결정적으로, 브레이징 봉은 접합될 강철보다 녹는점이 낮아야 합니다. 이것이 브레이징 공정의 핵심 원리입니다. 이 절차는 용가재(봉)를 녹여 고체 상태의 녹지 않은 강철 부품 사이의 틈으로 흘려보내 냉각 시 강한 야금학적 결합을 형성하는 방식으로 작동합니다.
브레이징의 기본 규칙은 용가재가 녹는 동안 기본 금속은 고체 상태를 유지해야 한다는 것입니다. 따라서 브레이징 봉은 강철의 핵심 구조를 녹이거나 변형시키지 않고 결합을 형성할 수 있도록 접합하는 강철보다 녹는점이 항상 상당히 낮습니다.
핵심 원리: 브레이징이 낮은 녹는점에 의존하는 이유
용가재와 기본 금속 간의 온도 차이는 단순한 세부 사항이 아니라, 이 공정의 전체 기반이며 용접과 구별되는 점입니다.
브레이징 vs. 용접 정의
브레이징과 용접의 주요 차이점은 공정 중 기본 금속의 상태입니다.
용접에서는 기본 금속 자체가 녹는점까지 가열되어 종종 용가재와 함께 융합됩니다. 목표는 단일하고 연속적인 금속 조각을 만드는 것입니다.
브레이징에서는 용가재만 녹습니다. 기본 금속(강철 부품)은 매우 뜨거워지지만 녹는점보다 훨씬 낮은 온도를 유지합니다. 브레이징은 융합 공정이 아니라 접합 공정입니다.
숫자로 이해하는 녹는점
이를 이해하기 위해 일반적인 온도를 고려해 봅시다.
일반 탄소강의 녹는점은 약 2600°F (1425°C)입니다.
강철용 브레이징 용가재(예: 청동 또는 은 합금)는 녹는점(정확히는 액상선 온도)이 훨씬 낮으며, 일반적으로 1150°F ~ 1650°F (620°C ~ 900°C) 범위입니다.
이 거대한 온도 차이가 공정을 가능하게 합니다. 전체 어셈블리를 1700°F까지 가열할 수 있는데, 이는 봉을 녹이기에 충분하지만 강철은 녹는점보다 900°F 이상 낮은 온도를 유지합니다.
브레이징 접합이 형성되는 방식
기본 금속이 고체 상태를 유지하므로, 녹은 용가재는 다른 메커니즘을 통해 기본 금속에 결합되어야 합니다. 이는 두 가지 주요 현상을 통해 발생합니다.
"젖음성"의 개념
젖음성은 액체가 고체 표면에 퍼지는 능력입니다. 브레이징에서는 녹은 용가재가 뜨거운 강철 표면을 "적십니다".
이것은 단순한 접착이 아닙니다. 용가재가 얇은 확산층을 형성하여 강철 표면과 합금화되어 예외적으로 강하고 영구적인 결합을 생성하는 야금학적 공정입니다.
모세관 현상의 힘
브레이징은 부품 사이에 매우 작고 제어된 틈(일반적으로 0.001~0.005인치)이 있는 경우에 가장 잘 작동합니다.
용가재가 녹으면 이 좁은 틈이 모세관 현상을 통해 액체 금속을 접합부로 끌어당깁니다. 이는 좁은 튜브로 물을 끌어올리는 것과 동일한 힘으로, 전체 접합부가 결합 합금으로 채워지도록 합니다.
플럭스의 중요성
젖음성이 발생하려면 강철 표면이 원자 수준에서 완벽하게 깨끗해야 합니다. 브레이징 온도에서 강철은 빠르게 산화물을 형성하여 용가재가 결합하는 것을 방해합니다.
가열하기 전에 플럭스를 도포합니다. 플럭스는 브레이징 봉보다 낮은 온도에서 녹으며, 화학적 세척제 역할을 하여 접합부를 산소로부터 보호하고 기존 산화물을 용해시켜 완벽한 젖음성을 위한 표면을 준비합니다.
장단점 이해: 브레이징 vs. 강철 용접
브레이징은 기본 금속을 녹이지 않기 때문에 용접에 비해 뚜렷한 장점과 단점이 있습니다.
장점: 재료 특성 보존
용접의 높은 열은 강철의 템퍼, 경도 및 내부 응력을 변경하여 용접 주변 영역을 잠재적으로 약화시킬 수 있는 큰 열영향부(HAZ)를 생성합니다.
브레이징은 훨씬 적은 열을 사용하여 훨씬 작은 HAZ를 생성합니다. 이는 강철의 원래 특성을 보존하고, 뒤틀림을 줄이며, 최종 어셈블리의 잔류 응력을 최소화합니다.
장점: 이종 금속 접합
브레이징은 강철과 구리 또는 강철과 황동처럼 녹는점이 크게 다른 금속을 접합하는 데 탁월한 방법입니다. 이러한 조합을 용접하려고 시도하면 한 금속이 다른 금속이 녹기 전에 기화되어 종종 불가능합니다.
제한 사항: 접합 강도 및 사용 온도
브레이징 접합의 기계적 강도는 용가재의 강도에 의해 제한되며, 이는 거의 항상 모재 강철보다 낮습니다. 적절하게 설계된 브레이징 접합은 매우 강하지만, 고품질 용접이 달성할 수 있는 100% 모재 강도를 완전히 달성하지는 못합니다.
또한, 브레이징 어셈블리는 사용 온도가 용가재의 녹는점에 가까워지는 응용 분야에서는 사용할 수 없습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
올바른 공정을 선택하려면 접합의 주요 목표를 이해해야 합니다.
- 모재와 비슷한 최대 접합 강도가 주요 초점인 경우: 모재를 직접 융합하므로 용접을 선택하세요.
- 열 변형을 최소화하고 강철의 특성을 보존하는 것이 주요 초점인 경우: 공정 온도가 낮으므로 브레이징이 더 우수한 선택입니다.
- 강철을 구리나 황동과 같은 다른 금속에 접합해야 하는 경우: 브레이징이 이 작업에 가장 효과적이고 일반적인 방법입니다.
이러한 기본적인 온도 관계를 이해하면 최종 제품의 무결성과 성능을 위해 올바른 접합 공정을 선택할 수 있습니다.
요약 표:
| 특징 | 브레이징 | 용접 |
|---|---|---|
| 기본 금속 상태 | 고체 상태 유지 | 녹아서 융합됨 |
| 공정 온도 | 낮음 (1150°F - 1650°F) | 매우 높음 (강철 녹는점 2600°F 근처) |
| 열영향부 | 최소, 강철 특성 보존 | 큼, 템퍼 및 경도 변경 가능 |
| 이상적인 용도 | 이종 금속 접합, 변형 최소화 | 최대 접합 강도, 유사 금속 융합 |
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