동 브레이징(납땜) 설명: 강력하고 신뢰할 수 있는 연결을 위한 기술 및 팁

수년간 동관과 피팅 접합에 가장 흔히 쓰인 두 방법은 납땜(soldering)과 브레이징(brazing)입니다. 이 검증된 방법들은 여러 면에서 유사하지만, 명확히 구별되는 차이점도 있습니다.

이 글은 두 접합 공정의 유사점과 차이점을 설명하여 어떤 접합 방법이 더 바람직한지 판단하는 데 도움을 줍니다.

동 브레이징이란?

동관 접합의 가장 일반적인 방법은 소켓 타입의 동 또는 동 합금 피팅을 사용해 관 단부를 삽입하고 필러 금속으로 납땜 또는 브레이징 공정으로 고정하는 것입니다. 이 이음 유형을 모세관 이음 또는 랩 이음이라 부르는데, 피팅 소켓이 관 단부를 겹쳐 모세관 공간을 형성하기 때문입니다.

이 공간을 모세관 공간이라 합니다. 이음을 형성하기 위해 겹치는 피팅과 관 표면을 페이싱 표면이라 합니다. 필러 금속을 모세관 공간에 녹여 넣어 이 표면들에 부착시킴으로써 관과 피팅을 단단히 접합합니다.

필러 금속은 관이나 피팅보다 융점이 낮은 금속 합금입니다. 동 합금 UNS C12200의 융점은 1082℃(1981℉)입니다. 필러 금속이 450℃(840℉) 이하에서 녹으면 납땜, 그 이상이면 브레이징입니다.

왜 동 브레이징을 사용하는가?

동 브레이징은 더 큰 접합 강도가 필요하거나 350℃ 이상에서 운전되는 시스템에 사용됩니다.

대표적 용도:

• 소방 배관
• 공조 및 냉동
• 연료 가스 배관
• 급수 배관

산소 함유 동과 무산소 동 모두 만족스러운 물성의 접합부를 만들 수 있습니다. 어닐링된 동 브레이징 이음의 최대 강도는 랩 이음으로 달성됩니다.

사용 화염은 약한 탄화 화염이어야 합니다. 모든 은 브레이징 합금을 적절한 플럭스와 함께 사용할 수 있습니다. 구리-인 또는 구리-인-은 합금으로는 플럭스 없이도 브레이징 이음을 만들 수 있지만, 플럭스를 사용하면 외관이 더 좋아집니다.

동 납땜 vs 브레이징

대부분 납땜은 350~600℃에서 수행됩니다. 동 브레이징은 593~815℃(1100~1500℉)에서 이루어집니다.

브레이징은 필러 금속을 녹여 이음부로 흐르게 하여 두 개 이상의 금속을 접합하는 공정으로, 필러 금속의 융점이 모재보다 낮습니다.

브레이징과 납땜의 차이는 필러 금속을 녹이는 데 필요한 온도입니다. 미국 용접 학회(AWS)는 이 온도를 450℃(842℉)로 정의하지만 흔히 450℃(840℉)로 반올림합니다. 필러 금속이 450℃ 이하에서 녹으면 납땜입니다.

브레이징 이음은 냉동, 고압 에어라인, HVAC 등 최대 접합 강도가 필수인 곳에 쓰이며, 납땜 이음은 식수관, 일부 난방 시스템 등 저압 용도에 쓰입니다.

동 브레이징에 플럭스가 필요한가?

동 브레이징 시 플럭스는 납이 자유롭게 흐르고 토치로 가열되도록 하기 위해 필요합니다. 로드를 억지로 밀어 넣으면 열탕이 섞여 두 동 조각 간 신뢰할 수 없는 접합이 생기므로, 로드를 제자리에 밀어 넣습니다.

동 브레이징의 가장 간단한 방법은 한 면에 플럭스 브러시로 바르고 용융 금속을 발라주는 것인데, 이때 수용성 페이스트도 함께 사용됩니다.

두 금속 조각은 이 공정이 효율적으로 작동하려면 샌딩된 표면이어야 합니다. 그렇지 않으면 유리한 결합이 형성되지 않습니다. 이 기술은 납땜 시 독성 가스가 실내에 퍼지는 것을 원치 않기 때문에 배관 파이프 이음부에 흔히 쓰입니다.

동 브레이징 방법

브레이징은 동을 가열한 후 콘스탄탄(열전도율이 높고 전기 저항이 낮은 금속)을 얇게 올려 수행합니다. 두 조각을 올바르게 정렬하면 250℃ 가열 시 융합됩니다.

플럭스는 작은 기포가 들어가 망치는 것을 방지합니다. 가열 시 기포가 표면으로 올라오며 가열 시작 전 브레이징 니들로 터뜨릴 수 있습니다.

가열 후 브레이즈 솔더 페이스트를 바르세요. 다시 가열하면 녹으며 이음을 완성합니다! 콘스탄탄의 열전도율이 충분치 않거나 처음 가열 전 두 조각이 대략 같은 온도인지 확인하고 싶다면 플럭스 코팅 브레이징 로드를 써도 됩니다.

필러 금속이 녹으면 정확히 무슨 일이 일어나는가?

필러 금속이 녹으면 보통 밝은 주황색 덩어리를 형성합니다. 이것이 브레이징 공정을 진행할 올바른 온도에 도달했음을 알리는 신호입니다. 플럭스와 수용성 페이스트를 바른 후 로드와 동관을 약 5분간 가열한 뒤 로드에 솔더 페이스트를 올리세요.

건설 현장에서 어떻게 하는지 궁금하다면, 보통 배관 파이프 연결에 이 방식을 씁니다. 배관 파이프에는 동 브레이징과 동 납땜 두 가지 방법이 흔히 쓰입니다.

플럭스는 납이 자유롭게 흐르도록 돕으며 성공적인 브레이징을 위해 양면에 발라야 합니다. 로드는 억지로 밀어 넣지 않고 제자리에 밀어 넣습니다. 강제로 넣으면 열탕이 섞여 신뢰할 수 없는 접합이 됩니다.

화염 종류

화염은 3가지 유형이 있습니다. 원치 않는 하나는 탄화 화염입니다. '탄화 화염'은 3색으로 쉽게 구별되며 파이프에 과도한 탄소화를 일으켜 불필요하고 이음을 약화시킬 수 있습니다.

둘째는 산화 화염으로, 역시 원치 않습니다. 이름대로 공작물을 산화시켜 바람직하지 않습니다. 셋째는 중성 화염입니다. 중성 화염이 원하는 화염으로, 탄화도 산화도 하지 않으며 산소와 아세틸렌이 완벽하게 혼합되어 일반적으로 맑은 청색을 띱니다.

프로젝트용 도구/자재

도구와 필러 자재 종류는 납땜 이음과 브레이징 이음에 따라 다르니 둘 다 함께 살펴보겠습니다.

식수관 납땜 시 '95/5'라 불리는 납을 쓰는데, 이는 브레이징에 쓸 수 없습니다. 필러 재료가 필요합니다. 시장에는 다양한 필러 재료가 있으며 작업 유형에 맞는 것을 선택해야 합니다.

의문 시 해리스 프로덕츠에서 접합 소재별 브레이징 로드 선택 차트를 제공합니다. 이번 시연에는 Stay-silv 15(구리 80%, 은 15%, 인 5%)를 사용합니다. 인 함유 로드는 자가 플럭싱(self-fluxing)하여 파이프에 별도 플럭스를 바를 필요가 없습니다.

은납은 훨씬 높은 온도에서 녹으므로 일반적인 납땜 이음보다 더 많은 열이 필요합니다.

소구경 파이프는 소형 프로판 토치로 브레이징 가능하지만, 1인치 이상 대구경 파이프는 더 많은 열이 필요하므로 적절한 토치가 장착된 산소/아세틸렌 시스템 사용을 권장합니다. 은납은 일반 납보다 높은 온도에서 녹기 때문입니다. 산소-아세틸렌은 3500℃(6330℉)로 프로판의 1995℃(3620℉)보다 훨씬 뜨겁습니다.

마지막으로 토치입니다. 납땜 시에는 한 가지 가스만 필요하므로 프로판 토치 같은 것을 쓰지만, 산소-아세틸렌 토치만큼 열을 내지는 않습니다.

해리스(링컨 일렉트릭 자회사)의 산소/아세틸렌 포터블 토치 키트를 사용합니다. 휴대용 토트에 산소 탱크 1개, 아세틸렌 탱크 1개, 각 가스용 레귤레이터 2개, 토치가 들어 있습니다.

키트에 포함된 토치 팁도 확인하세요. 공기/아세틸렌 셋업도 가능하지만 훨씬 길고 산소/아세틸렌 키트처럼 깨끗한 이음을 주지는 않습니다. 하지만 더 경제적이고 좁은 공간에서 휴대하기 가볍습니다. 본인 상황에 맞게 선택하세요.

토치에 플래시백 방지 장치(플래시백 아레스터)가 산소와 아세틸렌 양쪽에 있는지 확인하는 것도 좋습니다. 최신 토치에는 대부분 내장되어 있습니다. 과거에는 호스에 별도 설치해야 했습니다. 장착되어 있는지 확인하세요. 탱크로 역화되는 것을 막아줍니다.

동 브레이징 동영상