Summary I. 브레이징(Braizing) 개요 II. 브레이징 작업 공정 III. 결론 NEX1future

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1 Summary I. 브레이징(Braizing) 개요 II. 브레이징 작업 공정 III. 결론 NEX1future
제 목 : 브레이징(Brazing) 작업 공정 검토 핵 심 어 (Keyword) 브레이징(Brazing), 용재(Filler Metal), 용접, 세척 YES 파일공유 NO Summary 브레이징 접합기술은 소재가 다양화되고, 부품이 소형화 되면서 공정이 복잡해질수록 중요성이 날로 증대되고 있다. 브레이징 공정을 통하여 용접(Welding)에 의한 모재의 변형 발생을 고려하지 않아도 되는 장점을 확인할 수 있었으며, 브레이징의 장점 및 단점을 파악하여 제품 설계 시에 활용할 수 있는지를 확인하고자 한다. 브레이징 공정은 그 종류 및 특성, 모재의 재질별 고려해야 할 사항들이 많고, 다양하다. 그러나 본 메모에서는 위성통신에서 수행한 도파관 제작 시 브레이징공정 생산기술을 통하여 B&C 에서 이루어 지고 있는 브레이징의 방법 및 장비에 대해서 간략히 설명하고자 한다. 본 메모에서는 다음과 같은 내용을 기술하였다. I. 브레이징(Braizing) 개요 II. 브레이징 작업 공정 III. 결론 평가 의견 : NEX1future

2 I. 브레이징(Brazing) 개요 NEX1future 1. 브레이징의 정의
PAGE : I. 브레이징(Brazing) 개요 1. 브레이징의 정의 브레이징이란 금속재료나 비금속재료의 접합방법 중의 하나로서 450˚ 이상 모재(Base metal)의 용융점 이하의 온도에서 접합부를 가열하여 모재는 녹이지않고 용가재만 녹여 모재를 접합하는 기술이다. 더 자세히 말하면 450˚ 이상의 용융점을 가진 브레이징 합금(Brazing Alloy)을 사용하여, 모재의 고상선 온도(Solidus Temperature)이하로 가열하여 브레이징 합금만 용융시켜, 접합하고자 하는 두 모재 사이에 젖음현상(Wetting)과 모세관 현상(Capillary Phenomenon)등을 이용해 침투, 확산시켜 접합하는 기술을 말한다. 2. 온도에 따른 접합 분류 방법 금속 및 비금속 재료의 접합방법을 온도에 따라 구분하는 방법은 크게 용접(Welding), 브레이징(Brazing), 솔더링(Soldering)으로 나눌 수 있다. 브레이징을 경납땜(경납접), 솔더링을 연납땜(연납접)이라고 말하기도 한다. 이 방법은 미국용접협회의 분류방법에 따른 것이다. 상기 3가지 접합법의 일반적인 주요 특성을 비교한 표는 다음과 같다. 표 1. 온도에 따른 접합방법 특성 구분 브레이징 솔더링 용접 작업온도 450˚이상 모재 용융점 이하 450˚이하 모재 용융점 이하 모재 용융점 이상 작업후 모재형태 용융되지 않음 용융되지 않음. 용융후 응고상태 작업후 변형정도 적음 거의 없음 심함 작업후 잔류응력 없음 있음 주요 가열원 가스,저항,유도가열,로,적외선,제이저 등 인두, 초음파, 오븐, 가스 등 플라즈마, 전자빔, 아크, 저항, 레이저 등 강 도 높 음 낮 음 접합부 외관상태 후처리 필요없음 필요없음. 후처리 필요한 경우 있음. 자동화 가능성 좋 음 다부품 접합 양호 양 호 나 쁨 기 밀 성 NEX1future

3 NEX1future 3. 브레이징의 효과 가. 금속 표면의 산화방지 및 내마모성 향상 나. 금속표면의 백화 광휘열처리 효과
PAGE : 3. 브레이징의 효과 가. 금속 표면의 산화방지 및 내마모성 향상 나. 금속표면의 백화 광휘열처리 효과 다. 액화 암모니아(NH3)사용으로 유해 가스 발생이 없다. 라. 대량생산이 용이 마. 동종, 이종간의 미세용접 가능 바. 완전 밀폐식운전으로 스테인레스, 금,은,동,청동,텅스텐 등의 고난도 용접가능 사. 각종 금속의 자력제거 및 Annealing 4. 모체 세척방법 젖음성, 유동도, 확산등을 방해하는 인자들은 브레이징 전에 양모재로부터 제거되어야 한다. 이런 인자들이 남아 있다면 브레이징 용재의 흐름성을 방해하며, 또한 기포를 형성할 수 있다. 결과적으로 브레이징 접합면의 강도를 저하시킬 것이다. 보통 불순물로는 오일, 그리스, 윤활재, 물리적인 잔류물(먼지, 외부물질등), 금속산화물, 전 작업시의 화합물 등이 있다. 특히 대부분의 금속표면은 공기중에서 산소와 결합하여 산화층을 형성하고 있다. 따라서 이러한 복잡한 불순물을 제거하기 위해 크게 화학적 세척방법과 기계적인 세척방법이 있다. 화학적인 세척방법은 알카리 세척법, 솔벤트 세척법, 기화기름 제거법, 산 세척법 등이 있으며, 기계적인 세척방법에는 사포 제거법, 샌드브라스트 제거법, 그라인드 제거법 등 다양하며 또한 초음파 제거법, 고속 물 분사법도 이 범주에 속한다. 특히 상기 세척법은 한가지로 쓰이기 보다는 여러 가지로 섞어서 쓰이는 경우도 많다. 5. 브레이징 합금 브레이징 합금은 브레이징할 때 용재(Filler Metal)를 칭한 것으로 450˚ 이상의 융점을 가진다. 특히 브레이징 합금은 경납(Hard Solder), 은납(Silver Solder), 금납(Gold Solder)등으로 상황에 따라 바뀌어 부르기도 한다. 참고로 브레이징 합금은 다음과 같은 성질을 가져야 한다. 1) 모재와 젖음성이 좋아야 한다. 2) 적당한 용융점을 가져야 한다. 3) 브레이징시 분해되지 않고 안정한 화합물이어야 한다. 4) 적당한 물리적/기계적 성질을 가져야 한다. 5) 모재와 친화력이 있어야 한다. 특히 Brittle하거나 침식(erosion)현상을 일으키지 말아야 한다. NEX1future

4 NEX1future 6. 브레이징 종류 종 류 열 원 삽입금속 (Filler Metal) 특 징 적 용 분 야 로 브레이징
PAGE : 6. 브레이징 종류 종 류 열 원 삽입금속 (Filler Metal) 특 징 적 용 분 야 로 브레이징 로 열 BCu BCuP BAg ● 대량 생산의 품목 시에 유리함. 각종 자동차용 부품 토치 가스 불꽃 - BAg BCuZn RBCuZn ● 브레이징 비용이 적게든다. ● 생산량이 적을 때 유리함. 저탄소강 튜브, 동배관, 스테인레스 스틸 고주파 유도 가열 ● 제품의 표면부위를 국부적 으로 급속 가열이 가능함 ● 제품이 열에 의해서 훼손되는 것을 최소화 할 수가 있음. 저탄소강, 저항 저항열 Al – Si ● 접합하고자하는 부위 온도를 국부적으로 증가시킬 수 있음. ● 가열과 동시에 압력을 가하여 접합을 용이하게 함. 스틸 7. 접합원리 브레이징시 일정한 온도(Brazing Temperature)에 이르면 브레이징 용재(BRAZING FILLER METAL)가 양 모재 사이로 녹아 스며 들어가서 브레이징이 되어야만 이상적인 브레이징이라 할 수 있다 이때 양 모재와 용재(FILLER METAL)의 친화력의 정도를 젖음성(WETTING)으로 표현할 수 있으며 양 모재 접합간격(JOINT GAP) 사이로 흘러 들어가게 하는 현상이 모세관 현상(CAPILLARY ACTION)이라 표현할 수 있다. 이때 물론 중력(GRAVITY)이 작용할 수 있다. 그러나 브레이징의 주된 기본 원리는 모재를 가열한 후 용재를 가하여 접합을 하면 젖음성(WETTING)에 의해 용가재가 양 모재에 녹아서 모세관 현상(CAPILLARY ACTION)에 의해 양 모재 사이로 흘러 들어가는 것이라 할 수 있다. 만일 용재가 브레이징 해야 할 모재와 젖음성이 나쁘면 접합이 이루어지지 않을 것이며, 접합간격이 크면 양 모재 사이에 용재(FILLER METAL)가 가득 차지 않음에 따라 불완전한 접합이 될 것이다 일반적으로 브레이징시 모재가 장시간 대기중에 방치되었거나 또는 가열시 공기중의 산소 등과 결합하여 산화물 등이 생겨서 불활성상태가 되어 있는 경우에는 액상 금속이 젖기(WETTING)가 힘들어질 것이다. NEX1future

5 Fig 1. 코킹(Calking)작업 후의 형상
PAGE : II. 브레이징(Dip Brazing) 작업 공정 1. 세척 가. MIBK 세척제를 이용하여 가공 시 사용한 절삭유 등 이물질을 깨끗이 세척한다. 나. 세척 후 Air로 물기를 충분히 건조시킨다. 다. 5% 가성소다(NaOH)에 1~2분간 화학적 세척한 다음 찬물에 세척한다. 라. 50% 질산(NHO3)에 1~2분간 화학적 세척한 다음 찬물에 세척한다. 마. 세척 후 Air로 충분히 건조시킨다. 2. 부품 조립 가. 용재도포 및 Dipping 시에 부품의 형상이 유지될 수 있도록 하는 작업이다. Fig 1. 코킹(Calking)작업 후의 형상 # 치구 및 클램프등으로 작업하지만 아래의 그림은 코킹(Calking)을 하여 도파관과 플렌지를 고정하였다. 3. 용재 준비 가. aluminum-silicon alloy powder와 물을 3:1(중량비)의 비율로 섞은 다음 신나를 10% 첨가시킨다. 나. 용재는 handy aluminum braze 400powder(al)를 사용한다. Fig 2. 브레이징 합금, 용재 # 브레이징 합금이라고도 부르는 용재는 모재의 종류, 브레이징 방법, 합금의 용융온도 등의 다양한 조건에 따라 선택하여야 한다. 그러나 위의 그림에서는 현재 사용하고 있는 용재를 소개하고 있다. NEX1future

6 NEX1future 4. 도포작업 가. 브레이징 접합부위에 용재를 균일하게 도포한다.
PAGE : 4. 도포작업 가. 브레이징 접합부위에 용재를 균일하게 도포한다. 나. 용재 건조는 더운 바람을 이용하여(드라이어) 건조시킨다. Fig 3. 도포작업 후의 형상 # 상기 작업 시에 현재로는 임시로 와이어를 이용하여 고정대의 기능을 할 수 있도록 되어 있다. 상기 와이어는 예열 작업 및 Dipping작업에서 제품을 다루는데 사용하게 된다. 5. 예열 가. 560˚ ± 5˚ 의 예열로 에서 10~120분간 예열(치구 포함)시킨다. (수분을 제거 하고, 접합부의 갑작스런 온도변화를 방지하기 위함이다.) Fig 4. 모재를 예열로에서 예열 # 상기의 온도 및 시간은 제품의 형상 및 크기에 따라서 다르게 설정된다. 그러나 그 온도의 경우는 용재의 종류에 따라서 로의 온도에 따라서 다르게 설정되어야 하며, 제품의 Dipping 작업 시 온도차이로 인하여 발생할 수 있는 변형을 예방 할 수 있으며, 제품에 있는 수분을 제거하는 역할도 수행한다. NEX1future

7 NEX1future 6. Dipping 가. 도가니 로 에서 FLUX 를 용융시킨다.(약 10~14시간 소요)
PAGE : 6. Dipping 가. 도가니 로 에서 FLUX 를 용융시킨다.(약 10~14시간 소요) (용융온도는 600도 ±5도로 유지시킨다.) 나. Dipping 시간 : 10~120초(두께 및 형상에 따라 시간은 조절한다.) Fig 5. Flux와 Flux가 굳은 상태 형상 Fig 5. Flux와 Flux가 굳은 상태 형상 # 플럭스(Flux)의 목적은 알루미늄 합금을 접합할 때에 모재 표면의 산화막 생성 되는데, 이러한 산화막 형성에 대처하기 위하여 플럭스가 필요하다. 즉 플럭스는 산화물을 직접 분해, 제거하거나 생성자체를 방지하기 위하여 사용되는 재료를 말한다. 또한 브레이징 제품으로의 열전달, 용재의 표면장력감소에 의한 용재의 유동성 증가 및 젖음성을 향상 시키는 기능을 가지고 있다. Fig 6. 침지(Dipping) 작업 # 상기 사진을 보면 다른 치구 없이 로안에서 담그고 있는 것을 볼 수 있다. 상기 작업 중에 제품안으로 Flux가 유입되고, 우측의 사진과 같이 다시 빼는 작업중에 Flux가 빠져 나오지 못하고 무게가 증가 되면 형상의 변형이 발생 할 수 있다. 이와 같은 현상을 방지하기 위하여 고정대의 설계가 필요할 수가 있다. Fig 7. 로의 형상 플럭스를 로에 넣어 용융시킨다. NEX1future

8 NEX1future 7. 서냉 가. 상온에서 100도 이하까지 냉각시킨다. Fig 8. 상온에서 냉각중인 형상
PAGE : 7. 서냉 가. 상온에서 100도 이하까지 냉각시킨다. Fig 8. 상온에서 냉각중인 형상 # 고온의 플럭스에서 나온 알루미늄의 제품을 급랭할 경우 열처리와 같은 작용으로 인하여 접합부의 변형이 발생할 수 있다. 그러므로 공랭을 하여 온도를 100˚이하로 낮추어야 한다. 8. 세척 가. 따뜻한 물(80~90도)에서 Flux를 제거한다. 나. 50% 질산(HNO3)에 약 2분간 담근(상온)다음 찬물에 세척한다. 다. 세척 후 Air로 충분히 건조시킨다. Fig 9. 온수에서 플럭스를 제거하는 형상 # 접합부에 플럭스가 잔류하게 되면 제품을 부식시킬 뿐만 아니라, 도장이나 도금 작업등 외관 마무리 작업에도 나쁜 영향을 미친다. 플럭스는 수용성이므로 물로 세척 가능하다. 먼저 온수에서 세척해 내고, 추가로 흐르는 물에 약 시간 정도 담궈 두면 물에 녹아 제거된다. 미세하게 잔류해있는 플럭스는 질산 용액이나 수산화나트륨 용액등을 이용하여 세척한다. 최종적으로 다시 한번 물로 세척하면 깨끗한 제품을 얻을 수 있다. NEX1future

9 III. 결론 1. 브레이징 작업공정과 그 내용에 대해서 간략히 설명하였다. 본 메모에서의 공정을 정리하면 다음과 같다.
PAGE : III. 결론 1. 브레이징 작업공정과 그 내용에 대해서 간략히 설명하였다. 본 메모에서의 공정을 정리하면 다음과 같다. 세 척 용재준비 도포작업 예 열 Dipping 서 냉 세 척 Fig 10. 브레이징 공정 요약 2. 방열핀, 방열판 또는 방열설계를 위한 장비에 체결류 또는 리벳 작업이 아닌 브레이징을 적용하여 제품의 열 전도도를 향상 시킬 수 있을 것으로 판단된다. 3. 제품의 형상 및 정밀도를 위하여 고정대 및 치구 설계가 필요한지 설계자가 검토하여야 한다. NEX1future