ろう付けに使用されるガスとは？強く、クリーンで、酸化のない接合部の確保

ろう付けは、融点が840°F (450°C)以上で、接合する母材金属の融点以下の金属フィラーを使用する金属接合プロセスである。ろう付けの際に使用するガスの選択は、強固でクリーン、酸化のない接合部を確保するために非常に重要である。一般的に使用されるガスには、アルゴンやヘリウムなどの不活性ガス、水素などの還元性ガス、解離アンモニアや窒素-水素混合ガスなどの混合ガスがある。これらのガスは、酸化、スケーリング、すすの形成を防ぐ保護雰囲気を作り出し、高品質のろう付け接合部を保証します。適切なガスの選択は、接合する材料、ろう付け方法、希望する仕上げによって異なります。

ポイントを解説

ろう付けにガスを使用する目的:
- ろう付けにガスを使用する主な目的は、金属表面とろう材の酸化と汚染を防ぐ制御された雰囲気を作り出すことである。
- 酸化は接合部を弱め、うろこやすすの付着などの欠陥を引き起こし、ろう付け製品の外観や性能に悪影響を及ぼす。
- 清浄な雰囲気は、ろうの適切な濡れ性と流動性を確保し、強固で信頼性の高い接合につながります。
ろう付けに使用されるガスの種類:
- 不活性ガス:
  - アルゴンとヘリウムは、ろう付けにおいて一般的に使用される不活性ガスである。これらは化学的に不活性で、金属やろう材と反応しない。
  - これらのガスは、チタンや特定のステンレス鋼など、反応性が高い、または酸化に敏感なろう付け材料に最適です。
- 還元性ガス:
  - 水素は還元性ガスで、金属表面の酸化物を積極的に除去し、きれいで明るい仕上がりを促進する。
  - 銅、ニッケル、一部の鋼のろう付けに特に効果的だが、引火性があるため取り扱いには注意が必要。
- 解離アンモニア:
  - 解離アンモニア（水素と窒素の混合物）もろう付けに使用される還元性雰囲気である。
  - 水素の利点を提供する一方で、引火性を希釈するため、特定の用途ではより安全に使用できる。
- 窒素ベースの混合物:
  - 窒素と水素の混合物はコスト効率が高く、ステンレス鋼やその他の材料のろう付けに広く使用されている。
  - これらの混合ガスは、純水素に関連するリスクなしに保護雰囲気を提供する。
- 発熱ガスと吸熱ガス:
  - 発熱性ガス（少量の水素と一酸化炭素を含む窒素など）や吸熱性ガス（窒素-水素-一酸化炭素の混合ガスなど）は、炭素鋼のろう付けなど特定の用途に使用される。
ガス選択に影響する要因:
- ベース素材:
  - 接合する金属の種類によって適切なガスが決まる。例えば、銅やニッケルには水素が適しており、チタンのような反応性の高い金属にはアルゴンが適している。
- ろう付け方法:
  - 炉ろう付けでは多くの場合、不活性または還元性雰囲気が使用されるが、トーチろう付けでは酸化を防ぐためにフラックスが使用される。
- 望ましい仕上げ:
  - クリーンで光沢のある仕上げには、水素や解離アンモニアのような還元性雰囲気が必要だが、それほど重要でない用途では真空や不活性ガスで十分な場合もある。
- コストと安全性:
  - ガスのコストや安全性（例：水素の可燃性）も選択プロセスの一因となる。
保護雰囲気を使用する利点:
- 酸化やスケーリングを防止し、高品質な接合部を確保。
- ろう付け後の洗浄の必要性を低減し、時間と資源を節約します。
- ろうの濡れ性と流動性を高め、接合部の強度と信頼性を向上させます。
一般的な用途:
- 水素と解離アンモニアは、ステンレス鋼、銅、ニッケル合金の炉ろう付けによく使用される。
- チタンやジルコニウムのような反応性金属のろう付けには、アルゴンやヘリウムが好まれる。
- 窒素ベースの混合物は、その費用対効果と安全性から、工業用ろう付け用途に広く使用されている。

ろう付けに適切なガスを注意深く選択することで、製造業者は材料と用途の特定の要件に合わせた、強く、クリーンで信頼性の高い接合部を実現することができる。

概要表

ガス種	ガス種	主な利点	一般的な用途
不活性ガス	アルゴン、ヘリウム	化学的に不活性で、チタンのような反応性金属の酸化を防ぐ。	チタン、ジルコニウム、ステンレス鋼のろう付け。
還元ガス	水素	酸化物を除去し、きれいで明るい仕上がりを実現。	銅、ニッケル、一部の鋼のろう付け。
解離アンモニア	水素-窒素混合物	水素の利点と引火性の低減を両立。	ステンレス鋼およびニッケル合金の炉ろう付け。
窒素ベースの混合物	窒素-水素混合物	費用対効果に優れ、安全で保護された雰囲気。	ステンレス鋼やその他の金属の工業用ろう付け。
発熱/吸熱ガス	窒素-水素-CO混合ガス	炭素鋼ろう付けのような特殊な用途に対応。	炭素鋼やその他の特殊材料のろう付け。