5. 가열방법에 따른 브레이징 방법

5-1. 가스 토치 브레이징 방법

가스 토치로 브레이징 (Gas torch brazing)은 브레이징 방법 중 가장 널리 사용되는 방법으로, 다양한 가스를 열원으로 사용하여 브레이징한다.  토치 브레이징은 크게 수동 토치 브레이징과 자동 토치 브레이징으로 나뉘며, 수동 토치 브레이징은 가장 간단한 브레이징 장치로서 작업자가 직접 브레이징을 할 수 있는 방법이다.

아래 그림 2-61)은 수동 브레이징 장면을 나타낸 것이며, 그림 2-62)는 자동 브레이징 장면을 나타낸 것이다.

(1) 토치 브레이징에 사용되는 가스

가스 토치로 브레이징에 사용되는 가스로는 아세틸렌, 에틸렌, 프로판, 수소, 천연 가스 등이 있으며, 현재 국내에서 사용되는 가스와 그 특성은 <표 2-14>와 같다.

가스 토치 브레이징에 사용되는 가스는 그림 2-63)과 같이 가스 단독으로 사용되거나, 산소와 혼합된 상태로 사용된다.

(가) 가스 화염의 조절 방법

가스 화염은 크게 환원염 (Reducing flame), 중성염 (Neutral flame), 산화염 (Oxidising flame)으로 나 눌 수 있다.

그림 2-64)는 아세틸렌과 산소의 혼합가스 화염을 나타낸 것이다. 일반적으로 아세틸렌과 산소가 1:1의 비율로 섞였을 때가 중성염이며, 아세틸렌의 비율이 산소보다 많을 때 환원염, 산소보다 더 적을 때 산화염이라고 한다.

아래 그림 2-65)는 아세틸렌과 산소의 비율에 따른 가스 조성을 나타낸 것이다.  이 그림에서 보면 일반적으로 브레이징 시 환원염을 써야하는 이유가 나타나 있다. 즉 환원염인 아세틸렌:산소=1: 0.67의 경우 가스는 CO (일산화탄소), H2 (수소 분자), H (수소 원자)로만 이루어져 있으며, 유리된 산소 (O, O2)는 포함되어 있지 않다.
중성염에서도 유리된 산소는 거의 포함되어 있지 않다. 반면, 아세틸렌 : 산소 = 1 : 1에서 산소의 비가 더 커질수록 연소가스내의 유리된 산소 (O, O2)의 함량이 증가하는 것을 볼 수 있다. 따라서, 유리된 산소의 함유량이 많아져서, 가열 시 모재를 더 많이 산화시킴으로써 브레이징성을 떨어뜨릴 수 있다.

그림 2-66)의 경우 아세틸렌을 각 각 산소, 압축공기, 일반 대기와 혼합했을 때의 화염을 나타낸 것이다. 혼합 가스의 종류에 따라 불꽃의 특성이 달라지므로, 브레이징 제품에 맞게 혼합 가스를 사용한다.

그림 2-67)의 경우 아세틸렌 화염의 온도분포를 나타낸 것이다. 팁 바로 앞의 화염의 흰색 부분 (백심)의 온도는 약 3,100℃를 보이고 있다. 이 백심 부분은 용접에서는 사용하지만, 브레이징에서는 온도가 너무 높아 모재를 손상 시킬 우려가 있기 때문에 사용하지 않는다.

그림 2-68)의 경우 가스/산소 혼합비율에 따른 화염온도 분포를 나타낸 것이다. 산소 함량이 증가됨에 따라 화염의 온도가 증가하다가 감소됨을 볼 수 있으며, 가스의 종류에 따라 화염의 온도에 많은 차이가 있음을 볼 수 있다. 다음 절에서 각 가스의 특징에 대해 좀 더 자세히 살펴보기로 한다.

(2) 주요 가스의 특징

토치 브레이징에 주로 사용되는 가스는 아세틸렌, 에틸렌, LPG, LNG, 수소 등이 있으며, 이들은 주로 산소와 같이 사용한다.  주요 가스들의 특성은 아래 <표 2-15>와 같다.

(가) 아세틸렌 가스 (Acethylene gas, C2H2)

아세틸렌 가스는 매우 불안정한 탄소와 수소의 화합물이므로, 열을 가하거나 압축하여 압력을 올리든지 하면 곧 분해되어 폭발한다. 따라서 이 가스의 경우 그늘진 곳에서 안전하게 보관하여야 한다. 아세틸렌 가스는 주로 자동차부품이나 금속가구 등 철제품을 황동봉으로 수동 토치 브레이징할 때에 많이 사용된다.  고가이지만 일반적으로 생산성이 대단히 좋으며, 특히 가열하기 힘든 제품에 이상적인 가스이다. 다른 어느 가스보다 역화 (back fire) 위험성이 높은 것이 결점이다. 수동 작업 시 역화 방지기를 반드시 부착하는 것을 절대 잊어서는 안 된다.

① 물리적 성질

ⓐ 무채색의 기체이며, 마늘냄새나 달콤한 냄새가 난다. 참고로, 아세틸렌 가스중의 주요 불순물로는 인화수소(PH3), 황화수소 (H2S), 질소 (N2), 산소(O2), 암모니아(NH3), 수소 (H2), 일산화탄소 (CO), 메탄 (CH4) 등이
   있다.
ⓑ 비점과 융점이 비슷하므로, 고체 아세틸렌은 융해하지 않고 바로 승화한다.
ⓒ 액체 아세틸렌은 불안정하나, 고체 아세틸렌은 비교적 안정하다.
ⓓ 아세틸렌은 물에 녹는다.

② 화학적 성질

ⓐ 아세틸렌 가스와 산소를 섞어 토치로 분출시켜 점화하면 3000℃가 넘는 화염을 만들 수 있으며, 이 불꽃을 아세틸렌 불꽃이라 한다. 이 화염은 주로 용접, 절단, 브레이징, 솔더링 용으로 많이 사용된다. 

    아세틸렌 불꽃의 반응식은 아래와 같다.   

                2C2H2 + 5O2 → 4CO2 + 2H2O  + 2 × 312.4Kcal/kmol    

ⓑ 아세틸렌 가스는 압축하면 분해하여 발열반응을 일으키므로 폭발을 일으킬 염려가 있다.

                 C2H2 → 2C + H2 + 54.2Kcal/kmol

ⓒ 동, 은 및 수은 등의 금속과도 접촉 반응하여 폭발성의 아세틸라이드를 만들기 때문에 이들과의 접촉에 주의를 하지 않으면 안 된다. 동의 경우에는 동의 함유량이 62%미만이 되도록 한다.

ⓓ 아세틸렌의 폭발성은 산화폭발, 분해폭발, 화합폭발 등이 있다.

   ㉮ 산화폭발 : 산소와 혼합하여 점화하면 아래와 같은 반응식에 의해 폭발을 일으킨다.

                    반응식 : C2H2 + 2.5O2  →  2CO2 + H2O

   ㉯ 분해폭발 : 아세틸렌은 가압, 충격 등에 의해 탄소와 수소로 분해 되면서 폭발을 일으킨다.

                   반응식 : C2H2 + 2C + H2  + 54.2 Kcal/kmol

   ㉰ 화합폭발 : 동(Cu), 은(Ag), 수은(Hg)등의 금속과 화합시 폭발성 화합물인 아세틸라이드를 생성 한다.

                    반응식 : C2H2 + 2Cu  →  Cu2C2 + H2

                            C2H2 + 2Ag  →  Ag2C2 + H2

③ 용도

ⓐ 산소와 혼합하여 토치에 화염을 만들어 절단이나 금속 접합방법인 브레이징, 솔더링, 용접 작업 에너지원으로 많이 사용된다.
ⓑ 열 분해로 얻은 카본블랙은 인쇄용 잉크제조나 전지용 전극에 사용된다.
ⓒ 아세트산, 알코올 제조 원료로도 사용된다.
ⓓ 합성수지(PVC), 합성섬유, 합성고무의 원료로도 사용된다.

(나)  에틸렌 가스(Ethylene gas, C2H4)

에틸렌 가스의 경우 대개 용접, 절단, 브레이징, 솔더링 공정에서 아세틸렌 가스의 대용으로 많이 사용된다. 아세틸렌과 유사한 효과를 얻을 수 있으나 가격은 아세틸렌가스 보다 저렴하다.

① 물리적 성질

ⓐ 가장 간단한 올레핀계 탄화수소 가스이다.
ⓑ 무색이며 단맛이 있는 마취성 기체이다.
ⓒ 석유화학공업에서의 가장 중요한 원료가스이고 여기에서 많은 유기화학제품이 제조된다.
ⓓ 에틸렌은 물에는 거의 용해되지 않으나 알코올, 에테르에는 잘 용해된다.

② 화학적 성질

ⓐ 에틸렌은 2중 결합을 가지므로 각종 부가반응을 일으킨다.
ⓑ 에틸렌은 가연성이며 공기 속에서 밝은 빛을 내며 연소된다.

    C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O(ℓ) + 337.23Kcal/kmol

③ 용도

ⓐ 산소와 혼합하여 토치에 화염을 만들어 절단이나 브레이징, 용접, 솔더링 작업에 사용한다.
ⓑ 석유화학공업의 기초 원료로서 합성수지, 합성섬유, 합성고무 등의 제조용으로 사용한다.
ⓒ 익지 않은 과일을 익힐 때 사용한다.
ⓓ 마취제, 폴리에틸렌수지, 에탄올 제조 등에 쓰인다.
ⓔ 에틸렌에서는 아세트 알데히드, 산화에틸렌, 스틸렌, 에탄올, 이산화에틸렌, 트리크롤에틸렌 등을 얻는다.

(다) LP 가스 (LPG, Liquified Petroleum Gas)

LP가스는 LPG라고 부르거나 액화석유가스로 불린다. LPG는 상온에서 가압하면 액체로 변하는 석유계 탄화수소이다. 석유에서 산출되는 것과 석유정제에서 부산물로 생기는 것이 있다. 성분은 C3H8, C3H6, C4H10, C4H8 등이다. 액화하면 체적은 1/250 이 되며 봄베에 의한 저장, 수송이 용이하여 가정용, 공업용, 자동차용 연료로, 또 화학원료, 도시가스 원료로 폭넓게 이용되고 있다.

① LP 가스의 주요 구성

LP 가스의 주성분은 프로판(C3H8), 프로필렌(C3H6), 부탄(C4H10), 부틸렌(C4H8) 등이다. 이 중 가장 많이 함유되는 것은 프로판 (C3H8) 이며 그 다음이 부탄 (C4H10)이고, 프로필렌, 부틸렌 등이 약간 포함되어 있다.
아래 <표 2-16>은 LP 가스의 주요성분의 특성을 나타낸 것이다.

② LP 가스의 주요 성질

   ⓐ 상온, 상압에서는 기체이다.
   ⓑ 가압 또는 냉각하면 용이하게 액화하므로 액체의 상태에서 취급된다.
   ⓒ 가연성이며 증기의 비중은 공기의 약 1.5～2배로서 낮은 곳에 존재하기 쉽고, 인화폭발의 위험성이 크다.
   ⓓ 무색 투명하고 미약한 가스냄새가 나며 물에는 난용성 (녹기 어려움)이다.
   ⓔ 알코올과 에테르에 용해된다.
   ⓕ 석유류 또는 동식물유, 천연고무를 잘 용해시킨다.
   ⓖ 절연성이 좋고 또 유동, 여과, 적하, 분무 및 누출 시에 정전기를 발생시키는 성질이 있다.
   ⓗ 정전기가 대량으로 축적되는 조작하에서 방전 스파크에 의해 인화위험이 있으므로 주의할 필요가 있다.
   ⓘ LP 가스를 다량으로 흡입한 경우 경미한 마취성이 있다.
   ⓙ 공기의 공급이 부족하면 불완전 연소하여 일산화탄소를 발생하고, 환기가 불량한 경우에는 일산화탄소 중독을 일으키므로 주의할 필요가 있다.
   ⓚ 액체가 피부에 접촉되면 동상의 염려가 있으므로 주의할 필요가 있다.
   ⓛ LP 가스는 에어졸의 제조용, 가스 라이터용 가스의 제조용 기타 공업용에 사용되는 것 외에는 고압가스안전관리법에 준하여 공기 중에서 1/1000의 상태에서 감지할 수 있도록 향료 (메르캅틴)를 섞도록 되어 있다.
   ⓜ LP 가스 용기의 재질은 탄소강을 용접한 용기를 쓰며 밸브는 단조황동, 안전장치는 스프링식 안절밸브로 되어 있다.

   ⓡ 액상 LP 가스의 열팽창 : 물질은 온도가 상승하면 팽창하여 용적이 커지고 온도가 내려가면 수축하여 용적이 적게 된다. LP 가스도 온도상승에 따라 팽창한다.

   한편, LP 가스 사용 중 용기에 서리가 끼는 이유는 용기로부터 LP가스를 사용할 때 소비되는 만큼의 LP가스를 보충하기 위하여 LP가스가 기화된다. 이 때문에 기화열이 필요하며, 외부에서 용기 벽을 통해 들어오는 열의 공급이 부족하면 액체의 온도는 저하된다. 이로 인해, LP가스를 급격히 대량 소비할 경우 용기의 온도가 낮아지면서 용기 외벽에 서리나 얼음이 생기는 것을 볼 수 있다.

③ LP 가스의 일반적인 특성

ⓐ LP 가스는 공기보다 무겁다. 

    LP가스의 기체상태에서 비중은 공기(비중=1)보다 크므로 누설시 대기 중으로 확산되지 않고 낮은 곳으로 모여서 인화 위험성이 크다.

ⓑ 액상의 LP 가스는 물보다 가볍다.

ⓒ 기화, 액화가 용이하다.

    상온에서 프로판은 약 7kg/㎠으로 가압하거나 상압(대기압)하에서 프로판은 -42.1℃, 부탄은 -0.5℃로 냉각하면 쉽게 액화한다.

ⓓ 기화하면 체적이 커진다.

    액체상태의 LP가스가 기화하면 프로판은 250배, 부탄은 230배로 각각 체적이 늘어난다.

ⓔ 증발잠열(기화열)이 크다.

    기화열이란 어느 액체 1g이 일정한 압력하에서 같은 온도의 기체가 되는데 필요한 열량을 말하며, 이것은 기체가 액화될 때에 방출하는 열량과 같다.  (프로판 : 101.8 kcal/kg,  부탄:92.1 kcal/kg)

ⓕ 용기 내의 기압은 온도, 가스의 종류에 따라 다르다.

    아래 <표 2-18>는 용기내의 온도에 따른 기압을 보인 것이다.

ⓖ 무색, 무취, 무독이다.

    순수한 LP가스는 무색, 무미, 무취이며 중독성이 없으나 많은 양을 흡입하면 신경마비를 일으킨다. 누설시의 인화폭발 위험을 방지하기 위하여 공기 중의 1/1000의 가스가 존재해도 사람이 감지할수 있도록 일정
    의 향료를 첨가 하도록 되어 있다.

ⓗ 용해성이 있다.

    고무, 페인트, 그리스 및 윤활유 등을 용해하는 성질이 있으므로 가스를 취급하는 기기에 사용되는 고무, 밀봉제등은 내유성을 갖는 특수한 것을 사용하여야 한다.

* 참고 *

  LP가스는 그리스, 광물유, 와니스 등의 물질을 용해한다. 또 천연고무에 현저한 팽창을 야기시킨다. 따라서 배관이나 배관 접합부에 쓰이는 금속 이외의 실재 또는 패킹재, 고무호스 등은 LP가스에 견디는
  힘이 강한 성질의 것을 사용하지 않으면 안된다.

④ LP가스의 연소특성

ⓐ LP가스는 타 연료에 비하여 발열량이 크다. 아래 표는 연료 종류에 따른 발열량을 비교한 것이다.

ⓑ 연소시 많은 공기가 필요하다.

  ㉮ 프로판 연소반응식 :  C3H8 +5O2 → 3CO2 + 4H2O + 530 kcal/mol
  ㉯ 부탄 연소 반응식 : C4H10 +6.5O2 → 4CO2 + 5H2O + 700 kcal/mol
     위 반응식에서와 같이 필요한 공기량은 프로판 1㎥에 24㎥, 부탄 1㎥에 31㎥를 필요로 한다.  단, 공기 중에 산소는 21%가 포함되어 있다.
  ㉰ LP가스가 불완전 연소되면 일산화탄소가 발생한다. 일반적으로 환기가 나쁜 곳에서 연소시키면 시간이 경과됨에 따라 공기 중의 산소농도는 낮아지고 일산화탄소, 탄산가스의 농도는 증가한다. 또한
     일산화탄소 농도는 공기 중의 산소농도가 18% 이하일 경우 급격히 증가한다.

(라) LNG (액화천연가스, Liquified Natural Gas)

LNG는 Liquified Natural Gas의 약자로서 메탄(CH4)을 주성분으로 한 천연가스를 냉각해서 액화한 상태의 가스이다.  천연가스는 유전, 가스전에서 산출되며, 탄화수소를 주성분으로 하는 가연성 가스이다.
국내 천연가스의 주 도입지역은 알래스카, 브루나이, 아부다비, 인도네시아, 말레이시아, 호주 등이며 주로 액화 천연가스(LNG)이다.  <표2-19>에 나타낸 것처럼 천연가스는 산지마다 조성이 다르고, 총발열량
또한 도시가스에서 요구하는  총발열량 46.1MJ/㎥에 부족함으로 LPG를 첨가하여 열량을 조정하여 사용하고 있다.

① 천연가스(NG : Natural Gas)의 특징

천연가스는 지하에서 발생하는 탄화수소를 주성분으로 한 가연성 가스의 총칭으로 매설된 상태에 의해 구조성 가스, 수용성가스, 탄공 가스로 분류된다. 또한 구조성 가스 중에는 원유와 더불어 산출되는 습성 가스와 액화성분을 포함하지 않는 건성가스가 있다.

ⓐ 천연가스의 성질과 상태

  ㉮ 천연가스는 산지에 의해 조성의 차이는 있지만 메탄(CH4), 에탄(C2H6), 프로판(C3H8), 부탄(C4H10) 등의 저급 탄화수소를 성분으로 하고, 이외에 소량이지만 질소(N2), 탄산가스(CO2) 등의 불연성 가스나 불순
      물로서 황화수소(H2S)를 함유하고 있다.
  ㉯ 유전가스에서 산출되는 천연가스는 수분(H2O)을 포함하고 있다.
  ㉰ 황화수소(H2S)는 매우 유독하고 부식성이 강하며, 연소에 의해 유독한 SO2를 생성하기 때문에 탈황을 할 필요가 있다. 2003년 12월 중국 충칭의 천연가스 생산지에서 유독한 H2S가 누출되어 많은 사람이 사망한
      경우도 있다.
  ㉱ CO2는 H2O와 공존하는 경우 도관을 부식시키기 때문에 탈황공정에서 동시에 제거한다.
  ㉲ 천연가스를 고압 수송하면 수분의 응축에 의해 수송 장해를 일으키거나 천연가스와 수분이 결합해서는 눈 같은 고체상의 물질을 생성해 도관, 밸브 등을 폐쇄할 경우가 있어 수분을 제거해서 수송한다.

ⓑ 천연가스를 도시가스로 사용할 경우의 특징

  ㉮ 천연가스를 그대로 공급한다. (9,000 ～ 9,500 kcal/N㎥)
  ㉯ 천연가스를 공기로 희석해서 공급하게 한다. (4,500 ～ 6,000 kcal/N㎥)
  ㉰ 종래의 도시가스에 섞어서 공급한다.
  ㉱ 종래의 도시가스와 유사성질의 가스로 개질하여 공급한다.

② LNG의 특징

ⓐ LNG의 성질과 상태

  ㉮ LNG는 약 -162℃의 비점을 가지는 무색투명한 액체이며, 비점 이하의 저온에서는 단열용기에 저장할 수 있다.
  ㉯ LNG로부터 기화한 가스는 무색, 무취로 약 -113℃이하에서는 건조된 공기보다 무겁지만, 그 이상의 온도에서는 가볍다.
  ㉰ LNG는 메탄올 주성분으로 에탄, 프로판, 부탄류, 펜탄류 등 저급 지방족 탄화수소와 질소가 소량 함유되어 있다.
  ㉱ LNG의 조성은 아래 <표 2-20>에 표시하는 바와 같이 원료인 천연가스의 산지와 정제 액화 방법에 따라 다소차이가 있다.
  ㉲ LNG의 주성분인 메탄은 1kg당 표준상태 (0℃, 1기압)에서 가스상으로 약 1.4㎥이지만, 이것을 -162℃, 1기압으로 액화하면 불과 0.0024㎥로 되어 체적은 약 1/600이 줄어든다. 이것을 이용하여 대량의 천연가스를
      액상으로 수송하는 것을 이용하게 할 수 있다.

ⓑ LNG의 폭발성 및 인화성

  ㉮ LNG로부터 기화된 메탄가스 등은 공기 또는 산소와 혼합되면 폭발성 가스가 형성되므로 취급에는 주의가 필요하다.
  ㉯ LNG의 주성분인 메탄(CH4)은 다른 지방족 탄화수소에 비하여 연소속도가 늦으며, 최소 발화에너지, 발화점 및 폭발 하한계 농도가 높다.
  ㉰ LNG가 공기 중에 유출될 때는 저온 때문에 공기 중의 수분의 응축에 따라서 안개가 생기므로 이것에 의해 가스의 누설을 눈으로 식별할 수 있다.
  ㉱ LNG는 전기저항이 적으므로 유동, 여과, 적하 및 분무 등에 의한 정전기의 발생에 주의한다.

ⓒ LNG의 금속에 대한 부식성

   LNG는 금속에 대한 부식성은 없으나, 저온 액체이므로 저장 용기가 알미늄, 오스테나이트 스테인레스강 등 FCC금속이 아닌 경우 저온취성을 일으킨다.

ⓓ LNG가 인체에 미치는 영향

   LNG 자체는 독성은 없으나 단순 질식성 가스이므로, 고농도가 존재 할 경우 산소 결핍증에 주의한다.

ⓔ LNG가 도시가스 원료로서의 특성

   ㉮ LNG를 기화시킨 천연가스는 불순물이 거의 없어 탈황설비 등의 자체설비가 필요하지 않다.

   ㉯ 초저온의 액체이기 때문에 설비의 재료선택 및 취급에 특별한 주의가 필요하다.

   ㉰ 냉열이용이 가능하다.

   ㉱ 기화장치가 필요하다.

ⓕ LNG의 중요한 용도

   ㉮ 연료 : 도시가스, 발전용 연료, 공업용 연료

   ㉯ 냉각용 : 액화산소 및 액화질소의 제조, 냉동창고, 냉동식품, 저온분쇄(폐자동차 타이어, 대형 폐기물, 플라스틱), 해수담수화, 냉각(발전소 온배수의 냉각)

   ㉰ 화학공업 원료 : 메탄올, 암모니아의 냉각

(마) 수소가스 (Hydrogen gas, H2)

① 물리적 성질

   ⓐ 상온에서 무색, 무미, 무취의 가연성 기체이다.

   ⓑ 수소는 모든 가스 중에서 최소의 밀도 (가장 가볍다)를 가지며 확산속도, 열전도도가 대단히 크다. (수소의 확산속도:1.8km/sec)

   ⓒ 고온일 때에는 강제나 기타 금속재료를 쉽게 투과한다.

   ⓓ 열 전달율이 매우 크고 열에 대하여 안정하다.

② 화학적 성질

   ⓐ 수소(부피) 2와 산소(부피) 1의 혼합가스는 550℃에서 격렬히 폭발적으로 반응하여 물을 생성한다.

 
                                          l

   ⓑ 할로겐원소 (F2, Cl2, Br2, I2)와 격렬히 반응하여 폭발반응이 일어난다.

       수소와 염소와의 혼합가스는 빛과 접촉하면 상온에서 심하게 반응하여 염화수소를 생성한다. 이를 염소 폭명기라고도 한다.

   ⓒ 고온에서 금속 산화물을 환원시키는 성질이 있어 환원제로 쓰인다.

   ⓓ 고온/고압에서 질소와 반응하여 암모니아를 생성한다.

   ⓔ 수소는 고온/고압에서 강재 중의 탄소와 반응하여 수소취성을 일으킨다.

       크롬을 5～6% 이상 함유하는 크롬강이나 스테인리스강에서는 이 현상은 일어나기 어렵고, 티탄(Ti), 바나듐(V), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 등을 첨가하면 내수소성이 좋아진다.

③ 용 도

   ⓐ 암모니아 합성의 원료가스이며 기타 메탄올의 합성원료로 사용한다.

   ⓑ 환원성을 이용해서 금속제련에 사용하거나 로 브레이징시 분위기 가스로 사용된다.

   ⓒ 기구나 풍선에 충전하여 부양용으로 쓰인다. (지금은 He 사용)

   ⓓ 로켓의 연료로서 쓰인다.

   ⓔ 산수소 불꽃을 만들어 용접, 브레이징, 솔더링에 이용한다.

   ⓕ 불포화기름을 포화기름으로 만드는데 이용한다.(경화유)

(바) 산 소 (Oxygen,  O2)

① 물리적 성질

ⓐ 상온에서 무색, 무취, 무미의 기체이며 물에는 약간 녹는다.

ⓑ 기체, 액체, 고체에 관계없이 상자성 (자장의 방향으로 자화되는 것)을 가지고 있다.

ⓒ 공기 중에 약 21%함유되어 있고, 연료의 연소에 있어서 반드시 필요한 가스이다.

ⓓ 강력한 조연소성(助燃燒性) 가스이나 그 자신은 연소하지 않는다.

ⓔ 액화산소는 담청색을 띤다.

② 화학적 성질

ⓐ 화학적으로 활발한 원소이며 할로겐 원소, 백금, 금 등의 귀금속 이외의 모든 원소와 직접 화합하여 산화물을 만든다.

ⓑ 산소 또는 공기 중에서 무성방전을 행하면 오존 (O3)이 된다.

ⓒ 연소에 관한 성질

  ㉮ 산소농도나 산소분압이 높아짐에 따라 연소속도의 급격한 증가, 발화온도의 저하, 화염 온도의 상승, 화염길이가 증가된다.

  ㉯ 폭발한계 및 폭굉한계도 공기 중과 비교하면 산소 중에서 현저하게 넓고, 물질의 점화 에너지도 저하하여 폭발의 위험성이 증대한다.

  ㉰ 고압에서 산소를 사용하는 경우는 유기물 특히 유지류와 접촉시키는 것은 위험하므로, 만일 유지류가 부착 되어 있을 때에는 사염화탄소 (CCl4) 등의 용제로 세척하고 충분히 건조한 다음 사용한다.

ⓓ 유해성

   ㉮ 사람이 존재하고 있는 곳에는 산소농도는 18%이상으로 유지하여야 한다.

   ㉯ 산소가 과잉 또는 순산소의 경우에는(60% 이상의 고농도) 12시간 흡입하면 폐에 출혈을 일으켜 소아나 소동물은 실명, 사망할 수 있다.

③ 용 도 

   ⓐ 가스와 혼합하여 토치로 화염을 만들어 금속절단이나 용접, 브레이징, 솔더링 작업에 사용한다.

   ⓑ 합성원료가스 제조에서의 탄화수소 부분 산화용, 제철용, 로켓 추진용, 액체산소 폭약 등에 사용한다.

   ⓒ 잠수부, 중환자의 호흡, 항공기 조종사의 호흡, 사진용 전구.

④ 산소의 취급 주의사항

   ⓐ 공기액화 분리기 내에 설치된 액화산소통 내의 액화산소는 1일 1회 이상 분석하고, 액화산소 5ℓ 중 아세틸렌의 질량이 5mg 또는 탄화수소의 탄소 질량이 500mg을 넘을 때에는 공기액화 분리기의 운전을 중지하고 액화 산소를 방출한다.

   ⓑ 액화산소 5ℓ 중 아세틸렌 및 탄소 검출시약

   ⓒ 석유류, 유지류, 글리세린 또는 농후한 글리세린은 산소압축기의 내부 윤활제로 사용하지 말 것.

   ⓓ 산소 압축기의 내부 윤활유는 물 또는 10%이하의 묽은 글리세린수를 사용한다.

   ⓔ 산소의 용기는 탄소강으로 이음매가 없는 용기이다.

   ⓕ 산소가스 용기의 안전밸브는 박판식 (파열판식) 안전밸브를 사용한다.

   ⓖ 용기의 도색은 일반 공업용이 녹색, 의료용은 백색이다.

   ⓗ 고온/고압의 산소는 산화력이 강하다. 크롬강이나 규소 또는 알루미늄 첨가 강이 내산화성이 있다.

(사) 질 소 (Nitrogen, N2)

① 물리적 성질

   ⓐ 공기 중에 부피로 78%를 함유하고 있다.

   ⓑ 상온에서 무색, 무미, 무취의 기체이다.

   ⓒ 상온에서 다른 원소와 반응하지 않는 안정한 기체로, 불연성 가스이다.

② 화학적 성질

   ⓐ 고온/고압(550℃, 250atm)에서 수소와 반응시키면 화합하여 암모니아를 생성한다.

   ⓑ 전기불꽃 등 극히 높은 온도에서 산소와 반응하여 산화질소가 된다.

  ⓒ Mg, Ca, Li 등과 화합하여 질화마그네슘(Mg3N2), 질화칼슘(Ca3N2), 질화리튬(Li3N) 등의 질화물을 만든다.

③  용 도 

   ⓐ 용접, 브레이징, 솔더링 시 금속의 산화를 막기 위한 가스로 사용된다.

   ⓑ 로 브레이징시 수소가스와 함께 분위기 가스로 사용된다.

   ⓒ 전구에 넣어서 텅스텐의 산화(연소)를 막는다.

   ⓓ 질산, 요소, 암모니아 등의 화합물을 만든다.

   ⓔ 최근에는 액체질소가 식품(야채 또는 식육)등의 급속 냉동용에 사용된다.

   ⓕ 석회질소 제조용으로 사용한다.

(3) 토치 브레이징법의 종류

아래 그림 2-69)은 주요 가스 토치 브레이징 방법을 나타낸 것이다. 이 방법은 편의상 나누어 놓은 것으로, 이 밖에도 많은 자동 및 수동 방식이 존재한다.

(가) 수동 가스 토치 브레이징 방법

수동 가스 토치 브레이징 방법은 편의상 사용하는 토치에 따라 그림 2-70)과 같이 나누고자 한다.

① 싱글 팁 토치 브레이징

   단구 토치 브레이징이라고도 하며,  가스 토치 브레이징 중 가장 많이 사용되는 방법으로 아래 그림 2-71)과 같이 한 개의 팁을 사용하여 브레이징하는 방법이다.

② 쌍구 팁 토치 브레이징

    그림 2-72)와 같이 두개의 팁을 사용하여 생산성 및 브레이징의 편의성을 도모하는 방법으로, 주로 작은 튜브를 브레이징 할 때 많이 사용한다.