銅溶接のマスターガイド:エキスパート技術と実践ノウハウ
銅溶接の基本
銅溶接自体は難しくないが、熱伝導率が鋼の約2倍のため、同板厚なら約2倍の熱量必要。チップサイズを鋼用より1-2番大きくし、厚肉大型部材は予熱併用で気孔低減。弱酸化炎で溶接時、酸化膜が溶融金属保護。フラックス使用時は中性炎。ガス溶接では無酸素銅(脱酸銅ロッド)使用、ロッド成分は母材合わせが鉄則。
銅の特性
軟らかく非鉄金属、加工容易。電気・熱伝導率トップクラスで電気・配管用途に多用。延性・展性高く、黄銅、青銅、ニッケル銅等300種以上の合金基材。純銅は切削性悪いため、少量添加元素で切削性・脱酸・耐食・機械的特性・熱処理応答性を改良。
銅溶接の代表3工法
1. GMAW(MIG溶接)
SMAWシステム準拠だが、短冊電極でなく連続ワイヤ自動送給。シールドガス流量調整機能付。銅溶接にはERCu電極、またはAufhauser脱酸銅(純度98.5%)推奨。板厚6mmまでAr、超ならHe/Ar混合。狭幅ウィービング/ストリンガービードでスプレーアーク移行施工。
2. GTAW(TIG溶接)
非消耗電極でアーク発生、別途フィラーワイヤ供給(無フィラーも可)。Ar/Heシールドで溶融池保護。16mm厚まで対応。フィラーは母材同成分推奨。1.6mmまでAr、超ならHe/Ar混合。He/Ar=75/25でHeの深溶け込みとArのアーク安定を両立。フォアハンド溶接、狭幅ウィービング/ストリンガー推奨。
3. MMAW(手溶接/スティック)
銅/銅合金の修理・メンテナンス主体。ECuSn-C電極、DC+、ストリンガービード推奨。異種金属接合、薄板微小補修、アクセス制限継手に有効。
銅溶接 11の重要ステップ
- 安全確保:銅は高導電率、感電リスク大。防護具+防毒マスク+眼部保護必須。可燃物排除、清潔作業場。
- 表面処理:油/グリース/塗料/汚れ/異物完全除去。混入で割れ/有害元素(S/P/Pb)混入原因。青銅ワイヤブラシ+洗浄剤で脱脂、各パス後酸化皮膜除去。
- 予熱:高熱伝導対策。板厚0.25mm超で必須。全区間均一予熱。厚肉ほど高温(50〜400℃)必要。銅合金は熱拡散率低く予熱不要可。熱集中局所化で延性低下域最小化。層間温度維持で割れ防止。
- 継手設計:隙間0.04-0.20mm最適。重ね長さは最薄板厚の3倍以上。最小材料で所要強度確保。
- 炎調整:中性炎(アセチレン/酸素同流量)が基本。白色内部コーン明確、ヘイズなし。
- フラックス除去:ワイヤブラシ+蒸気、または熱湯洗浄、熱苛性ソーダ浸漬。残留は継手弱化・破壊原因。
フィラー材料選定の極意
接合強度、耐食性、使用温度、コストで決定。脱酸剤としてSi、Mn含有材料が最適(GMAW/GTAW/MMAW共通)。最推奨:ERCu(Sn含有で流動性良好)、ERCuSi-A(P脱酸銅/タフピッチ銅対応、Si+Mn脱酸)。
銅はんだ付け
軟ろう(Sn-Pb等、融点低)は家庭修理・配管継手に普及。安価なはんだごて/ブロートーチ+フラックスで可。硬ろう(Ag含有、銀ろう)は高温で高強度。真のブレージングはさらに高温。
銅ブレージング
はんだ付け類似だが高温施工、毛細管現象利用で隙間充填。母材融点未満厳守。配管工事標準、異種金属・異厚板接合にも対応。
製造プロセス
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