Recent developing tendency for technologies of high efficient brazing are studied by searching of NDSL, Science Direct, KIPRIS, PCT and so on. Active metal brazing, arc brazing, fluxless brazing, brazing with low melting point, reactive air brazing, laser brazing, laser droplet brazing are investiga...
Recent developing tendency for technologies of high efficient brazing are studied by searching of NDSL, Science Direct, KIPRIS, PCT and so on. Active metal brazing, arc brazing, fluxless brazing, brazing with low melting point, reactive air brazing, laser brazing, laser droplet brazing are investigated. By optimal selecting of the above mentioned technologies, it needs to investigate an economical metallurgical design and the advanced brazing methods. To improve the embrittlement of intermetallic compound at brazing interface, it must be studied the inexpensive variant metals including nonmetals and the heat sources(MIG, TIG, Laser) by hybrid techniques.
Recent developing tendency for technologies of high efficient brazing are studied by searching of NDSL, Science Direct, KIPRIS, PCT and so on. Active metal brazing, arc brazing, fluxless brazing, brazing with low melting point, reactive air brazing, laser brazing, laser droplet brazing are investigated. By optimal selecting of the above mentioned technologies, it needs to investigate an economical metallurgical design and the advanced brazing methods. To improve the embrittlement of intermetallic compound at brazing interface, it must be studied the inexpensive variant metals including nonmetals and the heat sources(MIG, TIG, Laser) by hybrid techniques.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
제안 방법
9)에서는 브레이징 로내에 승온 시에 적어도 450℃부터 용융 전까지의 온도범위에서 산소농도를 50ppm 이하, 질소가스농도를 10vol.% 이하로 가열하여 플럭스를 사용하지 않고 Al-Si-Mg계 브레이징재에 의해 알루미늄합금재를 함유한 브레이징 대상물을 접합하는 방법으로 종래의 무플럭스 방법에 비해 제조비용 상승을 적극 억제하고, 접합부의 신뢰성을 비약적으로 향상시켰다.
%함유한 알루미늄합금의 심재의 한쪽 면 혹은 양쪽면에 Si 6-13wt.%, Li 0.004-0.1%함유한 알루미늄합금의 브레이징재를 클래드 하였으며, 자동차용 열교환기(라디에이터, 히터, 콘덴서, 증발기 등)의 브레이징에 사용할 수 있는 알루미늄합금 브레이징시트를 제공하였다.
3 vol.%, 나머지는 아르곤(Ar) 혼합가스를 사용하여 가스실드 아크브레이징을 하였다. 이 방법은 아크의 불안정현상을 개선하고 스퍼터의 발생을 저감할 수 있고, 비드의 젖음성을 개선하기 때문에 평탄한 비드를 얻을 수 있는 장점이 있다.
%, B 8-50vol.%로 하는 대기 접합용 브레이징재를 개발하였다. 여기에서 B는 300℃ 이상에서 산화하는데, 산화물의 융점도 비교적 낮은 온도(약 577℃)의 저융점재료이며, B를 필수성분으로 함유함으로써 브레이징재의 저융점화를 도모할 수 있었다.
0wt.%함유하고, 두께 15-200㎛의 브레이징재인 단층 브레이징시트를 면접촉시켜 불활성 가스분위기에서 570℃ 이상으로 유지하고 0.6gf/mm2 이상의 면압으로 무플럭스로 알루미늄합금부재끼리 접합하여 낮은 제조비용으로 품질을 안정화 한 면브레이징기술을 개발하였다.
20)에서는 Ag의 융점 이하에서 용융할 수 있으며, 접합체의 고온내구성의 향상을 도모할 수 있는 대기접합용 브레이징재 및 이를 이용한 집전재료(current collector)를 제시하였다. Ag, Ge, B, Si을 필수성분으로 함유하고, Ag 이외의 구성원소의 체적비의 합계가 50-90%로 설정하고, Ag 이외의 구성원소의 함유량 중에 Si의 체적비는 22% 이상으로 설정하고, Ag 이외의 구성원소의 함유량 중에 B의 체적비는 14% 이상으로 설정하였다.
Fig. 4와 같은 방법으로 단일 브레이징 구(sphere)(Cu89Sn11, d=600㎛)를 노즐안으로 공급하고 노즐출구를 막고, 질소압력을 100-140 mbar로 가압하여 기판을 완전히 가열하지 않아도 브레이징이 가능하도록 하였으며, 에너지입력을 정확하게 조절하였다.
이때 강은 용융되지 않은 상태에서 Al합금이 완전히 용입되었으며, 브레이징된 계면에서 온도장은 불균일과 비대칭분산이 이루어졌다. 또한 3D 유한요소 모델을 이용하여 에너지 조건(레이저출력, 용접전류, 용접속도 등)을 확립하였다.
현재 국내 산업의 브레이징기술과 관련된 국내 중소기업체에서는 국내외 경쟁력이 심화됨에 따라 독자기술의 확보가 힘들고 새로운 기술정보의 입수에 어려움을 겪고 있다. 이러한 어려운 상황을 해결하고 국제적인 경쟁력을 지향하는 것을 목표로 NDSL, Science Direct, KIPRIS, PCT 등의 문헌검색을 통하여, 국내외 학술지와 특허내용을 수집분석하여 기술정보를 제공하였다.
최신의 고능률 브레이징기술 개발현황과 적용분야를 파악하기 위하여 최신의 고능률 브레이징 기술동향, 소재에 따른 브레이징 적용기술, 이종재료의 브레이징 적용기술에 대한 국내외 정보를 수집하여 종합적으로 체계적인 분석을 하였다. 최신의 고능률 브레이징 기술로서 활성금속 브레이징, 아크 브레이징, 무플럭스 브레이징, 저융점 브레이징재의 제조, 대기접합용 브레이징재의 제조, 레이저 브레이징, 레이저 용적(droplet) 브레이징이 제시되고 있다.
대상 데이터
그러나 Qin 등8)은 대형 스폿 레이저+MIG 아크 브레이징-용융 용접공정을 제시하였다. 레이저는 선도하는 보조열원으로 아크를 안정화시키고 강을 예열할 목적으로 초점이탈(defocusing) 상태로 사용하였고, MIG 아크는 주요 열원으로 사용하였다. 이 방법은 통상의 MIG 용접에 비해서 공정안정성, 용접외관 품질 및 용접효율을 개선시킬 수 있었으며, 종래의 레이저+MIG하이브리드용접에 비해서도 더 낮은 에너지비용을 가져왔다.
에서는 브레이징가열 시에 플럭스를 도포하지 않고 알루미늄합금 브레이징 시트를 이용한 브레이징클래드기술을 확립하였다. 알루미늄합금 심재의 한쪽 면 혹은 양면에 Al-Si계 알루미늄합금 브레이징재를, 알루미늄합금의 중간재를 삽입하여 클래드로 하고, 심재가 0.1-1.3%의 Mg를 함유한 알루미늄합금, 브레이징재를 Si6-13%함유한 Al-Si계 알루미늄합금, 중간재가 Si 6% 미만을 함유한 알루미늄합금으로 선정하였다.
이론/모형
2과 같은 방법으로 카메라를 기반으로 하는 공정조절 시스템을 제시하였다. 공정 동안에 기계적 인자를 평가하기 위한 하드웨어기반의 알고리즘은 FPGA(Field Programmable Gate Array)기술에 의해 실행되었다. CMOS 카메라는 브레이징 레이저와 광학적인 경로를 통하여 공동 축으로 통합되어 있으며, 하드웨어기반의 속도측정에 대한 정확성이 높은 것으로 평가되었다.
성능/효과
% 첨가함으로써 접합물 중에서 Cu3Sn IMC 등의 생성을 억제하여 500∼600℃에서 접합이 가능한 저융점 브레이징용가재(Sn-Cu-Ni)를 개발하여 전자부품과 가스기구, 냉동기의 각종 열교환기 부품 및 배관 접합부의 신뢰성을 향상시켰다.
공정 동안에 기계적 인자를 평가하기 위한 하드웨어기반의 알고리즘은 FPGA(Field Programmable Gate Array)기술에 의해 실행되었다. CMOS 카메라는 브레이징 레이저와 광학적인 경로를 통하여 공동 축으로 통합되어 있으며, 하드웨어기반의 속도측정에 대한 정확성이 높은 것으로 평가되었다. 이로 인해 브레이징속도와 같은 기계적 인자의 관리뿐만 아니라 브레이징된 품질을 같은 시스템으로 판단할 수 있는 장점이 있다21).
은 보조 TIG 토치를 주요 MIG 토치의 평행된 위치에 부착시켜, 강에 열을 가하게 하는 새로운 하이브리드 용접기술을 제시하였다. TIG 토치의 부착효과로 인하여 균열이 발생하기 쉬운 취약한 Fe-Al 금속간화합물 층은 균질화 되고, 용융금속 내의 비철원자의 용해도가 증가하였는데, 금속간화합물 내에 Cr과 Ni의 함량을 상승시켜 접합부 인장강도를 96.7MPa에서 146.7 MPa까지 증가시켰다.
에 의하면 A357(Al-7%Si) 용가재를 590~600℃로 가열하여 반응고 상태에서 브레이징하여 반응고 성형법의 장점인 결함 감소와 접합강도를 향상시켰다. 대기 중에서 플럭스를 사용하지 않은 상태에서 수행한 반응고 브레이징이 완전히 용융된 용가재를 사용하는 전통적인 브레이징보다 기공과 같은 내부결함이 발생할 확률은 크게 감소함을 알 수 있었다.
통상의 AlSi12 용가와이어와 비교하여 더욱 낮은 응고범위를 가진 AlZn13Si10Cu4 용가와이어를 사용한 결과, 매우 양호한 젖음성을 나타내었다. 또한 AlSi12 와이어에 비해서 73% 이하의 더욱 낮은 입열량이 요구되었으며, 접합부에도 높은 경도값을 얻을 수 있었다. 특히 이중 빔 기술은 접합부 품질을 향상시키는데 높은 가능성을 보여주었다.
마그네슘합금과 철강 이종소재에 대하여 다이오드 레이저를 사용하여 브레이징기술을 적용한 결과, 도금강판에 대한 용융필러와이어의 퍼짐성은 주석도금강판이나 니켈도금강판에서보다 아연도금강판이 가장 양호하다는 결론을 얻었다35). 아연도금강과 초고강도강인 22MnB5강을 접합하는데 있어서 Mittelstädt 등25)은 2빔-레이저 브레이징공정과 Cu계 용가재(CuSi3Mn1)를 이용하여 기존의 용접공정에 비해서 입열량을 감소시켜 변형의 억제하고, 후공정을 간편화하고 접합부 인장강도를 확보할 수 있었다.
레이저는 선도하는 보조열원으로 아크를 안정화시키고 강을 예열할 목적으로 초점이탈(defocusing) 상태로 사용하였고, MIG 아크는 주요 열원으로 사용하였다. 이 방법은 통상의 MIG 용접에 비해서 공정안정성, 용접외관 품질 및 용접효율을 개선시킬 수 있었으며, 종래의 레이저+MIG하이브리드용접에 비해서도 더 낮은 에너지비용을 가져왔다. 또한 수치 시뮬레이션방법을 적용하여 용접에너지조건을 예측할 수 있었고 용접품질을 제어할 수 있었다.
합금호일을 이용하여 여러 두께로 레이저 용적발생법을 시도하였다. 이 방법은 특히 더 작은 용적의 발생에서도 유동성을 향상시킬 수 있었으며, 열적 안정성을 가져다주었다.
은 알루미늄에 대하여 단일 빔과 이중 빔의 레이저 브레이징기술을 개발하였다. 통상의 AlSi12 용가와이어와 비교하여 더욱 낮은 응고범위를 가진 AlZn13Si10Cu4 용가와이어를 사용한 결과, 매우 양호한 젖음성을 나타내었다. 또한 AlSi12 와이어에 비해서 73% 이하의 더욱 낮은 입열량이 요구되었으며, 접합부에도 높은 경도값을 얻을 수 있었다.
후속연구
보조 TIG 토치를 주요 MIG 토치의 평행된 위치에 부착시켜, 강에 열을 가하게 하는 하이브리드 용접기술10)은 취약한 Fe-Al 금속간화합물 층을 균질화시키고 접합부 인장강도를 상승하는 효과가 크므로 향후 고강도 복합재료의 개발에 도움을 줄 수 있을 것이다.
브레이징 위치의 정확성을 기하기 위해서는 향후 노즐출구와 기판 사이의 거리를 최소로 유지하는 연구가 필요하고 레이저빔에 관한 브레이징의 정확성과 질소압력도 중요한 제조조건이 될 수 있다. 특히 브레이징 예비성형체의 크기가 작으면 브레이징 높이를 줄이는 효과가 있기 때문에, 작은 예비성형체를 형성시키기 위해서는 노즐크기를 줄이는 연구가 요구되고 있다30).
Heitmanek 등23)에 의해 제시된 레이저빔브레이징기술은 용가재를 이용하여 레이저빔으로 2강판사이에 빈틈(gap)을 채우는 방법이다. 아연도금강판을 브레이징을 하기 위한 연결폭도 최대 하중을 지탱할 수 있도록 최소의 연결 폭으로 구성되어야 하고, 빔 스캐닝에 대한 작업공정(온도 포함)의 안정성과 표면품질의 향상에 대한 연구가 추진되어야 할 것이다.
로 인하여 레이저는 보조열원으로 아크를 안정화시키고 강을 예열할 목적으로 사용하고, MIG 아크는 주요 열원으로 사용한다. 이 방법은 통상의 MIG 용접에 비해서 공정안정성, 용접외관 품질 및 용접효율을 개선시킬 수 있으며, 종래의 레이저 +MIG 하이브리드용접에 비해서도 더 낮은 에너지비용을 가져올 수 있는 장점이 있으므로 향후 발전가능성이 기대된다.
상기 언급된 기술을 최적으로 선정하여, 경제적인 야금학적 설계와 진보된 브레이징방법을 검토할 필요가 있다. 특히 접합부 금속간화합물의 취성을 개선하기 위하여 경제적인 여러 종류의 금속-비금속과, 하이브리드기술에 의한 열원(MIG, TIG, Laser)을 연구해야 한다.
구조부품에 집적된 활성 압전세라믹 부품에 대한 적용 분야로서 활성 감쇠(damping), 에너지 수확기술(harvesting), 혹은 진동과 재료파괴에 대한 모니터링 등이 있다. 향후 LDB 공정에서 해결해야 할 문제점은 도체(conductor)를 손상시키지 않거나 혹은 세라믹기판의 금속화가 일어나지 않게 하여 부품들을 전기적으로 접촉하는 것이다. 특히 압전부품은 주조된 알루미늄으로 제조된 구조체 내에 집적되어 있으므로 높은 기계적 강도와 내열성이 요구되고 있으므로 이에 대한 연구가 필요하다27).
여기에 비산화성 가스분위기로에서 플럭스를 사용하지 않고 브레이징접합을 가능케 하는 무플럭스브레이징 기술이 검토되고 있다. 향후 공업적 규모의 열간압연기를 이용하여 무플럭스 브레이징용 박피의 브레이징시트를 제작하는 것을 검토하고 있다13).
또한 레이저예열에 의해 높은 작업속도가 가능하여 모재 안으로의 구리확산을 방지하여 신뢰성을 더욱 높일 수 있다. 향후 아연도금강과 초고강도강의 브레이징접합기술은 제조원가를 절감할 수 있으며, 강성이 높아진만큼 차량의 감량효과가 있으므로 향후 수요가 확대될 것을 전망된다.
로서 용융되지 않은 모재(화학성과 조도를 기준), 점성과 용융금속의 화학성분 및 브레이징 지역의 온도구배등이 있으며, 이외에도 양호한 젖음성을 위하여 예열처리를 함으로써 가능하다. 향후 이러한 인자에 대해서 연구검토하여 레이저 브레이징기술을 정착해 나가야 할 것이다.
향후 장기적 관점에서 FPGA(Field Programmable Gate Array)기술을 기반으로 하여 프로세싱 광학(optics)을 통하여 공정조절기술을 완전히 통합하여, 최적의 레이저출력과 브레이징와이어의 속도를 제어할 수 있는 자동적인 레이저브레이징의 공정기술이 개발되어야 할 것이다21).
활성 브레이징 기술은 생산 시의 제조원가를 절약할 뿐만 아니라 제조시간을 절약할 수 있는 장점이 있어, 향후 금속-세라믹 브레이징 접합에 적용성이 좋아 점점 더 광범위하게 사용하게 될 것이다4).
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
활성금속 브레이징에 사용되는 브레이징합금에는 무엇이 있는가?
활성금속 브레이징에 사용되고 있는 브레이징합금은Ag-Cu-Ti계, Cu-Ti계, Co-Ti계, Al-Ti계, Cu-Zr계, Zr-Ni계가 주류를 이루고 있으며, 최근에는 고온용 브레이징 합금으로 연구되고 있는 Ni-Cr, Pt, Pd, Au 및 Cu계 합금 등이 있다2). 이들 합금은 예를 들면, Ti나 Zr, Nb, Hf, Ta 등과 같은 활성금속이 첨가되어있다2).
활성금속 브레이징재의 문제는 무엇인가?
세라믹끼리, 세라믹과 금속과의 접합에 사용되는 활성금속 브레이징재로서 Ag-Cu합금에 활성금속성분인 Ti가 첨가된 Ag-Cu-Ti합금이 종래부터 잘 알려져 있다. 이 활성금속 브레이징재의 문제는 가공성인데, 균열, 단선, 파단이 일어나기 쉽다. 이것은 Ag-Cu-Ti합금에서는 주조응고 시에 Ag-Cu합금 소지 중에 50-100㎛의 큰 Cu와 Ti의 금속간화합물이 석출되기 때문이다.
활성 금속 브레이징법은 무엇인가?
세라믹부재와 금속부재의 접합방법으로서 통상 활성 금속 브레이징법이 이용되고 있다1). 이 방법은, 세라믹 부재에 대해서 활성원소를 브레이징재 중에 첨가시켜 그 브레이징재를 진공 중에서 가열함으로써 세라믹부재 표면에 반응층을 형성시킨다. 이것에 의해 브레이징재의 젖음성과 밀착성의 향상을 도모한다.
참고문헌 (36)
NHK Spring Co., Ltd., Brazing material for bonding in atmosphere, bonded article and current collecting material, WO2011/142262
SeHo Kee, Joining of Ceramic and Metal using Active Metal Brazing, Journal of the Micro-electronics & Packaging Society, 18(3) (2011), 1-7
Tanaka Kikinzoku Kogyo K. K : Active metal brazing material, WO2012/161148
C.A. WALKER, Metal-nonmetal brazing for electrical, packaging and structural applications, Advances in Brazing (2013), 498-524
W.J. Cho, Y.H. Cho, J.G. Yun and C.Y. Kang, Microstructure and Tensile Strength Property of Arc Brazed DP steel using Cu-Sn Insert Metal, Journal of KWJS, 31(1) (2013), 58-64
Taiyo Nippon Sanso Corporation, Method for gas-shielded arc brazing of steel sheet, WO2010/038429
M. Shome, Metal inert gas(MIG) brazing and friction stir spot welding of AHSS, Welding and Joining of Advanced High Strength Steels(AHSS), (2015), 137-165
G. Qin, Z. Lei, Y. Su, B. Fu, X. Meng, S. Lin : Large spot laser assisted GMA brazing-fusion welding of aluminum alloy to galvanized steel. J. Mater. Process. Technol., 214 (2014), 2684-2692
X. Meng, G. Qin, Y. Su, B. Fu, Y. Ji, Numerical simulation of large spot laser + MIG arc brazing-fusion welding of Al alloy to galvanized steel, Journal of Materials Processing Technology, 222 (2015), 307-314
H. Zhang, J. Liu, J. Feng, Effect of auxiliary TIG arc on formation and microstructures of aluminum alloy/stainless steel joints made by MIG welding-brazing process, Trans. Nonferrous Met. Soc. China 24 (2014), 2831-2838
Kanto Yakin Kogyo Co., Ltd., Method for brazing aluminum member, and brazing apparatus used therein, WO2012/057197
Sumitomo Light Metal Industries, Ltd., Aluminum alloy brazing sheet, method for porducing same, and method for brazing heat exchanger formed of aluminum, WO2014/128880
Furukawa-Sky Aluminum Corp., Brazing sheet for fluxfree brazing and method for producing same, WO2013/105637
Sumitomo Light Metal Industries, Ltd., Aluminum alloy brazing sheet, WO2013/168669
Nippon Light Metal Co., Surface brazing method of aluminum alloy material, WO2012/043030
Nippon Light Metal Co., Method for surface brazing between aluminum alloy member and copper alloy member, WO2013/108465
Nihon Superior Co., Ltd., Low-melting brazing filler metal, WO2015/053114
Nihon Superior Co., Ltd., Low-melting point brazing material, WO2014/084242
S. Y. Lee, Microstructures of Bonding Inter- faces after Semi-Solid Brazing of Aluminum Using A357 as a Filler Metal, Transactions of Materials Processing, 21(8) (2012), 506-511
M. Heitmanek, M. Dobler, M. Graudenz, W. Perret, G. Gobel, M. Schmidt, E. Beyer, Laser brazing with beam scanning: Experimental and simulative analysis, Physics Procedia, 56 (2014), 689-698
C. Mittelstadt, T. Seefeld, D. Reitemeyer, F. Vollertsen, Two-beam laser brazing of thin sheet steel for automotive industry using Cu-base filler material, Physics Procedia, 56 (2014), 699-708
Krishna P. Yagati, Ravi N. Bathe, Koteswararao V. Rajulapati, K. Bhanu Sankara Rao, G. Padmanabham, Fluxless arc weld-brazing of aluminium alloy to steel, Journal of Materials Processing Technology, 214 (2014), 2949-2959
S. Stein, J. Heberie, F. J. Gurtler, K. Cvecek, S. Roth, M. Schmidt, Influences of nozzle material on laser droplet brazing joints with Cu89Sn11 preforms, Physics Procedia, 56 (2014), 709-719
C. Held, U. Quentin, J. Heberle, F.J. Gurtler, M. Weigl, M. Schmidt, Laser droplet brazing for the electrical contacting of composite materials with integrated active elements, Physics Procedia, 39 (2012), 585-593
U. Quentin, J. Heberle, C. Held, M. Schmidt, Laser droplet brazing for electrical contacting of composite materials with integrated active elements, Procedia Materials Science, 2 (2013), 181-188
Kanto Yakin Kogyo Co., Ltd., Method for brazing aluminium member, and brazing apparatus used therein, WO 2012/057197
Harima Chemicals, Incorporated, Brazing composition, tube for heat exchanger, and heat exchanger, WO2014/065074
R. Beeranur, K.K. Waghmart, R.K. singh, Characterization of vacuum brazing of SS 304 and alumina ceramic with active brazing alloy, Procedia Materials Science, 5 (2014), 969-977
Daiichi Kigenso Kagaku Kogyo Co., Ltd., Flux for brazing aluminum materials, WO 2013/008731
M.Y. Lee, S.W. Kim, Ali M. Nasiri, Norman Y. Zhou, Effects of the Types of Coating on the Laser Brazing Characteristics of Dissimilar Joints between Mg Alloy and Steel Sheet, Journal of KWJS, 31(4), (2013), 275-280
C.Y. Gang, Trend on Research TLP Bonding of Ni and Ni base Superalloy for high temperature Heat Exchanger, Journal of KWJS, 30(6), (2012), 507-512
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.