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경납땜 (Brazing)의 원리

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경납땜(Brazing)은 두 개 이상의 금속 부품을 접합하는 방법으로, 모재(접합하려는 금속)를 녹이지 않고 모재보다 용융점이 낮은 “용가재(Filler Metal)”만을 녹여서 접합부에 유입시켜 고정하는 기술입니다.

이 공정의 핵심 원리는 다음 세 가지로 요약할 수 있습니다.


1. 온도 조건

용가재의 용융점: 경납땜에 사용되는 용가재는 450°C 이상에서 녹아야 합니다. (450°C 미만에서 녹는 용가재를 사용하는 것은 연납땜(Soldering)으로 구분됩니다.)

모재의 용융점: 가열 온도는 용가재의 용융점보다 높고, 접합하려는 모재의 용융점보다는 반드시 낮아야 합니다.

원리: 이 온도 조건 덕분에 모재는 녹지 않고 용가재만 녹아 접합부로 흘러 들어갈 수 있습니다.


2. 젖음성 (Wetting)

정의: 용융된 용가재가 고체 상태인 모재의 표면에 달라붙거나 스며드는 성질입니다.

역할: 용가재가 모재 표면에 잘 퍼져서 친화력을 형성해야만 접합이 원활하게 이루어집니다. 젖음성이 나쁘면 용가재가 모재에 제대로 부착되지 않아 접합이 실패합니다.

촉진 요인: 접합 전에 모재 표면의 산화물이나 오염물질을 깨끗하게 제거해야 합니다. 이를 위해 “플럭스(Flux)”를 사용하거나, 환원성 분위기 또는 진공 분위기에서 가열하는 방법을 사용합니다.


3. 모세관 현상 (Capillary Action)

정의: 액체가 좁은 틈이나 관을 통해 중력과 관계없이 상승하거나 흘러 들어가는 현상입니다.

역할: 모재와 모재 사이의 좁은 틈(접합 간극)으로 용융된 용가재가 스스로 빨려 들어가서 틈을 완전히 채우게 만드는 구동력입니다.

이상적인 간격: 일반적으로 접합 간극은 0.05~0.1mm 정도가 이상적이며, 이 간격이 너무 넓으면 모세관 현상이 약해져 불완전한 접합이 될 수 있습니다.


                                                                <경납땜과 다른 접합 방법의 비교>


구 분

경납땜 (Brazing)

연납땜 (Soldering)

용접 (Welding)

용가재 용융점

450°C 이상

450°C 미만

사용 시 용융점의 제한 없음

모재의 용융 여부

녹이지 않음 (Solid-State)

모재를 녹여서 접합 (Fusion)

접합 원리

젖음성, 모세관 현상

모재 간의 융합 및 용가재 첨가

접합 강도

경납땜 기준 용접보다는 약하지만, 연납땜보다 강함



 

경납땜에서 “용가재(Filler Metal)”는 접합부의 성능(강도, 내식성, 전기 전도성 등)을 최종적으로 결정하는 핵심 재료입니다.

경납땜 용가재는 모재보다 용융점이 낮고(450°C 이상), 모세관 현상에 의해 접합 틈으로 잘 유입될 수 있도록 젖음성과 유동성이 우수해야 합니다.

용가재는 주로 그 주요 구성 성분에 따라 분류되며, 사용되는 모재의 종류와 접합부의 환경(사용 온도, 분위기)에 맞게 선택됩니다.



                                                                <주요 경납땜 용가재의 종류와 특징>

 

용가재 계열

주요 구성 성분

용융 온도 범위 (일반적)

특징 및 주요 적용 모재

은 납 (Silver Brazing Alloys)

Ag-Cu-Zn-Sn-Ni 합금

610 ~ 850°C

가장 널리 사용됨. 낮은 용융점, 우수한 유동성 및 강도. 이종 금속 접합에 적합. (구리, 황동, 강철, 스테인리스 스틸)

구리-인 납 (Copper-Phosphorus, BCuP)

Cu-P 합금 (때로는 Ag 첨가)

700 ~ 850°C

플럭스가 필요 없는 자기 플럭스(Self-fluxing) 성질을 가짐 (구리 접합 시). 구리 및 구리 합금 전용. (배관, 전기 장비)

황동 납 (Copper-Zinc, CuZn)

Cu-Zn 합금 (때로는 Mn, Sn, Ni 첨가)

850 ~ 950°C

저렴하고 높은 강도를 제공하나, 아연 증발로 인한 환기 필요. 강철, 주철, 구리 합금에 사용.

니켈 납 (Nickel Brazing Alloys)

Ni-Cr-B-Si 합금

900 ~1200°C

고온 강도와 내식성이 우수. 항공우주, 가스터빈, 스테인리스 스틸 및 초합금 접합에 사용.

알루미늄-규소 납 (Aluminum-Silicon)

Al-Si 합금

570 ~ 620°C

알루미늄 모재 전용 용가재. 가장 낮은 용융점 중 하나. (자동차, HVAC 시스템)