황동을 용접하는 것은 탄소강이나 알루미늄을 접합하는 것과는 근본적으로 다릅니다. 이 합금은 내식성과 가공성이 뛰어나 제조 분야에서 널리 사용되지만 용접 아크의 강렬한 열에 노출되면 작업 현장에서 즉각적인 장애물이 발생합니다.
황동 용접의 주요 과제는 아연 기화입니다. 아연은 구리의 녹는점보다 낮은 907°C에서 끓기 때문에 용융 용접은 종종 유독 가스와 심각한 다공성을 유발합니다. 구조적 무결성을 위해 엔지니어는 일반적으로 보호 슬래그를 형성하여 아연 손실을 방지하는 실리콘 브론즈(ERCuSi-A) 필러를 사용한 TIG 브레이징을 지정합니다.
이 가이드는 새로운 작업의 견적부터 생산 라인의 결함 문제 해결까지 황동 접합의 실제적인 현실을 다룹니다. 자세히 설명합니다:
- 열 입력을 관리하고 아연 증발을 방지하는 방법.
- 용접이 가능한 황동 등급(예: C260)과 고온 균열이 발생하는 황동 등급(예: C360)을 확인합니다.
- 불량률을 낮추고 생산 효율성을 높이기 위해 용융 용접을 완전히 포기하고 납땜으로 전환해야 하는 경우.
황동을 용접하기 어려운 이유는 무엇입니까?
황동 용접의 어려움은 황동의 물리적 특성과 고열에서 구성 요소의 야금학적 거동에서 비롯됩니다.
열 전도성
황동은 기본 모재인 구리로부터 높은 열 전도성을 물려받았습니다. 용접 아크가 가해지면 주변 재료가 용접 영역에서 열을 빠르게 빼앗아갑니다.
안정적인 용융 풀을 설정하고 유지하려면 일반적으로 작업자는 더 높은 열 입력을 적용하거나 공작물을 예열해야 합니다. 이는 특히 소재 두께가 3mm를 초과하는 경우에 필요합니다.
아연 증발
황동 용접의 핵심 문제는 구리와 황동의 열적 특성 차이입니다. 아연. 구리는 약 1083°C(1981°F)에서 녹는 반면 아연은 약 907°C(1665°F)에서 끓습니다.
구리가 완전히 녹기 전에 합금 내의 아연이 증발하기 시작합니다. 이러한 증발은 조인트의 구성을 변화시키고 산화아연 연기를 발생시키며, 이는 작업 현장에서 특정 국소 배기 환기(LEV)를 필요로 하는 건강 위험으로 기록되어 있습니다.
용접 다공성
아연이 기화하면서 발생하는 가스 기포는 종종 응고된 용접 풀에 갇히게 됩니다. 이로 인해 접합부 내에 용접 다공성-미세한 공극이 생깁니다.
다공성은 용접의 기계적 강도를 떨어뜨리고 압력 밀봉 기능을 저하시킵니다. 이는 유체 또는 가스 봉쇄 애플리케이션에서 부품 고장의 원인이 될 수 있습니다.
시즌 크래킹
황동은 역사적으로 시즌 크랙이라고 불리는 응력 부식 균열에 취약합니다. 용접의 국부적인 열은 재료에 잔류 인장 응력을 유발합니다.
용접된 부품이 나중에 암모니아가 풍부한 대기나 습기와 같은 환경에 노출되면 입자 경계를 따라 균열이 확산될 수 있습니다. 부식성 환경용 부품의 경우 260°C~300°C에서 응력 완화 어닐링이 표준으로 사용됩니다.
황동 등급 및 용접성
구리와 아연의 비율과 특정 제조 공정을 위한 다른 원소의 첨가 여부에 따라 황동 합금이 용접에 얼마나 잘 반응하는지가 결정됩니다.
C260 카트리지 황동
C260은 약 70% 구리와 30% 아연을 함유하고 있습니다. 연성이 우수하여 스탬핑 부품 및 인발 부품에 널리 사용됩니다.
30% 아연 함량으로 인해 용융 용접 시 재료 손실을 최소화하기 위해 정밀한 열 제어가 필요합니다. 실리콘 브론즈 필러 금속을 사용하면 용접 풀 위에 보호 슬래그를 생성하는 데 도움이 되므로 C260은 TIG 또는 MIG 공정에서 관리가 용이합니다.
C270 황동
C270은 65% 구리와 35% 아연을 함유하고 있습니다. 아연 농도가 높을수록 심각한 아연 증발과 그로 인한 다공성 가능성이 높아집니다.
용접이 가능하지만 일반적으로 C260보다 결함률이 높습니다. C270을 사용하는 구조용 애플리케이션의 경우 접합부의 무결성을 유지하고 불량률을 낮추기 위해 용융 용접보다 브레이징을 사용하는 경우가 많습니다.
해군 황동
C46400과 같은 해군용 황동 합금은 약 60% 구리, 39% 아연, 1% 주석으로 구성됩니다. 주석이 첨가되면 해양 환경에서 내식성이 향상되고 가열 시 합금이 약간 안정화됩니다.
따라서 Naval Brass는 아크 용접 및 가스 브레이징에 상당히 적합합니다. 그러나 일반적으로 두꺼운 섹션의 경우 적절한 용접 침투를 보장하기 위해 예열이 필요합니다.
C360 납 황동
C360은 다음에 최적화되어 있습니다. CNC 가공약 3% 납이 함유되어 있습니다. 이 납은 선삭 및 밀링 작업 시 금속 칩을 분해하는 내부 윤활제 역할을 합니다.
하지만 납은 매우 낮은 온도(327°C)에서 녹습니다. 용융 용접의 냉각 단계에서 납은 주변의 구리 및 아연보다 더 오래 액체 상태로 남아 입자 경계에 고여 심각한 열 균열을 일으킵니다.
이 때문에 C360은 일반적으로 융착 용접에 적합하지 않은 것으로 간주됩니다. 접합이 필요한 경우 기계적 체결 또는 저온 은 납땜이 표준 엔지니어링 솔루션입니다.
황동 용접 방법
올바른 접합 공정을 선택하는 것은 재료 두께, 생산량, 최종 조립의 기계적 요구 사항에 따라 달라집니다.
TIG 용접(GTAW)
TIG 용접 은 일반적으로 얇은 판금과 엄격한 치수 공차가 필요한 부품에 선호됩니다. 작업자는 아연 증발을 관리하는 데 중요한 열 입력을 정밀하게 제어할 수 있습니다.
동적 암페어 제어를 위해 풋 페달을 사용하면 용접 풀이 형성되는 즉시 용접기가 열에서 물러날 수 있습니다. 아연이 날아가는 것을 방지하기 위해 아크는 모재가 아닌 필러 와이어로 향하는 경우가 많습니다.
MIG 용접(GMAW)
미그 용접 는 부피가 클수록 비용 효율이 높아지며 일반적으로 6mm를 초과하는 재료 두께에 사용됩니다. 더 높은 증착 속도와 더 빠른 이동 속도를 제공하여 실제로 부품의 전반적인 열 축적을 제한하는 데 도움이 될 수 있습니다.
그러나 와이어를 공급하는 것은 어려울 수 있습니다. 구리선과 황동선은 상대적으로 부드럽기 때문에 표준 장비에서 꼬이는 경향이 있습니다. 푸시풀 와이어 피더와 테프론 건 라이너로 업그레이드하는 것은 '새 둥지'(와이어 엉킴)를 방지하고 생산 중단 시간을 최소화하기 위한 표준 작업장 개조입니다.
브레이징
많은 제조 시나리오에서 브레이징은 용융 용접보다 더 실용적인 솔루션입니다. 브레이징은 모세관 작용에 의존하여 필러 금속을 접합부로 끌어들이기 때문에 모재 금속이 녹지 않습니다.
이렇게 낮은 열 입력은 아연이 끓는점에 도달하는 것을 물리적으로 방지하여 다공성 및 유독 가스를 완전히 제거합니다. 그러나 설계자는 CAD 모델을 조정해야 합니다. 브레이징에는 융착 용접에 사용되는 표준 맞대기 조인트 대신 모세관 작용을 허용하는 특정 간격이 있는 랩 조인트 또는 소켓 피팅이 필요합니다.
필러 금속
용융 용접의 경우 실리콘 브론즈(ERCuSi-A)가 표준 용가재로 사용됩니다. 실리콘은 탈산제 역할을 하며 용접 풀 위에 유리와 같은 보호용 슬래그를 형성합니다.
이 슬래그 층은 물리적 장벽 역할을 하여 대기 중 산소를 차단하고 아연 증기를 내부에 가둡니다. 더 높은 기계적 강도가 필요한 애플리케이션의 경우 알루미늄 청동(ERCuAl-A2)을 사용할 수 있지만 용접 후 가공이 더 어렵습니다.
용접 품질을 개선하는 방법？
황동 제작의 결함을 방지하려면 아크를 치기 전과 냉각 단계 모두에서 엄격한 제어가 필요합니다.
표면 준비
황동은 표면 산화물을 쉽게 형성하고 가공유를 자주 보유하며, 이 두 가지 모두 용접부에 즉각적인 다공성을 유발합니다. 부품은 아세톤과 같은 용제를 사용하여 화학적으로 세척한 다음 기계적으로 세척해야 합니다.
새로운 산화물이 형성되는 것을 방지하기 위해 세척 후 즉시 용접해야 합니다. 와이어 브러시를 사용할 때는 부드러운 황동 표면에 탄소강 입자가 묻지 않도록 전용 스테인리스 스틸 브러시를 사용하는 것이 중요합니다.
예열
황동은 열을 빠르게 발산하기 때문에 예열을 하면 열 충격을 상쇄하고 웅덩이를 만드는 데 필요한 전류를 줄일 수 있습니다.
3mm보다 두꺼운 섹션의 경우 조인트를 150°C~200°C로 예열하는 것이 표준 관행입니다. 이렇게 하면 온도 구배가 낮아져 콜드랩 결함을 방지하고 부품이 냉각되면서 열 균열이 발생할 위험을 줄일 수 있습니다.
열 제어
황동을 용융 용접할 때 천천히 꾸준히 하는 것은 잘못된 접근 방식입니다. 한 지점에 오래 머무르면 재료에 과도한 열이 가해져 아연이 기화될 수 있습니다.
작업자는 빠른 이동 속도를 유지해야 합니다. 멀티패스 용접 중에 공작물이 너무 뜨거워지면 용접을 강행하여 합금 구조를 손상시키는 대신 생산을 일시 중지하여 인터패스 온도가 150°C(300°F) 이하로 떨어지도록 해야 합니다.
비파괴 검사(NDT)
황동 용접의 무결성을 검증하기 위해 액체 침투 테스트(PT)는 표면 균열과 표면 파괴 다공성을 감지하는 가장 비용 효율적이고 신뢰할 수 있는 방법입니다.
내부 결함의 경우 방사선 촬영 검사(RT)가 선호됩니다. 주조 용접 금속의 큰 입자 구조로 인해 음파가 산란되어 결과를 해석하기 어렵기 때문에 일반적으로 황동 용접에는 초음파 검사(UT)를 사용하지 않습니다.
환기 및 연기 제어
산화아연을 다루는 것은 산업 안전에 있어 매우 까다로운 요건입니다. 이러한 연기를 흡입하면 심한 독감과 유사한 증상을 보이는 금속 연기 열이 발생합니다.
일반적인 작업장 환기만으로는 충분하지 않습니다. 워크스테이션에는 용접 구역 바로 위에 국소 배기 환기 장치(LEV)를 설치해야 합니다. 또한 작업자는 P100 미립자 필터 또는 전동식 공기 정화 호흡기(PAPR)를 사용하는 올바르게 장착된 호흡기를 착용해야 합니다.
황동 용접: 디자인 및 재료 선택
제품 수명 주기 초기에 내린 설계 결정은 작업 현장의 불량률을 결정합니다. 올바른 합금과 접합 유형을 지정하는 것은 용접 기술 자체보다 더 중요합니다.
용접 가능한 황동 등급 선택
어셈블리를 용융 용접해야 하는 경우 엔지니어는 C260 또는 해군 황동과 같이 아연 함량이 낮은 합금을 지정해야 합니다.
용접이 필요한 도면에는 C360(납 함유 황동)을 지정하지 마세요. 납 함량으로 인해 열 균열로 인해 품질 검사에서 불합격할 가능성이 높습니다.
공동 디자인
퓨전 용접에는 토치와 필러봉이 적절히 접근할 수 있는 표준 맞대기, 랩 또는 T 조인트가 필요합니다. 하지만 설계자는 열 왜곡을 고려해야 합니다.
황동은 높은 열을 필요로 하기 때문에 얇은 섹션은 뒤틀림에 매우 취약하여 엄격한 가공 공차를 파괴할 수 있습니다. 부품을 단단히 고정하는 고정 장치를 설계하고 용접 후 가공을 위한 재료 허용치를 남겨두는 것은 최종 조립품이 사양을 충족하도록 하는 데 필요한 제조 단계입니다.
재료 대체
부품의 기능적 요구 사항을 평가합니다. 내식성이 주요 목표인 경우 304 또는 316 스테인리스 스틸이 용접이 훨씬 쉽고 비용 효율적입니다.
전기 전도성이 우선인 경우 구리 C110으로 전환하면 아연 증발 문제가 완전히 해결되지만 용접에 더 높은 열을 투입해야 합니다.
용접 대 브레이징
황동 어셈블리의 경우 용융 용접과 납땜 중 하나를 결정하는 것은 기계적 요구 사항과 공정 안정성에 따라 결정됩니다.
관절강도
용융 용접은 모재가 녹아 서로 융합되기 때문에 더 높은 인장 강도를 제공합니다. 일반적으로 접합부 고장이 치명적인 구조 부품이나 압력 용기에 사용됩니다.
브레이징 강도는 전적으로 필러 금속과 조인트의 표면적에 따라 다르지만 일반적으로 대부분의 유체 라우팅 및 건축 애플리케이션에는 이 정도면 충분합니다.
열 입력
브레이징은 용융 용접보다 훨씬 낮은 온도에서 작동합니다. 따라서 모재의 금속 구조를 보존하고 아연의 기화를 방지하며 부품 왜곡을 크게 줄입니다.
생산 효율성
수동 TIG 용접은 노동 집약적이며 용융 풀을 관리하기 위해 고도로 숙련된 작업자가 필요하므로 대량 작업 시 비용이 많이 듭니다.
대량 생산의 경우 브레이징이 더욱 비용 효율적입니다. 유도 가열 또는 용광로 납땜과 같은 공정은 초기 설정 비용이 높지만 대량 생산 시 부품당 비용이 대폭 절감되므로 수작업에 대한 의존도가 낮고 반복성이 높은 결과를 얻을 수 있습니다.
이종 금속 접합
황동과 연강 또는 스테인리스강을 접합할 때 융점과 열팽창 속도가 다르기 때문에 융착 용접은 매우 까다로운 작업입니다.
브레이징 또는 TIG 브레이징(실리콘 브론즈 필러 사용)은 표준 엔지니어링 솔루션입니다. 필러 금속은 강철 베이스를 녹이지 않고 이종 금속을 접착하는 접착제 역할을 합니다.
대체 가입 방법
구성 요소가 C360을 사용하거나 자주 분해해야 하는 경우 열접합은 완전히 피해야 합니다.
나사산 체결, 리벳 체결 또는 셀프 클린칭 패스너(PEM 너트 등) 사용과 같은 기계적 체결은 판금 및 CNC 가공 황동 부품에 가장 신뢰할 수 있는 DFM 선택입니다.
결론
성공적인 황동 제조를 위해서는 제조 비용, 용접 품질, 장기적인 신뢰성 간의 균형을 맞춰야 합니다. 대부분의 생산 실패의 근본 원인인 아연 증발은 정밀한 열 제어를 통해 관리할 수 있지만, 설계 단계에서 해결하는 것이 가장 좋습니다.
엔지니어링 팀은 재료와 접합 방법을 조기에 평가하면 생산을 시작하기 전에 브레이징으로 전환하거나 황동 등급을 변경하거나 대체 금속을 선택할 수 있습니다. 이러한 사전 예방적 접근 방식은 불량률을 최소화하고 일관된 부품 품질을 보장하며 생산 일정을 순조롭게 유지합니다.
Shengen의 엔지니어링 팀은 판금 제작, CNC 가공 및 신속한 프로토타이핑 분야에서 10년 이상의 경험을 보유하고 있습니다. 레이저 절단과 스탬핑부터 대량 제조까지 모든 것을 처리하기 때문에 고객이 가장 비용 효율적인 제조 공정을 위해 설계를 최적화할 수 있도록 지원합니다. 다음 프로젝트를 위해 재료 또는 접합 방법을 평가하고 있다면, 문의하기 를 통해 직접적이고 전문적인 제조 가능성 평가를 받을 수 있습니다.
자주 묻는 질문
황동을 강철에 용접할 수 있나요?
예, 하지만 표준 융착 용접을 통한 방법은 아닙니다. 가장 신뢰할 수 있는 방법은 실리콘 브론즈 필러 금속을 사용하는 브레이징 또는 TIG 브레이징입니다. 이렇게 하면 강철을 녹이지 않고 두 금속을 결합하여 부서지기 쉬운 금속 간 화합물이 형성되는 것을 방지할 수 있습니다.
황동 용접이 다공성이고 스펀지처럼 보이는 이유는 무엇인가요?
이는 아연 기화로 인해 발생합니다. 열 입력이 너무 높거나 이동 속도가 너무 느리면 아연이 끓어 가스 기포를 생성하여 고형화 용접 풀에 갇히게 됩니다.
용접하기 전에 항상 황동을 예열해야 하나요?
두께에 따라 다릅니다. 3mm 미만의 섹션은 일반적으로 예열이 필요하지 않습니다. 두꺼운 부품의 경우 황동의 높은 열전도율을 극복하고 안정적인 용접 풀을 만들기 위해 150°C~200°C로 예열하는 것이 좋습니다.
안녕하세요, 저는 케빈 리입니다
지난 10년 동안 저는 다양한 형태의 판금 제작에 몰두해 왔으며 다양한 워크숍에서 얻은 경험에서 얻은 멋진 통찰력을 이곳에서 공유했습니다.
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케빈 리
저는 레이저 절단, 굽힘, 용접 및 표면 처리 기술을 전문으로 하는 판금 제조 분야에서 10년 이상의 전문 경험을 갖고 있습니다. Shengen의 기술 이사로서 저는 복잡한 제조 문제를 해결하고 각 프로젝트에서 혁신과 품질을 주도하는 데 최선을 다하고 있습니다.