웰딩(WELDING), 브레이징(BRAZING), 솔더링(SOLDERING)으로 나눌 수 있다. 흔히 웰딩(WELDING)을 용접, 브레이징(BRAZING)을 경납땜, 솔더링(SOLDERING)을 연납땜으로 말하기도 한다. 상기 3가지 공법의 차이는 솔더링은 450°C 이하의 용가재를 가지고 접합하는 방법을 칭하며 welding과 브레이징은 450°C 이상의 온도에서 행해지나 그 차이점은 웰딩은 접합하고자 하는 모재의 용융점(MELTING POINT) 이상에서 접합하는 방법이며 브레이징은 용융점(MELTING POINT) 이하에서 모재(BASE METAL)는 상하지 않고 용가재(FILLER METAL)를 사용하여 열을 가하여 두 모재를 접합하는 기술을 의미한다.
<표 1> 브레이징, 솔더링, 웰딩의 주요 특성 ● 브레이징의 원리 브레이징시 일정한 온도(BRAZING TEMPERATURE)에 이르면 브레이징 용재(BRAZING FILLER METAL)가 양 용재 사이로 녹아 스며 들어가서 브레이징이 되어야만 이상적인 브레이징이라 할 수 있다. 이때 양 모재와 용가재(FILLER METAL)의 친화력의 정도를 나타내는 성질을 젖음성(WETTING)으로 표현할 수 있으며 양 모재 접합간격(JOINT GAP) 사이로 흘러 들어가게 하는 현상이 모세관 현상(CAPILLARY ACTION)이라 표현할 수 있다. 이때 물론 중력(GRAVITY)이 작용할 수 있다. 그러나 브레이징의 주된 기본 원리는 모재를 가열한 후 용가재를 가하여 접합을 하면 젖음성(WETTING)에 의해 용가재가 양 모재에 녹아서 모세관 현상(CAPILLARY ACTION)에 의해 양 모재 사이로 흘러 들어가는 것이라 할 수 있다. 만일 용가재가 브레이징 해야 할 모재와 젖음성이 나쁘면 접합이 이루어지지 않을 것이며, 접합간격이 크면 양 모재 사이에 용가재(FILLER METAL)가 가득 차지 않음에 따라 불완전한 접합이 될 것이다. 일반적으로 브레이징시 모재가 장시간 대기중에 방치되었거나 또는 가열시 공기중의 산소 등과 결합하여 산화물 등이 생겨서 불활성상태가 되어 있는 경우에는 액상 금속이 젖기(WETTING)가 힘들어질 것이다. 또한 금속을 브레이징할 때 플럭스를 사용하거나 환원성 분위기 또는 진공분위기 중에서 가열함으로써 산화물 생성을 억제하여 용가재가 잘 젖게끔 만들어야 할 것이다. 이 일이 끝나면 올바른 모세관 현상에 의해 용가재가 양 모재 사이로 잘 흘러 들어가야 할 것이다. 특히 모세관 현상은 브레이징하고자 하는 가공품의 정밀도와 연관이 많이 있다. 즉 브레이징에 이상적이게 제품을 설계하지 못할 경우는 작업성이 떨어질 뿐 아니라 원가상승, 불량률 증가의 원인이 될 것이다. 즉, 브레이징을 할 때, 중력은 자연 발생적으로 작용하며 제품을 조립할 때 중력을 고려하여 장착해야 할 것이다. 모세관 현상과 중력은 용재의 흐름에 많은 영향을 미치고 젖음성(WETTING)은 용재의 친화력과 많은 연관이 있다. ● 젖음성(WETTING) 용가재 (FILLER METAL)가 녹았을 때 젖음성의 정도에 따라 모재와 친화력이 있느냐 없느냐 또는 플럭스(FLUX)나 분위기(ATMOSPHERE)가 제 역할을 하느냐 하지 않느냐의 척도가 될 것이다. 이 젖음성을 설명하고자 고상의 납작한 평면에 액상의 방울(DROPLET)을 떨어뜨렸을 때 경우를 생각해 보자. 물론 이때 중력은 무시하며, 또한 고상, 액상, 기체상의 화학반응도 무시한다. 젖음성이 일어나느냐 나지 않느냐의 경계는 90°(θ각)로 생각할 수 있을 것이다. 즉 각이 90° 이하이면 젖음성이 있는 것이며 90° 이상이면 젖음성이 일어나지 않을 것이다. 일반적으로 대부분의 브레이징시 θ각은 10°에서 40° 사이이다. 이것은 대부분 브레이징 모재의 접합간격에 의해 결정된다. ● 모세관 현상(CAPILLARY ACTION) 모세관 현상은 브레이징 공정에서 대단히 중요한 물리적인 현상이다. 용재 유동도는 모세관 현상에 의한 힘, 점도, 용융금속의 밀도, 접합면의 중력에 대한 위치 등에 의해 좌우된다. 일반적으로 용재의 흐름을 억제 시키는 점도는 용융상태에서 온도와 상관관계가 있다. 여기에서 보면 온도가 올라갈수록 점도에 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 즉 온도가 올라갈수록 용재의 유동도는 증가한다고 볼 수 있다. 아무튼 모세관 현상은 브레이징시 앞서 이야기한 바와 같이 대단히 중요한 물리적인 힘이며, 이는 앞에서 설명한 바와 같이 접합간격(JOINT GAP)과 대단히 밀접한 관계가 있으며, 아울러 용재 종류, 점도, 밀도, 접합면의 증력에 대한 위치, 가열방법 등과도 대단히 밀접한 상관관계를 가지고 있다. ● 브레이징의 이점 브레이징 기술은 오늘날 급격한 산업발달과정 속에서 가장 광범위하게 사용되는 접합기술의 하나이다. 특히 우주항공산업, 자동차산업, 냉동 및 공조산업, 가정용품 산업, 액세서리산업, 기타 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있으며, 그 이유는 다음과 같은 이점을 지녔기 때문일 것이다. - 이종금속부품 접합 가능 동종금속이든 이종금속이든 접합이 다양하게 가능함에 따라 재료원가절감이 가능함과 동시에 새로운 부품의 개발도 가능하다. - 크게 다른 부품이라도 접합 가능 크게 다른 제품, 특히 크기 및 두께가 다른 제품의 접합이 용이함에 따라 원가절감 및 다양한 부품의 설계가 가능하다. - 강한 접합강도 다른 접합보다 비교적 강한 접합강도를 가진다. 철과 비철을 브레이징할 경우 접합부의 인장강도(TENSILE STRENGTH)가 모재보다 강한 경우가 있으며 스테인리스강의 경우 브레이징 접합부가 130,000PSI 이상의 인장강도를 갖게끔 설계가 가능하다. - 미려하고 정교한 접합부 가능 브레이징후 깨끗한 JOINT를 얻을 수 있음에 따라 좀처럼 그라인딩이나 줄질 등 기계적인 가공을 할 필요가 없다. - 세척성, 기밀성, 내부식성 등 다양한 특성유지 가능 접합부가 금속 야금학적인 접합이기 때문에 연성, 내충격성, 내진동성, 기밀성, 열전도성, 내식성 등 다양한 특성을 가지게 브레이징이 가능하다. - 수동 및 자동화가 용이 손 TORCH 하나 가지고서도 간단히 브레이징이 가능하며 아울러 대량 생산하는 제품은 자동 브레이징/솔더링 기계에 의하여 자동화가 용이하다. - 다양한 용재 형상제 가능 봉, 선재, 판재, 특수형상, 페이스트 등 다양한 형상의 재료 선택이 가능함에 따라 다양한 엔지니어링이 가능하다. |