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1-2. 브레이징 설계시 고려사항
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(1) 브레이징 방법의 선택
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브레이징 방법은 가열원에 따라 달라질 수 있다. 아래 <표 2-6>은 대표적인 브레이징 방법과 가열원, 그리고 이들의 냉각 방법을 보인 것이다. 토치 브레이징은 가스만을 사용하고, 로 브레이징은 전기와 가스, 나머지는 대부분 전기를 가열원으로 사용한다. 이외에 적외선을 사용하는 적외선 브레이징이나 배쓰(bath)를 사용하는 침지 브레이징, 드물게는 레이저 브레이징도 있다. 가열원을 선정할 때, 열을 효과적으로 접합부에 전달하여 모세관 현상을 잘 일어나도록 하는 것이 중요한 고려사항이다. 또, 가열속도나 냉각속도 등이 브레이징부에 변형이나 미세조직에 영향을 줄 수 있으므로 이를 고려해야 한다.
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그림 2-31)은 브레이징 방법이 영향을 미치는 사항들에 대해 나타낸 것이다. 즉, 브레이징 방법에 따라, 접합부의 형태나, 브레이징 재료, 모재, 브레이징부 강도, 제품 원가 등에 영향을 미칠 수 있다. 이밖에 요구되는 특수 기능에 따라, 브레이징 방법이 달라질 수 있다. 예를 들어, 진공보온병을 만들고자 한다면 진공로에서 브레이징 하는 것이 좋은 것이다.
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(2) 브레이징 분위기와 플럭스의 선택
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양호한 브레이징을 위해서는 브레이징을 위해 가열 중에, 브레이징부가 산소와 접촉하지 않도록 하는 것이 중요하다. 브레이징부가 산소와 접촉하지 않도록 하는 방법은 크게 그림 2-32)와 같이, 진공, 환원성 가스, 플럭스, 용탕침지 분위기로 나눌 수 있다. 물론 이 방법들을 단독 혹은 혼합하여 사용하기도 하고, 새로운 방법이 개발되기도 한다.
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진공 분위기는 제품이 장입된 로내의 공기 (산소)를 제거할 뿐만 아니라, 고온에서 제품 표면에 존재하는 산화물을 제거한다. 환원성 가스는 로내의 공기 (산소)나 제품 표면에 존재하는 산화막을 화학 반응에 의해 제거한다.
대표적인 환원성 가스로는 수소(H2)와 일산화탄소 (CO, 보통 불완전 연소된 연료가스 분위기에서 발생)가 있는데, 이들의 산소 제거 반응식은 아래와 같다.
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플럭스는 플럭스 내에 함유된 염화물이나 불화물에 의해 산화물을 제거한다. 또, 초음파 침지 브레이징은 초음파의 진동에너지에 의해 용탕 중 제품 표면의 금속 산화물을 기계적인 충격에 의해 제거한다.
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브레이징 제품을 설계할 때, 상기 방법 중 어떤 방법을 선정하느냐가 중요하다. 진공이나 환원성 분위기 선택 시에는 소재 선택에 각별히 유의해야 한다. 즉, 브레이징 온도보다 기화점(vaporization temperature)이 낮은 원소를 함 유한 모재나 브레이징 합금을 사용하면 브레이징에 악영향을 준다. 예를 들어, 아연 (Zn)은 브레이징 온도에서 진공은 물론 분위기 가스 중에서도 기화하기 쉽기 때문에 가능한한 로 브레이징에 사용하지 않는다.
또 재료의 산화되기 쉬운 정도도 브레이징 분위기 선정에 영향을 준다. 예를 들어 산화되기 쉬운 원소인 크롬(Cr)을 함유한 스테인레스 강은 10-5 (torr) 정도의 고진공이나 순수 수소 분위기를 사용한다. 반면, 크롬을 함유하지 않은 일반 탄소강은 10-3 (torr) 정도의 보통 진공이나 분해 암모니아 가스 (25%수소+75%질소) 정도의 약 환원성 분위기에서도 브레이징이 가능하다.
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플럭스를 선택할 때에는 그림 2-33)에 보인 바와 같이 훨씬 더 많은 사항들을 고려해야 한다. 우선 모재에 함유된 원소의 산화물을 환원시키기에 알맞아야 하고, 플럭스의 형태 (액체, 기체, 고체)를 결정해야 하며, 이들의 도포, 공급 방법도 고려해야 한다. 또한, 용가재의 조성과 형태, 융점을 고려하고, 브레이징 온도에서 플럭스가 활성화 되어야 한다. 마지막으로 브레이징 후 잔류물을 제거해야 하는지, 그대로 두어도 괜찮은지를 판단해야 하고, 가격을 고려해야 한다.
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(3) 브레이징 합금의 선택
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브레이징 합금을 선택할 경우에 고려해야할 사항들을 그림 2-34)와 같이 언급하였다. 즉, 진공 브레이징을 할지 대기 중 브레이징을 할지 브레이징 방법에 따라 브레이징 합금의 조성(예를 들어 Zn 함유 여부)이 결정된다. 원가에 미치는 영향에 따라 은계나 동계 브레이징 합금 중 하나를 결정하기도 하고, 모재가 철계냐 알루미늄계냐에 따라 동계나 알루미늄계 브레이징 합금 중 하나를 결정한다.
마찬가지로, 브레이징 강도나 접합부 간격, 내식성, 불량률, 생산성에 따라 브레이징 합금이 결정되기도 한다. 따라서, 브레이징 합금을 선택할 경우 제품과 관련된 점들을 종합적으로 고려하여 브레이징 합금을 결정한다.
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(4) 브레이징 합금 형태의 선택
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브레이징 합금의 형태는 봉, 선재, 판재, 페이스트, 프리 폼 형상, 도금 및 용탕형태 등 다양하게 존재한다. 브레이징부의 설계시 브레이징 합금을 어떻게 공급할 것인가에 따라 합금의 형태도 달라진다. 브레이징부의 설계 시에 미리 브레이징 합금의 형태를 정하여 설계하는 것이 좋다.
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(5) 브레이징 합금 및 플럭스 공급방법의 선택
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브레이징 합금 및 플럭스의 공급을 수동으로 할 것인가, 아니면 자동으로 할 것인가 하는 점을 미리 고려하는 것이 좋다. 또 어느 시점에 이들을 공급할 것인가도 중요하다. 이들의 공급 방법에 따라 전체 브레이징 생산공정이 달라질 수 있다.
이상과 같이 제품 설계시 고려사항에 대하여 알아보았으며, 설계가 완료되면 부품 가공과 브레이징 준비에 들어간다.
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