第4回 ろう付けとは?代表的な種類や特徴、メリット・デメリットを解説

ゼロからわかる!板金加工!

第4回 ろう付けとは?代表的な種類や特徴、メリット・デメリットを解説

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ろう付け(ろう接)とは

ろう付けは、被溶接材料(母材)を溶かさずに、溶加材を接着剤のように接合面のすきまに行き渡らせて接合する加工法です。

ろう付けの原理

ろう付けは、母材と溶加材の融点の違いによるぬれ現象を利用した溶接法です。ある温度で溶加材を熱することで、母材を溶かさずに溶加材のみを溶かし、毛細管現象によって溶着面に浸透拡散させます。溶加材が接着面に行き渡る様子を「母材が溶加材によって”ぬれる”」と表現し、その状態は紙や布が水によってぬれるのと同様の原理です。


この「行き渡りやすさ」ぬれ性と言い、母材の材質や、溶加材として用いるろうの種類などによってぬれ性は異なります。 

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ろう付けの代表的な種類

ろう付けを行う際、溶加材で効率よく母材をぬれさせるためには母材表面の酸化被膜を除去する必要があり、この酸化被膜の除去方法によってろう付けは大きく2種類に分けられます。

フラックス    ろう付け

引用:株式会社創研社

フラックスとは、活性温度まで熱することで、金属表面に形成された酸化皮膜を分解除去する化学薬品です。次のフラックスの条件を満たす、適切なフラックスの選定と塗布が必要になります。

①流動性、ぬれ性がよいこと

②被覆性及びろうとの置換性がよいこと(再酸化防止および欠陥防止のため)

③耐熱性がよいこと

④塗布性がよく加熱中も垂れないこと

⑤残渣(溶着後に残った溶加材などのカス)の除去が容易で腐食性がないこと

雰囲気(制御)ろう付け

引用:東京ブレイズ株式会社

ろう付け時の雰囲気(周辺の気体)を制御し、酸化皮膜を分解・除去するろう付け法です。雰囲気中のろう付けは、フラックスろう付けと比べて残渣などの処理が不要で、複雑な部品の同時ろう付け、そのほかフラックスろう付けが適さない母材のろう付けなどにも用いられます。


ろう付雰囲気は、還元性ガスの水素無酸化性ガスの窒素や不活性ガス、および真空の3種類に大別され、それぞれ母材とろう材に応じて使い分けられます。

上記の画像は無酸化雰囲気ろう付けの様子で、ベルトコンベアと無酸化炉によって、自動化多量生産を実現しています。

ろう付けと他の溶接の違い

溶接には、ろう付け以外に融接や圧接などの加工法があります。それぞれの特徴と比べた、ろう付けのメリット・デメリットを確認してみましょう。

なお、ろう付けと一口にいってもその加工法は用いるろう材や母材の組み合わせによって大きく異なるため、続いて解説するのはすべてのろう付けに当てはまる特徴というよりも、あくまでもそういった傾向がある、といった程度に認識していただければ幸いです。

ろう付けのメリット

ろう付け法のメリットは、おおむね次の通りです。


メリット

①母材がほとんど溶けないので寸法精度が高い

②真空ひずみが少ないので、薄板や精密な接合ができる

③ぬれによってろうが母材の隙間に入り込むので、接合箇所が複数あるような複雑な形状の接合の自動化や大量生産に適している

④ぬれによってろうが母材の隙間に行き渡るので、見えないところや溶接棒が直接届かない部分の接合も容易である

⑤ろう材と母材が溶け合う必要がないので、条件を適切に選択すれば、特殊な材料・異種材料間での接合が融接などに比べて容易である

⑥ろう材と母材の融点が異なるため、再加熱により接合部を離すことができる


ろう付けのデメリット

対してろう付けのデメリットは次の通りです。

デメリット

①接合強度が、他の溶接に比べるとやや弱いものが多い

②ろうと母材の組み合わせによっては著しい侵食が起こる(ニッケル基合金をニッケルろうでろう付けする場合など)

③接合部を直接確認することが適わないため、欠陥制御が難しい

ろう付けとはんだ付けの違い

ろう付けと同じ原理を利用した加工法として「はんだ付け」がありますが、ろう付けとの違いは使用するろう材です。融点450℃以上硬ろうを用いるものがろう付け融点450℃未満軟ろうを用いるものがはんだ付けに分類されます。

450℃で区分していることに物理的な意味はなく、450℃近くを液相線温度とするろう材やはんだが少なかったためです。なお英語ではろう付けをBrazing、はんだ付けをSolderingと区別していますが、ドイツ語では両者をLötenと称し、区別していません。それくらい近しい加工法であり、明確に分けて考えないケースも多いです。

ろう付けの方法

引用:新富士バーナー

ろう付けやはんだ付けは、道具さえそろえればDIYなどで活用することも可能です。上記は一般的な銀ろう付けの手順で、ご覧いただくと分かる通り、特別な道具はセラミックボードやカーボンプロテクター、サポートスタンド程度で、そのほかは一般的な工具で賄うことができます。

まとめ

「ゼロからわかる!溶接加工!」シリーズ第4回は、代表的なろう付け法や、そのメリット・デメリットについて解説しましたが、いかがだったでしょうか。

次回からはアーク溶接やガス溶接など、融接・圧接・ろう付、各圧接法の代表的な加工法について、より具体的な方法や使用する道具などについて解説していきます。

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