접합기술/ 브레이징에서 동관 접합(SOLDERING)기술
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제2회부산국제용접&절단&레이저설비산업전시회
브레이징(Brazing)에서 동관 접합(SOLDERING)기술
1. 솔더링(Soldering)이란
철을 소재로하는 용접은 모재와 용접재가 동시에 용융되어 용접이 이루어지나, 동관의 용접 방법은 모재는 녹지않고 용접재만 용융되어 겹침부에 충진하는 접합 방식으로 엄격히 용접이 아닌 접합이며,, 방법으로는 솔더링(Soldering)과 브레이징(Brozing)이 있다.

450℃를 기준하여 450℃미만에서의 솔더링, 450℃이상에서의 브레이징으로 구분할수 있으며 저온에서 접합함으로써 모재 변형을 극소화해 용접부뷔의 안정과 수명의 극대화 및 공사 비용의 절감 측변에서 고려된 절합방식이다.

2. 솔더링(Soldering)의 역사
솔더링은 아주 적은 열에너지를 사용하여 금속을 접합하는 가장 오래된 기술의 하나로 철기시대 이전에 이미 솔더링을 한 것 같다는 보고가 있고 서기 79년8월(약 1905년전)에 화산의 대폭발로 순간에 매몰된 이탈리아 남부의 "폼페이"폐허에서는 각 가정에 시공된 수도 연관의 접속부에 땜납을 사용한 흔적이 확인된 것으로 보아 약2,000년전부터 사용한 것을 알 수 있으며, 그때에 사용된 땜납은 주석1, 납2의 조성으로서, 오늘날 사용되는 쏠더와 흡사한 것을 알 수 있다.

인류가 건축용 동 배관에 솔더링을 본격적으로 적용한 것은 약300여년 전부터 독일에서부터 사용하였으며 이때부터 이론이 정립되었고, 급속히 선진제국에 확대되었다. 특히 우리나라에는 94년도에 국영기업인 대한주택공사에서 설계하여(22°미만, 급수, 급탕, 난방) 시행중에 있다.



4. 솔더링의 특징 및 필요성
브레이징 용접에 비하여 저온에서 용접함으로 모재 변형을 최소화 할 수 있으며 쏠더의 퍼짐이 좋아 용접성의 안정을 기할수 있어 하자가 없고 수명을 대폭 연장할 수 있다.

기능공이 아닌 일반인도 손쉽게 할 수 있어 대중성 및 인건비 절감 효과가 좋다. 특히, 용접후 매립하는 건축배관에는 더욱 효과적이며 전기 가열 방식으로 할 경우 후럭스의 변화상태와 솔더의 충진상태를 정화히 포착할수있고 과열을 육안으로 확인할수있어 용접의 안정을 기할 수 있으며 가스 사용으로 인한 화재 및 폭발의 위험성이 없어 안전함으로 솔더링의 필요성은 강조되어도 좋을 것이다.

5. 용접부(겹침부)틈새
겹침부의 틈새는 모세관현상과 접합부의 인장강도와 밀접한 관계가 있다. <그림 1-2>은 큼새외 인장강도와의 관계를 표시한 것으로 겹침부틈새가 0.04mm부근에서 가장 높은 인장 강도를 갖는다. 동관의 용접접합에서 요구되는 겹침부의 틈새는 <그림 1-1>와같이 0.04∼0.127mm가 적당하다.

6. 용접재료
(1) 솔더메탈(Solder Metals)
솔더링에 사용되는 용접재를 솔더메탈이라며, 솔더메탈은<표 1>과 같이 35종으로 구분되고 주석의 함량또는 안티몬이나 은의 함량을 기준하여 호칭한다.

차종에 달하는 각각의 쏠더메탈은 적당한 온도를 가지고 있으며, 특히 건설분야 및 상수도 배관에 사용되는 대표적인 재질은 SN50과 Sb5, SN96으로 다음과 같은 특성을 갖는다.



1) SN50
일반적인 목적에 사용되는 대중적인 금속판, 관, 기타 구조물의 솔더링에 적합하며, 접합부의 강도는 Sb5보다 낮다.(온도와 압력이 낮은곳에 사용)

2) Sb5, SN96
온도가 최고 240℃까지 올라가는 전기 전자 부품의 연결이나 태양열 난방, 공조, 위생배관 냉장고, 냉동기, 에어콘등 장비류에 들어가는 동관의 솔더링에 상용된다.(접합부의 강도는SN50보다 높다.)

(2) 후럭스(FLUX)
용접 접합에서 후럭스의 역할은 연마작업으로 완전히 제거되지 못한 여분의 산화물을 제거하며, 접합중 산화를 방지하거나 억제함으로써 용접재의 확산이 잘되도록 하는 역할을 한다.특히, 솔더링에서 후럭스의 역할은 용접접합의 성패를 좌우할 정도로 중요하며, 후럭스는 부식성과 비수식성으로 구분되는데 부식성을 가진 것이 산화물 제거에 효과적이다. 아래의 <표 2>는 후럭스의 선택기준으로 동관접합용으로는 OA타입 후럭스를 사용한다.

7. 접합부의 강도
)사용용접재별 최대 사용 압력
용접재의 선택은 시스템의 사용압력 온도 등을 고려하여 적정한 것을 선택함이 중요하다. 솔더링의 상용온도 및 압력 이상이 요구되는 시스템에서는 브레이징 접합을 하여야 한다.

8. 용접접합 방법
용접접합 방법은 전기 가열기(JAYA)를 사용하여 용접하는 방법을 설명하며 가스불을 사용하는 용접은 응용하도록 한다.(그림 2참조)
"주"중요한 부분이므로 잘 읽고 숙지하여 한번 용접으로 누수없는 완벽한 시공을 할 수 있도록 한다.

(1) 용접순서 설명
가. 길이측정하여 직각절단(동파이프 캇타기, 전동캇타기)한후 덧살을 리머를 사용하여 완전히 제거하고 찌그러진관은 확관기를 사용하여 진원이 되도록 교정한다.
※솔더링에서 확관은 하지않으며 꼭 필요한 경우는 400℃미만(터지지않을정도)저온가열한 후 확관하여 사용하며 과열이 되면 용접접합이 되지않음)

1) 연마 작업 및 후럭스 도표
표면상태가 양호한 동관도 반듯이 연마작업을 한다.(생산과정에서 묻은 기름, 산화물 또는 이물질 등을 완전히 제거한다)
샌드페이퍼를 사용하는 것보다 수세미를 사용하는 것이 효과적임. 후럭스도포는 솔더링에서 용접접합의 성패를 좌우할정도로 중요하고 연마작업으로 제거하지 못한 이물질을 제거하는 역할과 용접재의 확산 충진을 도와 완벽한 용접접합을 위하여 접합부 내면 또는 외면에 붓을 사용하여 고르게 발라야하며 끝부분 약3m/m정도는 가열시 거품 및 가스의 피난처로서 바르지 않는 것이 바람직하다.
※동관또는 부속을 후러스 용기에 담그어서 도포하지 말 것.

2) 조립 및 가열작업
① 동관을 이음쇠 정지턱까지 완전히 삽입하여 조립한다.
※조립시 틈새가 넓을 경우 확관기를 사용하여 틈새를 기준치에 맞추어 조립한다.
② 가열작업은 솔더링에서 제일 중요하며 특히 과열되지 않도록 주의한다.
용접홀더를 그림 3과 같이 1번 용접부위에 밀착시키고 홀더에 부착된 가열스위치를 눌러서 가열을 시잔한다. 초기가열에서 후럭스가 끓으며 회색거품이 나고 2-3초가 경과하면 후럭스가 쥐색으로 변하는데(변하지안흔 후럭스는 용접재를 후럭스가 끓을 때 대고 있을것)이때 용접재를 접촉하여 용접재가 녹으면 스위치를 호고 용접재가 녹아 들어가는 것을 육안으로 확인하며 용접재 투입이 더 필요할 경우 스위치를 다시 누르고, 놓고하는 반복 동작으로 용접하며 적정온도는 약 200℃ ∼ 250℃에서 용접하면 특히 좋은 용접상태를 얻을 수 있다.
③ 용접부위 하단에 맺히는 눈물 현상(용접재를 과다투입하여 하단부에 뭉쳐 맺힌상태)이 없도록하여 용접재의 손실을 줄일 것.
④ 가열순서는 1번 용접후 2번으로 옮겨 용접하며 이음쇠 중간에 몰려 한 번에 가열 용접하여 과열되는 일이 절대 없도록 할 것.
⑤ 용접시 용접재(솔러메탈)가 끓지 않을 정도가 가장좋은 용접온도(240℃)이며 용접재가 끊으면 기포발생으로 겹침부에 기포공간이 생겨 누수의 요인이 될 수있으며 끊는 온도가 초과되면 용접재가 산화되어 재용접이 불가함으로(과열되어용접부위가 시커멓게 변한상태)누수가 생긴부위는 끊어내고 부속을 사용하여 재용접한다.



3) 후처리 및 검사
용접부위의 용접재가 완전히 응고되기 전에 움직이거나 물로 급냉 시키지 않도록 한다. 300℃이상의 광열에서는 상당시간 움직이지 말아야 하므로 과열하지 말 것. 잔여 후럭스를 젖은 걸래를 사용하여 깨끗하게 닦아준다. 수압을 넣어 누수를 확인하고 누수되는 부분은 물기를 완전히 제거한후 누수부위를 가열하여 빼낸다음 처음 용접하는 방법대로 재용접을 시행한다.
※용접후 동관이나 이음쇠에 가열로 인한 변색이 없어야하며 변색이 있으면 과열된 상태이므로 차후 누수의 원인이 될 수 있음.
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