銅ブレージング完全解説：強力で信頼性の高い接続のための技術とヒント

長年にわたり、銅管と継手の接合で最も一般的な2つの方法は半田付けとブレージングです。これらの実証済み方法はいくつかの点で類似していますが、明確な違いもあります。

この記事では、2つの接合プロセスの類似点を説明し、違いを強調することで、どの接合方法が最も望ましいか判断する手助けをします。

銅ブレージングとは？

銅管接合の最も一般的な方法は、ソケット型の銅または銅合金継手を使用し、管端を挿入してフィラー金属で半田付けまたはブレージングにより固定することです。このタイプの継手は、継手のソケットが管端と重なり、管と継手の間に隙間が形成されるため、キャピラリー継手またはラップ継手と呼ばれます。

この隙間をキャピラリー隙間と呼びます。継手を形成するために重なる継手と管の表面をフェイング面と呼びます。フィラー金属をキャピラリー隙間に溶かし込み、これらの面に付着させることで管と継手を確実に接合します。

フィラー金属は、管または継手より低い融点を持つ金属合金です。銅（Cu）合金UNS C12200の融点は1,981°F（1,082℃）です。フィラー金属が840°F（450℃）未満で融解する場合は半田付け、以上の場合はブレージングとなります。

なぜ銅ブレージングを使用するのか？

銅ブレージングの用途は、より高い継手強度が必要な場合や、350℃以上で動作するシステムの場合です。

典型的な用途には以下が含まれます：

• 消火設備
• 空調と冷凍
• 燃料ガス配管
• 給水配管

酸素含有銅と無酸素銅の両方をブレージングして、満足のいく特性を持つ継手を作れます。アニール銅ブレージング継手の全強度はラップ継手で発揮されます。

使用する炎はわずかにカーバライジング炎であるべきです。すべての銀ブレージング合金は適切なフラックスで使用可能です。銅-リンまたは銅-リン-銀合金ではフラックスなしでもブレージング継手を作れますが、フラックス使用により外観の良い継手になります。

銅半田付け vs ブレージング

ほとんどの半田付けは350〜600℃で行われます。銅ブレージングは1100〜1500℃で行われます。

ブレージングは、2つ以上の金属部品をフィラー材を溶かして流し込み接合する金属接合プロセスで、フィラー材の融点は母材より低くなります。

ブレージングと半田付けの違いは、フィラー金属を溶かすために必要な温度です。この温度は米国溶接協会（AWS）により450℃（842°F、しばしば840°Fに丸められる）と定義されます。フィラー金属が840°F未満で融解する場合は半田付けです。

ブレージング継手は冷凍、高圧エアライン、HVACなど、最大継手強度が必須の用途に使用され、半田付け継手は飲料水配管や一部暖房システムなどの低圧用途に使用されます。

銅ブレージングにフラックスは必要か？

銅をブレージングするには、半田が自由に流れトーチで加熱できるようフラックスが必要です。ロッドを無理に押し込まず配置します。無理に押し込むと熱浴が混ざり、2つの銅片間で信頼性のない接続になります。

銅ブレージングの最もシンプルな方法は、フラックスブラシで片面に塗布し、溶融金属をブラシで塗る方法です。これには水溶性ペーストも関与します。

2つの金属片はこのプロセスを効率的に機能させるためにサンディングされた表面を持つべきです。そうでなければ有利な結合が形成されません。この技術は配管継手でよく用いられます。家庭内で半田付けの有毒ヒュームを望まないためです。

銅ブレージングの手順

ブレージングは銅を加熱し、コンスタンタン（高熱伝導性・低電気抵抗率の金属）の層を上から流すことで行います。2つのピースを正しく並べれば、250℃に加熱したときに融合します。

フラックスは小さな気泡が入り込んで台無しにしないよう確保します。これらは加熱時に表面に泡立ち、加熱開始前にブレージング針で突くことができます。

加熱後、ブレージング半田ペーストを塗布します。これは再加熱で溶けて継手を完成させます。コンスタンタンで熱伝導性が不足する場合や、初回加熱前に両ピースをほぼ同温度にしたい場合は、フラックス被覆ブレージングロッドも使用可能です。

フィラー金属が溶けるとどうなるか？

フィラー金属が溶けると、通常明るいオレンジ色の塊を形成します。これがブレージングプロセスを進める正しい温度に達したサインです。フラックスと水溶性ペーストを塗布し、ロッドと銅管を約5分加熱してからロッドに半田ペーストを塗布します。

建設現場でどう行うか疑問なら、通常は配管接続でこのように行います。配管では銅ブレージングと銅半田付けの2方法が一般的です。

フラックスは半田の自由な流れを助け、成功するブレージングプロセスのため両面に塗布すべきです。ロッドを無理に押し込まず配置します。無理に押し込むと熱浴が混ざり、2つの銅片間で信頼性のない接続になります。

炎の種類

炎には3種類あります。避けたいのはカーバライジング炎です。「カーバライジング炎」は3色で容易に識別でき、管に過剰な炭素化をもたらし、不要で継手を損なう可能性があります。

次に避けたいのは酸化炎です。名前の通りワークピースを酸化させ、これは望ましくありません。最後に中性炎です。中性炎はカーバライズも酸化もせず、酸素とアセチレンの完璧な混合で、通常クリアな青色です。

プロジェクトのツール/材料

ツールとフィラー材の種類は半田付け継手とブレージング継手で異なるため、両方を一緒に説明します。

飲料水配管の半田付けでは、95/5と呼ばれるタイプの半田を使用します。この半田はブレージングでは使用できないため、フィラー材が必要です。市場には多くのフィラー材があり、行う仕事の種類に応じて適切なものを選ぶ必要があります。

疑問がある場合、ハリスプロダクツは接合される材料タイプ別のブレージングロッド選定チャートを提供しています。このデモではStay-Silv 15（銅80％、銀15％、リン5％）を使用します。リン含有ロッドはセルフフラックス性があり、管にフラックス塗布が不要になるため推奨です。

銀半田はより高温で融解するため、通常の半田付け継手より多くの熱が必要です。

小径管のブレージングには小型プロパントーチで可能ですが、1インチ以上の大径管にはより多くの熱が必要です。銀半田は通常の半田より高温で融解するため、適切なトーチを備えた酸素/アセチレンシステムの使用を推奨します。酸素アセチレンは3,500℃（6,330°F）で燃焼し、プロパーンは約1,995℃（3,620°F）です。

最後にトーチです。半田付けではプロパントーチのような単一ガス式を使用します。プロパントーチは酸素/アセチレントーチほど熱量が出ません。

ハリス製（リンカーンエレクトリックカンパニー）の酸素/アセチレンポータトーチキットを使用します。軽作業ブレージングに最適で、携帯トートに酸素タンク1本、アセチレンタンク1本、各ガス用レギュレーター2個、トーチ本体が付属します。

キット付属のトーチチップにも注目してください。エア/アセチレンセットアップも使用可能ですが、かなり長く、酸素/アセチレンキットほどクリーンな継手は得られません。ただし、より経済的で狭いスペースでの携帯に軽いため、自分に最適なものを選んでください。

もう一つ考慮すべきは、トーチに酸素側とアセチレン側の両方にフラッシュバックアレスターが付いているか確認することです。最新トーチの多くは内蔵されています。過去は別途ホースに取り付けが必要でした。キットに装備されているか確認してください。炎がタンク内に逆流するのを防ぎます。