真空アルミニウムろう付け入門

溶接

溶接は、金属同士を接合することをもう少し進めたものである。溶接では、溶加金属を加熱するだけでなく、接合する両方の金属片を加熱し、2つの金属が融合するようにする。自動車整備工場で溶接機が活躍しているのを見たことがあるかもしれない。自動車事故によって金属片が変形し、それを取り外して交換する必要がある場合、車体整備工場の技術者はアセチレン・トーチを使って損傷した部品を切断し、元の部品に合わせて切断して溶接した新しい部品と交換することがある。

2つの金属を溶接すると、接合部の両方の金属が融合し、強固な結合が生まれる。2つの異なる部品の結晶構造が混ざり合い、あたかもそれらが常に同じ構造の一部であったかのように振る舞うことができる。最適な溶接条件は、溶接される2つの部品が同 じような元の結晶構造を持つことであり、これは通常、 同じか、かなり類似した金属合金から作られているこ とを意味する。

警告 溶接の火花を直視しないでください。溶接部の温度は華氏6,000度を超え、火花は太陽よりも明るいことがある！

ろう材は素材と同様の性質を持つが、合金化され ているため、ろう材の融点はわずかに低い。原料の構造を変えることなくろう材を確実に溶融させるため、ろう付けプロセスでは、より高度な熱均一性とプロセス制御が要求される。これらの制御を行うことで、ろう材は予測通りに作用し、毛細管現象を利用して継ぎ目や空隙を均一に充填し、強固で気密性の高い接合を実現することができる。

ろう付けは、一般的に大きな追加加工を必要としない、きれいで魅力的な接合部を残す傾向がある。部品がろう付けされると、ろう材のみが液状化するまで加熱されるため、部品本来の金属品質を回復するためのさらなる熱処理は必要ありません。

ろう付けされた部品は、接合部に湾曲したメニスカスを持ち、それはしばしば浴槽の周囲にコーキング剤を塗った新しいビードを思わせる外観を持つ。このメニスカスは部品に安定性を与え、応力集中を減らし、接合部の疲労特性を向上させます。

なぜアルミニウムろう付けなのか？

銅、銀、真鍮、ニッケル合金など、さまざまな金属をろう付け部品に使用することができますが、アルミニウムは軽量でありながら強度があり、他のさまざまな金属合金と接合することができます。

密閉液体システムで液体から周囲の空気に熱を伝達する必要がある場合、アルミニウムろう付け部品を見かけることがあります。例えば、自動車のラジエーター、インタークーラー、エアコン、エバポレーターなどです。表面積が大きく、厳密な経路に沿って前後に曲がりくねったパイプの複雑な形状は、部品の屈曲部や谷部全体にわたって完全なシールを確保するために真空アルミろう付けを使用するのに理想的な状況です。

真空アルミニウムろう付けは、航空宇宙部品、医療機器、その他の高精度部品など、清浄度が要求される部品にとっても魅力的です。部品の洗浄はろう付け工程の前に必要なステップであるため、大気開放工程では、酸化物のないクリーンな完成品が得られる可能性が高い。

真空アルミニウムろう付け専用炉を購入する理由

真空アルミろう付けは、技術的には金属ホットゾーンを持つ実質的にどのような真空炉でも行うことができますが、推奨されません。Ipsen の VAB 炉のような真空アルミニウムろう付け専用炉は、標準的な真空炉にはない特徴を持っています。

Ipsen のほとんどの真空炉は、1,000 °F ～ 2,400 °F (540 °C ～ 1320 °C)の温度での運転に最適化されていますが、VAB 炉は、ほとんどのアルミニウム充填材の液相状態が発生する 600 °F ～ 1,200 °F (320 °C ～ 650 °C)での運転に重点を置いています。

さらに熱電対制御を追加することで、チャンバー全体の温度が、前後および上下で50 °F (10 °C)の変動幅を確実に維持します。航空宇宙や航空産業などの厳しい基準を満たすためには、低温でのこのような高い精度が必要です。

真空炉でアルミニウムをろう付けする際、作業者が対処しなければならない最大の問題のひとつが酸化マグネシウムの蓄積である。マグネシウムはアルミニウムろう材への添加剤として使用され、フラックスと同様の働きをします。マグネシウムを含むアルミニウム合金は、純アルミニウムや他の一般的な合金よりも融点が低い。その後、ろう材が加熱されると、放出されたマグネシウムが気化し、真空炉内に残っている酸素原子を探し出し、接合部から遠ざけます。マグネシウムはまた、アルミニウムの表面に存在する酸化アルミニウムを攻撃し、残りのろう材が部品に均一に付着するようにします。

このような化学反応は炉が1,060 °F (570 °C)に達して通過する際に発生し、「マグバースト」と呼ばれるアウトガスの急増を引き起こします。このアウトガスの急増に対応するための最適な炉の設計には、真空度を10℃に維持できる堅牢なポンプシステムが必要です。^-4 から10^-5 トル。真空炉が新しいガスを送り出し続けると、その過程でホットゾーンの壁にアウトガスの残留物が残ることがある。

酸化マグネシウムの残渣の取り扱いは厄介で、残渣は道路照明灯と同様の化学構造を持つためです。アルミろう付けを行う真空炉のメンテナンス時間の大半は、この酸化マグネシウムの付着物の除去に費やされます。チャンバー壁やホットゾーンシールドの削り取りは、高速で燃焼する酸化物に引火する火花の発生を避けるため、非鉄の削り材で行う必要があります。酸化マグネシウムの堆積が重く、掻き落とすのが困難な場合は、エアバーンアウトサイクルを使用して、酸化マグネシウムの大きなクラスターをばらばらにする必要がある。残渣の大部分が除去された後、通常の真空バーンアウトを行い、将来のろう付け生産に備えて炉のコンディションを整える必要があります。拡散ポンプもメーカーの仕様に従って定期的に洗浄する必要がある。

現在、Ipsen はマグネシウムコレクタープレートを含む VAB 炉を生産しています。この設計革新により、お客様はメンテナンスのダウンタイムを削減し、炉の給電スルーや熱電対の給電スルーのような、清掃が困難なエリアでのマグネシウムの蓄積を防ぐことができます。

アルミニウムのろう付けプロセスで起こる化学反応には、以下のようなものがある：
Mg + H2O → MgO + H2
Mg + O2 → 2 MgO
Mg + Al2O3 → MgO + Al
Mg + N2 → Mg3N2