전문가 팁: 스테인리스 스틸 용접의 변형 수정
스테인리스 스틸의 용접 변형은 금속 제조에 심각한 문제를 일으킬 수 있습니다. 이 기사에서는 구리판, 물 사용 등 이러한 변형을 제어하고 수정하는 다양한 방법을 살펴봅니다.
금속을 녹이지 않고 결합하는 과학적 원리에 대해 궁금한 적이 있나요? 브레이징은 특정 온도 범위로 가열된 필러 재료를 사용하여 금속을 연결하는 흥미로운 공정입니다. 이 글에서는 브레이징의 특징과 장점, 다양한 유형을 살펴보며 브레이징의 세계에 대해 자세히 알아볼 것입니다. 이 필수적인 금속 가공 기술의 비밀을 밝히고 우리가 매일 사용하는 제품을 어떻게 만드는지 함께 알아보세요.
브레이징은 일반적으로 필러 금속을 450°C(842°F)를 초과하는 온도로 가열하는 고온 접합 공정입니다. 이 온도는 필러 금속의 액점보다 높지만 접합되는 기본 재료의 고체 온도보다 낮도록 신중하게 선택됩니다.
납땜 공정 중에 용융된 필러 금속은 적절한 플럭스 도포 또는 제어된 분위기에 의해 모재 금속의 표면을 적시게 됩니다. 그런 다음 모세관 작용이 액체 필러를 좁은 조인트 간격으로 끌어들입니다. 어셈블리가 냉각되면 필러 금속이 응고되어 모재 사이에 강력한 야금 결합을 형성합니다.
이 다용도 기술을 사용하면 유사하거나 다른 금속을 접합하여 열 및 전기 전도성이 뛰어난 고강도 연결을 만들 수 있습니다. 브레이징은 누출이 없는 접합부를 만들고 왜곡을 최소화하면서 복잡한 어셈블리를 결합하는 능력으로 항공우주, 자동차, HVAC와 같은 산업에서 널리 사용됩니다.
(1) 필러 금속의 융점은 모재 금속의 융점보다 일반적으로 최소 50°C(90°F) 이상 낮습니다. 이러한 온도 차이는 브레이징 공정 중에 모재가 고체 상태를 유지하여 구조적 무결성과 기계적 특성을 보존하도록 합니다.
(2) 필러 금속의 구성은 모재 금속의 구성과 뚜렷하게 다릅니다. 이러한 구성 차이는 습윤성 개선, 유동 특성 향상, 최적의 접합 강도를 위한 모재와의 호환성 등 특정 야금학적 특성을 달성하도록 설계되었습니다.
(3) 용융된 필러 금속은 습윤 작용과 모세관 힘의 조합을 통해 모재 부품 사이의 접합 틈새로 빨려 들어가 유지됩니다. 모세관 작용 또는 모세관 흐름으로 알려진 이 현상은 표면 장력, 점도 및 최적의 결과를 위해 일반적으로 0.025~0.125mm(0.001~0.005인치) 범위의 간격 간격을 포함한 요소의 영향을 받습니다.
(4) 금속 결합은 액체 필러 금속과 고체 모재 금속 사이의 계면에서 원자의 상호 확산을 통해 형성됩니다. 이 확산 과정은 금속 간 층을 생성하며, 이는 강력하고 지속적인 금속 결합을 형성하는 데 매우 중요합니다. 이 확산 영역의 범위와 특성은 접합부의 기계적 특성과 내식성에 큰 영향을 미칩니다.
납땜 공정의 분해
브레이징의 장점:
브레이징 단점:
1) 솔더 융점별 분류
2) 브레이징 온도별 분류
3) 열원별 분류
4) 분위기별 분류
5) 필러 금속 적용 분야별 분류
6) 조인트 디자인에 따른 분류
Liquidus: 브레이징 필러 금속이 완전히 액체가 되는 최저 온도입니다.
솔리더스: 브레이징 필러 금속이 완전히 고체가 되는 최고 온도입니다.
젖음:
습윤은 액체가 고체 표면과 접촉을 유지하는 능력으로, 두 물질이 결합할 때 분자 간 상호 작용으로 인해 발생합니다. 이는 브레이징에서 매우 중요한 현상입니다:
자유 상태의 액체는 표면 장력으로 인해 구형을 형성하는 경향이 있습니다. 액체가 고체와 접촉할 때
습윤 정도는 계면에서 액체와 고체 상 사이에 형성된 접촉각(θ)으로 정량화됩니다. 효과적인 브레이징을 위해서는 일반적으로 필러 금속의 습윤 각도가 20° 미만이어야 합니다.
모세관 작용:
서로 평행한 두 개의 금속판을 무한량의 액체 땜납에 수직으로 삽입하면 판은 무한대이고 땜납의 양은 무한대라고 가정합니다.
금속판에 대한 땜납의 습윤 특성에 따라 모세관 효과는 그림 (a)에 표시된 상황 또는 그림 (b)에 표시된 상황을 초래합니다. 땜납이 금속판을 적실 수 있으면 그림 (a)에 표시된 결과가 발생하고, 그렇지 않으면 그림 (b)의 결과가 발생합니다.
Sn 기반 및 Pb 기반 소프트 솔더:
이러한 솔더는 구리 및 기타 다양한 금속에 대한 탁월한 습윤 및 확산 성능을 발휘하여 전자 산업에서 주로 사용됩니다. 특히 Sn 기반 솔더는 환경 문제와 규제 요구 사항으로 인해 각광받고 있습니다.
Cd 기반 솔더:
주로 카드뮴-은 합금으로 구성된 이 솔더는 내열성과 내식성이 뛰어납니다. 하지만 카드뮴의 독성으로 인해 사용이 점점 더 제한되고 있으며, 이에 따라 더 안전한 대체품이 개발되고 있습니다.
Zn 기반 솔더:
아연 기반 솔더는 우수한 기계적 특성과 내식성을 갖춘 비용 효율적인 옵션입니다. 특히 기존 Sn-Pb 솔더보다 높은 융점을 필요로 하는 애플리케이션에 유용합니다.
Au 기반 소프트 솔더:
금 기반 솔더는 내식성이 뛰어나며 신뢰성이 높은 전자 및 항공우주 분야에서 자주 사용됩니다. 하지만 높은 비용으로 인해 특수한 분야에만 널리 사용된다는 한계가 있습니다.
기타 저융점 소프트 솔더:
무연 솔더:
환경과 건강에 대한 우려에 따라 무연 솔더가 개발되어 현재 전자 업계에서 널리 사용되고 있습니다. 일반적인 무연 제형에는 성능, 신뢰성, 비용 효율성의 균형을 제공하는 SAC(주석-은-구리) 합금이 포함됩니다. 이러한 솔더는 일반적으로 약간 더 높은 처리 온도가 필요하며 기존 Pb-Sn 솔더에 비해 다른 습윤 특성을 나타낼 수 있습니다.
브레이징 필러 금속은 높은 강도와 신뢰성으로 부품을 접합하는 데 중요한 역할을 합니다. 다양한 산업 분야에서 최적의 접합 성능을 달성하기 위해서는 브레이징 필러 금속의 선택이 매우 중요합니다.
브레이징 필러 금속의 주요 범주는 다음과 같습니다:
알루미늄 기반 필러 금속:
알루미늄과 그 합금 납땜용으로 특별히 설계되었습니다. 우수한 습윤 및 유동 특성을 제공하여 기본 재료의 내식성을 유지하면서 강력한 결합을 보장합니다. 항공우주, 자동차 및 HVAC 산업에서 일반적으로 사용됩니다.
은 기반 브레이징 필러 금속:
다양한 금속에 걸쳐 뛰어난 다목적성과 성능을 발휘하는 것으로 잘 알려져 있습니다. 이 합금은 낮은 융점, 우수한 유동 특성, 높은 접합 강도를 제공합니다. 우수한 전도성과 내식성으로 인해 전기, 의료, 항공우주 분야에서 널리 사용됩니다.
구리 기반 필러 금속:
니켈 기반 필러 금속:
원문에는 언급되어 있지 않지만 고온 애플리케이션에 중요한 역할을 합니다. 고온에서 강도와 내식성이 뛰어나 항공우주, 원자력 및 화학 공정 산업에 적합합니다.
귀금속 기반 필러 금속(금 및 팔라듐 포함):
이러한 특수 필러 금속은 높은 내식성, 생체 적합성, 극한 환경에서의 성능과 같은 고유한 특성을 제공합니다. 의료, 항공우주 및 전자 산업의 중요한 애플리케이션에 사용됩니다.
참조하세요:
브레이징 플럭스의 기능 및 성능 요구 사항:
1) 금속 표면의 산화막을 제거하여 필러 금속의 습윤 및 확산을 위한 최적의 조건을 조성합니다.
2) 납땜 공정 중에 모재와 필러 금속 표면 모두에 보호 액체 장벽을 형성합니다.
3) 습윤 특성을 향상시키고 필러 금속 확산을 촉진하는 계면 활성제 역할을 합니다.
브레이징 중 산화막 제거의 필요성
금속 표면에 산화막이 존재하면 브레이징 필러 금속의 습윤 및 확산 거동을 크게 방해하므로 성공적인 조인트 형성을 위해서는 산화막을 제거해야 합니다. 산화막 제거와 관련된 과제는 다음과 정비례합니다:
다양한 기술을 통해 효과적으로 산화막을 제거할 수 있습니다:
브레이징 플럭스는 산화물 제거 외에도 여러 가지 중요한 기능을 수행합니다:
표 1 건조한 공기에서 산화막 형성 속도
| 금속 | 1분 | 1시간 | 1일 |
| 스테인리스 스틸 | 10 | 10 | 10 |
| Iron | 20 | 24 | 33 |
| 알루미늄 | 20 | 80 | 100 |
| 구리 | 33 | 50 | 50 |
브레이징 작업에서 주로 사용되는 중성 가스는 아르곤이며, 특정 응용 분야에서는 질소가 대안으로 사용됩니다.
불활성 희귀 가스인 아르곤은 주로 공작물의 보호 분위기 역할을 합니다. 대기 오염 물질로부터 납땜 영역을 효과적으로 보호하지만, 금속 표면에서 산화막을 직접 제거하는 기능은 부족합니다.
납땜 중 특정 산화막의 제거는 여러 메커니즘의 조합을 통해 이루어집니다:
야금 데이터 표에서 볼 수 있듯이 대부분의 금속 산화물의 분해 온도는 각각의 모재 금속의 녹는점과 끓는점을 모두 크게 초과합니다. 이러한 열 관계는 브레이징 작업에 내재된 가열 공정만으로는 산화물 분해를 달성할 수 없다는 결론으로 이어집니다.
브레이징 중 산화막을 효과적으로 관리하기 위해 추가 전략을 사용하는 경우가 많습니다:
| 산화물 | 분해 온도 (℃) | 산화물 | 분해 온도 (℃) |
| Au2O | 250 | PbO | 2348 |
| Ag2O | 300 | NiO | 2751 |
| Pt2O | 300 | FeO | 3000 |
| CdO | 900 | MnO | 3500 |
| Cu2O | 1835 | ZnO | 3817 |
1. 철 납땜
특징: 저온
적용 범위:
1. 납땜 온도가 300℃ 미만인 납땜(주석 납 또는 납 기반 필러 금속 사용)에 적용 가능합니다;
2. 얇고 작은 부품을 납땜하려면 납땜 플럭스가 필요합니다.
2. 토치 브레이징, 토치 납땜
특징: 간단하고 유연하며 널리 사용되는 기능
적용 범위: 일반적으로 중성 불꽃 또는 약간의 탄화 불꽃/일반 가스 토치 또는 특수 브레이징 토치(연납땜에도 토치를 사용할 수 있음)를 사용하여 공작물을 먼저 가열해야 합니다:
1. 용접물의 모양, 크기 및 장비에 의해 제한되고 다른 방법으로는 납땜 할 수없는 일부 용접물을 납땜하는 데 적용 할 수 있습니다.
2. 자동 불꽃 납땜 사용 가능
3. 용접 가능한 강철스테인레스 스틸, 경질 합금, 주철, 구리, 은, 알루미늄 등 및 그 합금
4. 일반적인 필러 금속에는 구리 아연, 구리 인, 은 베이스, 알루미늄 베이스 및 아연 알루미늄 필러 금속이 포함됩니다.
3. 딥 브레이징, 딥 솔더링
(대량 생산에 적합한 소금 욕조 및 금속 욕조)
4. 흐름 납땜, 웨이브 납땜, 스프레이 납땜
(주로 인쇄 회로 기판 납땜에 사용되는 다양한 금속 수조 납땜)
5. 저항 납땜
매우 빠른 가열과 높은 생산성.
6. 유도 납땜
빠른 가열, 적은 산화 및 작은 납땜.
브레이징 생산 공정은 브레이징 전 공작물 표면 준비, 조립, 필러 금속 배치, 브레이징, 브레이징 후 처리 및 기타 관련 공정을 포함한 여러 단계로 이루어집니다.
1. 브레이징 조인트 디자인
납땜 조인트를 설계할 때 가장 먼저 고려해야 할 사항은 강도이며, 그다음으로 조립의 치수 정확도 보장, 부품의 적절한 조립 및 위치, 납땜 배치, 납땜 조인트의 간극과 같은 공정 고려 사항을 살펴봐야 합니다.
랩 조인트는 일반적으로 조인트 브레이징에 사용됩니다.
실제 생산에서 고강도 은 기반, 구리 기반 또는 니켈 기반 필러 금속으로 만든 브레이징 조인트의 경우 랩 길이는 일반적으로 더 얇은 조각 두께의 2~3배입니다.
주석 납과 같은 부드러운 납땜으로 만든 납땜 조인트의 경우 랩 길이는 더 얇은 조각 두께의 4~5배가 될 수 있지만 15mm를 초과해서는 안 됩니다.
브레이징 조인트의 유형
a) 플레이트 브레이징의 조인트 형태
b) T자형 및 베벨 브레이징의 조인트 형태
c) 튜브 또는 바 및 플레이트의 조인트 형태
d) 와이어 접촉 납땜의 조인트 형태
e) 파이프 브레이징의 조인트 형태
브레이징 조인트의 위치 지정 방법
a) 중력 위치 b) 타이트한 핏 c) 널링 d) 플랜지
e) 플레어링 f) 스피닝 g) 다이 단조 h) 넥킹
i) 언더컷 j) 슬롯 및 벤딩 k) 클램핑 l) 포지셔닝 핀
m) 나사 n) 리벳팅 o) 스폿 용접
2. 용접물 표면 준비
납땜 공정 전에 공작물 표면의 산화물, 그리스, 먼지 및 페인트를 철저히 제거하는 것이 중요합니다.
경우에 따라 납땜하기 전에 특정 금속층으로 부품을 사전 코팅해야 할 수도 있습니다.
(1) 기름 얼룩 제거
기름 얼룩은 유기 용제를 사용하여 제거할 수 있습니다.
일반적인 유기 용매로는 알코올, 사염화탄소, 가솔린, 트리클로로에틸렌, 디클로로에탄, 트리클로로에탄 등이 있습니다.
(2) 산화물 제거
납땜 전에 부품 표면의 산화막은 기계적 방법, 화학적 에칭 방법 및 전기 화학적 에칭 방법을 사용하여 처리할 수 있습니다.
3. 조립 및 고정
납땜 금속은 불꽃 브레이징과 납땜 인두 브레이징을 제외한 다양한 브레이징 방법에 사용되며, 대부분 조인트에 미리 배치되어 있습니다. 틈새의 중력과 모세관 현상을 최대한 활용하여 필러 금속이 배치될 때 틈새를 채우도록 유도해야 합니다.
페이스트 필러 금속은 납땜 조인트에 직접 도포해야 하며, 분말 땜납은 조인트에 도포하기 전에 접착제와 혼합할 수 있습니다.
4. 필러 금속의 배치 방법
a) 환형 땜납 배치
b) 호일 땜납 배치
P - 가해지는 압력
MachineMFG의 창립자인 저는 10년 넘게 금속 가공 산업에 종사해 왔습니다. 폭넓은 경험을 통해 판금 제조, 기계 가공, 기계 공학 및 금속용 공작 기계 분야의 전문가가 될 수 있었습니다. 저는 이러한 주제에 대해 끊임없이 생각하고, 읽고, 글을 쓰면서 제 분야에서 선두를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 저의 지식과 전문성을 귀사의 비즈니스에 자산으로 활용하세요.
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