炭素鋼および低合金鋼のろう付け：解説

  1.ろう材

   (1) フィラーメタル

 炭素鋼および低合金鋼のろう付けには、軟ろう付けと硬ろう付けがある。軟ろう付けに最も一般的に使用されるろう材は錫鉛はんだで、錫含有量が増加するにつれて鋼の濡れ性が向上する。

従って、封止接合には高錫はんだを使用すべきである。錫-鉛はんだ中の錫はFeSnを形成する可能性がある。₂ 鋼との界面に金属間化合物層を形成する。この化合物層の形成を避けるために ろう付け 温度と保持時間は適切に管理されるべきである。

について 炭素鋼の剪断強度 いくつかの代表的な錫-鉛はんだでろう付けされた接合部を表1に示す。

なかでも、50% w(Sn)をろう付けした場合の接合強度が最も高く、アンチモンを含まないはんだをろう付けした場合の接合強度がアンチモンを含む場合の接合強度よりも高い。

表1 スズ-鉛はんだでろう付けした炭素鋼継手のせん断強度

炭素鋼と低炭素鋼の場合 合金鋼 は、主に純銅、銅-亜鉛、銀-銅-亜鉛ろうが使用される。純銅は融点が高く、ろう付け時に酸化しやすい。主にガスシールドロウ付けや真空ロウ付けに用いられる。

しかし、銅の流動性の良さが接合部のクリアランスを埋めることを妨げることによる問題を避けるため、ろう付けの接合部のクリアランスは0.05mm以下にする必要があることに留意すべきである。

純銅でろう付けされた炭素鋼や低合金鋼の継手は強度が高く、せん断強度は一般に150～215MPa、引張強度は170～340MPaです。

純銅に比べ、銅-亜鉛ろう材はZnの添加により融点が低い。ろう付け中のZnの蒸発を防ぐため、銅-亜鉛ろう材に少量のSiを添加することができる。

加えて、炎ろう付け、誘導ろう付け、浸漬ろう付けなどの急速加熱法を用いなければならない。銅-亜鉛ろう材でろう付けされた炭素鋼や低合金鋼の継手は、強度と延性が良好である。例えば、B-Cu62Znろう材でろう付けされた炭素鋼継手の引張強さは420MPa、せん断強さは290MPaである。

銀-銅-亜鉛系ろう材は、銅-亜鉛系ろう材に比べて融点が低く、スポットろう付けに使いやすい。このタイプのろう材は、炭素鋼や低合金鋼の炎ろう付け、誘導ろう付け、炉ろう付けに適している。

ただし、銀-銅-亜鉛系ろう材を炉中ろう付けに使用する場合は、亜鉛含有量を最小限に抑え、加熱速度を上げる必要がある。

炭素鋼や低合金鋼を銀-銅-亜鉛系ろう材でろう付けすると、良好な強度と延性を持つ接合部が得られる。具体的なデータを表2に示す。

表2：銀-銅-亜鉛系ろう材でろう付けした低炭素鋼継手の強度。

(2) ろう付け剤

炭素鋼や低合金鋼をろう付けする場合、ろう材またはシールド・ガスが必要となる。ろう付け剤の選択は、選択されたろう材およびろう付け方法によって異なる。

錫-鉛系ろう材を使用する場合、ろう材として塩化亜鉛と塩化アンモニウムの混合ろう材、またはその他の専用ろう材を使用することができる。一般にこの種のろう材の残渣は腐食性が強いので、ろう付け後は接合部を十分に洗浄する必要がある。

銅-亜鉛系ろう材を硬ろう付けに使用する場合は、ホウ砂またはホウ砂とホウ酸の混合物であるFB301またはFB302ろう材を使用する。火炎ろう付けでは、ホウ酸メチルとギ酸の混合物をろう材として使用することもでき、B2O3蒸気が接合部の脱酸の役割を果たす。

銀-銅-亜鉛系ろう材を使用する場合は、ホウ砂、ホウ酸、特定のフッ化物の混合物であるFB102、FB103、FB104ろう材を選択することができる。この種のろう材の残渣は腐食性があるので、ろう付け後は十分に除去する必要がある。

2.ろう付け技術

炭素鋼および低合金鋼のろう付けには、一般的なさまざまなろう付け方法が使用できる。火炎ろう付けでは、中性またはわずかに還元性の火炎を使用することが望ましい。

ろう材やろう剤の直接加熱は避けるべきである。誘導ろう付けや浸漬ろう付けのような急速加熱法は、ろう付けに非常に適している。 焼き入れと焼き戻し スチール

また、母材の軟化を防ぐため、ろう付けには焼入れまたは焼戻しより低い温度を選択することが望ましい。低合金高強度鋼を保護雰囲気中でろう付けする場合、高いガス純度が要求されるだけでなく、母材表面へのろう材の濡れ広がりを確保するためにガスフラックスを使用しなければならない。

ろう剤の残留物は化学的または機械的に除去することができる。有機ろうの残留物は、ガソリン、アルコール、アセトンなどの有機溶剤で拭き取るか、洗浄することができる。塩化亜鉛や塩化アンモニウムなどの腐食性ろう材の残留物は、NaOH水溶液で中和した後、温水と冷水で洗浄する。

ホウ酸やホウ砂ろうの残留物を除去するのは難しく、機械的な方法か、上昇する水に長時間浸すことでしか解決できない。