KR20050110599A

KR20050110599A - 파이프머신용 다이스의 진공 브레이징 방법

Info

Publication number: KR20050110599A
Application number: KR1020050106242A
Authority: KR
Inventors: 차영준
Original assignee: 차영준
Priority date: 2005-11-08
Filing date: 2005-11-08
Publication date: 2005-11-23
Also published as: KR100703873B1

Abstract

본 발명은 이종금속(異金屬)으로 구성된 파이프머신용 다이스의 진공 브레이징 방법에 관한 것으로,

다이스(100)의 모재(母材)인 탄소강(S45C)의 쌩크(1)와; 상기 쌩크(1)의 접합부분(3)에 모재가 고속도강(H.S.S)인 팁(2)의 접합부분(3)을 별도의 밀착장치로 밀착하여 고정한 후 양측면 접합부분(3)에 태크(4)하여 고정하고 용가재(3')인 동선(銅線) 또는 동분말(銅粉末)을 접합부분(3) 상면에 올려놓고 진공브레이징 로(爐) 내부에 열의 순환이 잘 되도록 차곡차곡 적치한 후 진공압력 10^-2~ 10^-3Torr(mmHg) 상태에서 1차 850℃로 가열하여 30~40분간 유지한 후 용가재(3')인 동(銅)의 용융점(鎔融點 1,083℃) 이상의 1,100℃로 가열하여 약 30~40분간 유지하게 되면 동선(銅線) 또는 동분말(銅粉末)이 녹아서 된 동용융액(銅溶融液)이 접합부분(3)의 미세한 틈새로 모세관현상에 의해 침투하여 표면장력이 높은 접합부분(3) 전면에 진공상태(플럭스)에서 균일하게 도포되어 강력하게 접합되는 것이다.

따라서, 진공상태에서 1,100℃이상의 고온으로 가열시 금속의 조직변화가 이루어지는 과정에 상기, 틈새로 침투한 동용융액(銅溶融液)이 금속의 미세한 조직과 동질성을 확보함으로써 단순히 접합되는 것이 아니라 쌩크(1) 와 팁(2)을 일체화하여 탄소강의 인장강도(3,800~4,800Kg/Cm) 대비 약 110%에 상당하는 높은 접합 인장강도(약 5,300 Kg/Cm²)를 얻을 수 있으며 계속해서 1,150~1,160℃로 서서히 가열하여 냉각함으로써 모재가 고속도강인 팁(2)의 열처리까지 동시에 실행함으로써 공정을 개선한 것이다.

본 발명에 따르면, 파이프머신용 다이스의 진공 브레이징 방법은 그 과정에 있어서 브레이징 부분의 함유가스를 증발시켜 불순물을 최소화하고 산화물발생을 차단하며 부식이 되지않는 순수한 접합을 통하여 모재 보다 더 강력한 접합강도를 얻을 수 있으며 고가(高價)인 고속도강(H.S.S)을 인선부분인 팁(2)에만 적용할 수 있어 원가를 2배 이상 절감할 수 있는 것이다.

Description

파이프머신용 다이스의 진공 브레이징 방법{Vacuum brazing method of pipe threading machine dise}

본 발명은 이종금속(異種金屬)으로 구성된 파이프머신용 다이스의 진공 브레이징 방법에 관한 것이다.

브레이징이란 450℃ 이상에서 접합하고자 하는 모재(Base metal)의 용융점(Melting point) 이하에서 모재는 상하지 않고 용가재와 열을 가하여 두 모재를 접합하는 기술이다. 더 상세하게는 450℃ 이상의 액상선 온도(Liquidus temperature)를 가진 용가재를 사용하며 모재의 고상선 온도(Solidus temperature) 이하의 열을 가하여 두 모재를 접합하는 방법을 브레이징이라 할 수 있다.

참고로 용가재(Filler metal)를 가지고 접합하는 방법은 크게 웰딩(welding), 솔더링(Soldering) 및 브레이징(Brazing)으로 나눌 수 있다. 흔히, 웰딩을 용접, 솔더링은 연납땜 및 브레이징은 경납땜으로 말하기도 한다.

상기, 3가지 공법의 차이는 솔더링은 450℃ 이하의 용가재를 가지고 접합하는 방법을 칭하며 웰딩 과 브레이징은 450℃ 이상의 온도에서 행해지나 그 차이점은 웰딩은 접합하고자 하는 모재의 용융점 이상에서 접합하는 방법이며 브레이징은 용융점 이하에서 모재는 상하지 않고 용가재를 사용하여 열을 가하여 두 모재를 접합하는 기술을 의미한다.

브레이징시 일정한 온도에 이르면 브레이징 용가재가 양 모재 사이로 스며 들어가서 브레이징이 되어야만 이상적인 브레이징이라 할 수 있다.

이때, 양 모재와 용가재의 친화력 정도를 나타내는 성질을 젖음성(Wetting)으로 표현할 수 있으며 양 모재의 미세한 접합간격(Joint gap) 사이로 흘러들어 가게 하는 현상이 모세관현상(Capillary action)이라 표현할 수 있다.

만약 용가재가 브레이징해야 할 모재와 젖음성이 나쁘면 접합이 이루어지지 않을 것이며, 접합간격이 크면 양 모재 사이에 용가재가 가득 차지 않음에 따라 불완전한 접합이 이루어 진다.

일반적으로 브레이징시 모재가 장시간 대기중에 방치되었거나 또는 가열시 공기중의 산소 등과 결합하여 산화물이 생겨서 불활성 상태가 되어 있는 경우는 액상 금속이 젖기(Wetting)가 힘들어 진다.

따라서, 브레이징할 때 플럭스(Flux)를 사용하거나 환원성 분위기 또는 진공분위기 중에서 가열함으로써 산화물 생성을 억제하여 용가재가 잘 젖게 만들어 올바른 모세관현상에 의해 용가재가 양 모재 사이로 잘 흘러들어 가게 해야한다.

특히, 모세관현상은 브레이징하고자 하는 가공품의 정밀도와 연관성이 많으며 이상적인 제품을 설계하지 못하면 작업성이 떨어지며 원가상승 및 불량률 증가의 원인이 된다.

그러나 종래에는 브레이징 환경과 기술이 열악하여 일정한 강도를 얻을 수 없으며 모재에 상응하는 인장강도를 얻을 수 없어 파이프신용 다이스의 몸체 전체를 고속도강(H.S.S)을 사용하여 제조함으로써 제조원가가 상승하여 경제성이 떨어지는 단점이 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하고자 창출한 것으로, 접합부분의 간격을 최소화하고 브레이징을 안정화할 수 있는 기술과 수단을 부가함으로써 모재에 육박 또는 상향하는 인장강도를 달성하고 원가를 절감할 수 있는 파이프머신용 다이스의 진공 브레이징 방법을 제공함에 목적이 있다.

본 발명의 상기한 목적은 이종금속(異種金屬)으로 구성된 다이스(100)의 탄소강(S45C)을 모재(母材)로 한 접합부분(3)이 가공된 쌩크(1)와; 상기 쌩크(1)의 접합부분(3)에 고속도강(H.S.S)을 모재로 한 접합부분(3)이 가공된 팁(2)의 접합부분(3)을 별도의 밀착장치로 밀착하여 고정한 후 양측면 접합부분(3)에 태크(4)하여 일체화한 후 팁(2)을 태크(4) 한 상태에서 브레이징 및 열처리 후 고속도강이 모재인 팁(2)을 가공하기 어려운 점을 감안하여 태크(4) 상태에서 가공이 가능한 범위의 가공부분(a, a')을 가공한 후 용가재(3')인 동선(銅線) 또는 동분말(銅粉末)을 접합부분(3) 상면에 올려놓고 진공브레이징 로(爐) 내부에 열의 순환이 잘 되도록 차곡차곡 적치한 후 진공압력 10^-2~ 10^-3Torr(mmHg) 상태에서 1차 850℃로 가열하여 30~40분간 유지하여 불순물과 산화물을을 제거하여 젖음성(Wetting)을 향상한 후 용가재(3')인 동(銅)의 용융점(鎔融點 1,083℃)보다 높은 1,100℃로 가열하여 30~40분간 유지하게 되면 용가재(3')인 동선(銅線) 또는 동분말(銅粉末)이 녹아서 된 동용융액(銅溶融液)이 접합부분(3)의 미세한 틈새로 올바른 모세관현상에 의해 침투하여 표면장력이 높은 잘 가공된 접합부분(3) 표면에 진공상태(플럭스)에서 균일하게 도포되어 강력하게 접합되는 것이다.

따라서, 진공상태에서 1,100℃이상의 고온으로 가열시 불순물과 산화물이 제거되고 모재와 친화력이 증가되며 모재의 변태가 이루어지는 과정에 상기, 틈새로 침투한 용가재(3')가 녹아내린 동용융액(銅溶融液)이 금속의 미세한 조직과 동질성을 확보함으로써 단순히 접합되는 것이 아니라 쌩크(1) 와 팁(2)을 일체화하여 탄소강의 인장강도(3,800~4,800Kg/Cm) 대비 약 110%에 상당하는 높은 접합 인장강도(약 5,300 Kg/Cm²)를 얻을 수 있으며 계속해서 약 5시간에 걸쳐 1,150~1,160℃로 서서히 가열한 후 냉각하게 되면 30~40분 후 약 60℃에 도달하게 된다. 이후 계속해서 30~40분 추가로 냉각하게 되면 모재가 고속도강인 팁(2)의 열처리까지 동시에 이루어짐으로써 공정을 단순화하고 개선하였다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 모재에 상응 또는 상향하는 접합 인장강도를 얻을 수 있어 고품질의 파이프머신용 다이스를 얻을 수 있어 2배 이상의 원가절감 효과가 있다.

둘째, 진공 브레이징(플럭스)을 통하여 세정 등 전처리 공정을 생략하고 열처리 공정이 별도로 필요치 않아 공정을 간소화하여 생산성을 향상하고 원가를 절감하는 장점이 있다.

셋째, 파이프에 나사를 절삭할 때 파이프의 인성에 의하여 몸체 부분을 탄소강으로 이원화함으로써 몸체 전체가 고속도강인 다이스에 비해 탄력성과 유연성이 높아 다이스의 수명을 연장할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 진공 브레이징 시간대별 온도변화 선도.

도 2는 파이프머신용 다이스 사시도

도 3은 본 발명의 전개 사시도

도 4는 본 발명의 태크 준비 사시도

도 5는 본 발명의 태크 사시도

도 6은 본 발명의 태크상태에서 1차 가공을 완료한 브레이징 준비 사시도

도 7은 본 발명의 동선 용가재를 게재한 브레이징 준비 사시도

도 8은 본 발명의 브레이징을 완료한 사시도

도 9는 본 발명의 브레이징을 완료한 부분 단면 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 쌩크 2 : 팁

3 : 접합부분 3' : 용가재

4 : 태크 100 : 다이스

a : 가공부분 a' : 가공부분

Claims

다이스(100)의 탄소강(S45C)을 모재(母材)로 한 쌩크(1)와;

상기 쌩크(1)의 접합부분(3)에 고속도강(H.S.S)을 모재로 한 팁(2)을 밀착하고 양 측면 접합부분(3)에 태크(4)로 일체화한 후 용가재(3')인 동선(銅線) 또는 동분말(銅粉末)을 접합부분(3) 상면에 올려놓고 진공브레이징 로(爐) 내부에 적치한 후 진공압력 10^-2~ 10^-3Torr(mmHg) 상태에서 1차 850℃로 가열하여 30~40분간 유지한 다음 다시 1,100℃로 가열하여 30~40분간 유지하게 되면 용가재(3')가 녹아서 된 동용융액(銅溶融液)이 접합부분(3)의 미세한 틈새로 올바른 모세관현상에 의해 침투하여 접합부분(3) 표면에 진공상태(플럭스)에서 균일하게 도포되어 접합되도록 한 것을 특징으로 하는 파이프머신용 다이스의 진공 브레이징 방법.
제 1항에 있어서,

상기, 1,100℃에서 브레이징 공정 후 계속해서 약 5시간에 걸쳐 1,150~1,160℃로 서서히 가열한 후 냉각하여 30~40분 후 약 60℃에 도달하게 되면 계속해서 30~40분 추가로 냉각함으로써 모재가 고속도강인 팁(2)의 열처리까지 동시에 이루어질 수 있게 한 것을 특징으로 하는 파이프머신용 다이스의 진공 브레이징 방법.