KR950007367B1 - 납땜재료의 용사피막에 의한 금속재료의 납땜방법 및 그를 위한 납땜용 모재 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

납땜재료의 용사피막에 의한 금속재료의 납땜방법 및 그를 위한 납땜용 모재

제1도는 기존 납땜방법의 공정도.

제2도는 기존의 납땜방법에 의한 접합상태도.

제3도는 본 발명의 납땜방법의 공정도.

제4도는 본 발명 모재 및 접합상태도.

제5도는 금속충진재를 용사시키는 장치의 일실시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 모재 2 : 납땜재료금속충진재층

3 : 플럭스층 4 : 피용접제

5 : 산소용접기토치 6 : 납땜분말분출관

본 발명은 금속의 접합방법중 접합하고자 하는 두 재료(모재)사이에 충진재만을 녹여 두 모재를 접합시키는 납땜법(brazing)과 이에 사용되는 납땜용 모재에 관한 것이다.

납땜은 접합면에 충진재 및 플럭스를 도포하고 온도를 올려 플럭스로 산화막을 제거하고 충진제를 양쪽 모재에 녹여 붙임으로써 접합이 이루어지는 방법이다. 이때 사용되는 충진재를 형상에 따라 구분하여 보면 분말이나 페이스트, 와셔, 선재등이 있으며 일반적으로 분말이나 페이스트형이 가장 많이 사용되고 있다. 그러나, 납땜용 분말이나 페이스트의 가장 큰 단점은 접합면에서 균일한 도포가 어렵다는 점이다. 불균일한 충진재의 도포는 국부적으로 충진재가 부족한 곳을 발생시키고 납땜후 접착력의 저하로 균열발생의 장소로 작용하게 되며 따라서 불량제품의 원인이 되곤 한다.

그림 제2도에서 보는 바처럼, 기하학적 형상을 갖는 접합면에서 분말이나 반액체상태의 페이스트로는 접합면에서 균일한 접합층의 형성이 불가능하다.

분말형의 납땜재료는 접합하고자 하는 모재사이에 납땜용 분말을 수작업이나 스프레이 건으로 균일하게 도포하고 온도를 올리므로써 접합을 행하게 된다. 이때 접합하고자 하는 모재가 기하학적인 형상을 갖는 경우 경사곡면상에 분말이 균일하게 도포되기가 곤란하여 분말형 충진재로는 도저히 납땜이 불가능하며, 또한 평판의 형상을 갖는 모재일지라도 모재의 접합면적이 커질수록 분말형 충진재의 균일한 도포는 더욱더 어려워지는 단점을 갖고 있다. 또한, 납땜재료가 분말형태인 까닭에 납땜공정이 이루어지기 바로전에 접합면에 충진재를 도포해야만 하므로 납땜공정의 자동화를 방해하는 가장 큰 장애요인이 되어왔다.

납땜용 페이스트는 분말재료가 갖고 있는 여러가지 단점 즉, 납땜재료의 균일한 도포와 도포된 형상의 유지 도포작업의 자동화등을 고려해 개발된 형태로서 납땜용 분말재료를 물이나 아크릴수지, 지방쪽 레진계등의 유기화합물에 혼합시켜 죽처럼 만들고 이것을 도포후 가열시켜 접합하게 된다. 페이스트는 보통 튜브나 카트리지에 담겨져 공급되게 되고 사용은 보통 압축공기에 의해 작동되는 사출기에 의해 납땜전에 자동적으로 도포하는 형태를 취하게 된다.

페이스트가 납땜에 적용되므로써 분말형 재료의 단점이 많이 해결되었고 특히 납땜재료 도포의 자동화에 크게 기여하였다.

그러나, 페이스트 역시 기하학적 형상을 갖는 접합면에서는 균일한 도포가 불완전하여 넓은 면적에 페이스트 도포시 균일한 도포가 점점 더 어려워지며, 보습제등이 마르기 전에 용접작업을 하여야만 하는 문제점이 있다.

이와같이 납땜재료에 주종을 이루고 있는 분말, 페이스트재는 넓은 면적을 갖는 판재나 기하학적 형성을 갖는 재료에서는 납땜재료의 균일한 도포가 불가능하다는 단점을 갖고 있으며 이것은 접합불량과 직접적인 관계를 갖게 된다.

본 발명의 목적은 접합면적의 크기나 기하학적 형상 유무에 관계없이 양호하게 접합할 수 있는 납땜방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 시간과 장소 이동에 관계없이 용접에 사용할 수 있도록 미리 준비되므로써 타부재와 접합시 간단히 열만을 가하는 것으로 양측 부재를 접할 수 있도록 한 납땜용 모재를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 용접 모재를 제공하기 위하여 모재의 접합 표면상에 납땜재료를 입힌 용사피막층이 형성되며 상기 피막층의 산화를 방지하고 환원작용을 하는 플럭스층이 도포되어진다.

또한, 상기 목적을 달성키 위한 본 발명의 납땜방법은 모재 표면을 청정화시키고 조면화시키는 공정과 납땜금속충진재를 고온에 노출시켜 용융상태의 용사입자를 모재 표면에 불어제껴 피막층을 형성하는 용사공정과 상기 피막층위에 용매제와 혼합된 플럭스재를 도포하는 공정 및 피용접제의 표면에 밀착시켜 열을 가하여 접합하는 공정으로 이루어진다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 실시예를 상술하면 다음과 같다.

제1도는 기존 납땜방법의 공정도이며, 제2도는 기존 방법에 의한 불규칙한 접합상태도를 나타내고 있다.

제3도는 본 발명 납땜법의 공정도로써 첫째 용접하고자 하는 모재의 표면에 붙은 기름, 찌꺼기등을 제거하여 청정화시킨다. 납땜하고자 하는 재료의 대부분은 압연이나 주조, 금형압출에 의해 만들어지고 이때 재료의 표면은 가공저항을 줄이기 위해 사용하는 광유를 포함한 여러가지 찌꺼기로 오염되어 있다. 이러한 지꺼기들은 대부분 용사피막의 접착력을 떨어뜨리기 때문에 유기용제로 세척해야 한다.

이같은 모재 표면의 청정은 기존 납땜공정에서도 맨처음 공정에서 행하게 되며 공정의 차이점은 그다지 없다.

둘째 모재의 접합표면을 거칠게 하므로써 납땜재료와의 접착력을 높이게 하는 공정이다. 표면을 거칠게 하는 조면화의 공정은 ① 그리트를 표면에 블라스팅하거나, ② 표면을 기계가공하거나, ③ 모재 표면에 밀착성이 높은 몰리브덴 또는 니켈-알루미늄 분말등을 얇게 코팅하는 방법등으로 모재의 표면을 거칠게 해주는 공정이다.

세째 조면화된 모재 표면에 납땜재료인 금속충진재를 용사시켜 도포하여 피막층을 형성하는 공정이다.

이 공정에서는 납땜금속충진재를 용사화염의 고온에 노출시켜 용융상태의 용사입자를 모재에 불어제끼므로써 모재면에 접합시킨 상태이다.

따라서, 적절한 치구 예를 들어 제5도에서 도시된 토치(5)를 도시하지 아니한 자동이송장치등에 장착시켜 토치(5) 선단부를 모재 표면으로부터 일정거리를 이격된 상태를 유지하면서 일정속도로 이송시키므로써 용사입자의 피막층 두께를 모재 접합면에서 균일하게 조절할 수 있으며 이에 따라 접합면의 형상에 관계없이, 즉 납땜면의 기하학적 형상과 관계없이 납땜금속충진재의 두께를 균일하게 조절할 수 있다. 그러나 이때 충진재가 용사된 면은 모재의 다른 평활한 면과는 달리 매우 거칠어져 있게 된다.

네째 이 거친 면위에 플럭스를 물이나 접착성 용매에 넣고 함께 용사면에 바른 후 건조시키면 용사피막층 위에서 플럭스가 균일하게 발라져 있어 피막층(충진재층)의 산화를 방지하고 충격이나 시간의 경과에 관계없이 그 형상을 유지하므로써 어느 장소 어떤 시간에도 구애받지 아니하고 다른 부재와의 납땜이 가능하게 된다.

상기 세째 공정은 기존의 납땜방법에서는 전혀 고려되지 않았던 충진재 도포법으로서 용사에 의해 모재표면에 융착되어지는 것이다.

용사에 의해 충진재가 도포되므로써 얻어지는 장점으로는 1. 접합면의 면적이 커짐에 따라 증가하는 충진재 도포의 불균일성일 막을 수 있으며, 2. 접합면의 형상에 관계없이 충진재 도포가 가능하고, 3. 거칠어진 용사피막층 위로 플럭스재가 도포되어 단단히 결합하여 피막층을 보호케 되므로 모재의 산화가 저지되므로써 분위기로에서 분만 아니라, 대기중에서도 접합이 가능하며, 4. 접합면의 우수한 접합력이 고르게 분포하여 불균일한 접합부로부터의 크랙현상을 방지할 수 있으며, 5. 납땜공정의 자동화가 유리하다는 점이다.

제4도는 용접할 모재 및 본 발명 모재에 의한 접합상태도를 도시한 것으로 도면부호 1은 모재, 부호 2는 용사된 납땜금속충진재층(용사피막층)이며 부호 3은 상기 금속충진재층의 산화를 방지하며 환원작용을 하는 플럭스층이고 부호 4는 모재 1과 납땜부착될 피용접물이다.

본 발명의 모재에는 납땜금속충진재층(2)이 모재 표면에 융착 도포되고 플럭스층(3)으로 보호되므로 피용접재(4)와 접합하기 전까지 재료의 이동이나 보관이 가능하며 시간의 경과와 상관없이 납땜재료의 균일한 도포가 유지되고 접합성능의 저하가 수반되지 않으므로 모재를 생산 공급하는 측에서 미리 접합가능한 상태의 모재를 만들게 되는 것이다.

이점은 본원 발명과 종전 기술간의 중요한 차이점으로써 종전에는 납땜분말이나 페이스트를 용접현장에서 모재에 바른 후 즉시 접합할 수밖에 없었는데 이는 납땜분말이 모재 표면에 발라져서 부착되어 있을 뿐이므로 시간이 경과하거나 소재의 이동보관시 납땜분말이 이탈되어 접합불량이 일어나게 되기 때문으로 반드시 작업현장에서만 이루어지는 시공간상의 제약에 따랐던 것이다.

따라서, 본원 발명에 의한 모재는 납땜분말이 용융된 상태로 모재 표면에 융착되어 표면으로부터 이탈될 염려가 없으며, 장기 보관에 따른 산화현상을 방지하고 접합시 환원작용을 하는 플럭스층이 있어 안전성을 오래 유지케 되는 것이다. 여기서 본 발명에 사용되는 플럭스는 환원력이 우수한 염화물이나 불화물 계통의 소재가 사용되며 열을 가하면 융점이 낮기 때문에 접착온도 이전에 녹으면서 이온화하여 증발하면서 환원작용을 하게 된다.

제5도는 모재 표면에 납땜금속충진재층(2)을 형성하는 장치의 일실시예로서 산소 아세틸렌 용접토치(5)의 중심에 납땜에 흔히 사용되는 납땜용 금속으로서 예를 들면 Ae, Cu, Pb, Mg, Zn등 및 이들의 혼합물인 납땜분말이 공급용기(7)속에 담겨져 있고 분출관(6)을 통하여 일정량이 공급되어지도록 되어있는 바, 토치(5)로부터 화염(9)이 모재(1) 표면에 방사되고 있는 동안 질소가스등의 압축가스압에 의해 공급용기(7)속의 분말이 분출관을 통해 분출되면 화염에 의해 분말입자들이 용융되면서 가스압 또는 화염의 세찬 분출압에 의해 모재 표면에 퍼지면서 융착하게 되는 것이다.

따라서 토치(5)가 모세 표면에 일정거리만큼 이격된채 일정속도로 이송되면 분말입자들의 용융물의 균일한 두께로 모재 표면에 융착되는 것이다.

본 발명의 용사공정에 사용하는 불꽃은 산소아세틸렌 가스화염, 아크, 플라즈마 화염등 어느 것이라도 사용할 수 있으며 납땜금속충진재의 소재 형태로는 분말, 선재, 봉재등 어느 것이나 무방하다. 즉, 선재형태의 재료를 사용할 경우 로울러등의 선재 연속공급장치를 사용하여 토치선단으로 재료를 이송시키면 고온의 화염에 의해 끝단부가 녹으면서 화염의 분출압에 의해 입자형태로 비산하면서 모재 표면에 융착된다.

이때 용사피막의 두께는 납땜에 필요한 약 0.2㎜정도가 적합하며 접합할 소재 및 강도등에 따라 피막의 두께를 적절히 조정한다.

Claims (4)

1. 접합할 모재(1)의 조면화된 표면상에 모재보다 용융점이 낮은 납땜재료인 금속충진재층(2)이 화염용사에 의해 융착되어지고 상기 금속충진재층(2) 위로는 산화방지 및 환원작용을 하는 플럭스층(3)이 형성되도록 하므로써 타부재와 접합시에 열을 가하는 것만으로 미리 형성되어 있는 금속충진재층(2)을 녹여서 접합시킬 수 있도록 준비되어 있음을 특징으로 하는 금속충진재층이 형성되어 있는 납땜용 모재.
2. 두개의 부재를 접합시키는 납땜방법에 있어서, 모재 표면을 청정화시키고 조면화시키는 공정과 납땜금속충진재를 고온에 노출시켜 용융상태의 용사입자를 모재 표면에 불어제껴 피막층을 형성하는 용사공정과 상기 피막층위에 플럭스재를 도포하는 공정을 통하여 미리 납땜용 재료가 표면에 융착되어 있는 형태로 모재를 형성한 후 상기 모재를 피용접재의 표면에 밀착시켜 열을 가하므로써 상기 기형성된 납땜금속충진재를 용융시켜 양측 부재를 접합하게 됨을 특징으로 하는 납땜방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 플럭스재는 물이나 접착성 유기화합물 용매와 혼합하여 도포됨을 특징으로 하는 납땜방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 금속충진재는 분말, 선재, 봉재형태의 접합재이며, 상기 용사공정에 사용하는 불꽃으로는 산소-아세틸렌 가스화염, 아크, 플라즈마화염등을 사용함을 특징으로 하는 납땜방법.