銅の溶接方法–テクニカルガイド

銅の溶接方法

銅溶接は難しくありません。このタイプの溶接に必要な熱は、同様の厚さの鋼に必要な熱の約2倍です。銅は熱伝導率が高いです。この熱損失を相殺するために、鋼に必要なサイズよりも1〜2サイズ大きいチップをお勧めします。

厚い部分の大きな部分を溶接する場合は、補助加熱をお勧めします。このプロセスにより、多孔性の低い溶接が生成されます。

溶融金属は炎によって形成される酸化物によって保護されているため、銅はわずかに酸化する炎で溶接される可能性があります。溶融金属を保護するためにフラックスを使用する場合、炎は中性である必要があります。ガス溶接アセンブリには、酸素含有銅ではなく、無酸素銅（脱酸銅棒）を使用する必要があります。ロッドは母材と同じ組成である必要があります。

銅とは何ですか？

銅は柔らかく、非鉄の金属であり、いくつかの溶接プロセスを使用して簡単に曲げたり、切断したり、成形したり、接合したりすることができます。家庭用や建築用の装飾品の製造によく使用されますが、電気と熱の優れた導体であるため、電気業界で広く使用されています。銅パイプ、バルブ、その他の付属品は、配管に一般的に使用されています。

銅は延性があり、展性が高いため、真ちゅう、青銅、ニッケル銅など、何百もの異なる合金の主要元素としても使用されています。銅合金に使用される最も一般的な合金元素は、アルミニウム、ニッケル、亜鉛、スズ、およびシリコンです。

純銅は延性が高すぎて機械加工に成功しないため、さまざまな合金に少量の他の元素を添加して、機械加工性を向上させ、金属を脱酸し、耐食性を高め、機械的特性を向上させ、応答性を向上させます熱処理に。全部で300以上の銅合金が市販されています。

銅を溶接するためのさまざまな方法

銅はいくつかの方法で溶接できます。ただし、この記事では、銅の溶接方法を教えるための最も一般的な手法についてのみ説明します。これらには、ガスメタルアーク溶接（GMAW）、ガスタングステンアーク溶接（GTAW）、および手動メタルアーク溶接（MMAW）が含まれます。以下はそれぞれの説明です。

ガスメタルアーク溶接（GMAW）

MIG溶接とも呼ばれるガスメタルアーク溶接（GMAW）は、SMAWシステムに準拠した溶接です。これは、この溶接技術で使用されるフィラー材料が電極であることを意味します。

ただし、2つの方法には違いがあります。 SMAWは一連の短いロッドを消耗電極として使用しますが、GMAW方式では、ユーザーが定義した速度で連続した「ワイヤー」を溶接トーチに自動的に供給します。さらに、シールドガスを供給するための調整された設定があります。

GMAW法を使用して銅を溶接する場合は、ERCu銅電極を使用することをお勧めします。 AufhauserDeoxidizedCopperの使用もお勧めします。これは、純度985の銅合金またはフィラー材料です。

溶接する必要のある銅セクションの厚さによって、必要なガス混合物が決まります。一般的に、6mmまでの厚さにはアルゴンが使用されます。これを超える厚さの場合、ヘリウムとアルゴンの混合物が使用されます。銅を溶接するGMAW法では、溶加材を細いウィーブまたはストリンガービードで溶着する必要があります。これはスプレートランスファーを使用して行うことができます。

ガスタングステンアーク溶接（GTAW）

TIG溶接とも呼ばれるガスタングステンアーク溶接（GTAW）は、ほとんどのアーク溶接プロセスと同様の方法で銅を溶接します。これは、GTAWでは、銅片とフィラー材料の両方を加熱および溶融するために電気アークを使用する必要があることを意味します。

溶融した溶接プールが冷えて固化すると、トーチの先端にアルゴンやヘリウムなどのシールドガスを導入することで、大気の影響から保護されます。 GTAWは多くのアーク溶接プロセスに似ていますが、消耗電極を使用して溶接される銅に電気アークを渡すアーク溶接方法のように溶接することはありません。

代わりに、GTAWは非消耗電極を使用してワークピース間に溶接ジョイントを作成します。フィラー材料の有無にかかわらずこれを行うことができます。また、他の多くのアーク溶接方法では、溶接される銅に電気アークを運ぶ電極としてフィラー材料が使用されます。

ただし、ガスタングステンアーク溶接法では別のフィラーワイヤを使用します。また、GTAW法を使用して銅を溶接している間は、フィラー材料を導入する必要はまったくありません。

GTAW法では、最大16mmの厚さの銅片を正常に溶接できます。この方法で推奨されるワイヤリングされたフィラーは、母材と同様の組成を持つ任意の金属です。厚さが最大1.6mmの銅セクションには、アルゴンシールドガスが推奨されます。この厚さのレベルを超えるワークピースには、ヘリウムとアルゴンの混合物が使用されます。

アルゴンと比較した場合、ヘリウムとアルゴンの混合物は、同様の溶接電流でより高い移動速度とより深い穿孔を可能にします。溶接される銅片に、アルゴンのアーク安定性とともにヘリウムの優れた穿孔特性を提供するために、一般的に使用される混合物は25％Ar / 75％Heです。最後に、細い織りまたはストリンガービーズを使用して銅片にこの方法を実行する場合は、フォアハンド溶接をお勧めします。

手動金属アーク溶接（MMAW）

この方法は、主に銅および銅合金の修理または保守溶接を実行するために使用されます。この方法に推奨されるフィラー材料は、ECuSn-C電極です。もう1つの推奨事項は、ストリンガービーズ技術で直流電極ポジティブ（DC +）を使用することです。このフィラー材料を使用する場合、MMAWメソッドは次の場合に役立ちます。

• 銅を他の金属に溶接する
• 薄い銅片の小さな修理
• アクセスが制限された溶接ジョイント

これらは、銅を溶接するために使用される3つの最も一般的な方法です。各方法の基本的な情報が得られたので、ニーズと実行されているジョブに最も適した手法/方法を選択できます。ただし、銅の溶接方法に関係なく、効果的な溶接を行うには、いくつかの基本的な手順に従う必要があります。これらの手順については、次のセクションで説明します。

銅を溶接する際の重要なステップ

自分で銅を溶接するときは、銅を効果的に溶接するための重要な手順を知っておく必要があります。 DIY銅溶接には11のステップがあります。これらの手順を次の順序で実行することにより、非常に耐久性のある銅溶接を作成できます。

＃1。安全を確保する

自分で銅を溶接する場合、最初に行う必要があるのは安全を確保することです。溶接する金属に関係なく、溶接を開始する前に適切な予防措置を講じる必要があります。そうしないと、怪我をする危険があります。

それで、銅の溶接を始める前にあなたが取ることができる可能な予防策は何ですか？安全装備を着用し、周囲に可燃物がないことを確認し、清潔な場所または異物のない場所で作業する必要があります。

銅を溶接するときは、安全上の注意を払うことが特に重要です。これは、銅は非常に優れた電気伝導体であり、金属を素手で扱うと感電する可能性があるためです。

感電の危険性に加えて、銅を溶接すると有毒ガスにさらされる可能性があります。したがって、銅を溶接するときの安全を確保するために、革手袋や安全衣服にとどまるべきではありません。代わりに、安全装備にも呼吸マスクと目の保護具を含める必要があります。

＃2。表面を準備する

銅を溶接するための表面処理とは、溶接を開始する前に、溶接領域にグリース、油、塗料、汚れ、およびその他の異物がないようにすることを意味します。なぜ溶接領域にこれらの粒子がないようにする必要があるのですか？金属と混ざり合うと溶接部に亀裂が入る可能性があるためです。さらに、硫黄、リン、鉛などの有害な化学物質が含まれている可能性があります。

溶接領域に加えて、溶接を開始する前に銅も洗浄する必要があります。溶接部と銅をどのように洗浄できますか？ブロンズワイヤーブラシと適切な洗浄剤を使用。最初にワイヤーブラシを使用し、次に洗浄剤を使用して脱脂します。また、各溶接工程を堆積した後、ワイヤーブラシで溶接中に形成される酸化皮膜を必ず除去してください。

＃3。予熱

溶接を開始する前に銅を予熱することが重要なのはなぜですか？この金属は熱伝導率が高いからです。これは、銅金属の厚さが0.01インチを超える場合に特に重要です。均一に溶接する必要のあるすべてのセグメントを予熱する必要があります。

銅は溶接継手から周囲の母材に急速に熱を伝導する可能性があるため、厚い銅部分を溶接するには高い予熱が必要です。温度は金属の厚さに依存し、50°から752°Fの範囲になります。

ただし、銅合金を溶接している場合は、熱拡散率が銅に比べてはるかに低いため、このセクションをスキップできます。銅合金ではなく銅を溶接する場合は、用途に適した予熱を選択する必要があります。溶接機である銅、母材の厚さ、溶接プロセス、さらには溶接物の全体的な質量に特に注意を払う必要があります。

上記に加えて、行うべきもう1つの重要なことは、熱をできるだけ局所的な領域に制限することです。これにより、延性の低下につながる温度範囲にある材料が多すぎないようにすることができます。

さらに、接合部が溶接されるまで予熱温度を維持する必要があります。溶接を開始すると、予熱した銅の熱が放散し始め、ひび割れのリスクが低下します。

＃4。ジョイントデザインを検討する

銅を効果的に溶接するためのもう1つの重要なステップは、ジョイントの設計上の考慮事項です。これには何が必要ですか？まず、関節間の距離を考慮する必要があります。理想的には、使用する母材とろう付け合金に基づいて、この距離を特定の許容範囲内に制御する必要があります。ただし、ジョイントの最適なギャップは0.04〜0.20mmです。

ここでのもう1つの重要な考慮事項は、ジョイントのオーバーラップです。理想的なジョイントオーバーラップは、結合する必要がある最も薄い部分よりも少なくとも3倍厚くなります。必要な強度を達成するのに役立つため、できるだけ少ない材料を使用するようにしてください。

＃5。炎を調整する

効果的な銅溶接を行いたい場合は、炎を適切に調整する必要があります。ここで行う最善のことは、中性の炎を使用することです。中性炎とはどういう意味ですか？中性炎は、同じ量のアセチレンと酸素が同じ速度で混合できるように調整された炎です。ここで行うもう1つの重要なことは、白い内側の円錐を明確に定義し、かすみがないことを確認することです。

＃6。フラックスを取り除く

フラックスを使用した場合は、次のいずれかの方法で残留物を除去する必要があります。

• ワイヤーでブラッシングして蒸します
• ワイヤーでブラッシングし、お湯で洗い流します
• 高温の苛性ソーダディップで希釈

フラックスを完全に除去しないと、関節が弱くなり、さらには機能不全につながる可能性があります。

フィラー材料を選択

適切なフィラー材料を選択することは、銅を効果的に溶接するための最も重要なステップの1つです。適切なフィラー材料を選択すると、母材よりも強い銅片を溶接するのに役立ちます。銅の溶接に最適または最適なフィラー材料は、金属の耐食性、接合部に必要な強度、動作温度、および関連するコストによって異なります。

最良の結果を得るには、脱酸剤として機能するシリコン（Si）またはマンガン（Mn）を含む溶加材を選択する必要があります。これは、銅の溶接にGMAW、GTAW、またはMMAWのいずれの方法を使用しているかに関係ありません。

銅を溶接するためのフィラー材料に関しては、最も推奨され、一般的に使用される材料はErCuとErCuSi-Aです。前者は、スズ（Sn）を含むSiとMnの両方を含むため、流動性を促進します。一方、P酸化銅を溶接する場合は、ErCuSi-Aフィラー材料を使用する必要があります。また、脱酸剤としてSiとMNの両方を含むハードピッチ銅を溶接する場合にも適しています。

銅はんだ付け

金属を接合するために使用される最も初期の方法の1つであるはんだ付けでは、溶加材（フィラーワイヤーの形で）を加熱して、溶けて接合部を埋めます。ソフトはんだ付けは最も簡単なプロセスであり、家の内外で小さな金属アイテムを修理するために一般的に使用されるプロセスです。これは、配管工が銅パイプと銅継手を結合して修理するために使用する方法でもあります。

安価なはんだごてや、やわらかいはんだ付けに適したフラックスのトーチランプを使用できます。ハードはんだ付けでは、フィラー材料をはるかに高い温度に加熱する必要があるため、接合部は他のはんだ付けされた接合部よりもはるかに強力になります。

フィラーの材質は異なり、通常は銀が含まれているため、この技術はしばしば銀ろう付けと呼ばれます。ただし、真のろう付けはさらに高い温度で行われます。

銅ろう付け

ろう付けは本質的にはんだ付けと同様の技術であり、はんだ付けに使用されるのと同じ種類のフィラー材料（ワイヤーまたはろう付けロッド）を利用します。毛細管現象により、接合される銅片の間に溶加材を引き込むことができるように、接合部は非常にぴったり合う必要があります。

使用する温度ははんだ付けに必要な温度よりもかなり高くする必要がありますが、母材を融点まで加熱しないでください。

配管作業に広く使用されているろう付けは、さまざまな種類の金属や、さまざまな厚さの金属ワークピースを接合するためにも使用できます。