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접합기술의 핵심 BRAZING
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- 브레이징 기술

브레이징 기술 소개

2. 브레이징의 기초

등록일 : 2018-02-26
조회수 : 5,676

2-1. 브레이징의 개념

용접방법의 분류에 있어 Brazing은 납접 또는 납땜이라 하며 450℃ 이상에서 접합하고자 하는 모재의 용융점 이하에서 용가재를 가하여 두 모재를 접합하는 기술이다.
브레이징의 기본형상은 [그림 1] 에 표시한 것과 같이 겹치기이음, 맏대기이음 및 Scarp 이음이 있지만 양쪽을 조합한 것도 있다.

[ 그림 1 ] 납접이음의 기본형

어느 경우도 이음의 틈새는 0.05 - 0.1mm가 이상적으로, 용융납재는 납접온도에 도달한 모재의 이음표면에 친숙해 지면서 좁은 틈새에 모세관 현상으로 빨아 들여져 응고 냉각되어 강한 납접이음을 형성한다. 즉, 납접 작업조건이 갖추어 지면 용융납재는 자기 자신이 접합작용을 진행한다.
설계에 있어서는 재료, 판의 차이, 제품의 형상 치수 혹은 이음의 위치 등에 관해 비교적 쉽게 처리가 가능하며 이음강도, 내수기밀성, 인성, 열, 또는 전기 전도도가 우수한 이음을 얻을 수 있는 금속의 접합방법이다.

2-2. 브레이징의 기본원리

브레이징 시 일정한 온도에 이르면 양모재 사이로 용가재가 녹아 스며들어가서 브레이징이 되어야만 이상적이라 할 수 있다. 이때 양모재와 용가재(Filler Metal)가 친화력의 정도를 나타내는 성질을 젖음성으로 표현 할 수 있으며, 양 모재 간격사이로 흘러 들어가게 하는 현상을 모세관 현상이라 표현할 수 있다. 이때 물론 중력이 작용할 수 있다. 그러나 브레이징의 주된 기본 원리는 모재를 가열한 후 용가재를 가하여 접합을 하면 젖음성에 의해 용가재가 양모재에 녹아서 모세관 현상( Capillary action ) 에 의해 양 모재사이로 흘러 들어가는 것이라 할 수 있다.
만일 용가재가 브레이징 해야 할 모재와 젖음성이 나쁘면 접합이 이루어 지지 않을 것이며, 접합간격이 크면 양 모재 사이의 용가재가 가득 차지 않음에 따라 불완전한 접합이 될 것이다.
일반적으로 브레이징시 모재가 장시간 대기 중에 방치 되었거나 또는 가열시 공기 중의 산소등과 결합하여 산화물 등이 생겨서 불활성 상태가 되어 액상금속의 Wetting이 힘들어 질 것이다. 따라서 금속을 브레이징 할 때 플럭스를 사용하거나, 환원성 분위기, 또는 진공 분위기 중에서 가열 등으로 인하여 산화물을 제거하여 활성화 시켜서 용가재가 잘 젖겠끔 만들어야 할 것이다. 이일이 끝나면 올바른 모세관현상에 의해 용가재가 양 모재 사이로 잘 흘러들어 가야 할 것이다.

[ 그림 2 ] 각종재료에 따른 접합면 침투 현미경사진

[ 그림 3 ] 모세관 현상을 설명하기 위한 실험

1. 0.04 M/M의 간격(GAP)을 유지하였으며, 이 때는 모세관 힘에 의해 균일하게 끝까지 침투하는 것을 볼 수 있다.
2. 오른쪽은 붙이고 왼쪽은 0.4 M/M의 간격을 유지하였을 경우 왼쪽에 기공을 형성함을 볼 수 있다.
3. 밑쪽은 붙이고 상단을 0.4 M/M의 간격을 유지하였을 경우는 잉크물이 올라오다가 멈춰있음을 볼 수 있다.
4. 0.025 M/M를 유지하면서 지문자국을 만들어 놓았을 경우 지문자국 부위에 많은 기포가 있는 것을 알 수 있다.
또한 너무 좁은 간격도 잉크물이 잘 침투하지 못한 것을 볼 수 있다.

[ 그림 2 ]는 현미경 사진으로 모세관 현상에 의해 모재가 잘 흘러 들어가는 상태를 나타낸 것이다. 특히 모세관 현상은 브레이징 하고자 하는 가공품의 정밀도와 연관이 많다. 즉 브레이징에 이상적이게 제품을 설계 못할 경우에는 작업성이 떨어질 뿐 아니라 원가상승, 불량률 증가의 원인이 될 것이다. 참고로 [ 그림 3 ]은 모세관 현상을 설명하기 위한 간단한 실험이다.
실험을 통해서 알 수 있는 것은 올바른 브레이징을 위해서는 적당한 접합간격이 필요하며, 또한 접합면이 깨끗해야 한다는 것을 지문자국 부위를 보고 알 수 있다.

[ 그림 4 ] 브레이징해야 하는 접합간격이 인장강도에 미치는 영향

[ 그림 4 ]는 브레이징해야 하는 접합간격이 인장강도에 미치는 영향을 나타낸 것이며 접합간격이 0.04mm 근처에서 가장 높은 강도를 나타내며 넓어질수록 브레이징 강도가 떨어지는 것을 볼 수 있다.

2-3. 브레이징의 특징

이 브레이징의 기술은 오늘날 산업발전 과정 속에서 가장 광범위하게 사용되는 접합기술 중의 하나 일 것이다. 특히 항공우주산업, 자동차산업 냉동 및 공조산업, 가정용품산업, 악세사리 산업, 기타 산업 전반에 걸쳐 브레이징 기술이 널리 사용되고 있으며, 그 이유는 다음과 같은 특징을 가졌기 때문일 것이다.

2-3-1. 강한 접합강도
다른 접합 방법보다 비교적 강한 접합강도를 지닌다. 철과 비철을 브레이징할 경우 접합부의 인장강도(Tensile strength)가 모재보다 강한경우가 있으며, 스테인레스강의 경우 브레이징 접합부가 130,000PSI이상의 인장강도를 갖겠끔 설계도 가능하다.

2-3-2. 모재의 특성변화를 최소화 가능
모재 용융온도 이하에서 비교적 저온으로 접합하기 때문에 모재의 특성변화를 최소화 할 수 있는 장점이 있다.

2-3-3. 이중금속의 접합가능
브레이징 기술의 가장 큰 장점중의 하나로 이종금속 간에 다양한 접합이 가능하다.

2-3-4. 접합부의 다양한 특성유지 가능
접합부가 야금학적인 결합이기 때문에 연성, 내충격성, 내진동성, 기밀성, 열전도성, 내식성 등 다양한 특징을 가지게 브레이징을 응용 가능하다.

2-3-5. 복잡하고 정밀한 부품 및 소형제품의 접합이 용이
복잡하고 기계가공이 난해한 제품에 응용가능하고 소형 제품도 접합하기가 용이하다.

2-3-6. 정교한 접합부 가능
브레이징 후 깨끗한 Joint를 얻을 수 있음에 따라 그라인딩이나 줄
질등 기계적인 가공을 할 필요가 없다.

2-3-7. 경제적인 접합가능
접합부위당 Cost가 다른 공정보다는 경제적이다.

2-3-8. 대량생산 가능
이 브레이징 방법은 고객의 다양한 욕구에 따라 비교적 쉽게 대량생산이 가능하게 설계가능하다.

이상으로 브레이징은 누구나 비교적 쉽게 습득할 수 있는 접합기술이며, 또한 불량이 발생할시 반복 보수가 가능하며, 제품에 따라 실로 다양한 Engineering이 가능한 기술이다.

[표 1] 각 접합방법의 이점비교 (좋음=○ 나쁨=×)

이 점	브레 이징	웰딩	솔드링	기계적인 접합	접착제	저항 용접	리벳팅
이종금속	○	×	○	○	○	×	○
이종접합면	○	×	○	○	○	×	○
고강도	○	○	×	×	×	○	×
내고온성	○	○	×	○	×	○	○
내부식성	○	○	○	○	○	○	○
기밀성	○	○	○	×	○	×	×
외관	○	×	○	×	○	×	×
세척성	○	×	○	○	○	○	○
자동화	○	○	○	×	×	×	×
다부품접합	○	×	○	×	×	×	×
전도도	○	○	○	×	×	×	×
연성	○	○	○	×	×	×	×
전체가격	○	×	○	×	×	○	○

상기사항을 바탕으로 [ 표 1 ]은 브레이징의 이점을 나타냈다. 또한 다른 접합 방법과 브레이징의 이점을 [ 표 2 ]에서 비교하여 보았다.

[표 2] 브레이징의 이점

구 분		이 점
	자동화		숙련되지 않은 작업자로서도 대량생산 가능 저렴한 가격에 쉽게 자동화 가능
	적절한 전기적 특성 선택 가능		전도도, 저항 등의 요구사항에 따라 다양한 값을 얻을 수 있음
	연성이 우수		내충격성 진동 등에 뛰어난 효과를 가짐
	브레이징 용재 형상재 가능		비숙련공 사용가능 재료절감 가능 품질향상 가능
	브레이징 페이스트 가능		비숙련공 사용 가능 Flux를 따로 사용할 필요가 없음
	이종금속 접합가능		재료원가 절감가능 새로운 부품개발 가능
	크게 다른 부품이라도 접합 가능		불필요한 부품의 원가절감이 가능 다향한 부품설계 가능
	고강도		대체적으로 브레이징면 앞에서 끊어짐
	미려한 접합면		브레이징 후의 외관상태가 매우 좋음 그라인딩, 기계적인 처리 등의 후처리 비용이 필요없음
	세척성		세척에 필요한 원가 절감 가능
	기밀성		뛰어난 기밀성을 가짐으로써 에어콘, 냉장고, 자동차부품 등에 적용이 가능
	내부식성		브레이징 면의 내부식성이 우수하기 때문에 내부식성을 요하는 곳에 사용 가능