경납 접합부의 최대 사용 온도는 단일 값이 아니라 사용된 필러 금속의 특성에 의해 근본적으로 결정됩니다. 신뢰할 수 있는 일반적인 경험 법칙으로, 최대 사용 온도는 필러 금속의 고상선 온도(녹기 시작하는 온도)의 3분의 1에서 2분의 1을 초과해서는 안 됩니다.
핵심은 경납 접합부의 강도가 온도가 상승함에 따라 크게 저하된다는 것입니다. 안전 작동 한계는 필러 금속의 녹는점의 보수적인 비율로, 시간이 지남에 따라 접합부가 설계된 하중을 처리할 만큼 충분히 강하게 유지되도록 보장합니다.
핵심 원칙: 벤치마크로서의 고상선 온도
경납 접합부에 온도 제한이 있는 이유를 이해하려면 먼저 접합부를 만드는 필러 금속의 거동을 이해해야 합니다.
고상선(Solidus) 및 액상선(Liquidus) 정의
모든 경납 합금에는 두 가지 주요 지점으로 정의되는 녹는 범위가 있습니다.
고상선(Solidus)은 합금이 녹기 시작하는 온도입니다. 이 온도 이하에서는 합금이 완전히 고체 상태입니다.
액상선(Liquidus)은 합금이 완전히 액체가 되는 온도입니다. 이 두 지점 사이의 범위가 합금의 "반죽 상태" 또는 녹는 범위입니다.
열에 따라 강도가 저하되는 이유
경납 접합부의 사용 온도가 필러 금속의 고상선에 가까워지면 재료의 강도가 급격히 떨어집니다. 원자 결합이 약해져 재료가 더 부드러워지고 응력 하에서 변형되기 쉬워집니다.
이러한 약화 때문에 상당한 안전 여유가 필요합니다. 접합부를 고상선 온도에 너무 가깝게 밀어붙이면 특히 지속적인 하중 하에서 실패할 위험이 있습니다.
크리프(Creep)의 영향
크리프(Creep)는 고체 재료가 지속적인 기계적 응력의 영향으로 천천히 움직이거나 영구적으로 변형되는 경향입니다. 이 효과는 온도에 매우 의존적입니다.
고상선보다 훨씬 낮은 온도에서도 지속적인 하중(예: 파이프의 압력 또는 터빈 블레이드의 회전력)을 받는 접합부는 천천히 변형됩니다. 온도와 하중이 높을수록 크리프 속도가 빨라져 결국 접합부 파손으로 이어집니다.
일반적인 필러 금속 계열 가이드
필러 금속 계열의 선택은 접합부의 사용 온도를 결정하는 주요 요인입니다.
은 기반 합금 (BAg)
이들은 다재다능하고 널리 사용되는 합금입니다. 많은 모재 금속에 대해 우수한 유동성과 젖음성을 제공하지만, 일반적인 그룹 중에서 가장 낮은 내열성을 가집니다.
지속적인 사용을 위한 일반적인 최대 사용 온도는 약 200°C (400°F)입니다.
구리 기반 합금 (BCu)
순수 구리 및 구리-인 합금은 제어된 분위기에서 강철, 스테인리스강 및 니켈 합금을 경납하는 데 자주 사용됩니다.
이들은 내열성이 크게 향상되어 425°C (800°F)까지 안정적으로 사용할 수 있습니다.
니켈 기반 합금 (BNi)
니켈 합금은 고온에서 우수한 강도, 내식성 및 내산화성이 필요한 고성능 응용 분야의 표준입니다.
이들은 항공 우주 및 산업용 가스 터빈에서 흔히 사용되며, 사용 온도는 종종 540°C (1000°F)를 초과하며 일부 특수 합금은 훨씬 더 높은 온도에서도 성능을 발휘합니다.
금 기반 합금 (BAu)
금 합금은 가장 까다로운 응용 분야를 위한 프리미엄 선택입니다. 극한 환경에서 탁월한 연성 및 산화 및 부식에 대한 저항성을 제공합니다.
이러한 합금은 사용 온도가 815°C (1500°F)를 초과할 수 있는 중요한 항공 우주 및 진공 응용 분야에 사용됩니다.
상충 관계 및 중요 요소 이해
필러 금속은 방정식의 일부일 뿐입니다. 진정으로 신뢰할 수 있는 접합부는 응용 분야에 대한 전체적인 관점에 달려 있습니다.
모재 금속의 역할
경납 접합부는 시스템입니다. 접합되는 모재 금속이 사용 온도를 견딜 수 없다면 경납 필러의 강도는 중요하지 않습니다. 최대 작동 온도는 항상 어셈블리에서 가장 약한 구성 요소에 의해 제한됩니다.
하중 및 사용 기간
접합부에 가해지는 응력의 크기와 유형이 중요합니다. 높은 지속 하중을 받는 접합부는 크리프 효과로 인해 가볍고 간헐적인 하중을 받는 접합부보다 유효 사용 온도가 낮습니다.
대기 조건
접합부가 작동하는 환경이 중요한 역할을 합니다. 산화성 또는 부식성 환경에 노출된 접합부는 진공 또는 불활성 환경에서 작동하는 접합부보다 고온에서 더 빨리 열화됩니다. 필러 금속은 사용 환경과 화학적으로 호환되어야 합니다.
응용 분야에 맞는 올바른 선택
올바른 필러 금속을 선택하려면 성능 요구 사항과 비용 및 제조 용이성의 균형을 맞추어야 합니다.
- 저온에서 중온까지의 일반적인 사용에 중점을 둔 경우: 은 합금은 광범위한 모재 금속에 대해 우수하고 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다.
- 425°C (800°F)까지의 사용을 위해 강철 부품을 접합하는 데 중점을 둔 경우: 구리 및 그 합금은 보호 분위기에서 경납이 이루어지는 경우 신뢰할 수 있고 경제적인 선택을 제공합니다.
- 고온에서 높은 강도와 내식성에 중점을 둔 경우: 니켈 기반 합금은 항공 우주 및 산업 제조 분야의 까다로운 응용 분야에 대한 업계 표준입니다.
- 극한의 열과 부식성 환경에서 최대 신뢰성에 중점을 둔 경우: 금 및 기타 귀금속 합금은 상당한 비용 프리미엄이 있지만 최고의 성능을 제공합니다.
필러 금속의 기능을 설계의 특정 열적, 기계적 및 환경적 요구 사항과 일치시킴으로써 자신감 있고 신뢰할 수 있는 경납 접합부를 엔지니어링할 수 있습니다.
요약표:
| 필러 금속 계열 | 일반적인 최대 사용 온도 (°C / °F) | 주요 응용 분야 |
|---|---|---|
| 은 기반 (BAg) | 200°C / 400°F | 일반 용도, 저온에서 중온 사용 |
| 구리 기반 (BCu) | 425°C / 800°F | 강철 부품, 제어 분위기 경납 |
| 니켈 기반 (BNi) | >540°C / >1000°F | 항공 우주, 산업용 가스 터빈, 고성능 요구 사항 |
| 금 기반 (BAu) | >815°C / >1500°F | 극한의 열, 부식성 환경, 중요 항공 우주/진공 응용 분야 |
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