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ろう付けとは？
まず銅管の接合作業をするに際には、銅管と銅管、もしくは銅管と接手を突き合わせて、その２つの間に生じるわずかな隙間に、ろう材を浸透させてろう付けを行います。この時、わずかな隙間にろう材が侵入するのは、毛細管現象という物理現象を活用しています。ろう付けでは、母材は溶かさずにろう材を溶かして接着させる接合方法であるのが大きな特徴です。そのためろう付けに用いられるろう材は、金属の接着剤とも呼ばれます。
ろう付けは、他の圧接や溶接とは異なり、母材を傷つけることなく接合でき、かつ気密性や熱伝導性、導電性にも優れており、さらに美観性にも優れているため、非常に重宝される接合技術です。それを証明するように、ろう付けはエジプト期にも使用されており、あの奈良の大仏を製造される際にも採用されている製造手法なのです。
またろう付けのデメリットは、溶接よりも強度が劣る、ベテラン作業者による作業のため作業コストが高くなってしまう、大量ロットの量産には不向き、サイズが大きい製品にも不向き、という点が挙げられます。
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このようなろう付けですが、接合温度によって”硬ろう”と”はんだ”の2種類に分かれます。
はんだ（半田）
はんだとは、融点が450度以下、接合温度が約300度で、鉛とスズを主成分とした合金です。またはんだ付けは、英語では「Soldering」と呼ばれます。ろう付けは「Brazing」と呼ばれる点から、ろう付けとはんだ付けは明確に区別されるものだということがわかります。はんだは、主に銅線や銅板、建築用の銅管の接合（はんだ付け）に使用されます。ただし最近は、健康や環境への配慮から、鉛を含有しないはんだが多くなっているようです。
硬ろう
硬ろうは、融点が450度以上、接合温度が600度以上となるろう材で、接合温度が高い分だけ流動性や浸透性に優れているのが特徴です。しかしその一方で、扱いがはんだよりも困難となるため、温度が高いほどろう付け作業の難易度も上がります。特に、ヘリウムガスなどの冷却用途ガスや、高圧なガスが内部に流れる銅管の接合の際には、硬ろうの中でもより強固なりん銅ろうが採用されます。
銀ろうとは？
銀ろうは、その名の通り、銀を主成分とするろうで、見た目は銀色ですが、その他に銅や亜鉛も含みます。銀ろうは、銅や亜鉛も含む点から合金であり、融点が低くなります。そのためろう材として扱いやすく、真鍮や銅、異種金属の接合にも使用することが可能で、多種多様な金属接合のろう材として使用されています。銀ろうは棒状のろう材が一般的ですが、板形状やペースト状のものもあり、日常的なDIY用途としても扱いやすいろう材です。
特に当社は板金加工メーカーとして、日々様々な板金加工品の組み立てを行っておりますが、その際にも銀ろう無しでは仕事にならないくらい、重宝しているろう材です。母材がアルミニウムやマグネシウムの場合は銀ろうによる溶接が困難ですが、一般的な金属であれば銀ろうによる溶接で問題ございません。
銀ろうを使用する際は、母材と銀ろうの間に不純物が入らないようにしなければなりません。そのため、銀ろう使用時には、フラックス（融剤）を使用することで、ろう付け最中に金属表面に形成される酸化被膜を還元しながら、ろう付け作業をする必要があります。
りん銅ろうとは？りん銅ろうにはどんな種類がある？
りん銅ろうとは、銅が主成分のろう材で、5~8％のリンも含まれる合金のろう材です。ただし、銀の含有率によって下記のような分類がされています。
BCuP-2 ⇒ Ag（銀）：0％ 、 P（リン）：約7％ 、 Cu（銅）：残り約93％ ⇒ 融点：約730~840度
BCuP-6 ⇒ Ag（銀）：約2％ 、 P（リン）：約7％ 、 Cu（銅）：残り約91％ ⇒ 融点：約730~820度
BCuP-3 ⇒ Ag（銀）：約5％ 、 P（リン）：約6％ 、 Cu（銅）：残り約89％ ⇒ 融点：約720~820度
上記のように、銀の含有率によってろう付け温度（融点）が異なります。
りん銅ろうの特徴としては、酸化物の還元作用がある点です。通常はフラックスを用いてろう付けをする必要がありますが、リンの還元作用が働くため、りん銅ろうはフラックス無しでろう付けをすることができます。（銅と銅合金の際はフラックスが必要となります。）
りん銅ろうは、当社では主に銅管のろう付けの際に使用されます。クライオポンプやコンプレッサーの配線組立も行う当社では、銅と銅のろう付けをする機会が多くなっていますが、高精度かつ高効率的にろう付けを行うためにも、りん銅ろうによるろう付け作業が欠かせません。
一方でリンは、鉄やニッケルのは相性が良く、金属間化合物を形成しやすいという特徴があります。そのため、鉄やニッケルを含む金属の接合の際にはりん銅ろうは不向きとなります。
りん銅ろうと銀ろうの違いとは？
りん銅ろうと銀ろうの違いは、下記のようにまとめられます。
- 強度：冷却用途で高圧ガスを使用する際は、りん銅ろうが推奨
- 母材：銅同士の溶接の際にはりん銅ろうが推奨
- 融点：りん銅ろうの方が高い（銀ろう：～700度前後、 りん銅ろう：～800度前後）
- フラックス：銀ろうでは必須だが、りん銅ろうでは基本不要（銅と銅合金の際は必要）
特に強度や母材によって最適なろう材は左右されます。そのためろう材の違いに注目するのではなく、どのようなろう付けがしたいのか、どれくらいの強度で接合できれば問題ないのか、という点でろう材を選定する必要があります。
その他のろう材は？
その他のろう材としては、下記の様なものがあげられます。
銅、黄銅（黄銅ろう）
銅と亜鉛が主成分で、真鍮のような色をしているろう材です。黄銅ろうは、主に鋼や銅のろう付に使用されますが、異種金属でのろう付けにも使用されることがあります。
アルミろう
アルミろうは、融点が非常に低い（約600度）ろう材で、アルミ専用のろう材です。ただし一度コツさえつかんでしまえば、DIYにも活用することができます。
このほかにも、ニッケルろう、金ろう、パラジウムろうなど、接合したい金属ごとに様々なろう材がございます。
ろう付け製品の品質管理方法とは？
実際にろう付けされた製品は、管の中に流体を通すことが多いことから、気密性検査や外観検査が行われます。外観検査では、ピンホールやクラック等がないかを目視で確認する検査方法です。
当社では、クライオポンプやコンプレッサーの精密板金加工から配線組立までを一気通貫で行うOEMメーカーのため、主にリーク検査をろう付け製品の検査方法に採用しております。特に、ヘリウムガスによるリーク検査も内製している点が、大手メーカーの皆様からも好評をいただいており、現在も多くの空調機器のＯＥＭ製造を行っております。
＞＞リークチェックとは？リーク検査・試験の種類や方法まで解説！
ろう付け製品のOEM製造のことなら、島田工業にお任せ！
島田工場ではお客様社内での検査工数を削減し、お客様に安定した品質の製品を提供するという観点で、業界内でも珍しい品質保証体制を整えています。
島田工場の組立工場では、リークテスト専用ブースが設けてあります。一般的な板金加工製品の水張り試験から始まり、エアリーク、加圧試験、減圧試験、ヘリウムリークテストといった、様々なリークテストに対応可能です。 特にヘリウムリークテストは設備も大がかりになり、コストもかかる試験なのです。島田工業は、部品加工から組立、溶接、そしてリークテストまで社内で行うことで、より高い品質、最適なコストでのお客様への製品提供を実現しています。
リークチェックが必要なろう付け製品のOEM製造なら、島田工業までぜひご相談ください。
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