용가재

용가재

용가재(filler metal, 鎔加材)는 용접 작업 시 용착부를 만들기 위하여 녹여서 첨가하는 금속 재료를 말한다. 용가재는 금속 간의 접합을 위한 첨가물로 모재와 함께 녹여 접합을 용이하게 해 주는 금속이다. 예를 들어 용접봉은 용가재에 속한다. 용가재란 용접 시 첨가하는 재료라는 뜻이다. 필러금속, 필러메탈(filler metal) 또는 용입재(鎔入材)라고도 한다.

개요

용접봉

용가재는 용접 접합을 구성하는데 첨가되는 금속 혹은 합금 재료이다. 막대형 용가재를 '용접봉'이라고 한다. 용가재는 용접 공정 시 용접부에 추가로 공급되는 금속 재료이다. 용가재는 봉재 형태 혹은 선재 형태로 공급이 되며 경우에 따라 용제가 피복되어 만들어진 상태로 공급되기도 한다. 용융점이 이상이고 모재보다 낮은 비철금속 또는 그 합금을 용가재로 사용하며 450℃ 모재는 용융하지 않고 접합시키는 방법을 경납땜 혹은 브레이징이라 하며 융점이 450℃이하의 용가재를 사용하여 접합시키는 방법을 연납땜 혹은 솔더링이라 구분하여 부른다.

브레이징 시 일정한 온도에 이르면 양모재 사이로 용가재가 녹아 스며들어가서 브레이징이 되어야만 이상적이라 할 수 있다. 이때 양모재와 용가재가 친화력의 정도를 나타내는 성질을 젖음성으로 표현할 수 있으며 양 모재 간격사이로 흘러 들어가게 하는 현상을 모세관 현상이라 표현한다. 이때 물론 중력이 작용할 수 있다. 그러나 브레이징의 주된 기본 원리는 모재를 가열한 후 용가재를 가하여 접합을 하면 젖음성에 의해 용가재가 양모재에 녹아서 모세관 현상( Capillary action ) 에 의해 양 모재 사이로 흘러 들어가는 것이다. 만일 용가재가 브레이징 해야 할 모재와 젖음성이 나쁘면 접합이 이루어지지 않을 것이며 접합 간격이 크면 양 모재 사이의 용가재가 가득 차지 않음에 따라 불완전한 접합이 된다. 일반적으로 브레이징시 모재가 장시간 대기 중에 방치되었거나 또는 가열 시 공기 중의 산소 등과 결합하여 산화물 등이 생겨서 불활성 상태가 되어 액상금속의 웨팅(Wetting)이 힘들어진다. 따라서 금속을 브레이징 할 때 플럭스를 사용하거나 환원성 분위기 또는 진공 분위기 중에서 가열 등으로 인하여 산화물을 제거하여 활성화시켜서 용가재가 잘 젖게끔 만들어야 한다.

용접은 접합하고자 하는 두 금속 부재 즉 모재의 접합부를 국부적으로 가열 용융시켜 이에 제3의 금속 즉 용가재를 녹여 첨가시켜 융합된다. 이때 용융 금속 자체의 표면에는 산화피막이 덮여져 있어 접합을 방해하므로 이 불순물을 용제(flux)의 도움으로 슬래그로 만들어 제거한다. 용접할 때 모재와 용가재가 융합 응고된 부분을 용착금속이라 하고 이로 만들어진 것을 비드(bead)라고 하며 표면에 생긴 물결 모양을 리플이라 부른다. 납땜은 접합할 모재보다 융점이 매우 낮은 비철금속, 비철합금 또는 철금속을 용가재로서 사용하는데 응고 시에 나타나는 분자간의 흡인력을 이용하여 접합이란 목적을 달성하는 것을 말한다.

표기

용가재는 모재의 재질에 따라 골라 사용한다. 재질에 따른 용가재의 종류를 사용한다.

카본 스틸(Carbon Steel)

스테인레스 스틸(Stainless Steel)

스테인레스 스틸의 경우 모재 재질과 용접봉의 표시방법이 동일하다.

종류

브레이징이란 금속과 금속을 연결하는 데 있어 금속 모재 자체는 녹이지 않고 용가재가 녹아 결합을 하는 결합방식이다. 따라서 모재가 되는 금속보다 낮은 용융점을 가지는 금속재를 사용하는 데 이를 용가재라고 부른다. 용가재의 종류에 따라 동브레이징, 은브레이징, 니켈브레이징 등으로 나뉘게 되는데 같은 용가재라 할지라도 성부의 함량에 따라 아주 다양하게 구분이 된다.

은합금 브레이징 용가재

은합금 브레이징 용가재의 주성분은 Ag, Cu, Zn 이며, 용도에 따라 Cd, Ni, Sn, Mn, In 등이 첨가된다.

인동 브레이징 용가재

동에 인을 첨가하여 융점을 낮게 한다. Ag, Sn등을 첨가하여 가공성, 퍼짐성을 좋게 하고 유동성을 향상시킬 수 있다. 기계적 강도가 높으며 내식성이 좋아 선박, 열교환기 등에 사용된다.

동 및 동합금 용가재

니켈 브레이징 용가재

니켈 브레이징 용가재는 고온 강도가 높고 내식성 및 고온 내산화성이 우수하므로 항공기, 각종 엔진, 터빈, 원자로 등에 사용된다.

알루미늄 브레이징 용가재

용가재 선택에 필요한 특성

융점

융접은 브레이징 작업에서 가장 중요한 선택 항목이다. 융점이 납재의 종류에 따라 다르기 때문에 모재의 열 영향, 가열 조건, 작업 방법 등을 고려해서 선택해야 한다.

용융온도 범위

용융 온도의 범위는 납재의 종류에 따라 다르기 때문에 액상 온도와 고상 온도의 차이를 참고로 선택한다. 가열 조건과 작업 방법에 적합한 온도범위의 납재를 선택할 필요가 있다.

유동성

유동성은 작업면에서 큰 특성이 있다. 젖음성(Wetting), 퍼짐성과 관련이 있지만 납재의 종류 외에 모재의 종류, 표면 현황, 브레이징 온도 이음의 형상 플럭스 종류 등에 관계된다.

강도

강도는 브레이징 결합부의 특성으로서 중요한 항목이지만 납의 결점이 없고, 이음의 형상, 브레이징 조건, 사용 환경 등에 의해서도 좌우된다. 따라서 납재의 선정에는 종합적인 견해로 선정해야 한다. 강도에는 인장강도, 전단강도 등이 있다.

증기압

증기압은 작업방법과 사용조건, 환경에 관련되는 특성이다. 즉 은납 성분의 카드뮴, 아연 등은 증발하기 쉽기때문에 진공브레이징 작업, 전자관, 진공기기 등의 브레이징의 경우는 이 특성을 중시하지 않으면 안 된다. 은납에서는 BAg-8이 진공 용융재이고 금납에서는 금이 바람직하다.

내식성

브레이징 결합부의 부식은 납재 자체보다도 모재와 함께 혹은 플럭스의 잔량 및 사용 환경 등 부식성 물질과의 공존조건에 의해서 일어날 가능성이 많다. 따라서 납재의 선정 외에 부식의 원인을 제거해야 한다. 일반적인 은납접 이음은 내식성이 좋다.

색상

색감은 주로 장식품 용도의 블레이징에서 고려해야 할 특성이다. 모재의 색조와 대비해서 선정된다.

경제성

은납접의 경우 주성분으로 은의 량이 적은 납재를 선정하는 쪽이 경제적인 것으로 보이지만 작업조건과 브레이징 특성 등을 생각하면 결코 그렇지만은 않다. 예를 들면, 은의 량이 많은 것은 결합부의 마감 처리가 좁아도 좋다는 데아타도 있어 종합적인 견해로 경제성을 평가하지 않으면 안 된다.

참고자료

• Mr.데칸, 〈용접 용어 설명〉, 《다음 블로그》, 2010-03-08
• 〈용가재〉, 《네이버 지식백과》
• 자몽맛에이드, 〈용접의 종류 - 1. 산소용접 (압력가스/테르밋)〉, 《티스토리》, 2017-01-11
• 〈금속접합〉, 《백마고주파》
• hat you love, 〈1. 용접 - (1) 용접이란? 용접 용어〉, 《티스토리》, 2021-05-02
• 〈브레이징 기술 소개〉, 《(주)대경테크윈》
• 〈(용접용어) 용접의종류, 용접의특징〉, 《세이프넷》, 2016-12-27
• 산업 기술, 〈브레이징(BRAZING) 용가재 종류〉, 《티스토리》, 2019-05-26
• 용접 마스터, 〈용가재 용어알기〉, 《네이버 블로그》, 2017-11-21
• 판금기계설계, 〈브레이징 용가재, 납재, 용접재 특징/용가재 고르는 방법〉, 《티스토리》, 2020-02-28

같이 보기

• 용접
• 용접봉
• 금속
• 작업
• 은
• 동
• 니켈

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