알루미늄 및 알루미늄 합금의 브레이징: 설명

1. 브레이징 가능성

알루미늄 및 알루미늄 합금의 납땜성은 주로 표면의 산화막을 제거하기 어렵기 때문에 열악합니다. 알루미늄은 산소에 대한 친화력이 강하고 표면에 조밀하고 안정적이며 융점이 높은 산화막 Al2O2를 쉽게 형성합니다.

마그네슘 함유 알루미늄 합금은 또한 매우 안정적인 산화막 Mgo를 형성합니다. 이는 땜납의 습윤성과 확산을 심각하게 방해하고 제거하기 어렵습니다. 적절한 플럭스를 사용해야만 브레이징 프로세스를 수행합니다.

또한 알루미늄 및 알루미늄 합금 브레이징의 작업 난이도가 높습니다. 알루미늄의 녹는점과 알루미늄 합금 는 사용되는 경납땜의 녹는점과 크게 다르지 않으며 납땜에 사용할 수 있는 온도 범위가 매우 좁습니다.

온도를 잘못 제어하면 모재가 쉽게 과열되거나 심지어 녹을 수 있어 브레이징 공정이 어려워질 수 있습니다. 일부 열처리된 알루미늄 합금은 노화가 진행되거나 어닐링 브레이징 가열로 인해 연화되어 브레이징 조인트 성능이 저하될 수 있습니다.

불꽃 납땜을 할 때는 가열 중 알루미늄 합금의 색이 변하지 않아 온도를 판단하기가 쉽지 않아 작업자의 숙련도가 요구됩니다.

또한 알루미늄 및 알루미늄 합금 브레이징 조인트의 내식성은 사용된 땜납과 플럭스에 의해 쉽게 영향을 받습니다. 알루미늄 및 알루미늄 합금의 전극 전위는 땜납의 전위와 크게 다르므로 특히 연성 브레이징 조인트의 경우 조인트의 내식성이 감소합니다.

또한 알루미늄 및 알루미늄 합금 브레이징에 사용되는 대부분의 플럭스는 부식성이 강하며, 브레이징 후 세척하더라도 플럭스가 접합부의 내식성에 미치는 영향을 완전히 제거할 수 없습니다.

2. 브레이징 재료

(1) 납땜:

알루미늄과 알루미늄 합금의 연납땜은 일반적으로 사용되지 않는데, 그 이유는 연납땜에서 땜납과 모재 간의 조성 및 전극 전위의 차이로 인해 접합부에 전기 화학적 부식이 쉽게 발생할 수 있기 때문입니다.

연납땜에는 아연 기반 솔더와 주석 납 솔더가 주로 사용되며, 사용 온도 범위에 따라 저온 연납땜(150-260°C), 중온 연납땜(260-370°C), 고온 연납땜(370-430°C)으로 나눌 수 있습니다.

납땜에 주석-납 땜납을 사용하고 구리 또는 니켈을 사전 도금한 경우 알루미늄 표면를 사용하면 인터페이스의 부식을 방지하여 조인트의 내식성을 향상시킬 수 있습니다.

알루미늄 및 알루미늄 합금의 하드 솔더링은 필터 가이드, 증발기, 방열판 및 기타 구성 요소에 널리 사용됩니다.

알루미늄 및 알루미늄 합금의 하드 솔더링에는 알루미늄 기반 솔더만 사용할 수 있으며, 그 중 알루미늄-실리콘 솔더가 가장 널리 사용됩니다. 납땜된 조인트의 구체적인 적용 범위와 전단 강도는 각각 표 8과 표 9에 나와 있습니다.

그러나 이러한 솔더의 융점은 모재의 융점에 가깝기 때문에 납땜 시 가열 온도를 엄격하고 정확하게 제어하여 모재의 과열 또는 용융을 방지해야 합니다.

표 8: 알루미늄 및 알루미늄 합금에 적용되는 하드 솔더의 적용 범위

표 9: 알루미늄-실리콘 납땜으로 브레이징된 알루미늄 및 알루미늄 합금 조인트의 전단 강도

알루미늄-실리콘 브레이징 재료는 일반적으로 분말, 페이스트, 와이어 또는 호일 형태로 공급됩니다. 경우에 따라 알루미늄 코어와 알루미늄-실리콘 브레이징 재료가 클래딩 층으로 구성된 브레이징 복합 플레이트가 사용되기도 합니다. 이 복합 플레이트는 유압 방식을 사용하여 생산되며 일반적으로 브레이징 어셈블리의 구성 요소로 사용됩니다.

납땜하는 동안 모세관 작용과 중력에 의해 복합판의 납땜 재료가 녹아 흐르면서 접합부 틈새를 메웁니다.

(2) 플럭스 및 차폐 가스 는 일반적으로 알루미늄 및 알루미늄 합금의 연성 납땜에 사용됩니다.

알루미늄 및 알루미늄 합금 브레이징에는 산화막을 제거하기 위해 특수 플럭스를 사용해야 하는 경우가 많습니다. FS204와 같은 트리에탄올아민 기반의 유기 플럭스는 저온 브레이징 합금과 함께 사용됩니다.

이러한 플럭스는 모재의 부식을 최소화하는 장점이 있지만, 플럭싱 중에 다량의 가스를 발생시켜 납땜 재료의 습윤 및 충진에 영향을 줄 수 있습니다.

FS203 및 FS220A와 같은 염화아연 기반의 반응성 플럭스는 중온 및 고온 브레이징 합금과 함께 사용됩니다. 반응성 플럭스는 부식성이 강하므로 브레이징 후 잔류물을 철저히 세척해야 합니다.

알루미늄 및 알루미늄 합금의 하드 브레이징은 여전히 플럭스 제거에 의존합니다. 사용되는 브레이징 플럭스에는 염화물 기반 플럭스와 불소 기반 플럭스가 있습니다. 염화물 기반 플럭스는 강력한 탈산 기능과 우수한 유동성을 가지고 있지만 모재에 상당한 부식성 영향을 미치므로 브레이징 후 잔류물을 완전히 제거해야 합니다.

불소 기반 플럭스는 탈산 효과가 우수하고 모재에 부식 효과가 없는 새로운 유형의 플럭스입니다. 그러나 융점이 높고 열 안정성이 떨어지며 알루미늄-실리콘 브레이징 재료와 함께만 사용할 수 있습니다.

어려울 때 알루미늄 브레이징 및 알루미늄 합금의 경우 진공, 중성 또는 불활성 대기가 일반적으로 사용됩니다. 진공 브레이징 시 진공 레벨은 일반적으로 10-3 Pa 정도여야 하며, 질소 또는 아르곤 차폐를 사용할 경우 -40℃ 이하의 고순도 및 낮은 이슬점이 필요합니다.

3. 납땜 기술

알루미늄 및 알루미늄 합금의 브레이징은 공작물 표면의 높은 청결도가 필요합니다. 좋은 품질을 얻으려면 브레이징 전에 표면 오일과 산화막을 제거해야 합니다. 표면 오일은 탄산나트륨으로 세척하여 제거할 수 있습니다.₂CO₃) 수용액을 60-70℃의 온도에서 5~10분간 담근 후 깨끗한 물로 헹굽니다.

표면 산화막은 20~40℃의 수산화나트륨(NaOH) 수용액에 2~4분간 담근 후 뜨거운 물로 헹구면 제거할 수 있습니다.

표면 유분과 산화막을 제거한 후 공작물을 질산(HNO₃) 수용액에 2~5분간 담근 후 흐르는 물로 헹구고 자연 건조시킵니다. 이러한 처리 후에는 작업물을 손으로 만지거나 다른 먼지로 오염시키지 말고 6~8시간 이내에, 가능하면 즉시 브레이징을 수행해야 합니다.

알루미늄 및 알루미늄 합금의 소프트 브레이징 방법에는 주로 불꽃 브레이징, 납땜 인두 브레이징 및 용광로 브레이징이 포함됩니다. 이러한 방법은 일반적으로 플럭스를 사용하며 가열 온도 및 유지 시간에 대한 엄격한 요구 사항이 있습니다.

불꽃 및 납땜 인두 납땜에서는 플럭스의 과열 및 고장을 방지하기 위해 플럭스의 직접 가열을 피해야 합니다. 알루미늄은 아연 함량이 높은 땜납에 용해될 수 있으므로 접합부가 형성되면 가열을 중단하여 모재가 용해되는 것을 방지해야 합니다.

경우에 따라 알루미늄 및 알루미늄 합금의 소프트 브레이징은 산화막 제거를 위해 초음파 또는 마찰 방법을 사용하여 플럭스없이 수행됩니다. 브레이징을 위해 마찰 제거를 사용할 때는 먼저 공작물을 브레이징 온도까지 가열한 다음 브레이징 로드(또는 마찰 도구)의 끝을 사용하여 공작물의 브레이징 영역을 긁어냅니다. 이렇게 하면 표면 산화막이 깨지고 브레이징 재료가 모재를 녹여 적시게 됩니다.

알루미늄 및 알루미늄 합금의 하드 브레이징 방법에는 화염 브레이징, 용광로 브레이징, 딥 브레이징, 진공 브레이징 및 가스 차폐 브레이징이 있습니다. 화염 브레이징은 일반적으로 소형 공작물 및 단일 부품 생산에 사용됩니다.

아세틸렌 가스의 불순물이 플럭스와 접촉하여 플럭스 고장을 일으키는 것을 방지하려면 가솔린 압축 공기 불꽃을 사용하고 기본 재료의 산화를 방지하기 위해 불꽃을 약간 환원시키는 것이 좋습니다.

특정 브레이징 공정에서는 플럭스와 브레이징 재료를 조인트에 미리 배치하고 공작물과 함께 가열하거나 공작물을 먼저 브레이징 온도까지 가열한 다음 플럭스가 있는 브레이징 재료를 브레이징 영역에 도포할 수 있습니다.

플럭스와 납땜 재료가 녹고 납땜 조인트가 고르게 채워지면 가열 불꽃을 서서히 제거할 수 있습니다.

알루미늄 및 알루미늄 합금의 에어로 브레이징에서는 브레이징 재료를 예압해야 하며, 플럭스를 증류수에 녹여 50%-75% 농도의 농축 용액을 형성해야 합니다.

그런 다음 이 용액을 납땜 표면에 도포하거나 분사하거나 적절한 양의 분말 플럭스를 납땜 재료와 표면에 도포할 수 있습니다. 그런 다음 조립된 공작물을 가열 및 납땜을 위해 퍼니스에 넣습니다. 모재가 과열되거나 녹는 것을 방지하기 위해 가열 온도를 엄격하게 제어해야 합니다.

알루미늄 및 알루미늄 합금의 딥 브레이징은 일반적으로 페이스트 또는 포일 브레이징 재료를 사용합니다. 조립된 공작물은 브레이징을 위해 플럭스에 담그기 전에 브레이징 온도에 가까운 온도로 예열됩니다.

브레이징 중에는 브레이징 온도와 시간을 엄격하게 제어해야 합니다. 온도가 너무 높으면 기본 재료가 용해되기 쉽고 납땜 재료가 손실되기 쉽습니다.

온도가 너무 낮으면 납땜 재료가 충분히 녹지 않아 납땜 속도가 낮아질 수 있습니다.

납땜 온도는 기본 재료의 유형과 크기, 납땜 재료의 구성 및 융점, 기타 특정 요인에 따라 결정되어야 하며, 일반적으로 납땜 재료의 액체 온도와 기본 재료의 고체 온도 사이에서 결정됩니다.

플럭스 욕조에 공작물을 담그는 시간은 납땜 재료가 완전히 녹아 흐르도록 해야 합니다. 브레이징 재료의 실리콘 원소가 모재에 확산되어 접합부 부근에서 취성을 유발할 수 있으므로 시간이 너무 길어서는 안 됩니다.

알루미늄 및 알루미늄 합금의 진공 브레이징은 종종 금속 활성제를 사용하여 알루미늄의 표면 산화막을 변형시켜 브레이징 재료의 습윤 및 확산을 보장합니다.

마그네슘은 입상 형태로 공작물에 직접 배치하거나, 납땜 영역에 증기로 도입하거나, 알루미늄-실리콘 납땜 재료에 합금 원소로 첨가할 수 있습니다.

복잡한 구조의 경우, 마그네슘 증기가 모재에 미치는 영향을 최대한 보장하고 납땜 품질을 개선하기 위해 국부적인 차폐 조치를 취하는 경우가 많습니다.

이 작업에는 스테인리스 스틸 상자(일반적으로 공정 상자라고 함)에 공작물을 넣은 다음 진공 용광로에서 가열하여 납땜하는 과정이 포함됩니다.

알루미늄 및 알루미늄 합금 조인트의 진공 브레이징은 매끄러운 표면과 조밀한 브레이징 이음새를 생성하며 브레이징 후 청소가 필요하지 않습니다.

그러나 진공 브레이징 장비는 고가이며 마그네슘 증기가 퍼니스를 심각하게 오염시킬 수 있어 잦은 청소와 유지보수가 필요합니다.

중성 또는 불활성 분위기에서 알루미늄 및 알루미늄 합금을 브레이징할 때 산화막 제거를 위해 마그네슘 활성제 또는 플럭스를 사용할 수 있습니다. 마그네슘 활성제를 사용할 경우 필요한 마그네슘의 양은 진공 브레이징에 비해 훨씬 적으며, 일반적으로 약 0.2%-0.5%(중량 기준)입니다.

마그네슘 함량이 높을수록 오히려 조인트의 품질이 떨어질 수 있습니다. 불소 기반 플럭스와 질소 가스 보호 장치를 사용하는 노코록 브레이징 방식은 최근 몇 년 동안 빠르게 발전해 왔습니다. 불소 기반 플럭스의 잔류물은 수분을 흡수하지 않으며 알루미늄에 부식되지 않습니다.

따라서 브레이징 후 플럭스 잔류물을 제거하는 단계를 생략할 수 있습니다. 질소 가스 보호를 통해 소량의 불소 기반 플럭스를 적용할 수 있으며, 브레이징 재료가 모재를 잘 적셔 고품질 브레이징 조인트를 생성할 수 있습니다. 이 Nocolok 브레이징 방법은 알루미늄 라디에이터와 같은 부품의 일괄 생산에 널리 사용되어 왔습니다.

불소계 플럭스 이외의 플럭스로 브레이징된 알루미늄 및 알루미늄 합금의 경우, 브레이징 후 플럭스의 잔류물을 완전히 제거해야 합니다. 알루미늄용 유기 플럭스의 잔류물은 메탄올 또는 트리클로로에틸렌과 같은 유기 용매로 세척한 다음 수산화나트륨 수용액으로 중화시킨 다음 마지막으로 온수 및 냉수로 헹굴 수 있습니다.

알루미늄 경납땜의 염화물 기반 플럭스 잔류물은 60~80℃의 뜨거운 물에 10분간 담근 후 브러시로 납땜 이음새의 잔류물을 조심스럽게 문지르고 찬물로 헹구면 제거할 수 있습니다. 그런 다음 15% 질산 용액에 30분간 담근 후 찬물로 헹굽니다.