ろう付けにおいて、雰囲気中で最も望ましくない要素は、酸化や汚染を引き起こすものです。その主なものとして、酸素（O₂）、水蒸気（H₂O）、二酸化炭素（CO₂）があり、これらはろう付け溶加材が母材と結合するのを積極的に妨げます。その他の有害な汚染物質には、硫黄化合物や残留油、潤滑剤などがあり、これらは最終的な接合部の完全性と強度を損なう可能性があります。
ろう付け雰囲気の基本的な目的は、部品を酸化から保護し、溶加材が自由に流れるようにすることです。したがって、ろう付け温度で酸素を導入したり、金属表面を汚染したりするあらゆる雰囲気成分は、プロセスの成功を直接的に損なうため、非常に望ましくありません。
ろう付け雰囲気の核となる機能
雰囲気が望ましくないものとなる理由を理解するためには、まずその目的を確立する必要があります。ろう付けにおける制御された雰囲気は、2つの重要な機能を果たします。
### 機能1：酸化からの保護
金属が加熱されると、空気中の酸素との反応速度が劇的に増加します。この反応により、表面に金属酸化物の層が形成されます。
適切なろう付け雰囲気は、通常、不活性ガスまたは還元ガスで構成され、周囲の空気を置換します。これにより、加熱サイクル中に部品にこれらの酸化物が形成されるのを防ぐ保護シールドが作成されます。
### 機能2：既存の酸化物の還元
理想的な雰囲気は、単純な保護を超えて、部品を積極的に洗浄します。水素（H₂）を含む還元性雰囲気は、金属表面の軽い既存の酸化物と化学的に反応して除去することができます。
「還元」として知られるこの洗浄作用は、溶融したろう付け溶加材が母材表面にスムーズに広がる能力である濡れ性を促進するために不可欠です。
主な望ましくない汚染物質とその影響
シールドと還元の核となる機能を妨げるガスや蒸気はすべて汚染物質です。害のレベルは、接合される特定の母材によって異なります。
### 酸素（O₂）：主要な敵
酸素は酸化の最も直接的な原因です。炉のわずかな漏れや汚染されたガス供給源でも、ろう付け溶加材が部品に付着するのを妨げるバリアとして機能する酸化膜を形成するのに十分な酸素が導入される可能性があります。
### 水蒸気（H₂O）：隠れた酸化剤
水蒸気は特に陰湿な汚染物質です。ろう付けに必要な高温では、水分子（H₂O）が分解し、その酸素を放出して金属表面を積極的に酸化させることがあります。
水蒸気の濃度は、その露点（蒸気が凝縮して液体の水になる温度）によって測定されます。露点が低いほど、より乾燥した、したがってより良いろう付け雰囲気であることを示します。
### 二酸化炭素（CO₂）：もう一つの酸化の脅威
水蒸気と同様に、二酸化炭素はろう付け温度で酸化剤になる可能性があります。特にクロム、マンガン、チタンを含む金属（ステンレス鋼など）の場合です。CO₂は分解して酸素を放出し、頑固な酸化物を生成することがあります。
### 硫黄およびリン化合物：脆化のリスク
硫黄は、汚染されたガス供給源や部品に残った切削油から導入される可能性があります。特定の母材、例えばニッケル合金と反応し、結晶粒界に沿って低融点化合物を形成し、深刻な亀裂や脆い接合部につながる可能性があります。
### 炭化水素（油および潤滑剤）：すすと気孔の問題
部品が十分に洗浄されていない場合、残留油や潤滑剤は加熱中に気化します。これらの炭化水素分子は分解して炭素（すす）を部品表面に付着させ、溶加材の流れを阻害します。また、分解してガスになり、接合部に閉じ込められ、気孔の原因となることもあります。
トレードオフと危険性の理解
雰囲気の選択には、その有効性とコスト、安全性の考慮事項のバランスを取ることが含まれます。ある状況で望ましくないものが、別の状況では必要なリスクとなる場合があります。
### 水素のジレンマ：強力な還元剤、潜在的な危険
水素は優れた還元剤であり、ステンレス鋼のようなろう付けが難しい材料から酸化物を除去するのに非常に望ましいものです。
しかし、純粋なガスとして、または高濃度では、水素は空気と混合すると可燃性で爆発性があります。水素を使用する炉には、酸素を監視し、余分なガスを燃焼させるための洗練された安全システムが必要であり、操作の複雑さとコストが増加します。
### 不活性雰囲気と活性雰囲気：バランスの取れた行為
不活性雰囲気（純粋なアルゴンなど）は、シールドには優れていますが、洗浄作用はありません。安全ですが、既存の酸化物を除去することはできません。
活性雰囲気（窒素-水素混合物など）は、シールドと還元の両方を提供します。トレードオフは、水素の取り扱いに関連する複雑さと安全リスクの増加です。選択は、部品の清浄度とろう付けされる金属の種類によって異なります。
目標に合った適切な選択をする
クリーンな雰囲気を確保することは、入力の制御にかかっています。供給されるガスの純度、炉の完全性、部品の清浄度です。
- 一般的な炭素鋼のろう付けが主な焦点の場合：形成される酸化物がより容易に還元されるため、純度の低い雰囲気（例：吸熱ガス発生器から生成されるもの）でも許容される場合があります。
- ステンレス鋼やクロムを含む合金のろう付けが主な焦点の場合：頑固なクロム酸化物の形成を防ぐために、非常に乾燥した高純度の雰囲気で、低い露点（通常-40°C / -40°F未満）を使用する必要があります。
- 重要な用途で最大の接合部完全性が主な焦点の場合：真空雰囲気または高純度のアルゴンなどの不活性ガスが最良の選択肢となることが多く、これは潜在的な汚染物質を最も少なくするためです。
最終的に、ろう付け雰囲気を制御することは、一貫した高品質で信頼性の高いろう付け接合部を達成するための最も重要な要素です。
要約表：
| 望ましくない汚染物質 | 主な負の影響 |
|---|---|
| 酸素（O₂） | 表面酸化を引き起こし、溶加材の濡れを妨げる |
| 水蒸気（H₂O） | 高温で隠れた酸化剤として作用する |
| 二酸化炭素（CO₂） | ステンレス鋼などの金属を酸化させ、頑固な酸化物を形成する |
| 硫黄化合物 | ニッケル合金の脆化と亀裂を引き起こす |
| 炭化水素（油） | すすと気孔を生成し、接合部の形成を阻害する |
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