탄소강 및 저합금강의 브레이징

1. 브레이징 재료

 (1)탄소강과 저합금강의 브레이징에는 연납 브레이징과 경납 브레이징이 있습니다. 연납 브레이징에 널리 사용되는 솔더는 주석납 솔더입니다. 주석 함량이 증가함에 따라 이 솔더의 강에 대한 젖음성이 증가하므로, 접합부 밀봉에는 주석 함량이 높은 솔더를 사용해야 합니다. 주석납 솔더에서는 주석과 강 사이의 계면에 Fesn2 금속간 화합물층이 형성될 수 있습니다. 이 화합물층 형성을 방지하기 위해 브레이징 온도와 유지 시간을 적절히 조절해야 합니다. 몇 가지 일반적인 주석납 솔더로 브레이징한 탄소강 접합부의 전단 강도는 표 1에 나와 있습니다. 그중 50% w(SN)로 브레이징한 접합부의 강도가 가장 높았으며, 안티몬이 없는 솔더로 용접한 접합부의 강도는 안티몬으로 용접한 접합부보다 높았습니다.

표 1 주석납 땜납으로 납땜된 탄소강 접합부의 전단 강도

탄소강과 저합금강을 브레이징할 때는 순수 구리, 구리 아연, 은 구리 아연 브레이징 용가재가 주로 사용됩니다. 순수 구리는 융점이 높고 브레이징 중 모재를 산화시키기 쉽습니다. 주로 가스 차폐 브레이징과 진공 브레이징에 사용됩니다. 단, 구리의 유동성이 좋아 브레이징 접합부 간극이 메워지지 않는 문제를 방지하기 위해 브레이징 접합부 간극은 0.05mm 미만이어야 합니다. 순수 구리로 브레이징된 탄소강 및 저합금강 접합부는 높은 강도를 가지며, 일반적으로 전단 강도는 150~215MPa, 인장 강도는 170~340MPa입니다.

순수 구리에 비해 구리 아연 솔더는 아연(Zn) 첨가로 인해 융점이 낮아집니다. 브레이징 중 Zn 증발을 방지하기 위해 소량의 Si를 구리 아연 솔더에 첨가할 수 있습니다. 화염 브레이징, 유도 브레이징, 딥 브레이징과 같은 급속 가열 방법을 사용해야 합니다. 구리 아연 필러 금속으로 브레이징된 탄소강과 저합금강의 접합부는 강도와 가소성이 우수합니다. 예를 들어, b-cu62zn 솔더로 브레이징된 탄소강 접합부의 인장 강도와 전단 강도는 각각 420MPa와 290MPa에 이릅니다. 은 구리 스테이션 솔더의 융점은 구리 아연 솔더보다 낮아 니들 용접에 적합합니다. 이 필러 금속은 탄소강 및 저합금강의 화염 브레이징, 유도 브레이징, 노 브레이징에 적합하지만, 노 브레이징 중 Zn 함량을 최대한 줄이고 가열 속도를 높여야 합니다. 탄소강과 저합금강에 은-구리-아연 용가재를 브레이징하면 강도와 가소성이 우수한 접합부를 얻을 수 있습니다. 구체적인 데이터는 표 2에 제시되어 있습니다.

표 2 은-구리-아연 땜납으로 납땜된 저탄소강 접합부의 강도

(2) 플럭스: 탄소강 및 저합금강의 브레이징에는 플럭스 또는 차폐 가스를 사용해야 합니다. 플럭스는 일반적으로 선택된 용가재와 브레이징 방법에 따라 결정됩니다. 주석-납 솔더를 사용하는 경우, 염화아연과 염화암모늄의 혼합액을 플럭스 또는 기타 특수 플럭스로 사용할 수 있습니다. 이 플럭스의 잔류물은 일반적으로 부식성이 높으므로 브레이징 후 접합부를 엄격하게 세척해야 합니다.

구리 아연 필러 금속으로 브레이징할 경우, FB301 또는 FB302 플럭스를 선택해야 합니다. 즉, 붕사 또는 붕사와 붕산의 혼합물입니다. 화염 브레이징에서는 메틸 보레이트와 포름산의 혼합물도 브레이징 플럭스로 사용할 수 있으며, 이때 B2O3 증기는 필름 제거 역할을 합니다.

은-구리-아연 브레이징 용가재를 사용하는 경우, 붕사, 붕산, 그리고 일부 불화물을 혼합한 FB102, FB103, FB104 브레이징 플럭스를 선택할 수 있습니다. 이 플럭스의 잔류물은 어느 정도 부식성이 있으므로 브레이징 후 제거해야 합니다.

2. 브레이징 기술

용접할 표면은 기계적 또는 화학적 방법으로 세척하여 산화막과 유기물을 완전히 제거해야 합니다. 세척된 표면은 너무 거칠어서는 안 되며, 금속 조각이나 기타 오염물이 묻어 있어서는 안 됩니다.

탄소강과 저합금강은 다양한 일반적인 브레이징 방법으로 브레이징할 수 있습니다. 화염 브레이징 시에는 중성 또는 약감속 화염을 사용해야 합니다. 작업 중에는 용가재와 플럭스를 화염으로 직접 가열하는 것은 최대한 피해야 합니다. 유도 브레이징이나 딥 브레이징과 같은 급속 가열 방법은 담금질 및 템퍼링된 강의 브레이징에 매우 적합합니다. 동시에, 모재의 연화를 방지하기 위해 담금질 또는 템퍼링보다 낮은 온도에서 브레이징하는 것이 좋습니다. 저합금 고강도강을 보호 분위기에서 브레이징할 때는 고순도 가스뿐만 아니라 모재 표면에 용가재가 충분히 젖고 퍼지도록 가스 플럭스를 사용해야 합니다.

잔류 플럭스는 화학적 또는 기계적 방법으로 제거할 수 있습니다. 유기 브레이징 플럭스 잔여물은 가솔린, 알코올, 아세톤 및 기타 유기 용제로 닦아내거나 세척할 수 있습니다. 염화아연 및 염화암모늄과 같은 강한 부식성 플럭스 잔여물은 먼저 NaOH 수용액으로 중화한 후 냉온수로 세척해야 합니다. 붕산 및 붕산 플럭스 잔여물은 제거하기 어려우며, 기계적 방법이나 상승하는 물에 장시간 담그는 방법으로만 해결할 수 있습니다.