KR20230168807A - 낮은 액상선을 갖는 브레이징용 용접소재 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플럭스와 브레이징재 금속분말이 상호 근접된 거리에서 균일하게 존재하도록 하여 외부 가열시 플럭스가 용융한 후 브레이징 분말이 분말이 용융하여 접합이 가능하게 할 수 있도록 하기 위하여 플럭스와 브레이징 분말이 미소거리거리에 존재하도록 하고 이를 강소성 압축 성형 공정을 통해 로드 및 와이어 소재를 만들도록 하는 브레이징 용접재의 제조방법과, 최적의 조성을 갖는 용가재를 사용함으로써 모재 보호 및 입열량 감소를 통한 에너지 절약 및 플럭스와의 효과적인 반응으로 브레이징 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 낮은 액상선을 갖는 브레이징용 용접소재의 제조방법이다.
본 발명은 상기한 목적을 구현하기 위한 것으로,
4000계열 알루미늄 합금 분말 함량 80-95 중량비율과, 불화물계 플럭스 분말 함량 5-20 중량비율을 갖는 혼합 분말을 각각 준비하는 단계와, 상기 알루미늄 합금 분말과 상기 불화물계 플럭스 분말을 브이 믹서(V-mixer)로 믹싱하여 제공하는 혼합 분말 믹싱단계와, 상기 제 2단계에 의하여 얻어진 혼합 분말을 성형장치에 의하여 압출형 소재인 원기둥 형상의 빌렛(Billet)을 제조하는 단계와, 상기 제조과정으로 제공되는 빌렛을 100-200℃의 로(furnace)에서 가스를 제거하기 위한 탈가스 처리단계와, 상기 탈가스 처리단계를 거친 빌렛을 압축기의 가입실에 투입 후 컨테이너 및 금형을 설정 온도로 가열 처리하는 단계와, 상기 금형 및 컨테이너를 설정 온도로 가열되면 빌렛이 삽입된 가입실에 램 피스톤으로 가압시키어 빌렛이 금형을 통해 압출되어 와이어 형상의 브레이징용 용접소재를 얻는 압출 성형단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 낮은 액상선을 갖는 브레이징용 용접소재 제조방법.
본 발명은 상기한 목적을 구현하기 위한 것으로,
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Description
본 발명은 낮은 액상선을 갖는 브레이징용 용접소재 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 플럭스와 브레이징 분말이 미소거리에 존재하도록 하고 이를 강소성 압축 성형 공정을 통해 로드 및 와이어 소재를 제공하면서 액상선 최소화 필러 소재 개발과 모재 손상 방지와 플럭스의 적절한 반응에 적합한 용가재를 얻을 수 있도록 한 낮은 액상선을 갖는 브레이징용 용접소재의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 브레이징(Brazing)은 접합할 모재금속에 비해 낮은 융점을 갖는 용접재를 사용하여 이종 또는 동종의 급속을 접합하는 기술로서, 금이나 은 등의 귀금속 접합에서부터 자동차와 냉장고 열교환기의 파이프 접합 등에 이르기 까지 광범위하게 적용되고 있다.
종래 기술로, 분말 형태롤 금속성분과 플럭스 성분을 혼합하여 빌렛을 제조 후 압출하는 방식과 직선상의 브레이징 선재를 구성함에 있어 내부에는 플럭스가 구비되도록 하고 그 외부를 금속성분이 감싸도록 하는 2중 구조 선재는 브레이징시 접합면의 표면 산화물을 제거하는 역활을 담당한 플럭스가 브레이징 선재의 내부에 위치하므로 플럭스를 외부로 노출시키기 위해서는 외부에 위치한 금속이 먼저 용융되어야 하기 때문에 다음과 같은 문제점이 있다.
즉, 금속 성분인 외부 선재가 먼저 용융되어 플럭스가 외부로 노출되었을 때에는 모재의 접합면이 지나치게 가열되어 있을 뿐만 아니라 액상의 플럭스보다 금속성분이 접합면상에 불규칙하게 접합되어 있기 때문에 플럭스를 도포한 후 브레이징하여도 접합면의 산화물을 효과적으로 제거하기 곤란하게 된다.
또한, 혼합 분말용 빌렛(금속과 플럭스)을 압출하는 방식은 플럭스가 압출시 성형을 방해하여 압출제품 표면이 불량이 다수 발생하는 문제점이 있고, 다른 제품 중 이중 선재인 경우 성능상 문제점 및 제조공정이 복잡하고 불량 발생성이 높다는 문제점이 있다.
이외에도 플럭스를 쉬트에 도포하는 과정에서 플럭스가 고르게 펴지지 않거나 브레이징 중에 이음부에서 플럭스가 새어나와 불량률이 높아질 수 있으며, 또한 이음부가 없는 플럭스가 내재된 용접재의 경우 생산공정이 입출, 플럭스 충진, 인발 등 공정이 3개로 늘어나게 될 뿐만 아니라 플럭스 충진 공정은 플럭스가 동일한 밀도로 충진되지 않을 경우 품질의 문제가 발생될 수 있고, 또한 인발시에도 금속부분과 플럭스 부위가 동일하게 늘어나지 않을 경우 플럭스의 분포가 일정하지 않어서 브레이징시 문제가 발생할 수 있다.
한편, 소재 접합 필러 소재 개발에는 크게 2가지 측면이 고려하게 되는데 에너지 소비 최소화를 위한 액상선 온도가 낮은 필러소재와 모재의 손상 및 플럭스와의 적절한 반응이다.
현재 이종 소재의 접합 필러 소재 개발을 위해 액상선 최소화 필러 소재 개발과 모재 손상 방지와 플럭스의 적절한 반응에 적합한 용가재가 필요하다.
상술한 바와 같은 종래의 알루미늄 합금의 플럭스가 내재된 용접재에 의하면 다음과 같은 결점이 있음을 알 수 있다.
용가재와 모재와의 온도차가 어느정도 존재하여야만 브레이징시 모재의 악영향을 줄일 수 있으며, 일반적으로 알루미늄 합금의 녹는 점 온도는 냉온장치용으로 많이 사용되는 3000계열 640-650도 정도이며, 일반 알루미늄 샷시 및 구조용 부품으로 사용되는 6000계열 및 7000계열 알루미늄 합금의 경우 620-640도 정도이다.
그러나 브레이징용 용가재로 많이 쓰이는 4000계열의 녹는 점의 온도는 580-610도 정도로 사용되는 3000, 6000, 7000계열 알루미늄 합금에 비해 20-60도 정도 밖에 차이가 나지 않기 때문에 문제가 발생할 우려가 많다.
또한, 브레이징용으로 사용되는 플럭스, 플럭스의 조성은 KF-AIF3 등의 불화물계와 KCL-LICI-NfA, CaCI2-KCI-ZnCI2, NaCI-KCI-LICI-ZnCI2-NaF-NH4CI 등의 염화물 등을 들 수 있으며, 이러한 성분의 녹는 점이 540-550도 정도로 용가재 4000계열 알루미늄과는 녹는 점에 차이가 40-60도 정도 존재한다.
이로 인해 용가재와 플럭스의 효과적인 반응이 어렵고 빠르고 신속한 브레이징 효과를 도출하는 것이 어렵거나 비효율적인 경우가 발생한다.
본 발명은 플럭스와 브레이징재 금속 분말이 상호 근접된 거리에서 균일하게 존재하도록 하여 외부 가열시 플럭스가 용융한 후 브레이징 분말이 용융하여 접합이 가능하게 할 수 있도록 하기 위하여 플럭스와 브레이징 분말이 미소거리에 존재하도록 하고 이를 강소성 압축 성형 공정을 통해 로드 및 와이어 소재를 만들도록 하는 브레이징 용접재의 제조방법과, 최적의 조성을 갖는 용가재를 사용함으로써 모재 보호 및 입열량 감소를 통한 에너지 절약 및 플럭스와의 효과적인 반응으로 브레이징 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 낮은 액상선을 갖는 브레이징용 용접소재의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은 상기한 목적을 구현하기 위한 해결수단에 대하여 설명하면,
플럭스와 금속분말이 상호 근접된 거리에서 균일하게 존재하도록 하여 외부 가열시 플럭스가 용융한 후 브레이징 분말이 분말이 용융하여 접합이 가능하게 할 수 있도록 하기 위한 낮은 액상선을 갖는 브레이징용 용접소재의 제조방법은 다음과 같이 이루어진다.
제 1단계: 4000계열 알루미늄 합금분말 함량 80-95 중량비율과, 불화물계 플럭스 분말 함량 5-20 중량비율을 갖는 혼합 분말을 각각 준비하는 단계,
제 2단계: 상기 알루미늄 합금 분말과 상기 불화물계 플럭스 분말을 브이 믹서 등으로 믹싱하여 제공하는 혼합 분말 가공단계,
제 3단계; 상기 제 2공정에 의하여 얻어진 혼합 분말을 성형장치에 의하여 압출형 소재인 원기둥 형상의 빌렛을 제조하는 단계,
제 4단계; 상기 제조과정으로 제공되는 빌렛을 100-200℃의 로(furnace)에서 가스를 제거하기 위한 탈가스 처리단계,
제 5단계; 상기 탈가스 처리단계를 거친 빌렛을 압축기의 가입실에 투입 후 컨테이너 및 금형을 300-500℃ 사이에서 원하는 온도로 가열 처리하는 단계,
제 6단계; 상기 금형 및 컨테이너를 설정온도로 가열되면 빌렛이 삽입된 가입실에 더미를 삽입한 상태에서 램 피스톤으로 가압시키어 빌렛이 금형을 통해 압출되어 와이어 형상의 브레이징용 알루미늄 합금 용가재를 얻을 수 있다.
한편, 상기 알루미늄 합금분말에 대한 조성은,
알루미늄: 74-81 중량비율, 실리콘: 9-11 중량비율, 구리: 10-15 중량비율로 특징으로 한다.
또, 상기 알루미늄 합금분말에 대한 다른 실시예의 조성비율로,
알루미늄; 72-79 중량비율, 실리콘 9-11 중량비율, 구리; 7-12 중량비율, 아연; 5 중량비율로 함을 다른 특징으로 한다.
본 발명에 따른 낮은 액상선을 갖는 브레이징용 용접소재의 제조방법은 플럭스 분말과 금속분말의 혼합분말로 이루어진 빌렛의 압축, 성형과정에서 압출재 소재는 매끄럽고 성형이 유리한 로드 및 와이어 형태로 제공할 수 있는 효과가 있고, 브레이징재에서는 플럭스 분말 입자와 금속분말 입자가 균일하게 이웃하여 있기 때문에 종래의 2중 선재에서 발생하는 문제점이 배제되는 효과가 있다.
또한, 알루미늄 합금 조성을 갖는 용가재를 사용함으로써 모재 보호 및 입열량 감소를 통한 에너지 절약 및 플럭스와의 효과적인 반응으로 브레이징 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명을 실시하기 위한 압출 성형장치의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 Al-x Cu-y Si 액상선 라인 지도
도 3은 본 발명에 따른 Al-x Cu-y Si-5Zn 액상선 라인 지도
도 2는 본 발명에 따른 Al-x Cu-y Si 액상선 라인 지도
도 3은 본 발명에 따른 Al-x Cu-y Si-5Zn 액상선 라인 지도
본 발명은 다양한 변형 및 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 그 중 특정 실시예를 도면 및 액상선 라인 지도를 포함하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명은 플럭스와 금속분말이 상호 근접된 거리에서 균일하게 존재하도록 하여 외부 가열시 플럭스가 용융한 후 브레이징 분말이 분말이 용융하여 접합이 가능하게 할 수 있도록 하기 위한 낮은 액상선을 갖는 브레이징용 용접소재의 제조방법에 대하여 다음과 같이 그 공정 단계에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
제 1단계:
4000계열 알루미늄 합금분말 함량 80-95 중량비율과, 불화물계 플럭스 분말 함량 5-20 중량비율을 갖는 혼합 분말을 각각 준비하는 단계,
제 2단계:
상기 알루미늄 합금 분말과 상기 불화물계 플럭스 분말을 브이 믹서 등으로 믹싱하여 제공하는 혼합 분말 가공단계,
제 3단계;
상기 제 2단계에 의하여 얻어진 혼합 분말을 성형장치에 의하여 압출형 소재인 원기둥 형상의 빌렛을 제조하는 단계,
상기 단계는 압출 성형기에 투입 압축 성형할 수 있도록 하기 위해 원기둥 형상으로 성형장치에 의해 제조하는 것임.
제 4단계;
상기 제조과정으로 제공되는 빌렛을 100-200℃의 로(furnace)에서 가스를 제거하기 위한 탈가스 처리단계,
제 5단계;
상기 탈가스 처리단계를 거친 빌렛을 압축기의 가입실에 투입 후 컨테이너 및 금형을 300-500℃ 사이에서 원하는 온도로 가열 처리하는 단계,
제 6단계;
상기 금형 및 컨테이너를 설정온도로 가열되면 빌렛이 삽입된 가입실에 더미를 삽입한 상태에서 램 피스톤으로 가압시키어 빌렛이 금형을 통해 압출되어 와이어 형상의 브레이징용 용접소재를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명을 실시하기 위한 압출 성형장치로, 상기 제 5, 6단계에서 빌렛을 압축 성형하는 과정을 예시한 것이다.
즉, 컨테이너(10)의 가입실(11)에 빌렛(20)을 내입시킨 상태에서 램(30)의 작동으로 가입실(11)에서 전진하면 램(30)의 전방에 구비하는 더미(31)를 통해 빌렛(20)을 가압시키어 주면 압축되면서 이동되는 빌렛(20)은 압축 성형다이(40)에 구비하는 소켓다이(50)를 통과하면서 반복적인 압축과정이 이루어져 압출공(41)을 통해 연속적으로 로드나 와이어 형상의 용접소재가 성형되며, 이렇게 제조되는 브레이징 용접소재는 강소성 성형으로 용접소재의 표면을 매끄럽게 성형된 소재를 얻을 수 있는 것이다.
이러한 과정에 의해 압출 성형되는 용접소재는 플럭스 분말 입자와 알루미늄 합금인 금속분말 입자가 균일하게 이웃하여 있기 때문에 종래의 2중 선재에서 발생하는 문제점이 배제될 수 있는 것이다.
한편, 상기 알루미늄 합금분말에 대한 조성비율은,
알루미늄: 74-81 중량비율, 실리콘: 9-11 중량비율, 구리: 10-15 중량비율을 갖는다.
도 2는 본 발명에 알루미늄 합금에 따른 Al-x Cu-y Si 액상선 라인 지도(x축 구리 함량, y축 실리콘 함량)로서, 이를 근거로 설명하면,
알루미늄 74-81%와 실리콘 9-11%와, 구리 10-15% 사이의 구역(점선 네모칸으로 표시) 내부에서는 녹는 점의 온도가 550-570℃로 기존 온도보다 10-60℃ 이상 낮아지는 것을 확인할 수 있다.
이는 실리콘이 9% 이하인 경우 녹는 점이 급격히 상승하고, 11% 이상으로 증가시 알루미늄 합금내에 초정 실리콘이 정출된 가능성이 높아져서 용가재 성질에 악영향을 미친다.
또한, 구리는 10% 이하인 경우 실리콘과 마찬가지로 급격히 온도가 상승하고, 15% 이상시에는 알루미늄과 많은 금속간 화합물을 형성하기에 용가재 연신률이 급격히 하락하여 재료의 취성이 높아진다.
따라서 도 2에서 네모칸 점선으로 표시된 구역의 조성을 갖는 용가재를 사용함으로써 모재 보호 및 입열량 감소를 통한 에너지 절약 및 플럭스와의 효과적인 반응으로 브레이징 특성을 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
한편, 상기 제1 단계에서 알루미늄 합금분말에 대한 다른 실시예의 조성비율로 아연을 부가한 상태로 조성비율에 대하여,
알루미늄; 72-79 중량비율, 실리콘 9-11 중량비율, 구리; 7-12 중량비율, 아연; 5 중량비율로 하였을 경우로,
도 3은 본 발명의 알루미늄 합금에 따른 Al-x Cu-y Si-5Zn 액상선 라인 지도로 살펴보면,
알루미늄 기준으로 실리콘 9-11%와 구리 7-12% 사이 구역(점선 네모칸 표시) 내부에서는 녹는 점 온도가 550-570℃로 기존 온도보다 10-60℃ 이상 낮아지는 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 낮은 액상선을 갖는 브레이징용 용접소재는 플럭스 분말과 금속분말의 혼합분말로 이루어진 빌렛의 압축, 성형과정에서 압출재 소재는 매끄럽고 성형이 유리한 로드 및 와이어 형태로 제공할 수 있고, 브레이징재에서는 플럭스 분말 입자와 금속분말 입자가 균일하게 이웃하여 있기 때문에 종래의 2중 선재에서 발생하는 문제점이 배제된다.
또한, 알루미늄 합금 조성을 갖는 용가재를 사용함으로써 모재 보호 및 입열량 감소를 통한 에너지 절약 및 플럭스와의 효과적인 반응으로 브레이징 특성을 향상시킬 수 있다.
Claims (3)
- 알루미늄 합금과 불화물계 플럭스에 의하여 얻어지는 브레이징용 용접소재 제조방법으로서,
1) 4000계열 알루미늄 합금 분말 함량 80-95 중량비율과, 불화물계 플럭스 분말 함량 5-20 중량비율을 갖는 혼합 분말을 각각 준비하는 단계,
2) 상기 알루미늄 합금 분말과 상기 불화물계 플럭스 분말을 브이 믹서(V-mixer)로 믹싱하여 제공하는 혼합 분말 믹싱단계,
3) 상기 제 2단계에 의하여 얻어진 혼합 분말을 성형장치에 의하여 압출형 소재인 원기둥 형상의 빌렛(Billet)을 제조하는 단계,
4) 상기 제조과정으로 제공되는 빌렛을 100-200℃ 로(furnace)에서 가스를 제거하기 위한 탈가스 처리단계,
5) 상기 탈가스 처리단계를 거친 빌렛을 압축기의 가입실에 투입 후 컨테이너 및 금형을 300-500℃ 사이에서 원하는 온도로 가열 처리하는 단계,
6) 상기 금형 및 컨테이너를 설정온도로 가열되면 빌렛이 삽입된 가입실에 더미를 삽입한 상태에서 램 피스톤으로 가압시키어 빌렛이 금형을 통해 압출되어 와이어 형상의 브레이징용 용접소재를 얻는 압출 성형단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 낮은 액상선을 갖는 브레이징용 용접소재 제조방법. - 제 1항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 분말에 대한 조성비율은,
알루미늄: 74-81 중량비율, 실리콘: 9-11 중량비율, 구리: 10-15 중량비율로 이루어진 낮은 액상선을 갖는 브레이징용 용접소재 제조방법. - 상기 알루미늄 합금 분말에 대한 조성비율은,
알루미늄; 72-79 중량비율, 실리콘 9-11 중량비율, 구리; 7-12 중량비율, 아연; 5 중량비율로 이루어진 낮은 액상선을 갖는 브레이징용 용접소재 제조방법.
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