브레이징 마스터하기: 공정, 종류, 소재 종합 가이드

브레이징은 용접처럼 모재를 녹이지 않고 접합하는 공정으로 다른 접합 공정과 차별화됩니다. 납땜 종류로 분류되지만 더 높은 온도에서 접합합니다. 매우 밀착된 부품이 필요하며 필러 금속이 모세관 현상으로 밀착된 틈새로 흘러 들어갑니다.

오늘 브레이징 접합 공정의 기초, 종류, 작동 원리, 플럭스 필러 소재, 종류, 장단점 등을 심도 있게 다룹니다.

브레이징 종류

브레이징 작업을 수행하는 다양한 가열 방법이 있습니다. 가열 방법 선택 시 가장 중요한 요소는 접합부 전체에 효율적으로 열을 전달하고 개별 모재의 열용량 내에서 수행하는 것입니다. 브레이즈 접합부 형상도 중요한 고려 요소이며, 요구되는 생산 속도와 양도 고려해야 합니다. 가장 쉬운 분류 방법은 가열 방법별로 그룹화하는 것입니다. 대표적인 것들:

• 토치 브레이징
• 로 브레이징
• 유도 브레이징
• 딥 브레이징
• 저항 브레이징
• 적외선 브레이징
• 블랭킷 브레이징
• 전자빔 및 레이저 브레이징
• 브레이즈 용접

작동 원리

고품질 브레이즈 접합을 위해서는 부품이 밀착되어야 하고 모재가 깨끗하며 산화물이 없어야 합니다. 공작물 간 간극은 모세관 작용과 접합 강도 향상을 위해 0.03~0.08mm 클리어런스가 이상적입니다. 다만 일부 작업에서 이런 간극이 기대되지 않을 수 있습니다.

브레이징 작업에서 표면 세정은 매우 필수적입니다. 오염은 젖음성(흐름) 불량을 초래합니다. 세정은 화학적 세정과 연마/기계적 세정 두 가지 방식으로 수행됩니다. 기계적 세정 시 적절한 표면 거칠기 유지가 중요한데, 동일 형상에서 거친 표면이 매끄러운 표면보다 젖음이 더 잘 일어나기 때문입니다.

온도와 시간이 브레이즈 접합 품질에 미치는 영향: 일반적으로 브레이징 온도는 필러 금속 융점 이상이어야 합니다. 브레이즈 합금 온도가 상승하면 합금화와 젖음 작용도 증가합니다.

어떤 상황에서는 더 높은 온도가 필요합니다: 다른 필러 금속 사용 허용, 야금적 효과 제어, 표면 오염 충분 제거 등. 최적 온도는 보통:

• 가능한 가장 낮은 브레이즈 온도
• 어셈블리 열 영향 최소화
• 필러 금속/모재 상호작용 최소화
• 지그/픽스처 수명 최대화

시간이 브레이즈 접합에 미치는 영향은 주로 이러한 효과가 나타나는 정도에 영향을 줍니다. 하지만 선택된 생산 공정은 브레이징 시간과 관련 비용을 최소화할 것으로 기대됩니다. 다만 비생산 환경에서는 시간과 비용이 다른 접합 속성(강도, 외관 등)에 후순위입니다.

불활성 또는 환원 분위기 환경(진공로 등)에서 브레이징 작업을 수행하려면 보락스(borax)라는 플럭스를 사용해 가열 단계에서 산화물 형성을 방지해야 합니다. 이 플럭스는 브레이징 표면에 남은 오염도 세정합니다.

브레이징 플럭스

브레이징 플럭스는 플럭스 페이스트, 액체, 분말, 필러 금속 분말과 결합된 기성 브레이징 페이스트 등 다양한 형태로 제공됩니다. 가장 일반적인 플럭스는 플럭스 코팅 또는 플럭스 코어가 있는 얇은 와이어와 봉 형태입니다.

가열된 표면에 도포하면 플럭스가 접합부로 흐르고 접합부의 필러 금속을 녹입니다. 사이클 완료 후 과도한 플럭스는 제거해야 합니다. 잔류 플럭스는 부식을 유발하고 접합부 검사를 방해하며 추가 표면 마감 작업을 방해할 수 있습니다.

플럭스는 일반적으로 특정 모재에 미치는 영향을 기준으로 선택합니다. 선택된 플럭스는 모재와 사용되는 필러 금속과 화학적으로 호환되어야 합니다. 긴 브레이징 사이클에는 덜 활성인 플럭스를, 짧은 작업에는 더 활성인 플럭스를 사용해야 합니다.

브레이징 필러 소재

용도와 의도된 사용에 따라 다양한 합금이 필러 금속으로 사용됩니다. 브레이징용 합금은 원하는 특성을 얻기 위해 3종 이상의 금속으로 구성됩니다.

특정 프로젝트에 맞는 필러 금속은 원하는 특성을 얻기 위해 선택됩니다. 여기에는 요구되는 사용 조건 견딤, 모재 젖음, 모재보다 낮은 온도에서 용융 등이 포함될 수 있습니다.

브레이즈 합금은 일반적으로 리본, 봉, 분말, 크림, 와이어, 프리폼 형태로 제공됩니다. 적용 방식에 따라 필러 소재를 원하는 위치에 미리 배치하거나 가열 공정 중에 도포합니다.

수동 브레이징에서는 봉이나 와이어 형태 필러 금속을 사용합니다. 적용이 더 쉽기 때문입니다. 브레이징 수행 시 필러 소재 종류가 다양해 여러 선택을 해야 합니다. 작업에 따라 선택되며, 주요 필러 소재 종류:

• 알루미늄-실리콘
• 구리
• 구리-은
• 구리-아연(황동)
• 구리-주석(청동)
• 금-은
• 니켈 합금
• 은
• 니켈, 실리콘, 구리, 붕소, 인 등을 사용한 비정질 브레이징 포일

브레이즈 접합 장단점

장점

• 모재가 녹지 않음
• 깨끗한 접합부 생성
• 공차에 대한 훨씬 엄격한 제어 가능
• 이종 금속 및 비금속 브레이징 가능
• 용접보다 열 변형 적음
• 용접과 달리 2차 마감 불필요
• 보호 목적으로 코팅 또는 클래드 가능
• 대량 생산에 쉽게 적용 가능

단점

• 브레이징용 필러 금속이 부드러움
• 접합 강도가 용접보다 낮음
• 접합부가 모재보다 약함
• 모재 청결도 높은 수준 요구
• 접합부 색상이 모재와 다른 경우가 많음

이상으로 브레이징 접합 공정의 기초, 종류, 작동 원리, 플럭스, 필러 소재, 장단점을 살펴보았습니다.