KR101319375B1

KR101319375B1 - 철과 비철 금속의 접합을 위한 고주파 브레이징 장치

Info

Publication number: KR101319375B1
Application number: KR1020110093331A
Authority: KR
Inventors: 신덕현
Original assignee: 주식회사 세창산업
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2011-09-16
Publication date: 2013-10-17
Also published as: KR20130029923A

Abstract

본 발명은 브레이징 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이종금속인 철과 비철을 상호 접합시킴에 있어 은납동링을 두 이종금속 사이의 접합부위에 위치시킨 후, 철과 비철 금속은 녹지 않고 은납동링만을 녹일 수 있는 450㎐ 내외의 고주파를 인가함으로써, 은납동링을 녹이면서 철과 비철의 이종금속 상호간을 견고하게 용접하여 접합시킬 수 있게 한 철과 비철 금속의 접합을 위한 고주파 브레이징 장치에 관한 것이다.

Description

철과 비철 금속의 접합을 위한 고주파 브레이징 장치{HIGH FREQUENCY BRAZING APPARATUS FOR BONDING BETWEEN FERROUS AND NONFERROUS METAL}

일반적으로 금속물질로 이루어진 다양한 구조물을 형성하기 위해서는 동종의 금속뿐만 아니라 이종금속 상호간을 접합할 필요가 있으며, 이 경우 경납(hard solder)땜으로 불리는 브레이징(brazing)이 이용된다.

이러한 브레이징은 납땜의 한 종류로서 접합하려는 모재보다 녹는점이 낮은 비철금속이나 그 합금을 용가재로 사용함으로써 모재를 거의 용융시키지 않고 용가재만을 용융시켜 접합할 수 있게 한다.

이와 같이 브레이징은 두 모재 사이에 삽입 금속을 설치하고, 온도를 상승시켜 용융된 삽입 금속이 모세관 현상에 의해 두 모재 사이로 흘러 들어가게 한 후 냉각하여 두 모재를 접합시키게 되는데, 모재가 다른 종류의 이종금속으로 이루어질 경우 온도 상승에 따른 열팽창계수의 차이로 인하여 용접부에서 균열발생 가능성이 현저히 증가하게 되는 문제점이 있었다.

특히, 동종의 철 상호간을 접합시킬 때 보다 철과 비철 금속 상호간을 접합시킬 경우 자그마한 충격에도 용접부가 쉽게 균열되거나 떨어지게 되는 등 접합의 내구성을 확보하기 어려운 문제점이 더욱 심하였다.

그에 따라, 종래에는 대한민국 등록실용신안 제20-0267054호에 개시된 바와 같이 두 모재를 접합시킴에 있어 열팽창 계수가 큰 모재의 두께보다 열팽창 계수가 작은 모재의 두께를 더 얇게 하여 열팽창 계수의 차이를 보완할 수 있게 한 이종재료의 브레이징에 의한 용접부의 구조가 제안되었다.

그러나. 모든 재료의 열팽창 계수 차이와 그에 따른 두께 차이를 고려하면서 구조물을 제작하기 어려운 문제점과, 이종금속 상호간의 접합이 쉽게 파괴되는 원인이 단지 열팽창 계수의 차이에만 의존하지 않게 되어 일반적인 이종금속의 접합에 적용하기는 어렵다는 문제점이 여전히 존재하였다.

또한, 대한민국 등록특허 제10-0969075호에 개시된 바와 같이, 두 가지 종류의 이종금속 상호간을 접합함에 있어 삽입체의 표면에 돌기를 형성하고, 돌기가 형성된 부위에 피삽입체를 성형하여 접합성을 향상시키고 크랙 저항성과 내구성도 향상시킬 수 있게 한 이종금속 접합시스템 및 방법이 제안되었다.

그러나. 이러한 종래의 이종금속 접합시스템은 접합시키고자 하는 두 구조물에 돌기를 형성하고 상호 삽입시킨 후 피삽입체를 돌기에 맞도록 성형해야 하였는바, 일반적인 구조물의 접합에 적용하기는 너무 복잡한 문제점이 있었다.

더욱이, 단순한 이종 금속 상호간이 아니라, 철 금속과 비철 금속 상호간을 용접하여 접합시킬 경우 용접부위의 접합력이 약하여 외부 충격에 쉽게 파손되는 문제점이 있었다.

그에 따라, 근래에는 접합하고자 하는 철 금속과 비철 금속의 접합부위를 동으로 덕지덕지 감싸서 용접하여 사용하곤 하였으나, 이 경우 용접부위의 미관이 크게 손상될 뿐만아니라, 접합부위에 녹아있는 동에 의해 일시로 잡아주는 정도에 불과하여 외부 충격이 인가될 경우 녹아 있던 동이 쉽게 깨지면서 접합이 분리되는 문제점이 있었다.

따라서, 철과 비철 금속 상호간을 견고하고 안정적으로 접합시킴과 아울러, 접합 부위의 미관도 향상시킬 수 있는 새로운 용접 장치 또는 브레이징 장치가 여전히 요청되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이종금속인 철과 비철을 상호 접합시킴에 있어 은납동링을 두 이종금속 사이의 접합부위에 위치시킨 후, 철과 비철 금속은 녹지 않고 은납동링만을 녹일 수 있는 450㎐ 내외의 고주파를 인가함으로써, 은납동링을 녹이면서 철과 비철의 이종금속 상호간을 견고하게 용접하여 접합시킬 수 있게 한 철과 비철 금속의 접합을 위한 고주파 브레이징 장치를 제공함에 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 철과 비철 금속의 접합을 위한 고주파 브레이징 장치는,

용접에 의해 제작하고자 하는 구조물을 형성하며 철로 이루어진 제1모재; 상기 제1모재에 접합되어 구조물의 일부를 형성하며 비철로 이루어진 제2모재; 상기 제1모재와 제2모재의 접합부위에 위치하여 철과 비철 상호간을 접합시키는 은납동링; 상기 제1모재를 올려놓은 후 좌우로 움직이면서 접합부위를 이동시키는 지지레일; 및 상기 지지레일 상에 위치하는 접합부위에 고주파를 발진시켜 은납동링을 녹이면서 철 금속인 제1모재와 비철 금속인 제2모재를 견고하게 접합시키는 고주파 용접부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 은납동링은 은(Ag), 구리(Cu) 및 아연(Zn)을 포함하는 합금으로 형성되며, 은(Ag) 34~36(Wt%), 구리(Cu) 31~33(Wt%), 아연(Zn) 32~34(Wt%)의 중량비를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 고주파 용접부는 상기 은납동링을 녹일 수 있는 에너지를 고주파의 형태로 발진하는 고주파 전동발전기와, 상기 고주파 전동발전기에서 발진된 고주파를 접합부위에 위치하는 은납동링으로 방출하는 유도코일과, 발진되는 고주파의 주파수를 조절하는 주파수 조절부를 포함하여 구성되고; 상기 유도코일은 접합부위의 수직 상부에 위치할 수 있게 상기 하우징의 외부로 돌출 형성되며; 상기 주파수 조절부는 상기 유도코일을 통하여 방출되는 고주파의 주파수가 은납동링만을 용융시키고, 철 금속으로 이루어진 상기 제1모재와 비철 금속으로 이루어진 제2모재는 용융시키지 않는 범위의 주파수를 갖도록 조절하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 주파수 조절부는 비철 금속 중 인청동으로 이루어진 제2모재는 용융시키지 않으면서, 상기 은과, 구리 및 아연으로 이루어진 은납동링만을 용융시키기 위하여, 상기 유도코일을 통하여 방출되는 고주파가 430㎐ ~ 460㎐ 범위의 주파수를 갖도록 조절하는 것이 바람직하다.

본 발명은 철 금속으로 이루어진 제1모재와 인청동과 같은 비철 금속으로 이루어진 제2모재는 녹지 않고, 은과 구리 및 아연을 포함하는 합금으로 이루어진 은납동링만이 녹으면서 상기 제1모재와 제2모재 상호간을 접합시킬 수 있는 장점이 있다.

그에 따라 얇은 은납동링만 녹으면서 접합부위를 형성하게 되므로 종래 철과 비철 금속 상호간을 접합시키기 위해 접합부위에 동을 녹여서 덕지덕지 붙여야 하던 것에 비해 외관의 미감을 현저히 향상시킬 수 있게 됨과 아울러, 외부 충격에도 상당한 저항성을 갖게 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 철과 비철 금속의 접합을 위한 고주파 브레이징 장치의 사시도.
도 2는 본 발명에 따라 제1모재와 제2모재 사이에 은납동링이 설치된 것을 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 제1모재의 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 제1모재의 평면도.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 철과 비철 금속의 접합을 위한 고주파 브레이징 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따라 제1모재와 제2모재 사이에 은납동링이 설치된 것을 나타내는 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 철과 비철 금속의 접합을 위한 고주파 브레이징 장치는, 용접에 의해 제작하고자 하는 구조물을 형성하며 철로 이루어진 제1모재(100)와, 상기 제1모재에 접합되어 구조물의 일부를 형성하며 비철로 이루어진 제2모재(200)와, 상기 제1모재와 제2모재의 접합부위에 위치하여 철과 비철 상호간을 접합시키는 은납동링(300)과, 상기 제1모재를 올려놓은 후 좌우로 움직이면서 접합부위를 이동시키는 지지레일(400)과, 상기 지지레일 상에 위치하는 접합부위에 고주파를 발진시켜 은납동링을 녹이면서 상기 제1모재와 제2모재를 견고하게 접합시키는 고주파 용접부(500)를 포함하여 구성된다.

상기 제1모재(100)는 제조하고자 하는 구조물의 형태에 따라 다양하게 형성된 철판으로서, 철판을 성형, 절단 및 절곡시켜 제조하고자 하는 다양한 형태로 구성된다.

도 3은 본 발명에 따른 제1모재의 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 제1모재의 평면도이다. 도 3 및 도 4는 제1모재의 다양한 형태 중 초음파 의료기구 등에 사용될 수 있는 하나의 예시 형태일 뿐이므로, 제1모재의 형태가 도시된 형태에 한정되지 않음은 물론이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 제1모재(100)는 하부가 개방되고, 상면에서 양 측으로 연장되어 있는 측벽에 결합홀이 형성된다. 이때, 상기 제1모재의 양 측벽에 형성된 결합홀(110)에는 제2모재(200)가 접합되어 다른 구조물과의 결합을 위한 홀을 형성하게 된다.

상기 제2모재(200)는 상기 제1모재에 접합되는 형상으로 이루어지고 인청동과 같은 비철금속으로 형성된다.

도 1 및 도 2에서는 상기 제2모재가 인청동으로 이루어져 상기 제1모재에 형성된 결합홀에 접합되는 링으로 형성되는 것을 예시하고 있으나, 이러한 형상 및 크기에 제한되지 않음은 물론이다.

이와 같이 접합시키고자 하는 제1모재와 제2모재의 형상은 제조하고자 하는 구조물의 형상에 따라 다양하게 형성될 수 있으며, 상기 제1모재(100)는 철 금속으로 형성되고 상기 제2모재(200)는 비철 금속으로 형성된다.

이때, 상기 제1모재와 제2모재가 모두 철 금속으로 이루어질 경우도 있으나, 그 경우에는 통상적인 용접에 의해 견고하게 접합시킬 수 있으므로, 본 명세서에서 제안하는 고주파 브레이징 장치는 철 금속과 비철 금속을 접합시키는 데에 주로 적용될 수 있다.

상기 은납동링(300)은 은(Ag), 구리(Cu) 및 아연(Zn)을 포함하는 합금으로 구성되어, 상기 제1모재와 제2모재의 접합부위 형상에 따라 다양한 형상으로 이루어진다. 도 1 및 도 2에서는 상기 제1모재에 형성된 결합홀과 그 결합홀에 접합되는 제2모재의 형상에 따라 얇은 링으로 형성된다.

상기 은납동링(300)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제1모재와 제2모재 사이의 접합부위에 위치하여, 상기 제1모재와 제2모재 상호간을 견고하게 접합시키게 된다.

이때, 상기 은납동링(300)은 하기의 표 1에 기재된 바와 같은 범위의 중량비를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

항목	함유량 범위(Wt%)	평균함유량(Wt%)
Ag	34 ~ 36	35.0±1.0
Cu	31 ~ 33	32.0±1.0
Zn	32 ~ 34	33.0±2.0

상기 지지레일(400)은 브레이징되는 부위가 상기 고주파 용접부의 수직 하부에 위치하도록 수평 이동시키는 가이드 플레이트(410)와, 상기 가이드 플레이트를 지지하면서 수평 이동하는 가이드라인을 형성하는 지지플레이트(420)와, 상기 지지플레이트의 상부 외측에 형성되며 내측으로 일정 깊이 파이도록 형성되어 상기 가이드 플레이트의 내부턱이 안착되어 이동하는 레일 홈(430)으로 구성된다.

이때, 상기 가이드 플레이트(410)의 상부에는 상기 제1모재(100)를 일시 고정시켜 브레이징시 모재의 유동을 방지하기 위한 지그가 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 가이드 플레이트(410)의 전면에는 브레이징을 하는 작업자가 제1모재가 설치되어 있는 가이드 플레이트를 수평 이동시킬 수 있는 손잡이(440)가 형성되는 것이 바람직하다.

그에 따라, 상기 가이드 플레이트(410)에 일시 고정된 제1모재(100)의 접합부위에 철과 비철 금속 상호간을 접합시키기 위한 은납동링(300)을 설치한 후, 그 상부에 상기 제2모재(200)를 위치시켜 브레이징을 하기 위한 위치를 고정시키게 된다.

이때, 상기 가이드 플레이트(410)는 이동이 완료된 위치에서 상기 지지플레이트에 일시 고정시킬 수 있는 스토퍼가 더 구비되어 사용자의 안전을 향상시킬 수 있음은 물론이다.

상기 고주파 용접부(500)는 상기 은납동링(300)을 녹일 수 있는 에너지를 고주파의 형태로 발진하는 고주파 전동발전기(미도시)와, 상기 고주파 전동발전기에서 발진된 고주파를 접합부위에 위치하는 은납동링으로 방출하는 유도코일(510)과, 발진되는 고주파의 주파수를 조절하는 주파수 조절부(미도시)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 고주파 전동발전기는 상기 주파수 조절부에서 조절된 주파수를 갖는 고주파를 발진시키는 발전기로서, 통상적인 고주파 용접장치와 마찬가지로 콘덴서와 고주파 변압기 등 여러 구성요소를 하우징 내부에 포함하여 구성됨은 물론이다.

상기 유도코일(510)은 상기 하우징의 외부로 돌출 형성되어 접합부위의 수직 상부에 위치할 수 있게 되며, 상기 고주파 전동발전기에서 생성된 고주파를 유도코일에 의해 접합부위로 방출하게 된다.

이때, 상기 유도코일(510)이 하우징의 전면으로 돌출 형성되어 있으므로, 상기 제1모재(100)와 은납동링(300) 및 제2모재(200)가 서로 접하도록 놓인 접합부위를 상기 유도코일(510) 하부의 공간에서 이동시키며 원하는 부위에 고주파를 순차적으로 방출시킬 수 있게 된다.

상기 유도코일을 통하여 방출되는 고주파는 접합부위에 놓은 제1모재와 은납동링과 제2모재 중 은납동링(300)만을 녹이면서 제1모재(100)와 제2모재(200) 상호간을 접합시켜 용접하게 된다.

그에 따라, 상기 주파수 조절부는 상기 유도코일을 통하여 방출되는 고주파의 주파수가 은납동링만을 용융시키고, 철 금속으로 이루어진 상기 제1모재뿐만 아니라 비철 금속으로 이루어진 제2모재도 용융시키지 않는 범위의 주파수를 갖도록 조절하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 철 금속으로 이루어진 제1모재와 비철 금속 중 인청동으로 이루어진 제2모재는 용융시키지 않으면서 상기 은과, 구리 및 아연으로 이루어진 은납동링만을 용융시키기 위해서는, 상기 유도코일을 통하여 방출되는 고주파가 430㎐ ~ 460㎐ 범위의 주파수를 갖도록 조절하는 것이 바람직하다.

특히, 상기 은납동링이 상기 표 1과 같은 중량비로 이루어진 경우에는 상기 고주파 조절부는 450㎐의 주파수를 갖는 고주파를 발진하도록 구성되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 은납동링이 표 1과 같은 중량비로 이루어진 경우 상기 고주파 용접부에서 발진되는 고주파가 너무 높으면 인청동으로 이루어진 제2모재가 녹기 시작하고, 상기 고주파 용접부에서 발진되는 고주파가 너무 낮으면 접합 후 작은 충격에도 용접부위가 쉽게 깨지는 것을 다수의 실험에 의해 확인할 수 있었는바, 상기 고주파 조절부에서 발진되는 고주파는 450㎐ 내외인 것이 바람직하다.

다음에는 본 발명에 따른 철과 비철 금속의 접합을 위한 고주파 브레이징 장치의 작용을 설명한다.

먼저, 지지레일을 이루는 지지플레이트(420)의 상부에 가이드 플레이트(410)를 결합시킨다. 이때, 상기 가이드 플레이트의 내부에 형성된 턱이 상기 지지플레이트 외측에 형성된 레일 홈(430)에 걸리게 결합하여 지지플레이트 상에서 자연스러운 이동이 가능하게 하는 것이 바람직하다.

이후, 상기 가이드 플레이트(410)의 상부에 철 금속으로 이루어진 제1모재(100)를 위치시킨다. 이때, 상기 가이드 플레이트의 상부에 형성되어 있는 지그에 상기 제1모재를 결합하여 브레이징시 상기 가이드 플레이트 상에서 제1모재가 이동하는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제1모재가 결합되어 있는 가이드 플레이트(410)를 좌우로 이동시키면서 고주파 용접부를 이루는 유도코일(510)의 수직 하부에 접합부위가 위치하도록 조절한다. 이후 접합부위에 은납동링(300)을 먼저 위치시킨 후 그 상부에 제2모재(200)를 위치시킨다.

이와 같이 가이드 플레이트(410) 상에 제1모재(100)와 은납동링(300) 및 제2모재(200)가 적층되도록 위치시킨 후, 상기 고주파 용접부에 구비된 주파수 조절부에 의해 발진시키고자 하는 고주파의 주파수를 450㎐로 조절한다.

이후, 상기 고주파 용접부(500)에서 설정된 주파수를 갖는 고주파를 발진시켜 접합부위로 인가하면, 철 금속으로 이루어진 제1모재(100)와 인청동과 같은 비철 금속으로 이루어진 제2모재(200)는 녹지 않고, 은과 구리 및 아연을 포함하는 합금으로 이루어진 은납동링(300)만이 녹으면서 상기 제1모재와 제2모재 상호간을 접합시키게 된다.

이와 같이 얇은 은납동링만 녹으면서 접합부위를 형성하게 되므로 종래 철과 비철 금속 상호간을 접합시키기 위해 접합부위에 동을 녹여서 덕지덕지 붙여야 하던 것에 비해 외관의 미감을 현저히 향상시킬 수 있게 됨과 아울러, 외부 충격에도 상당한 저항성을 갖게 됨을 확인할 수 있었는바, 철과 비철 금속 상호간의 용접에 널리 활용될 수 있을 것이다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

100 - 제1모재 200 - 제2모재
300 - 은납동링 400 - 지지레일
410 - 가이드 플레이트 420 - 지지플레이트
430 - 레일 홈 440 - 손잡이
500 - 고주파 용접부 510 - 유도코일

Claims

브레이징 장치에 있어서,
용접에 의해 제작하고자 하는 구조물을 형성하며 철로 이루어진 제1모재;
상기 제1모재에 접합되어 구조물의 일부를 형성하며 비철로 이루어진 제2모재;
상기 제1모재와 제2모재의 접합부위에 위치하여 철과 비철 상호간을 접합시키는 은납동링;
상기 제1모재를 올려놓은 후 좌우로 움직이면서 접합부위를 이동시키는 지지레일; 및
상기 지지레일 상에 위치하는 접합부위에 고주파를 발진시켜 은납동링을 녹이면서 철 금속인 제1모재와 비철 금속인 제2모재를 견고하게 접합시키는 고주파 용접부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 철과 비철 금속의 접합을 위한 고주파 브레이징 장치.
제1항에 있어서,
상기 은납동링은 은(Ag), 구리(Cu) 및 아연(Zn)을 포함하는 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 철과 비철 금속의 접합을 위한 고주파 브레이징 장치.
제2항에 있어서,
상기 은납동링은 은(Ag) 34~36(Wt%), 구리(Cu) 31~33(Wt%) 및 아연(Zn) 32~34(Wt%)의 중량비를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 철과 비철 금속의 접합을 위한 고주파 브레이징 장치.
제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고주파 용접부는 상기 은납동링을 녹일 수 있는 에너지를 고주파의 형태로 발진하는 고주파 전동발전기와, 상기 고주파 전동발전기에서 발진된 고주파를 접합부위에 위치하는 은납동링으로 방출하는 유도코일과, 발진되는 고주파의 주파수를 조절하는 주파수 조절부를 포함하여 구성되고;
상기 유도코일은 접합부위의 수직 상부에 위치할 수 있게 하우징의 외부로 돌출 형성되며;
상기 주파수 조절부는 상기 유도코일을 통하여 방출되는 고주파의 주파수가 은납동링만을 용융시키고, 철 금속으로 이루어진 상기 제1모재와 비철 금속으로 이루어진 제2모재는 용융시키지 않는 범위의 주파수를 갖도록 조절하는 것을 특징으로 하는 철과 비철 금속의 접합을 위한 고주파 브레이징 장치.
제4항에 있어서,
상기 주파수 조절부는 비철 금속 중 인청동으로 이루어진 제2모재는 용융시키지 않으면서, 상기 은과, 구리 및 아연을 포함하는 은납동링만을 용융시키기 위하여, 상기 유도코일을 통하여 방출되는 고주파가 430㎐ ~ 460㎐ 범위의 주파수를 갖도록 조절하는 것을 특징으로 하는 철과 비철 금속의 접합을 위한 고주파 브레이징 장치.
제5항에 있어서,
상기 지지레일은,
브레이징되는 부위가 상기 고주파 용접부의 수직 하부에 위치하도록 수평 이동시키는 가이드 플레이트;
상기 가이드 플레이트를 지지하면서 수평 이동하는 가이드라인을 형성하는 지지플레이트; 및
상기 지지플레이트의 상부 외측에 형성되며 내측으로 일정 깊이 파이도록 형성되어 상기 가이드 플레이트의 내부턱이 안착되어 이동하는 레일 홈으로 구성되는 것을 특징으로 하는 철과 비철 금속의 접합을 위한 고주파 브레이징 장치.