ろう付けは金属接合プロセスであり、2つ以上の母材間の接合部に金属フィラーを溶かし込む。ろうは母材よりも融点が低いため、毛細管現象によって接合部に流れ込む。低温でのろう付けに関しては、ろう材の選択とろう付け技術が重要である。特定の合金や複雑な形状の部品など、高熱に敏感な材料には低温ろう付けが好まれることが多い。最も一般的な低温ろう付けには、銀ろう付け、アルミニウムろう付け、ニッケルろう付けなどがある。これらの方法はそれぞれ、接合される材料や接合に求められる特性に応じて、特定の用途や利点があります。
主なポイントの説明
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銀ロウ付け（銀はんだ付け）：
- 温度範囲： 銀ろう付けは通常600℃～800℃で行われ、他の多くのろう付けプロセスより低い。
- ろう材 銀ろう付けに使用されるろう材は、銅、亜鉛、カドミウムを含む銀ベースの合金であることが多い。これらの合金は優れた流動特性を持ち、強靭で耐久性のある接合部を提供する。
- 用途 銀ろう付けは、漏れのない強固な接合部を作ることができるため、HVAC産業、配管、電気用途で広く使用されている。また、銅とステンレスのような異種金属の接合にも適している。
- 利点 温度が低いため、熱に敏感な部品がゆがんだり損傷したりするリスクが少ない。また、銀ろう付け接合部は導電性に優れ、電気的接続に理想的です。
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アルミニウムろう付け
- 温度範囲： アルミニウムのろう付けはさらに低温で行われ、通常570℃～620℃で行われる。
- フィラーメタル アルミニウムろう付けに使用されるろう材は、通常、純アルミニウムよりも融点の低いアルミニウム-シリコン合金である。
- 用途 この方法は、自動車および航空宇宙産業で、熱交換器、ラジエーター、空調システムなどのアルミニウム部品の接合に一般的に使用されている。
- 利点 アルミニウムろう付けは、歪みのリスクを最小限に抑えるため、薄肉アルミニウム部品の接合に特に有利である。また、耐食性と機械的強度に優れた接合部が得られる。
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ニッケルろう付け
- 温度範囲： ニッケルろう付けは、使用するフィラーメタルによっ ては600℃まで可能である。
- フィラーメタル ニッケルベースのフィラーメタルは、クロム、ホウ素、またはリンを含むことが多く、高い強度と耐食性のために使用されます。
- 用途 ニッケルろう付けは、ガスタービン、ジェットエンジン、その他の航空宇宙部品などの高温用途で一般的に使用されている。また、化学および石油化学産業でも、過酷な環境に耐えなければならない部品の接合に使用されています。
- 利点 ろう付け温度が低いため、母材への熱損傷のリスクが低く、得られる接合部は優れた機械的特性と耐酸化性、耐食性を有する。
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フラックスと雰囲気
- フラックス 低温ろう付けでは、酸化を防ぎ、ろうの濡れを促進するため、フラックスの使用が必要となる場合が多い。使用するフラックスの種類は、母材とろう材によって異なる。例えば、アルミニウムろう付けでは、フッ化物系フラックスが一般的に使用される。
- 雰囲気： 不活性ガス（アルゴンまたは窒素）または真空などの制御された雰囲気を使用すると、酸化をさらに抑え、ろう付け接合部の品質を向上させることができる。これは、航空宇宙や医療機器などの高精度用途において特に重要である。
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低温ろう付けの利点
- 材料適合性： 低温ろう付けは、特定の合金や複雑な形状の部品など、高熱に敏感な材料の接合に最適です。
- エネルギー効率： より低い温度での運転は、エネルギー消費を削減し、プロセスをより費用対効果の高い、環境に優しいものにします。
- 熱応力の低減： 温度が低いため、母材に熱変形や損傷が生じるリスクが最小限に抑えられ、高品質の接合部が得られる。
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課題と考察
- 接合部の設計 低温ろう付けでは、適切なろうの流動と接合強度を確保するため、適切な接合部設計が重要である。接合部は、毛細管現象によって金属ろうが隙間に引き込まれるように設計する必要がある。
- 表面処理： 強力な接合を実現するには、徹底的な洗浄と表面処理が不可欠である。油脂や酸化膜などの汚れは、ろうの流れを妨げ、接合強度を弱める。
- ろう付け後の処理 用途によっては、接合部の特性を向上させるために、熱処理や表面仕上げなどのろう付け後の処理が必要となる場合がある。
結論として、銀ろう、アルミニウムろう、ニッケルろうなどの低温ろう付け技術は、材料適合性、エネルギー効率、熱応力の低減という点で大きな利点を提供する。しかし、高品質で耐久性のある接合部を実現するには、接合部の設計、表面処理、適切なフラックスと雰囲気の使用を慎重に検討することが不可欠である。これらの方法は、接合部の完全性が最終製品の性能に不可欠なHVAC、自動車、航空宇宙、電子機器など、さまざまな産業で広く使用されている。
総括表
| ろう付けタイプ | 温度範囲 | フィラーメタル | 用途 | メリット |
|---|---|---|---|---|
| 銀ろう付け | 600°C - 800°C | 銀系合金（銅、亜鉛、カドミウム） | 空調、配管、電気 | 強力で漏れのない接合部、良好な導電性 |
| アルミニウムろう付け | 570°C - 620°C | アルミニウム-シリコン合金 | 自動車、航空宇宙 | 最小限の歪み; 耐腐食性ジョイント |
| ニッケルろう付け | ≥600°C | ニッケル基合金（クロム、ホウ素、リン） | 航空宇宙、化学工業 | 高強度、耐酸化性、耐食性 |
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