ろう付けは、炎のトーチで金属部品を溶かして接合する金属接合プロセスとして人々に親しまれている。このプロセスは特にトーチろう付けと呼ばれ、ろう付けに利用される多くの方法のひとつである。それ以外にも、誘導ろう付け、抵抗ろう付け、浸漬ろう付け、炉ろう付け、赤外線ろう付けなど、それぞれ異なる熱源を使用する複数のろう付けがある。この記事では、主なろう付けの種類と、各技術が工業レベルで採用される規模について説明する。すべてのろう付け方法に精通するために、ぜひご一読ください。

ろう付けとは？

ろう付けは金属接合プロセスであり、接合された金属ワークピースの接合面（接触面）に溶融した金属フィラーが充填される。このプロセスでは、母材は溶融しない。フィラーだけが溶けて接合部を強化する。ろう付け接合部の接合強度は溶接のそれに劣るかもしれないが、ろう付けには溶接を上回るいくつかの重要な利点がある。例えば、溶接できない異種金属や薄肉部品の接合も可能である。ろう付けはさまざまな産業で応用されている。自動車産業ではチューブやパイプの接合に、電気機器産業ではワイヤーの接合に、また宝飾品の製造にも用いられている。

ろう付けの6つの主な種類

ろう付けのプロセスは、ろう付けプロセスまたはタイプ と呼ばれる様々な方法によって達成される。ろう付けには、ろう材を加熱するために採用される加熱源に基づき、6つの主要なタイプがある[1, 2]。

1.トーチろう付け：信頼できる熟練した金属接合法

トーチろう付けは、最もよく使われるろう付けの一種である。このろう付けプロセスでは、火炎トーチを介してフラックスが2つの接合面に塗布される。トーチは酸化を防ぐために還元炎を帯びている。この炎は通常アセチレンまたはプロピレンを燃料とし、充填材はワイヤーまたはロッドの形をしている。トーチろう付けは通常手作業で行われるため、炎の設定や手持ちトーチの操作に訓練を受けた作業員が必要となる。この方法は、望ましい結果を得るために高度な制御が必要な補修作業に適している。また、ほとんどの作業が手作業で行われる生産現場でも活用できる。

2.炉内ろう付け：中量産および大量生産のための多用途で効率的な方法

炉ろう付けは、商業炉を使用して熱を供給する方法である。ヒートリザーバーを使用するため、この方法は中規模および大規模生産のニーズに適している。中規模生産の場合、工程はまず、部品とろう材を少量ずつ炉に投入することから始まる。次に、炉を必要なろう付け温度まで加熱する。加熱プロセスが完了すると、部品は冷却され、炉から取り出される。高生産工程ではフロースルー炉が使用され、部品はコンベヤに載せられて様々な加熱・冷却セクションを通過します。炉のろう付けでは温度と雰囲気の制御が重要で、雰囲気は中性または還元性の環境が要求されます。真空炉を使用する場合もあります。

3.誘導ろう付け：低生産から高生産までの急速加熱法

誘導ろう付けは、電気抵抗による発熱を原理としている。このろう付け法では、ろう材を充填した部品を高周波交流の誘導コイルの中に入れる。注意すべき点は、部品アッセンブリを中に入れるだけという点である。コイルとの物理的な接続はない。誘導ろう付けに使用される交流周波数は、5 kHz～5 MHzの範囲である。高い周波数はまず表面を加熱し、低い周波数はワークピースに深く熱を浸透させる。誘導ろう付けは通常、低生産量から高生産量の要求に対応するために利用される。さらに、金属部品の高品質なろう付け接合部を製造するための迅速な加熱方法を提供する。

4.抵抗ろう付け：小型部品の直接加熱法

抵抗ろう付けは、金属ワークピースに電流を流し、その抵抗から熱を得る方法である。このプロセスでは、部品とその間のろう材を電極で挟みます。その後、電極に高圧と電流を流す。抵抗ろう付け法は、誘導ろう付けと同じ原理である。ただし、1つ異なる点がある。この場合、金属片は電気ループの内側に置かれるのではなく、電気ループの一部となる。興味深いことに、このプロセスで使用される機器は抵抗溶接で使用されるものと似ている。しかし、ろう付け装置の消費電力は溶接よりもはるかに少ない。誘導ろう付けも抵抗ろう付けもサイクルが速いため、小規模の生産設備に有用である。

5.ディップろう付け：複数部品の高速加熱法

浸漬ろう付けは、加熱に溶融金属浴または溶融塩浴を使用するプロセスである。プロセス名が示すように、組み立てられた部品は加熱された浴槽に浸漬され、部品を取り出したときに凝固する。ソルト・バス法では、溶融混合物、フラックス成分、溶加材をあらかじめ組立部品に入れておく。金属浴中では、溶融した金属フィラーが加熱媒体として働き、浸漬プロセス中に毛細管現象によって接合部に引き込まれる。先の2つの方法と同様、浸漬ろう付けもサイクルが早い。しかし、1つの部品に複数の接合部をろう付けしたり、複数の部品を一度にろう付けしたりできる利点がある。

6.赤外線ろう付け：薄肉部をろう付けする最新の方法

赤外線では、ろう付けのための熱は高輝度赤外線ランプを通して供給される。これらのランプは約5,000Wの熱を発生させることができ、金属部品に投げつけると、部品が溶けてろう付けされる。このプロセスには時間がかかり、先に説明したろう付け方法に比べて時間がかかる。そのため、使用例は薄い金属部分の接合やろう付けに限られる。

結論

ろう付けには大きく分けて6つの種類があり、それぞれに異なる加熱源と利点がある。トーチろう付けは信頼性が高く、熟練を要する方法で、修理作業によく用いられる。炉を使用する炉ろう付けは、中・大量生産の用途に適している。電気抵抗熱を使用する誘導ろう付けおよび抵抗ろう付けは、小型部品に最適な急速加熱方法である。浸漬ろう付けは複数の接合部を短時間でろう付けする方法であり、赤外線ろう付けは赤外線を利用した薄い接合部に限られる。つまり、6つのろう付け方法にはそれぞれ特有の使用例があり、どの方法を選択するかは、用途、生産規模、希望する結果によって決まる。

参考文献

[1] M. P. Groover,Fundamentals of Modern Manufacturing：Processes and Systems,5thed.Wiley.[2] 米国溶接協会。ろう付けおよびはんだ付けに関する委員会,ろう付けマニュアル,第3版.Miami：アメリカ溶接協会, 1976, pp.ix, 309 p.