ろう付けに使用されるガスとは？強力な接合に適した雰囲気の選択ガイド

ろう付けは金属接合プロセスのひとつで、融点が450℃（842°F）以上で、接合する母材の融点以下の金属フィラーを使用する。このプロセスでは、酸化を防ぎ、強固で清浄な接合部を確保するために、制御された雰囲気が必要となる。ろう付けに使用されるガスは、接合される材料と求められる結果によって異なる。一般的に使用されるガスには、水素、窒素、アルゴン、ヘリウム、およびこれらの混合ガスがある。水素は特に金属酸化物の還元に効果的で、アルゴンやヘリウムのような不活性ガスは保護環境を提供する。ガスの選択は、高品質のろう付け接合に不可欠です。

ポイントを解説

ろう付けにおけるガスの目的
- ろう付けにガスを使用するのは、酸化、スケーリング、カーボンの蓄積（すす）を防ぐ制御された雰囲気を作り出すためである。
- 酸化は接合部を弱くし、完成品の品質を低下させる。
- 適切なガスまたは混合ガスを使用することで、きれいで明るい仕上がりが得られます。
一般的に使用されるガス
- 水素（H2）：
  - 金属酸化物を還元する活性剤として作用する。
  - 酸化物のない清浄な表面を作るため、ろう付け工程でよく使用される。
  - 他の不活性ガスと組み合わせて使用されることが多い。
- 窒素（N2）：
  - 炉内の空気/酸素を置換し、酸化を防止する。
  - 銅のろう付けに特に有効。
- アルゴン（Ar）とヘリウム（He）：
  - 不活性ガスで、保護雰囲気を提供し、卑金属との反応を防ぐ。
  - 非反応性環境が不可欠な金属やセラミックのろう付けに使用される。
- 混合ガス
  - 水素と窒素の混合ガスやその他の不活性ガスは、特定のろう付け要件に合わせて雰囲気を調整するためによく使用される。
特殊雰囲気
- 解離アンモニア：
  - アンモニアを解離させて生成される水素と窒素の混合物。
  - 酸化を防ぐのに理想的な還元雰囲気を提供する。
- 発熱ガスと吸熱ガス：
  - 天然ガスまたはプロパンを空気と燃焼させることにより生成される。
  - 制御された反応性雰囲気が必要な特定のろう付け用途で使用される。
- 真空：
  - 酸化を完全に除去するために、ガス雰囲気の代わりに真空を使用する場合もある。
ガス選択に影響する要因
- 材料適合性：
  - 使用する母材とフィラーの種類によって、適切なガスが決まる。例えば、鋼の酸化物の還元には水素が適しているが、銅には窒素が適している。
- 望ましい表面仕上げ：
  - 明るくきれいな仕上げには、水素や解離アンモニアなど、酸化物を効果的に還元するガスが必要。
- プロセス要件：
  - ろう付け温度、炉の設計、接合部の形状がガスの選択に影響する。
ろう付け雰囲気に含まれる好ましくない成分
- 酸素(O2)：
  - 酸化を引き起こし、接合部を弱くし、表面仕上げを劣化させる。
- 水蒸気(H2O)：
  - ろう付けの流動性を阻害し、接合部の品質を低下させるが、特定の銅ろう付け用途では有益な場合がある。
特定ガスの用途
- 水素：
  - ステンレス鋼、ニッケル合金、その他酸化しやすい金属のろう付けに使用。
- 窒素：
  - 銅および銅合金のろう付けに最適。
- アルゴンとヘリウム：
  - チタンのような反応性金属の高温ろう付けや、セラミックと金属のろう付けに使用される。
安全性
- 水素：
  - 引火性が高く、取り扱いには注意が必要であり、水素用に設計された装置が必要である。
- 不活性ガス：
  - 不活性ガス：非反応性であるが、狭い空間では酸素を置換し、窒息の危険性がある。

要約すると、ろう付けに使用されるガスは、酸化を防ぎ、強固でクリーンな接合部を確保する制御された雰囲気を作り出す能力に基づいて選択される。水素、窒素、アルゴン、ヘリウム、およびそれらの混合ガスが最も一般的に使用されるガスであり、それぞれ材料やプロセス要件に応じて独自の利点を提供する。ガスの選択は、望ましいろう付け結果を得るために非常に重要であり、これらのガスを取り扱う際には、常に安全性を考慮しなければならない。

まとめ表

ガス種	主要特性	一般的な用途
水素 (H2)	金属酸化物を還元し、表面を清浄にします。	ステンレス、ニッケル合金
窒素 (N2)	酸素を置換し、酸化を防ぐ	銅および銅合金
アルゴン	不活性、保護雰囲気	反応性金属（チタンなど）、セラミックと金属のろう付け
ヘリウム	不活性、高熱伝導性	反応性金属の高温ろう付け
ブレンド	カスタマイズ可能な混合物（例：H2 + N2）	特定のろう付け要件に対応
解離アンモニア	水素＋窒素の混合で酸化を抑える	各種金属の酸化防止
真空	酸化を完全に除去	高精度ろう付け用途