정의에 따르면, 브레이징은 450°C(840°F) 이상에서 발생하는 금속 접합 공정입니다. 그러나 특정 작업에 필요한 정확한 온도는 단일 숫자가 아닙니다. 이는 전적으로 사용하는 필러 금속의 녹는점에 의해 결정되며, 항상 접합되는 모재의 녹는점보다 낮아야 합니다.
핵심 원칙은 일반적인 "브레이징 온도"를 목표로 하는 것이 아니라, 조립체를 선택한 필러 금속의 전체 녹는점보다 약간 높은 온도로 가열하는 것입니다. 이렇게 하면 필러가 접합하려는 부품을 손상시키지 않고 올바르게 흐르도록 할 수 있습니다.
결정적인 요소: 필러 금속 녹는점
전체 브레이징 공정은 브레이징 합금이라고도 하는 필러 금속의 특성을 중심으로 이루어집니다. 이 금속의 거동을 이해하는 것이 올바른 온도를 선택하는 열쇠입니다.
필러 금속이란 무엇인가요?
필러 금속은 접합하는 모재보다 낮은 온도에서 녹도록 설계된 합금입니다. 녹으면 모세관 현상에 의해 빡빡하게 맞는 접합부로 끌려 들어가 냉각 시 강력한 야금학적 결합을 형성합니다.
"액상선" 및 "고상선" 온도
필러 금속은 단일 온도에서 즉시 녹지 않습니다. 이들은 두 지점으로 정의되는 녹는 범위를 가집니다.
- 고상선(Solidus): 필러 합금이 녹기 시작하는 온도입니다.
- 액상선(Liquidus): 필러 합금이 완전히 액체가 되는 온도입니다.
브레이징 온도 규칙
성공적인 브레이징을 위해서는 모재를 필러 금속의 액상선 온도보다 높은 온도로 가열해야 합니다. 일반적인 산업 관행은 필러가 접합부 전체에 자유롭고 빠르게 흐르도록 하기 위해 공정 온도를 액상선 온도보다 약 25°C에서 55°C(50°F에서 100°F) 높게 설정하는 것입니다.
왜 더 높게 가열하면 안 되나요? 모재의 역할
필러의 액상선 온도를 초과해야 하지만, 과도한 열을 사용하면 해로울 수 있습니다. 공정의 상한 온도는 항상 두 모재 중 더 약한 것의 녹는점입니다.
모재 변형 방지
과열은 모재를 변형시키거나 약화시키거나 경도와 같은 중요한 공학적 특성을 손실하게 할 수 있습니다. 이는 특히 얇은 재료나 이전에 열처리된 부품을 다룰 때 중요합니다.
원치 않는 야금 현상 방지
과도한 온도는 필러와 모재 사이에 원치 않는 상호 작용을 일으켜 파손되기 쉬운 취성 접합부를 만들 수 있습니다. 목표는 계면에서 완전한 합금이 아니라 깨끗한 결합입니다.
필러 유형별 일반적인 브레이징 온도 범위
필요한 온도는 필러 금속의 조성에 따라 크게 달라집니다.
알루미늄-실리콘 필러
이들은 알루미늄 합금 브레이징에 사용되며 일반적으로 570°C ~ 620°C(1060°F ~ 1150°F) 범위에서 작동합니다. 일부 알루미늄 합금은 이 범위를 약간 벗어나면 녹기 시작하므로 이는 좁은 범위입니다.
은 기반 필러
강철, 스테인리스강, 구리 및 황동 접합에 일반적으로 사용되는 은 합금은 넓은 온도 범위를 제공합니다. 이들은 일반적으로 620°C ~ 870°C(1150°F ~ 1600°F) 사이에서 작동합니다.
구리 및 구리-인 필러
순수 구리는 강철 및 니켈 합금 브레이징을 위한 탁월한 고온 필러로, 약 1120°C(2050°F)의 온도가 필요합니다. 구리-인 합금은 플럭스 없이 구리 대 구리 접합에 사용되며 일반적으로 700°C ~ 840°C(1300°F ~ 1550°F)의 낮은 온도에서 작동합니다.
니켈 필러
항공 우주와 같이 우수한 강도와 내식성이 필요한 고성능 응용 분야의 경우 니켈 합금이 사용됩니다. 이들은 매우 높은 온도, 종종 900°C ~ 1200°C(1650°F ~ 2200°F) 범위의 온도를 필요로 합니다.
상충 관계 및 중요 요소 이해
온도는 주요 매개 변수이지만 단독으로 작동하지 않습니다. 성공적인 브레이징은 여러 요소의 균형에 달려 있습니다.
온도 대 유지 시간
유지 시간(Dwell time)은 조립체를 브레이징 온도에서 유지하는 기간입니다. 약간 낮은 온도는 필러 금속이 접합부로 완전히 흐르도록 하기 위해 더 긴 유지 시간이 필요할 수 있습니다. 반대로, 더 높은 온도는 더 짧은 시간을 허용할 수 있습니다.
제어된 분위기의 중요성
대부분의 고품질 브레이징의 경우 공정은 산소가 없는 환경에서 이루어져야 합니다. 참조에서 언급했듯이, 매우 낮은 산소 및 습도를 가진 중성 가스 분위기(순수 질소와 같은)가 필수적입니다. 이는 모재 표면에 산화물이 형성되는 것을 방지하는데, 산화물은 필러 금속의 흐름을 방해하고 약한 결합을 생성할 수 있습니다.
접합부 설계 및 간극
브레이징은 모세관 현상에 의존합니다. 이 물리적 현상은 두 모재 사이의 간격이 매우 작을 때(일반적으로 0.025 ~ 0.125mm(0.001 ~ 0.005인치))에만 작동합니다. 간격이 너무 크면 온도 제어가 아무리 완벽하더라도 필러가 끌려 들어가지 않습니다.
응용 분야에 맞는 올바른 선택
올바른 브레이징 온도를 결정하려면 먼저 모재 및 성능 요구 사항에 맞는 올바른 필러 금속을 선택해야 합니다.
- 일반적인 응용 분야를 위한 강철 또는 구리 접합에 중점을 두는 경우: 은 기반 필러가 가장 적합할 가능성이 높으며, 필요한 온도는 620°C ~ 870°C 범위에 있습니다.
- 열에 민감한 알루미늄 부품 접합에 중점을 두는 경우: 저온 알루미늄-실리콘 필러를 사용하고 570°C ~ 620°C 범위 내에서 정밀하게 제어해야 합니다.
- 까다로운 환경을 위한 고강도 접합에 중점을 두는 경우: 니켈 또는 고온 구리 필러가 필요하며, 900°C 이상의 온도에 도달할 수 있는 용광로와 제어된 분위기가 필요합니다.
궁극적으로, 선택한 필러 금속에 온도를 맞추는 것이 성공적이고 신뢰할 수 있는 브레이징의 기초입니다.
요약표:
| 필러 금속 유형 | 일반적인 브레이징 온도 범위 | 일반적으로 접합되는 모재 |
|---|---|---|
| 알루미늄-실리콘 | 570°C - 620°C (1060°F - 1150°F) | 알루미늄 합금 |
| 은 기반 | 620°C - 870°C (1150°F - 1600°F) | 강철, 스테인리스강, 구리, 황동 |
| 구리-인 | 700°C - 840°C (1300°F - 1550°F) | 구리 대 구리 |
| 순수 구리 | ~1120°C (~2050°F) | 강철, 니켈 합금 |
| 니켈 기반 | 900°C - 1200°C (1650°F - 2200°F) | 고성능 응용 분야(항공 우주 등) |
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