Introduction
- 용융용접에서 사용되고 있는 온도보다 낮은 온도를 필요로 하는 경납접( brazing )과 연납접( soldering )
- 용가재는 외부열에 의하여 용융되고, 응고되면서 강성을 갖는 접합부가 형성이 된다.
- 연납접에서의 온도는 경납접에서의 온도에 비해 낮으므로 연납접으로 접합된 접합부의 강도가 상대적으로 약하다.
경납접( 액상고상접합 )
- 경계면에 용가재를 넣은 후 모재는 녹지 않고 용가재만 녹일 정도의 온도로 올려주어 접합하는 공정
- 경납접은 액상고상접합공정으로 용가재가 냉각되면서 응고할 때 접합부의 강도가 높아진다.
- 용가재는 450도 이상에서 녹으며 용접물의 녹는점은 이보다 높아야 한다.
경납접의 장점
: 복잡하지만 가벼운 제품을 빠르면서도 적은 변형으로 높은 강도를 유지하며 특히 이종금속 접합에 적용이 용이하다.
경납접의 조건
- 경납접 할 표면은 녹, 기름, 다른 오염물질이 없이 깨끗한 상태여야 한다.
- 접합부에서 용가재의 효율적인 습윤성( 잘 젖어든다 )와 퍼짐성
- 최대 접합강도를 갖기 위함
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- 경납접 접합부의 강도는 접합부의 간극, 접합부 면적, 경계면과 용가재의 접착특성에 따라 결정된다.
- 최대 인장강도를 얻을 수 있는 최적의 간격이 존재한다.
경납접과 관련된 그래프, 무엇을 의미하는가?
X축은 두 금속 부재 간의 간격을, Y축은 접합 강도를 나타내며, 인장 강도와 전단 강도가 포함된다.
경납접은 인장강도와 전단강도가 최대가 되는 특정 간격이 존재한다. 이 간격에서 접합강도가 가장 높아지며 너무 좁거나 넓은 경우 강도가 감소한다. 경납접의 최적화에 중요한 정보 제공 그래프이다.
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접착법( adhesive-bonding )
- 접착법의 장점
- 구조물에서는 경계면 접합( 넓게 붙친다 ) 을 하면 충분한 강도를 가지게 한다.
- 비구조물에서도 밀봉, 단열, 이종금속 사이에서 전해부식 방지, 접합부의 내부감쇄에 의한 진동과 소음을 감소시킨다.
- 접착법은 경계면에서 하중을 분산시킴으로써 볼트와 나사와 같은 기계적 체결에 의한 접합에서 발생하기 쉬운 부분집중응력을 제거한다.
- 각 부재들의 구조적 일체화가 가능하다
- 외관상의 문제가 없다
- 무게가 크게 증가하지 않으면서 얇고 취성이 있는 부품도 접합이 가능하다.
- 다공성의 재료 혹은 다른 성질, 크기를 갖는 재료끼리의 접합도 가능하다
- 접착법의 온도는 보통 실온과 200도 사이에서 이루어지기 때문에 많은 변형이 일어나지 않으며 원래의 특성이 변하지 않는다.
- 접착법의 단점
- 온도의 범위가 제한적임 , 접합 방식 또는 재료가 특정 온도 범위에서만 효과적으로 작동하거나 사용할 수 있다는 것을 의미
- 접합시간이 오래걸림
- 표면준비에 주의를 필요로 함
- 접합부 특히 큰 구조물에서는 비파괴검사가 쉽지 않음
- 사용기간 동안 환경의 악조건( 온도, 산화, 응력부식, 방열, 화학적 용해등)에 의해서 접합 구조물의 신뢰성을 잃게된다.
기계적 이음 ( Machine Joint ) :
두 개 이상의 부품을 물리적으로 연결하는 방법을 의미
- 기계적 이음의 장점
- 가공의 용이성
- 분해, 유지보수, 부품교환, 수리의 용이성
- 힌지, 미끄럼기구, 조절가능한 부품, 고정구 등과 같은 유동적인 이음부 설계 용이
- 전반적인 제품 가공 비용 저렴
- 널리 사용되는 기계적 조립으로는 핀, 리벳, 키, 볼트, 너트, 나사 등의 체결구가 있음
- 체결구가 들어가면서 구멍을 내고 조립하는 방법은 전단응력과 인장응력을 동시에 받기 때문에 이들을 힘에 저항할 수 있도록 설계되어야 함
- 구멍 준비 작업
- 구멍은 펀칭, 드릴링, 화학적, 전기적 방법, 고에너지빔과 같은 여러 공정으로 만들어진다.
- 리벳( 영구적 또는 반영구적인 기계적 이음 ) (기계적이음)
- 리벳을 사용하는 방법
- 펀치 또는 드릴로 만든 구멍에 리벳을 넣은 후 업세팅으로 나사자루 끝 부분을 쳐서 변형시킴
*업세팅( Upsetting ) : 금속 가공에서 재료를 압축하거나 변형시켜 형태를 바꾸는 작업을 의미
- 금속 스티칭 스테플링 ( 기계적 이음 )
- 종이를 스테플링 하는 공정과 매우 유사
*스테플링( Stapling ) : 종이나 다른 재료를 철제 스테이플러를 이용해 고정하는 공정
- 얇은 금속이나 비금속재료( 나무포함 )을 접합하는 데 적합하다.
- 체결구 재료는 날카롭게 90도까지 구부리는 큰 집중변형을 견디기에 충분히 얇고 연성이 있어야 한다.
- 시밍( seaming ) ( 기계적이음 )
두 박판을 접어서 결합시키는 간단한 원리를 이용( =종이 두 장의 모서리 부분을 접어서 결합키는 것과 유사 )
- 크림핑( crimping ) ( 기계적 이음 )
체결구를 사용하지 않는 접합법
- 스프링과 스냅인 체결구 ( 기계적 이음 )
경제적이며 쉽고 빠르게 부품 조립이 가능하여 차체 또는 가정용품 조립에 널리 사용된다.
- 수축과 가압박음 ( 기계적 이음 )
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플라스틱의 접합
열가소성 플라스틱의 접합
( 용융용접, 접착제, 기계적 체결 사용 )
1. 가열방법
- 열가소성 플라스틱의 경계면에서 열이 발생하면 용융이 일어나며 결국 접합이 이루어짐
- 열가소성 플라스틱의 낮은 열전도도 때문에 제품 표면이 타버린다.
- 접합하고자 하는 폴리머와 적합성에 따라 열원을 다르게 선택( 외부열원과 내부열원 )
2. 접착법
3. 기계적 체결
4. 용매접합
5. 전자기 접합
열경화성 플라스틱의 접합
1. 나사 이용 또는 성형 시 인서트를 삽입
2. 기계적 체결구 특히 셀프 태닝 나사와 일체형 스냅 체결구를 사용
3. 용매접합
4. 동시 경화, 두 부품을 함께 동시에 경화시킴
5. 접착법
*열가소성과 경화성의 차이 : 열가소성은 재가열이 가능, 경화성은 경화되면 다시 변화하지 않음, 동맥경화
세라믹의 접합
: 일반적으로 접착법에 의한 접합
- 세라믹은 다른 금속 또는 비금속 재료와 매우 다른 특성을 가지므로 접합의 어려움이 있음
- 접합하고자 하는 부품의 한쪽 또는 양쪽에 접착이 잘 되도록 하는 접착 지원 물질을 코팅( ex. 알루미늄-세라믹에 금속을 코팅 )
- 부품을 만들어 추가공정으로 접합시키는 것보다 일체형으로 제품을 성형하는 편이 더 수월함
유리의 접합
: 일반적으로 접착법에 의한 접합
- 유리는 서로 쉽게 접합 가능
- 유리와 금속의 접합은 금속이온이 유리의 비결정물질의 표면구조로 퍼짐으로써 가능
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Summary
- 경납접과 연납접은 접합부에서 온도를 올려주는 용가재를 사용하여 복잡하고 두께가 다른 이종금속 접합이 가능 ( 경계면에서 용융하여 가압하는 접합공정과 다르다. )
- 접착법
- 항공산업과 자동차 산업과 같은 기간 산업에서 널리 사용되고 있는 공법
- 강성을 좋게 하며, 이종재료 사이에 밀봉, 절연, 전기화학적 부식방지, 감쇄효과에 의한 진동과 소음 감소 등의 효과
- 표면준비작업과 이음부 설계는 중요한 인자
- 기계적 체결
- 가장 널리 사용되는 결합공정 중 하나
- 볼트, 나사, 너트는 기계제품과 구조물의 대표적인 체결구
- 수리할 때 쉽게 제거할 수 있으며 운반이 용이
- 리벳과 다른 여러 가지 체결구는 준영구 혹은 영구적인 체결구
- 열가소성플라스틱은 용융용접기술과 접착제, 기계적 체결구를 이용하여 접합
- 열경화성재료는 인서트삽입성형법이나 체결구를 이용하거나 용매접합으로 결합
- 세라믹은 접착제와 금속 코팅법을 이용하여 접합
- 유리는 경계층을 가열하거나 접착제를 이용하여 접합
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