銅の溶接方法 – 技術ガイド

銅の溶接方法

銅の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、同じ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、スチール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。

厚肉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、多孔性の少な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るため、銅はわずかに酸化性の炎で溶接することができます。溶融金属を保護するためにフラックスを使用する場合、炎は中性でなければなりません。ガス溶接アセンブリには、酸素含有銅ではなく、無酸素銅 (脱酸素銅ロッド) を使用する必要があります。ロッドは母材と同じ組成でなければなりません。

銅とは?

銅は柔軟な非鉄金属で、曲げたり、切断したり、成形したり、いくつかの溶接プロセスを使用して接合したりできます。装飾的な家庭用品や建築用品を作るためによく使用されますが、電気と熱の優れた伝導体であるため、電気産業で広く使用されています.

延性があり可鍛性に優れているため、銅は、真鍮、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、シリコンです。

純銅は延性がありすぎてうまく機械加工できないため、少量の他の元素がさまざまな合金に追加されて、機械加工性を改善し、金属を脱酸し、耐腐食性を高め、機械的特性を改善し、反応を改善します。熱処理に。全部で 300 を超える銅合金が市販されています。

銅のさまざまな溶接方法

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最も一般的なテクニック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。以下にそれぞれの説明を示します。

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、溶接用の SMAW システムに従います。これは、この溶接技術で使用される溶加材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 では一連の短いロッドが消耗電極として使用されますが、GMAW 方式では、連続した「ワイヤ」がユーザーが定義した速度で溶接トーチに自動的に送られます。さらに、シールドガスを供給するための規制設定があります。

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。 Aufhauser Deoxidized Copper の使用も推奨されます。これは純度 985 の銅合金または溶加材です。

溶接する必要がある銅部分の厚さによって、必要なガス混合物が決まります。一般的にアルゴンは6mmまでの厚さに使用されます。これを超える厚さの場合は、ヘリウムとアルゴンの混合物が使用されます。銅を溶接するための GMAW 法では、フィラー メタルを狭い織りまたはストリンガー ビードで堆積する必要があります。これは、スプレー転写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 が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ことを意味します。

溶融溶融池が冷却して固化する際、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、溶融池を大気の影響から保護します。 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は溶接しません。

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接合部を作成します。これは、充填材の有無にかかわらず行うことができます。また、他の多くのアーク溶接法では、溶接される銅に電気アークを運ぶ電極として溶加材が使用されます。

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が使用されます。また、銅の溶接に GTAW 法が使用されている間は、溶加材を導入する必要はまったくありません。

GTAW 法は、厚さ 16mm までの銅片をうまく溶接できます。この方法でワイヤリングされるフィラーは、母材金属と同様の組成を持つ任意の金属です。厚さ 1.6mm までの銅部分には、アルゴン シールド ガスが適しています。このレベルを超える厚さのワークピースには、ヘリウムとアルゴンの混合物が使用されます。

アルゴンと比較すると、ヘリウムとアルゴンの混合物は、同様の溶接電流でより速い移動速度とより深い穿孔を可能にします。溶接される銅片にヘリウムの優れた穿孔特性とアルゴンのアーク安定性を持たせるために、一般的に使用される混合物は 25%Ar/75% He です。最後に、幅の狭い織り目やストリンガー ビードのある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メンテナンス溶接を行う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 ビード技術を使用した直流電極プラス (DC+) の使用です。この充填材を使用すると、MMAW メソッドは次の点で役立ちます。

• 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継手

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。各方法の基本情報が得られたので、ニーズと実行中のジョブに最も適した手法/方法を選択できます。ただし、銅を溶接するために選択した方法に関係なく、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。

銅溶接の重要なステップ

自分で銅を溶接する場合、効果的に銅を溶接するための重要な手順を知る必要があります。 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行うことができます。

#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。

では、銅の溶接を始める前にできる予防策は何ですか?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、安全対策を講じることが特に重要です。これは、銅が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、銅を溶接する際の安全を確保するために、革の手袋や安全服にとどまるべきではありません.代わりに、防毒マスクと目の保護具も安全装備に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付着しないようにすることを意味します。溶接部にこれらの粒子が入らないようにする必要があるのはなぜですか?金属に混入すると溶接部が割れ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場合があります。

溶接領域に加えて、溶接を開始する前に銅もきれいにする必要があります。溶接部と銅をどのようにクリーニングできますか?青銅の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、溶着ごとにワイヤブラシで溶着時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があるすべてのセグメントを予熱する必要があります。

銅は溶接接合部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よって異なり、華氏 50 度から 752 度の範囲になります。

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、アプリケーション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、さらには溶接物の総重量に特に注意を払う必要があります。

上記に加えて、もう1つ重要なことは、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、延性の損失につながる温度範囲に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、予熱された銅の熱が放散し始め、これにより割れのリスクが低下します。

#4.共同設計の検討

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、接合部の設計に関する考慮事項です。これは何を伴いますか？まず、ジョイント間の距離を考慮する必要があります。理想的には、母材金属と使用する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 ～ 0.20 mm です。

ここで考慮すべきもう 1 つの重要な点は、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、ジョイントする必要がある最も薄い部分の少なくとも 3 倍の厚さです。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。ここで行う最善の方法は、中性炎を使用することです。ニュートラルフレームとはどういう意味ですか?ニュートラルフレームは、同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フレームです。ここで行うべきもう 1 つの重要なことは、白い内側のコーンを明確に定義し、かすみがないようにすることです。

#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:

• ワイヤーブラッシングと蒸し
• ワイヤーでブラッシングし、お湯で洗い流す
• 熱い苛性ソーダに浸して希釈する

フラックスを完全に除去しないと、ジョイントが弱くなり、さらには破損する可能性があります。

充填材の選択

適切な溶加材を選択することは、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。適切な溶加材を選択すると、母材金属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溶加材は、金属の耐腐食性、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、脱酸素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、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溶加材に関して言えば、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）とともにSiとMnの両方を含むため、流動性が高くなります。一方、P 酸化銅を溶接する場合は、ErCuSi-A 溶加材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。

銅のはんだ付け

金属の接合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、フィラー メタルを (フィラー ワイヤの形で) 加熱して溶融し、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、小さな金属製品を修理するために家庭内およびその周辺で一般的に使用されています。また、配管工が銅管と銅管継手を接合して修理するために使用する方法でもあります.

安価なはんだごてまたは柔らかいはんだ付けに適したフラックスを備えたトーチを使用できます。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接合部よりもはるかに強力になります.

フィラー材料は異なり、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温で行われます。

銅ろう付け

ろう付けは本質的にはんだ付けに似た技術であり、はんだ付けに使用されるのと同じ種類のフィラー材料 (ワイヤまたはろう付け棒) を利用します。接合部は、毛細管現象が接合されている銅片の間にフィラー金属を引き込むことができるように、非常に密着している必要があります.

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、ベース メタルを融点まで加熱してはなりません。

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.