브레이징의 정의 및 개요 :: Today

Ⅰ. 브레이징의 정의 및 개요

1. 브레이징이란?
브레이징(Brazing)은 접합하려는 재료인 모재를 거의 용융시키지 않고 삽입금속(filler metal 또는 insert matal)을 용융시켜 접합부를 형성한다. 용융 삽입 금속은 모재의 표면을 적시면서 모세관현상에 의해 접합부 간격 사이로 유입돼 채워지거나 모재 사이에 놓인 삽입금속을 용융시키며 냉각에 의해 응고시켜 접합하는 방식이다. 즉 납을 사용해 이 납을 녹임으로써 모재의 금속편을 접합하는 조작을 말한다. 이 경우 납과 합금화하는 아주 작은 부분을 제외하고는 모재의 금속은 녹지 않고 고체 그대로 있다.
용가재(FILLER METAL)를 이용해 접합하는 방법은 크게 웰딩(WELDING), 브레이징(BRAZING), 솔더링(SOLDERING)으로 나눌 수 있다. 흔히 웰딩(WELDING)을 용접, 브레이징(BRAZING)을 경납땜, 솔더링(SOLDERING)을 연납땜으로 표현하며 이들의 주요 특성과 차이점은 다음 표1, 그림1과 같다.

구분	브레이징(Brazing)	솔더링(Soldering)	용접(Welding)
작업온도	450℃ 이상 모재 용융점 이하	450℃ 이하 모재 용융점 이하	모재 용융점 이상
작업 후 모재형태	용융되지 않음	용융되지 않음	용융후 응고 상태
작업 후 변형정도	적음	거의 없음	심함
작업 후 잔류응력	없음	없음	있음
주요 가열원	가스, 저항, 유도가열, 로, 적외선 등	인두, 초음파, 오븐, 가스 등	플라즈마, 전자빔, 아크, 저항, 레이저 등
강도	높음	낮음	높음
접합부 외관 상태	후처리 필요 없음	후처리 필요 없음	후처리 필요한 경우 있음
자동화 가능성	좋음	좋음	좋음
다부품 접합	양호	양호	나쁨
기밀성	좋음	좋음	양호

표1. 브레이징, 솔더링, 웰딩의 주요 특성 비교
■ 출처: 서경브레이징

그림1. 용접(左)과 브레이징(右) 접합의 비교
■ 출처: 용접접합학회 ‘용접?접합편람

납땜은 보통 사용하는 납의 녹는점이 450 ℃보다 높은지 낮은지를 구별해 이보다 고온이 아니면 녹지 않는 납을 사용하는 것을 경납땜 또는 브레이징이라고 하며 녹는점이 이보다 낮은 납을 사용하는 것을 연납땜 또는 솔더링이라고 한다. 웰딩과 브레이징은 450°C 이상의 온도에서 행해지나 그 차이점은 웰딩은 접합하고자 하는 모재의 용융점(MELTING POINT) 이상에서 접합하는 방법이며 브레이징은 용융점(MELTING POINT) 이하에서 모재(BASE METAL)는 상하지 않고 용가재(FILLER METAL)를 사용하여 열을 가해 두 모재를 접합하는 기술이라는 것이다.

2. 브레이징의 방법
브레이징 방법에는 토치(화염)브레이징법, 로브레이징법(불활성가스, 진공 등), 고주파 브레이징법, 저항 브레이징법, 침지 브레이징법, 레이저 브레이징법 등 용도와 사용 금속에 따라 다양한 방법이 개발돼있다. (표2 참조)

종류	열원	삽입금속	특징	주요 적용분야
로 브레이징	로열	BCu, BCuP, BAg	대량생산 품목을 브레이징 할 때 유리하다.	각종 자동차용 부품(Shaft, Gear and Ring, Multiple gear, Cam, Wheel 등)
토치 브레이징	가스불꽃	Bag, BCuP, BCuZn, RBCuZn	비용이 적게 들며, 생산량이 적을 때 유리하다.	저탄소강 튜브, 동배관, 스테인레스 스틸, Al, Cu, Mg 계 합금 부품
고주파 브레이징	유도가열	Bag	제품의 표면부위를 국부적으로 급속 가열이 가능하며, 제품이 열에 의해 훼손되는 것을 최소화할 수 있다.	저탄소강, 스테인레스 스틸, Cu계 합금부품
저항 브레이징	저항열	Bag, BCuP, Al, Si	접합하고자 하는 부위 온도를 국부적으로 증가시킬 수 있으며, 가열과 동시에 압력을 가해 접합을 용이하게 한다.	스틸, 스테인레스 스틸, Cu합금, Ni합금, Al합금 부품

표2. 대표적인 브레이징 방법의 분류
■ 출처: ㈜선광엠파

3. 브레이징 플럭스 및 분위기

(1) 플럭스
1) 플럭스의 작용
브레이징은 용융 삽입금속이 청정한 모재표면과 접촉해 상호반응에 의해서 이뤄진다. 금속이 공기에 노출되면 실온에서도 산화반응이 진행돼 금속 표면에 산화막이 존재한다. 양쪽의 사이에 산화막이나 기름과 같은 오염층이 존재하면 젖음성이 저해돼 건전한 접합부가 형성되기 어렵다. 일반적으로 공업금속재료의 표면에는 항상 산화피막 및 오염층이 덮여있고, 전처리 과정에서 제거하더라도 브레이징 과정에서 가열되면 모재는 다시 산화된다. 그러므로 용융삽입금속을 순수 모재표면에 적시려고 하면 플럭스를 사용해 접합온도에서 모재가 산화하는 것을 방지해야 한다.
브레이징용 플럭스의 가장 중요한 작용은 모재에 대한 젖음성을 촉진하는 것이다. 모재의 표면을 청정하게 한 후 모재표면에 남아 있는 산화물을 분해하거나 제거한다. 모재의 표면을 청정하게 한 후 모재포면에 남아있는 산화물을 분해하거나 제거한다. 한편, 플럭스에 첨가된 유효성분과 모재가 반응해 석출, 확산시키는 것에 의해서 접합부의 성질을 향상시키는 작용도 있다. 그러나 모재표면의 기름, 먼지 및 녹(두꺼운 산화물)은 제거할 수 없다. (그림 2 참조)

그림2. 플럭스의 예
■ 출처: ㈜선광엠파

2) 플럭스의 종류
플럭스는 제조회사에 따라 다양한 종류가 있으나, 표준적인 내용은 미국용접협회(AWS)에 의해 분류돼있다. (표3 참조)

AWS NO.	모재	삽입금속	사용온도(℃)	배합성분	형상
1	Al 합금	BAI	370~645	염화물, 불화물	분말
2	Mg 합금	BMg	480~650	염화물, 불화물	분말
3A	Fe 합금 및 경금속을 제외한 비철합금	Bag, BDuP	560~870	붕산, 붕산염, 불화물, 붕불화물	분말, 액체, 페이스트
3B	동상 (3A)	Bag, BCuP, BAu, BCuZn, BNi	730~1150	동상 (3A)	동상 (3A)
4	Al 청동, Al 황동, Al과 Ti을 함유한 Fe, Ni 합금	Bag, BCuP	560~870	염화물, 불화물, 붕산염	분말, 페이스트
5	Fe 합금 및 경금속을 제외한 비철합금	BAuP, BCuZn, BAu, BNi, BAg	760~1200	붕사, 붕산, 붕산염	분말, 액체, 페이스트

표3. AWS에서 분류한 브레이징용 플럭스의 종류
■ 출처: 용접접합학회 ‘용접?접합편람’

(2) 분위기
브레이징에 사용되는 분위기로서는 진공분위기와 가스분위기로 대별할 수 있다. 가스분위기로서는 연료가스의 변성가스, 암모니아가스, 질소가스, 불활성가스가 있다. 이와 같은 분위기의 기본적인 역할은 로내 산소분압을 낮추거나 수소가스에 의한 환원작용으로 가열 중 산화를 방지하는 것이다. 중성가스, 불활성가스 및 진공분위기는 산소의 분압을 낮추는 역할을 하고 변성가스 및 암모니아 가스는 수소의 환원작용으로 산화를 방지한다. 분위기를 사용하면 플럭스를 사용하지 않아도 무산화 분위기에서 접합이 가능하며, 잔류 플럭스 혹은 슬래그의 처리가 필요하지 않고, 열교환기 등과 같은 복잡한 부품을 동시에 다량 브레이징 할 수 있는 장점이 있다. 특히 Ti, Zr의 순금속 및 합금 등과 같이 플럭스를 사용해도 산화피막 때문에 브레이징이 곤란한 재료의 브레이징에 이용되고, 스테인리스 강의 브레이징에도 많이 이용되고 있다.

출처: 메탈넷코리아