真鍮溶接：接合成功のためのテクニックとパラメーター

1.黄銅の溶接性

銅と亜鉛の合金である黄銅は、亜鉛の低沸点 (907℃)のため、溶接に独特の難題をもたらす。この特性は、プロセスおよび最終的な溶接品質に大きな影響を与えるため、黄銅溶接における主要な懸念事項である。

黄銅フィラー・ロッドを使用したアーク溶接 では、高温環境下で亜鉛の蒸発速度が最大40% に達することがある。この亜鉛の大幅な損失は、溶接継手に以下のよう な有害な影響を及ぼす：

1. 機械的特性の低下
2. 耐食性の低下
3. 応力腐食割れ（SCC）に対する感受性の増大

蒸発した亜鉛は空気中で急速に酸化し、酸化亜鉛 （ZnO）を形成して白煙となる。この現象は溶接作業を複雑にするだけでなく、溶接工に深刻な健康リスクをもたらすため、強固な換気システムと個人用保護具（PPE）が必要となる。

黄銅の溶接性が悪いと、いくつかの欠陥が生じる：

• 気孔率：ガスの封入によるもの
• ひび割れ：熱間クラックと冷間クラックの両方が発生する可能性がある。
• 亜鉛の蒸発：組成の変化につながる
• 酸化：表面品質と接合強度に影響

これらの問題を軽減するために、いくつかの戦略を採用することができる：

1. シリコン含有溶接ワイヤの使用：シリコンは溶融池表面に緻密な酸化皮膜を形成する：
   • 亜鉛の蒸発を抑制
   • 酸化を防ぐ
   • 水素の浸透を抑える
2. 溶接後の熱処理：470～560℃のアニール処理：
   • 残留応力の緩和
   • 遅延クラック（「自己クラック」とも呼ばれる）の防止
3. プロセス制御：
   • 低入熱技術（パルスMIG溶接など）を使用する。
   • アーク長を短くして熱の広がりを抑える
   • 熱への曝露を最小限に抑えるため、より速い走行速度を採用する。
4. フィラーメタルの選択：
   • ロスを補うため、亜鉛含有量のやや高いフィラーメタルを選択する。
   • 特定の用途には、シリコン青銅またはリン青銅フィラーを検討する。
5. シールドガスの最適化：
   • アークの安定性を高め、酸化を抑えるため、アルゴンベースの混合ガスを使用する。

これらの技術を導入し、溶接パラメーターを厳密 に管理することで、この合金特有の課題を最小限に 抑えながら、高品質の黄銅溶接を実現することが可 能になる。

2.黄銅の溶接方法

生産現場で黄銅によく使われる溶接法は、スティック・アーク溶接と アルゴンアーク溶接その主なプロセスは以下の通りである：

(1) スティックアーク溶接：黄銅 溶接棒 ECuSn-B(T227)、ECuAl-C(T237)などの青銅芯 線が使用される。ECu(T107)のような純銅芯線は、高い溶接条件を必要としない黄銅鋳物に使用できる。

電源は直流プラス接続とし、V字溝角度は60°～70°以下とする。

板厚が14mmを超える場合は、溶接前に溶接部表面を入念に洗浄し、水素ガスを発生させる油不純物をすべて除去する必要がある。

ショート アーク溶接 作業中は溶接棒を水平方向にも長手方向にも振 らさず、溶接部の直線に沿って移動させること。溶接棒は 溶接速度 0.2～0.3m/分以上の速さが必要である。

多層溶接の場合は、層間の酸化皮膜やスラグを除去する必要がある。黄銅の銅液は流動性が高いので、溶融池は水平にする。溶融池を傾けなければならない場合は、傾斜角度を15°以下にする。

(2) アルゴンアーク溶接：錫黄銅溶接ワイヤ HSCuZ-1 (HS221)、鉄黄銅溶接ワイヤ HSCuZn-2 (HS222)、珪素黄銅溶接ワイヤ HSCuZn-4 (HS224) は、手動タングステン・アルゴン・アーク溶接に使用される。

これらの溶接ワイヤ は亜鉛含有量が高く、溶接中に大きな煙が出る。HSCuSi（HS211）やHSCuSn（HS212）などの青銅溶接ワイヤも使用できる。

黄銅の手動タングステン・アルゴン・アーク溶接の溶接パラメータを表に示す。

亜鉛の蒸発によってアルゴンガスの保護効果が失われるため、黄銅を溶接する場合は、ノズルの口径とアルゴンガスの流量を大きく選ぶ必要がある。

一般に、溶接前の予熱は必要ない。ただし、板厚が 10mmを超える継手や、溶接端部の板厚差が大きい継 手は例外で、この場合は溶接端部の板厚の厚い 部分のみを予熱する必要がある。

電源は直流正接続または交流が使用できる。溶接にAC電源を使用する場合、亜鉛の蒸発量は比較的少ない。

溶接電流を大きくし、溶接速度を速くする。 溶接パラメータ.

溶接電流260-300A、タングステン電極直径5mm、溶接ワイヤ直径3.5-4.0mm、ノズル開口部14-16mm、アルゴンガス流量20-25L/min。

亜鉛の蒸発を抑えるため、フィリングワイヤは作業中、被加工物と「短絡」させることができ、アークはできるだけフィリングワイヤ上で開始・維持され、母材との直接的なアーク接触は避けられる。母材は主に溶融プールメタルの熱伝達によって加熱・溶融される。

溶接の際は、できるだけ単層溶接を行うこと。板厚が5mm未満の継手は、1パスで溶接するのが最善である。

溶接後、溶接応力を除去し、使用中に黄銅部品が割れるのを防ぐために、溶接部を300～400℃に加熱してアニールする必要がある。

3. 真鍮のティグ溶接

1.黄銅の溶接性

黄銅は銅と亜鉛の合金である。亜鉛の沸点は907℃と低いため、溶接工程で蒸発しやすく、黄銅の溶接には大きな課題がある。

溶接の高温下では、スティック・アーク溶接中に最大40%の亜鉛が蒸発する可能性がある。

亜鉛の大幅な蒸発は、溶接継手の機械的特性と耐食性を低下させ、応力腐食に対する感受性も高める。

蒸発した亜鉛は直ちに空気中で酸化亜鉛に酸化され、作業を複雑にし、溶接工の健康に影響を及ぼす白煙となる。

そのため、黄銅を溶接する場所では、換気などの保護対策を強化することが不可欠です。黄銅の溶接性の悪さは、溶接中の気孔、割れ、亜鉛の蒸発・酸化などの問題につながる。

シリコンは溶融池の表面に緻密なシリカ層を形成し、亜鉛の蒸発と酸化を抑制し、水素の侵入を防ぐからである。

溶接後、470～560℃の焼鈍処理を施すことで、応力を緩和し、「自己亀裂」を防止することができる。

2.真鍮の溶接方法

生産現場での一般的な黄銅の溶接方法には、スティック・アーク溶接とアルゴン・アーク溶接がある。これらの工程の要点は以下の通りである：

(1) スティック・アーク溶接

使用される電極は、ECuSn-B (T227)、ECuAl-C (T237)などの青銅芯電極である。高品質の溶接を必要としない黄銅鋳物には、ECu (T107)のような純銅芯金電極を使用することができる。

電源は直流を使用し、電極はプラス端子に接続し、V字溝の角度は60°～70°以下とする。

14mmを超える厚板の場合、溶接前に溶接部表面を入念にクリーニングし、水素ガスを発生させる油不純物をすべて除去する必要がある。

作業中は、ショート・アーク溶接を使用し、電極を左右や前後に動かさず、溶接部に沿って直線的にのみ動かすべきである。

溶接速度は速く、0.2～0.3m/分以上でなければならない。多層溶接の場合、層間の酸化皮膜とスラグを十分に洗浄する必要がある。

黄銅は流動性が高いため、溶接プールは水平が 理想的である。プールを傾ける必要がある場合は、角度が15°を超えないようにする。

(2) アルゴン・アーク溶接

手動タングステン電極アルゴンアーク溶接では、錫-黄銅HSCuZ-1 (HS221)、鉄-黄銅HSCuZn-2 (HS222)、ケイ素-黄銅HSCuZn-4 (HS224)の溶接ワイヤが使用される。

これらのワイヤには亜鉛が多量に含まれているため、溶接中に多量の煙が発生する。青銅溶接ワイヤ HSCuSi (HS211), HSCuSn (HS212) も使用できる。

黄銅の手動タングステン電極アルゴン・アーク溶接の溶接パラメータを表に示す。

亜鉛の蒸発はアルゴン・ガスの保護効果を破壊するので、黄銅を溶接する場合はノズル径とアルゴン・ガス流量を大きくする必要がある。

予熱は通常必要ない。 溶接継手 厚さが10mmを超える継手や、端部の厚さが大きく異なる継手。後者の場合、ワークピースの厚い方のエッジだけを予熱する必要があります。

電極をプラス端子に接続した直流、または交流が電源として使用できる。交流で溶接すると、亜鉛の蒸発量が少なくなる。

溶接パラメーターは、より大きな溶接電流とより速い溶接速度を採用すべきである。

溶接電流260-300A、タングステン電極径5mm、ワイヤ径3.5-4.0mm、ノズル径14-16mm、アルゴンガス流量20-25L/min。

亜鉛の蒸発を抑えるため、作業中にフィラー・ワ イヤーを被加工材と「短絡」させ、フィラー・ワ イヤーのアークを開始・維持することで、アークが 直接母材に影響を与えないようにすることができる （母材は主に溶接プールの金属から伝わる熱で加熱・溶融 される）。溶接に際しては、できるだけ単層溶接を行 い、厚さ5mm未満の継手は一度に溶接するのが 理想的である。

溶接後、溶接応力を除去し、使用中に黄銅部品が割れるのを防ぐために、ワークを300～400℃に加熱してアニールする必要がある。