황동은 아연이 포함된 구리합금으로 주로 해수용 열교환기 등에 많이 사용되는 재료이다.
탁월한 내식성과 우수한 열전도율 및 적절한 기계적 강도로 인해 활용도가 매우 높은 재료이다.

그런데 이 황동을 가지고 용접을 하게 되면 꼭 문제가 발생한다.
그것은 바로 아연때문에 비롯되는 기공이 주 원인이다.
아연은 그 융점이 약 400℃ 기화점이 900℃ 정도이다.
그러니 어떠한 용접방법을 적용하던 간에 Arc에 의한 열을 가하게 되면 바로 아연의 용출과 기화가 발생하여 용접부가 온통 화산 분화구 처럼 기공이 발생하게 된다.

한 2년 쯤 전에 황동으로 열교환기를 만들어야 하는 경우가 있었고, 그때에 Tube to Tubesheet의 용접이 요구되는 경우가 있었다.
업체에서는 용접이 뭐 어렵겠느냐는 근거없는(?) 확신을 가지고, 무작정 용접을 하겠다고 달려 들었다.
결과는 지극히 뻔한 결과가 나왔고, 몇번에 걸친 사전 PQ(Procedure Qualification) Test에서 계속 실패하게 되었다.

실패의 원인은 크게 두가지였다.
첫째는 앞서 거론한 아연의 용출과 기화에 따른 용접부 기공과 불량이었다.
둘째는 열교환기의 Tube와 Tubesheet의 구조적인 차이로 인해 발생하는 문제점이었다.
Tubesheet는 Tube에 비해 두께가 두껍고, 3차원적인 열확산으로 인해 열전달이 빨리 되었다.
이에 비해 Tube는 두께가 얇고, 열 전달이 2차원적으로 제한되어 과열되기 쉬운 문제가 발생하였다.
그리하여 Tube가 녹을 정도의 작은 열만을 가하면 Tubesheet는 전혀 녹지 않아서 결국 용착불량이 발생하였고, Tubesheet가 녹을 정도로 충분한 열을 가하면 Tube는 아예 녹아서 흘러내리는 문제점이 발생하였다.

결국 열교환기 제작 업체는 자신들의 경험 부족과 무모함을 인정하고 함께 문제를 해결하기 위해 머리를 맞대고 아이디어를 찾았다.

그 해답은 바로 납땜(Soldering)이었다.
흔히 납땜이라고 하면 Brazing & Soldering을 모두 포함하게 되는 데, 정확하게 구별하면 450℃를 기준으로 고온에서 작업이 이루어 지면 Brazing이고 그 이하의 온도면 Soldering이다.
붕산을 용제로 사용하면서 Soldering Wire로 조심스럽게 용접을 진행하였다.

결과는 만족 스러웠지만, 여기에도 몇가지 문제점들이 PQ 과정에서 들어 났다.
가장 대표적인 문제점은 용입(Penetration)에 관한 부분이었다.
Torch로 열을 가하면서 Wire를 녹여서 용입을 이루었으나, 열을 가할 때 마다 용접 Bead가 점점 더 가라앉아 버리는 현상이 발생하였다. 이를 해결하기 위해 다시 Wire를 녹여서 Bead 형상을 쌓아 올렸으나, 결과는 여전히 Bead의 형상이 제대로 나오지 않고 주저 앉아 버리는 현상이 발생하였다.
원인은 역시 욕심에 있었다.
깊은 용입과 빠른 용접 작업에 주 관심을 가지고 열을 가하면 Wire는 용입이 깊어지는 대신에 Bead 형상이 나오지 않는 문제가 발생한 것이다.

결국 200℃ 정도의 충분한 예열을 실시하고 Soldering시의 입열을 줄이면서, Wire의 조심스런 용입을 실시하여 전체 열교환기의 Tube To Tubesheet 용접 작업을 마칠 수 있었다.

지금도 누가 황동의 용접에 관한 얘기를 하면 그 때의 어려움이 떠오른다.