브레이징 접합부의 최대 사용 온도는 단일 값이 아니며, 주로 사용되는 브레이징 충전재 금속(BFM)에 의해 결정되는 중요한 설계 매개변수입니다. 일반적으로 사용 온도는 충전재 금속의 고상선(용융) 온도의 50%를 초과해서는 안 되며(절대 온도 기준으로 측정), 하중 및 환경에 따라 더 낮게 유지되어야 하는 경우도 많습니다.
고온에서 브레이징 접합부의 신뢰성은 충전재 합금의 녹는점 이상에 달려 있습니다. 합금이 고상선 온도에 가까워질수록 강도 저하, 크리프 저항 및 산화 거동을 고려해야 합니다.
중요한 구분: 브레이징 온도 대 사용 온도
접합부의 무결성을 보장하려면 접합부를 생성하는 데 필요한 온도와 최종 적용 시 견딜 수 있는 온도의 차이를 이해해야 합니다.
브레이징 온도 정의
브레이징 온도는 충전재 금속을 녹여 접합부를 형성하기 위해 어셈블리를 가열하는 온도입니다. 이 온도는 충전재 금속의 액상선(완전히 녹는 지점)보다 높아야 합니다. 일반적인 관행은 적절한 흐름과 습윤을 보장하기 위해 어셈블리를 액상선보다 최소 25-55°C (50-100°F) 높게 가열하는 것입니다.
사용 온도 정의
최대 사용 온도는 완성된 접합부가 작동 중에 기계적 강도의 치명적인 손실이나 파손 없이 견딜 수 있는 최고 온도입니다. 이는 기본적으로 충전재 금속의 고상선 온도(녹기 시작하는 지점)에 의해 제한됩니다. 사용 온도가 고상선에 가까워질수록 충전재 금속은 연화되고 강도를 빠르게 잃습니다.
안전한 사용 온도를 결정하는 방법
특정 적용 테스트가 항상 최선이지만, 안전한 최대 사용 온도를 추정하기 위한 확립된 엔지니어링 지침이 있습니다.
"고상선 마이너스" 지침 (보수적인 규칙)
널리 사용되는 보수적인 경험 법칙은 최대 사용 온도를 브레이징 충전재 금속의 고상선 온도보다 최소 200°C (약 390°F) 낮게 유지하는 것입니다. 이는 연화 및 크리프에 대한 상당한 안전 여유를 제공합니다.
예를 들어, 일반적인 은 기반 충전재 BAg-7의 고상선은 652°C (1205°F)입니다. 이 규칙을 적용하면 최대 사용 온도는 약 452°C (815°F)가 됩니다.
50% 규칙 (절대 온도)
또 다른 지침은 사용 온도가 절대 온도(켈빈 또는 랭킨)로 측정했을 때 고상선 온도의 50%를 초과해서는 안 된다고 명시합니다.
- 켈빈을 사용하여 계산:
최대 사용 온도 (°C) = [ (고상선 온도 °C + 273.15) * 0.5 ] - 273.15 - 랭킨을 사용하여 계산:
최대 사용 온도 (°F) = [ (고상선 온도 °F + 459.67) * 0.5 ] - 459.67
이 규칙은 보수적인 지침보다 더 높은 온도 한계를 제공하는 경우가 많으며, 특히 높은 기계적 하중 하에서는 주의해서 사용해야 합니다.
절충점 이해: 단순한 온도 규칙을 넘어서
단순히 녹는점 계산에만 의존하는 것은 중요한 적용에 불충분합니다. 고온에서 브레이징 접합부의 실제 성능은 여러 요인의 균형입니다.
크리프의 위협
크리프는 고체 재료가 항복 강도 이하에서도 지속적인 기계적 응력의 영향으로 영구적으로 변형되는 경향입니다. 이 현상은 온도에 매우 의존적입니다. 사용 온도가 증가함에 따라 충전재 금속의 크리프 저항이 감소하고, 일정한 하중을 받는 접합부는 시간이 지남에 따라 서서히 파손될 수 있습니다.
산화 및 환경의 영향
고온은 산화 및 부식을 극적으로 가속화합니다. 사용 환경(예: 공기, 배기 가스, 진공)은 어떤 충전재 금속이 적합한지 결정합니다. 불활성 분위기에서 강한 BFM은 동일한 온도에서 산화성 공기에서 빠르게 열화되고 파손될 수 있습니다. 이것이 니켈 기반 및 귀금속 기반 합금이 고온 항공 우주 및 산업 적용에 지정되는 이유입니다.
모재와의 상호작용
고온에서 장기간 동안 충전재 금속과 모재의 원자가 서로 확산될 수 있습니다. 이는 접합부 내부에 취성 금속간 화합물을 형성하여 연성 및 열 사이클링으로 인한 피로 저항을 감소시킬 수 있습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
올바른 브레이징 충전재 금속을 선택하려면 그 특성을 작동 요구 사항과 일치시켜야 합니다.
- 주요 초점이 저온 서비스(< 200°C / 400°F)인 경우: 실온 기계적 강도가 주요 관심사이므로 표준 은 또는 구리 기반 합금이 일반적으로 충분합니다.
- 주요 초점이 중간 온도 서비스(200-500°C / 400-930°F)인 경우: BFM의 고상선 온도를 신중하게 확인하고 보수적인 "고상선 마이너스 200°C" 규칙을 적용하는 동시에 산화 저항도 고려해야 합니다.
- 주요 초점이 고온 서비스(> 500°C / 930°F)인 경우: 결정은 단순한 녹는점이 아니라 크리프 강도 및 산화 저항에 대한 데이터에 의해 주도되어야 합니다. 니켈 기반, 금 기반 또는 팔라듐 기반 충전재 금속이 필수적이며, 기술 데이터 시트를 참조하는 것이 필수적입니다.
궁극적으로 내구성 있는 브레이징 접합부를 설계하는 것은 사용 환경이 재료 선택을 결정한다는 것을 이해하는 것입니다.
요약 표:
| 요인 | 설명 | 주요 고려 사항 |
|---|---|---|
| 충전재 금속 고상선 | 용융이 시작되는 온도. | 사용 온도는 고상선보다 훨씬 낮아야 합니다. |
| 보수적 지침 | 사용 온도 ≤ 고상선 온도 - 200°C (~390°F). | 연화에 대한 안전 여유를 제공합니다. |
| 50% 규칙 (절대 온도) | 사용 온도 ≤ 고상선 온도의 50% (켈빈/랭킨). | 더 높은 한계를 제공하는 경우가 많습니다. 하중 하에서는 주의해서 사용하세요. |
| 크리프 | 고온에서 응력 하에 서서히 변형되는 현상. | 일정한 기계적 하중을 받는 접합부에 중요합니다. |
| 산화/환경 | 공기, 가스 또는 진공으로 인한 열화. | 적합한 충전재 금속 합금 선택을 결정합니다. |
브레이징 접합부가 작동 요구 사항을 견디도록 보장
고온 서비스용으로 신뢰할 수 있는 브레이징 어셈블리를 설계하려면 재료 과학 및 적용별 문제에 대한 전문 지식이 필요합니다. 잘못된 충전재 금속 선택은 조기 접합부 파손, 값비싼 가동 중단 시간 및 안전 위험으로 이어질 수 있습니다.
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- 온도, 하중 및 환경 요구 사항에 맞는 최적의 브레이징 충전재 금속을 선택합니다.
- 정확한 온도 제어로 일관되고 고품질의 접합부를 달성합니다.
- 중요한 적용을 위한 접합부 무결성을 검증합니다.
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