銅ろう付けマスターガイド：チューブ・継手接合の完全解説

長年にわたり、銅管と継手の接合で最も一般的な2つの方法ははんだ付けとろう付けです。これらの実証済みの方法はいくつかの点で似ていますが、それらを区別する明確な違いもいくつかあります。

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、どちらの接合方法が最も望ましいかを判断する手助けをします。

銅ろう付けとは

銅管を接合する最も一般的な方法は、ソケットタイプの銅または銅合金継手を使用し、管端を挿入して、はんだ付けまたはろう付けプロセスで充填金属によって固定することです。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、毛細管継手またはラップ継手と呼ばれます。

この隙間を毛細管隙間と呼びます。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。管と継手は、毛細管隙間に溶かして流し込み、これらの面に付着させる充填金属を使用してしっかりと接合されます。

充填金属は、管または継手よりも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。充填金属が840°F（約449℃）未満で溶ける場合、そのプロセスははんだ付けです。それを超える温度ではろう付けとなります。

なぜ銅ろう付けを使用するのか

銅ろう付けは、より高い継手強度が必要な場合や、350度以上で動作するシステムで使用されます。

典型的な用途には以下が含まれます：

• 防火設備
• 空調と冷凍
• 燃料ガス配管
• 給水系統

酸素含有銅と無酸素銅の両方をろう付けして、満足のいく特性を持つ継手を生成できます。アニール銅ろう付け継手の最大強度は、ラップ継手で発揮されます。

使用する炎はわずかに carburizing（炭化性）であるべきです。すべての銀ろう付け合金は、適切なフラックスとともに使用可能です。銅-リンまたは銅-リン-銀合金では、フラックスなしでもろう付け継手を作れますが、フラックスを使用すると見た目の良い継手になります。

銅はんだ付け vs ろう付け

ほとんどのはんだ付けは350〜600度で行われます。銅ろう付けは、継手のろう付けなどで1100〜1500度で行われます。

ろう付けは、2つ以上の金属部品を、接合金属より低い融点を持つ充填材料を溶かして流し込むことで接合する金属接合プロセスです。

ろう付けとはんだ付けの違いは、その充填金属を溶かすために必要な温度です。その温度は、米国溶接協会（AWS）によって842°F/450°Cと定義されていますが、しばしば840°Fに丸められます。充填金属が840°F未満で溶ける場合、そのプロセスははんだ付けです。

ろう付け継手は、冷凍、高圧エアライン、HVACなど、最大継手強度が必須の用途で使用され、はんだ付け継手は飲料水配管や一部の暖房システムなどの低圧用途で使用されます。

銅ろう付けにフラックスは必要か？

銅をろう付けするには、はんだが自由に流れ、トーチで加熱されるようにフラックスが必要です。ロッドを無理に押し込まずに所定位置に押し込みます。無理に押し込むと熱浴が混ざり、2つの銅片間の信頼性のない接続になります。

銅ろう付けの最もシンプルな方法は、片面にフラックスブラシを使い、そこに溶融金属をブラシで塗布することです。これには水溶性ペーストも関わります。

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、それらの間に有利な結合が形成されません。この技術は、はんだ付けの有毒なヒュームを家の中に出したくないため、配管継手によく用いられます。

銅のろう付け方法

ろう付けは、銅を加熱し、コンスタンタン（高熱伝導性と低電気抵抗率を持つ金属の一種）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℃に加熱され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するのを防ぎます。これらは加熱時に表面に泡として現れ、加熱開始前にろう付け針で突くことができます。

加熱されたら、ろう付けはんだペーストを塗布します。これが再加熱で溶けて接合を完成させます。コンスタンタンで十分な熱伝導性が得られない場合や、最初の加熱前に両ピースがほぼ同じ温度になることを確認したい場合は、フラックス被覆ろう付けロッドも使用できます。

充填金属が溶けるとどうなるか？

充填金属が溶けると、通常明るいオレンジ色の球状になります。これでろう付けプロセスを進める正しい温度に達したことがわかります。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分間加熱してから、ロッドにはんだペーストを塗布する必要があります。

建設現場でどう行うか疑問に思うかもしれませんが、これは通常配管パイプの接続方法です。配管パイプには、銅ろう付けとはんだ付けの2つの一般的な方法があります。

フラックスは、はんだが自由に流れるのを助け、成功するろう付けプロセスのために両面に塗布する必要があります。ロッドを無理に押し込まずに所定位置に押し込みます。無理に押し込むと熱浴が混ざり、2つの銅片間の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。望ましくないのは carburizing flame（炭化性炎）です。これは3色で容易に識別でき、パイプに過剰な炭化をもたらし、不要で継手を損なう可能性があります。

2つ目は oxidizing flame（酸化性炎）で、これも望ましくありません。名前の通り、ワークピースを酸化させます。3つ目が neutral flame（中性炎）です。中性炎が求められる炎で、炭化も酸化もせず、酸素とアセチレンの完璧な混合比で、通常は透明な青色です。

プロジェクト用ツール/材料

ツールと充填材料の種類は、はんだ付け継手とろう付け継手で異なるため、両方を一緒に説明します。

飲料水配管のはんだ付けでは、95/5と呼ばれるこのタイプのはんだが使用されます。このはんだはろう付けでは使用できないため、充填材料が必要です。市場には多くの種類の充填材料があり、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、接合される材料の種類に応じたろう付けロッドの種類を示す非常に明確なチャートを提供しています。このデモンストレーションでは、銅80%、銀15%、リン5%を含むStay-silv 15を使用します。リンを含むロッドは自己フラックス性があり、パイプにフラックスを塗布する必要がありません。

銀はんだはより高温で溶けるため、通常のはんだ付け継手より多くの熱が必要です。

小径パイプのろう付けは小型プロパントーチで可能ですが、1インチ以上の大径パイプにはより多くの熱が必要なため、酸素/アセチレンシステムと適切なトーチの使用が推奨されます。銀はんだが通常のはんだより高温で溶けるためです。酸素/アセチレンは3,500℃（6,330°F）で燃焼し、プロパノンは約1,995℃（3,620°F）で燃焼します。

最後にトーチです。はんだ付けでは、ガスが1種類しか不要なため、このようなトーチが使用されます。また、プロパントーチは酸素/アセチレントーチほどの熱量を出しません。

ハリス（リンカーン・エレクトリック社）の酸素/アセチレン ポータトーチキットを使用します。これはこのような軽作業のろう付けに最適です。キャリングトートに入っており、酸素用とアセチレン用の2本のタンク、各ガス用の2つのレギュレーター、そしてトーチ本体があります。

キットに付属のトーチチップにも注目してください。このようなシンプルな空気/アセチレン セットアップも使用できますが、かなり長く、酸素/アセチレンキットのようなきれいな継手は得られません。しかし、より経済的で狭い場所での持ち運びが軽いため、自分に最適なものを使用してください。

もう1つ検討すべきことは、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（逆火防止装置）が付いていることを確認することです。最新のトーチには内蔵されています。過去には別売りで、ホースに取り付ける必要がありました。キットに装備されていることを確認してください。これらは炎がタンク内に入るのを防ぎます。

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