ろう付け

ろう付けは、 2 つ以上の金属部品を、接合する金属よりも融点の低いフィラー金属を 溶かして接合部に流し込むことで接合する金属接合プロセスです。

ろう付けは、ワークピースを溶かさないことで溶接と異なります。ろう付けは、はんだ付けよりも高温で、より密着した部品を使用する点で異なります。ろう付けプロセスでは、毛細管現象によってフィラー金属が密着した部品の隙間に流れ込みます。フィラー金属は、適切な雰囲気（通常はフラックス）で保護された状態で、融点（液相線）よりわずかに高い温度に加熱されます。次に、フィラー金属がベース金属上を流れ（濡れと呼ばれるプロセス）、冷却されてワークピースが接合されます。^[1]ろう付けの主な利点は、同じ金属または異なる金属をかなりの強度で接合できることです。

ろう付けは、溶接などの他の金属接合技術に比べて多くの利点があります。ろう付けは接合部の母材を溶かさないため、公差をより厳密に制御でき、二次仕上げを必要とせずにきれいな接合部が得られます。さらに、異種金属や非金属（金属化セラミックなど）をろう付けすることができます。^[2]一般に、ろう付けはろう付けされた部品が均一に加熱されるため、溶接よりも熱変形が少なくなります。複雑で複数の部品からなるアセンブリを低コストでろう付けできます。溶接された接合部は、きれいな接合部が得られるため、高価な二次作業である研磨が必要になる場合があります。もう 1 つの利点は、ろう付けを保護目的でコーティングまたはクラッドできることです。最後に、ろう付けは大量生産に簡単に適応でき、個々のプロセス パラメータが変動の影響を受けにくいため、自動化も簡単です。^{[3] [4]}

主な欠点の 1 つは、溶接接合部に比べて接合強度が低いことです。これは、より柔らかいフィラー メタルが使用されるためです。^[1]ろう付け接合部の強度は、母材よりは低くなりますが、フィラー メタルよりは高くなります。^[5]もう 1 つの欠点は、ろう付け接合部が高温下で損傷を受ける可能性があることです。^[1]ろう付け接合部は、工業環境で行う場合、母材を高度に清浄にする必要があります。一部のろう付けアプリケーションでは、清浄度を制御するために適切なフラックス剤を使用する必要があります。接合部の色は母材の色と異なることが多く、美観上の欠点となります。

高品質のろう付け接合部には、部品が極めて清潔で酸化物のない母材表面に密着している必要があります。ほとんどの場合、毛細管現象と接合強度を最適にするには、接合部のクリアランスを 0.03 ～ 0.08 mm (0.0012 ～ 0.0031 インチ) にすることが推奨されます。^[6]ただし、ろう付け作業によっては、接合部のクリアランスが 0.6 mm (0.024 インチ) 程度になることも珍しくありません。ろう付け面の清潔さも重要です。汚染があると濡れ性 (流れ) が悪くなる可能性があるためです。ろう付け前の部品洗浄には、主に化学洗浄と研磨または機械洗浄の 2 つの方法があります。機械洗浄の場合は、表面粗さを適切に維持することが重要です。同じ形状の滑らかな表面よりも粗い表面の方が濡れ性がはるかに高くなるためです。^[6]

もう 1 つの考慮事項は、ろう付け接合部の品質に対する温度と時間の影響です。ろう付け合金の温度が上昇すると、フィラー金属の合金化と濡れの作用も増加します。一般に、ろう付け温度はフィラー金属の融点よりも高くする必要があります。ただし、接合部設計者による温度選択にはいくつかの要因が影響します。最適な温度は通常、次の条件で選択されます。

• ろう付け温度を最小限に抑える
• アセンブリへの熱の影響を最小限に抑える
• フィラーメタルとベースメタルの相互作用を最小限に抑える
• 使用する固定具や治具の寿命を最大限に延ばす^[6]

場合によっては、作業者は設計上の他の要因に対応するために（異なるフィラー金属の使用を可能にするため、冶金効果を制御するため、または表面汚染を十分に除去するためなど）、より高い温度を選択することがあります。ろう付け接合部に対する時間の影響は、主にこれらの影響がどの程度現れるかに影響します。ただし、一般的に、ほとんどの製造プロセスは、ろう付け時間と関連コストを最小限に抑えるように選択されます。ただし、非製造環境では、時間とコストは他の接合特性（強度、外観など）よりも重要ではないため、常にそうであるとは限りません。

ろう付け作業には、さまざまな加熱方法があります。加熱方法を選択する際に最も重要な要素は、接合部全体に効率的に熱を伝達し、使用する個々のベース金属の熱容量内で行うことです。ろう付け接合部の形状も、必要な生産速度と量と同様に、考慮すべき重要な要素です。ろう付け方法を分類する最も簡単な方法は、加熱方法別にグループ化することです。最も一般的な方法は次のとおりです。^{[1] [8]}

• トーチろう付け
• 炉内ろう付け
• 誘導ろう付け
• ディップろう付け
• 抵抗ろう付け
• 赤外線ろう付け
• ブランケットろう付け
• 電子ビームとレーザーろう付け
• ろう付け溶接

これらの加熱方法は、局所加熱と拡散加熱の2つの技術に分類され、それぞれの用途に応じた利点があります。^[9]

トーチろう付けは、現在使用されている機械ろう付けの中で、最も一般的に使用されている方法です。少量生産や特殊な作業に最適で、国によってはろう付けの大部分を占めています。使用されているトーチろう付けには、^[10]手動、機械、自動トーチろう付けの3つの主要なカテゴリがあります。

手動トーチろう付けは、ろう付けする接合部の上または近くに置かれたガス炎を使用して熱を加える手順です。操作が完全に手動であるか、ある程度自動化されているかに応じて、トーチは手で持つことも、固定位置に保持することもできます。手動ろう付けは、少量生産の場合、または部品のサイズや構成により他のろう付け方法が不可能なアプリケーションで最も一般的に使用されます。^[10]主な欠点は、この方法に関連する人件費が高いことと、高品質のろう付け接合部を得るためにオペレーターのスキルが必要であることです。酸化を防ぐために、フラックスまたは自己融着材料を使用する必要があります。銅のトーチろう付けは、酸素やその他の可燃性ガスではなく、酸素と水素ガスを使用したトーチでろう付けする場合は、フラックスを使用せずに行うことができます。

機械トーチろう付けは、繰り返しろう付け作業を行う場合によく使用されます。この方法は、自動操作と手動操作の両方を組み合わせたもので、機械機構が実際のろう付けを行う間に、オペレーターがろう付け材料、フラックス、ジグ部品を配置することがよくあります。^[10]この方法の利点は、手動ろう付けの高い労力とスキル要件を軽減できることです。この方法では保護雰囲気がないためフラックスの使用も必要であり、小規模から中規模の生産量に最適です。

自動トーチろう付けは、機械への積み込みと積み下ろしを除いて、ろう付け作業における手作業をほぼ排除する方法です。この方法の主な利点は、生産率が高く、ろう付け品質が均一で、運用コストが削減されることです。使用される機器は、機械トーチろう付けに使用されるものと基本的に同じですが、主な違いは、部品の準備において機械がオペレーターに取って代わることです。^[10]

炉ろう付けは、大量生産に適応し、未熟練労働者を雇用できるため、工業用ろう付け作業で広く使用されている半自動プロセスです。炉ろう付けには、他の加熱方法に比べて多くの利点があり、大量生産に最適です。主な利点の 1 つは、簡単にジグ付けしたり、自己位置決めしたりできる小型部品を大量に製造できることです。^[11]このプロセスには、制御された熱サイクル (局所加熱で変形する可能性のある部品を使用できる) と、ろう付け後の洗浄が不要であるという利点もあります。一般的に使用される雰囲気には、部品を酸化から保護する不活性、還元、真空雰囲気があります。その他の利点には、大量生産で使用する場合の単価の低さ、厳密な温度制御、複数の接合部を一度にろう付けできることなどがあります。炉は通常、炉の種類と用途に応じて、電気、ガス、または油を使用して加熱されます。ただし、この方法の欠点には、資本設備コストの高さ、設計上の考慮事項の難しさ、および電力消費量の高さなどがあります。^[11]

ろう付け作業に使用される炉には、バッチ式、連続式、雰囲気制御レトルト式、真空式 の 4 つの主なタイプがあります。

バッチ式炉は初期設備コストが比較的低く、各部品負荷を個別に加熱できます。また、自由にオン/オフできるため、使用していないときの運用コストを削減できます。これらの炉は中規模から大規模の生産に適しており、ろう付けできる部品の種類に関して大きな柔軟性を提供します。[ ^11]部品の酸化と清浄度を制御するために、制御された雰囲気またはフラックスを使用できます。

連続式炉は、同じ大きさの部品を炉内に安定して流すのに最適です。^[11]これらの炉はコンベアで供給されることが多く、部品は制御された速度でホットゾーンを通過します。連続式炉では、制御された雰囲気または事前に塗布されたフラックスのいずれかを使用するのが一般的です。特に、これらの炉は手作業の必要性が非常に少ないという利点があり、大規模な生産操作に最適です。

レトルト型炉は、他のバッチ型炉とは異なり、「レトルト」と呼ばれる密閉されたライニングを使用します。レトルトは通常、ガスケットで密閉されるか、溶接されて閉じられ、目的の雰囲気で完全に満たされ、その後、従来の加熱要素によって外部から加熱されます。^[11]高温になるため、レトルトは通常、酸化に強い耐熱合金で作られています。レトルト炉は、バッチまたは半連続バージョンで使用されることがよくあります^{[疑わしい–議論]}。

真空炉は比較的経済的な酸化物防止法であり、雰囲気炉ではろう付けできない非常に安定した酸化物（アルミニウム、チタン、ジルコニウム）を含む材料のろう付けに最もよく使用されます。真空ろう付けは、雰囲気炉に適さない耐火材料やその他の特殊な合金の組み合わせにも頻繁に使用されます。フラックスや還元雰囲気がないため、真空中でろう付けする場合は部品の清浄度が非常に重要です。真空炉には、単壁ホットレトルト、二重壁ホットレトルト、コールドウォールレトルトの3つの主なタイプがあります。ろう付けの一般的な真空レベルは、1.3〜0.13^{パスカル（10 −2〜10 −3 Torr）から0.00013 Pa（10 −6} Torr）^以下の圧力まで^の 範囲です。^[11]真空炉は最も一般的にはバッチタイプで、中規模および大規模の生産量に適しています。

銀ろう付けは、ハードソルダリングとも呼ばれ、銀合金ベースのフィラーを使用したろう付けです。これらの銀合金は、さまざまな割合の銀と、銅、亜鉛、カドミウムなどの他の金属で構成されています。

ろう付けは、鋸刃などの工具に「硬質金属」（カーバイド、セラミック、サーメットなど）の先端を固定するために、工具業界で広く使用されています。「事前錫メッキ」もよく行われます。つまり、ろう付け合金を硬質金属の先端に溶かし、鋼の横に置いて再溶解します。事前錫メッキにより、硬質金属が濡れにくいという問題を回避できます。

ろう付けされた硬質金属接合部の厚さは、通常 2 ～ 7ミルです。ろう付け合金は材料を接合し、それらの膨張率の差を補います。また、硬い炭化物の先端と硬い鋼の間にクッションを提供し、衝撃を和らげ、先端の損失や損傷を防ぎます。これは、車両のサスペンションがタイヤや車両の損傷を防ぐのに役立ちます。最後に、ろう付け合金は他の 2 つの材料を接合して複合構造を作成します。これは、木材と接着剤の層が合板を作成するのとよく似ています。多くの業界におけるろう付け接合部の強度の標準は、接合部がどちらのベース材料よりも強く、応力がかかったときにベース材料のどちらかが接合部よりも先に破損することです。銀ろう付けは、特定の合金に欠陥を引き起こす可能性があります。たとえば、銅ニッケルの応力誘起粒界割れです。

銀ろう付けの特殊な方法は、ピンロウ付けまたはピンろう付け。これは、特にケーブルを線路に接続したり、陰極保護装置を設置したりするために開発されました。この方法では、銀とフラックスを含むろう付けピンを使用し、ケーブル ラグの穴で溶かします。この装置は通常、バッテリーで動作します。

ろう付け溶接は、フラックスを塗布した青銅または真鍮のフィラーロッドを使用して鋼のワークピースを接合する方法です。ろう付け溶接に必要な機器は、基本的にろう付けで使用する機器と同じです。ろう付け溶接は通常、ろう付けよりも多くの熱を必要とするため、アセチレンまたはメチルアセチレンプロパジエンガス( MAPP ガス) 燃料が一般的に使用されます。この名前は、毛細管現象が使用されないことに由来しています。

ろう付け溶接は、溶融溶接に比べて多くの利点があります。異種金属の接合が可能で、熱による歪みを最小限に抑え、長時間の予熱の必要性を減らすことができます。さらに、接合された金属はプロセス中に溶けないため、部品は元の形状を維持し、エッジや輪郭はフィレットの形成によって侵食されたり変化したりしません。ろう付け溶接のもう 1 つの効果は、溶融溶接でよく見られる蓄積された応力が除去されることです。これは、大型鋳物の修理において非常に重要です。欠点は、高温にさらされると強度が失われ、高応力に耐えられないことです。

カーバイド、サーメット、セラミックのチップをメッキし、スチールに接合してチップ付きバンドソーを作ります。メッキはろう付け合金として機能します。

鋳鉄の「溶接」は、通常、ろう付け作業であり、主にニッケル製のフィラー ロッドが使用されますが、鋳鉄ロッドを使用した真の溶接も可能です。ダクタイル鋳鉄管は、「cadwelded」されることもあります。これは、ハブ パイプのようにネオプレン ガスケット シールで形成される鉄のジョイントと平行に、あらかじめ地金まで研磨して鉄に融合させた小さな銅線を使用してジョイントを接続するプロセスです。この操作の目的は、寒冷な気候で地下のパイプを暖かく保つために、銅線に沿って電気を使用することです。

真空ろう付けは、非常にクリーンで、優れたフラックスフリーのろう付け接合部と高い完全性と強度という大きな利点がある材料接合技術です。このプロセスは真空チャンバー容器内で実行する必要があるため、コストがかかる場合があります。真空中で加熱すると、ワークピースの温度が均一に保たれ、加熱と冷却のサイクルが遅いため残留応力が大幅に軽減されます。これにより、材料の熱特性と機械特性が大幅に改善され、独自の熱処理機能が提供されます。このような機能の 1 つは、金属接合プロセスを実行しながらワークピースを熱処理または時効硬化することであり、これらはすべて 1 回の炉熱サイクルで実行されます。

最も一般的に真空ろう付けされる製品には、アルミニウムコールドプレート、プレートフィン熱交換器、フラットチューブ熱交換器などがあります。^[12]

真空ろう付けは炉内で行われることが多く、ワークピース全体がろう付け温度に達するため、一度に複数の接合部を作ることができます。他の多くの方法は真空中では使用できないため、熱は放射によって伝達されます。

ディップろう付けは、空気が排除されるため酸化物の形成を防ぐことができ、アルミニウムのろう付けに特に適しています。接合する部品を固定し、通常はスラリーの形でろう付け化合物を接合面に塗布します。次に、アセンブリを溶融塩（通常はNaCl、KCl、その他の化合物）の浴槽に浸します。これは熱伝達媒体とフラックスの両方の役割を果たします。多くのディップろう付け部品は、航空宇宙産業の熱伝達アプリケーションで使用されています。^[13]

ろう付けのフィラー金属には、用途や適用方法に応じてさまざまな合金が使用されます。一般に、ろう付け合金は 3 種類以上の金属で構成され、必要な特性を持つ合金を形成します。特定の用途のフィラー金属は、ベース金属を濡らす、必要な使用条件に耐える、ベース金属よりも低い温度または非常に特定の温度で溶融する能力に基づいて選択されます。

ろう付け合金は、一般的にロッド、リボン、粉末、ペースト、クリーム、ワイヤー、プリフォーム（スタンプワッシャーなど）として入手可能です。^[14]用途に応じて、フィラー材料を目的の場所に事前に配置するか、加熱サイクル中に塗布することができます。手動ろう付けの場合、加熱中に塗布するのが最も簡単なため、ワイヤーとロッドフォームが一般的に使用されます。炉ろう付けの場合、プロセスは通常高度に自動化されているため、合金は通常事前に配置されます。^[14]使用されるフィラー金属の一般的なタイプには、

• アルミニウムシリコン
• 銅
• 銅銀
• 銅亜鉛（真鍮）
• 銅錫（青銅）
• 金-銀
• ニッケル合金
• シルバー^{[1] [15]}
• ニッケル、鉄、銅、シリコン、ホウ素、リンなどを使用したアモルファスろう付け箔。

いくつかのろう付けは、三層構造、つまりキャリア金属の積層箔の両側にろう付け層を被覆した構造になっています。中心金属は銅であることが多く、その役割は合金のキャリアとして機能し、異種材料 (例: 超硬チップと鋼製ホルダー) の熱膨張差などによる機械的応力を吸収し、拡散バリアとして機能します (例: アルミニウム青銅と鋼をろう付けするときにアルミニウムがアルミニウム青銅から鋼に拡散するのを防ぐ)。

ろう付け合金はいくつかの異なるグループに分かれており、同じグループ内の合金は同様の特性と用途を持っています。^[16]

純金属

合金ではありません。多くの場合、銀、金、パラジウムなどの貴金属です。

銀銅

銀-銅。良好な溶解特性。銀は流動性を高めます。炉のろう付けに使用される共晶合金。銅を多く含む合金は、アンモニアによる応力割れが発生しやすい。

銀-亜鉛

銀亜鉛。Cu-Zn に似ており、銀含有量が高いためジュエリーに使用され、製品は品質保証に適合しています。色は銀に似ており、アンモニアを含む銀洗浄液に対して耐性があります。

Cu-Zn（真鍮）

銅亜鉛。汎用で、鋼と鋳鉄の接合に使用されます。銅、シリコン青銅、銅ニッケル、ステンレス鋼の耐食性は通常不十分です。適度に延性があります。揮発性亜鉛による蒸気圧が高く、炉でのろう付けには適していません。銅を多く含む合金は、アンモニアによる応力割れを起こしやすいです。

銀-銅-亜鉛

銀銅亜鉛。同じ Ag 含有量の場合、Ag-Cu よりも融点が低い。Ag-Cu と Cu-Zn の利点を兼ね備えている。Zn が 40% を超えると延性と強度が低下するため、このタイプの低亜鉛合金のみが使用されます。亜鉛が 25% を超えると、延性が低下する銅亜鉛相と銀亜鉛相が現れます。銅含有量が 60% を超えると強度が低下し、900 °C を超える温度で溶解します。銀含有量が 85% を超えると強度が低下し、液相線が高くなり、コストが高くなります。銅を多く含む合金は、アンモニアによる応力割れを起こしやすい。銀を多く含むろう付け (Ag が 67.5% 以上) は刻印が可能で、宝飾品に使用されます。銀含有量の低い合金はエンジニアリング目的に使用されます。銅と亜鉛の比率が約 60:40 の合金は、真鍮と同じ相を含み、色も真鍮に一致します。これらは真鍮の接合に使用されます。少量のニッケルは強度と耐腐食性を向上させ、炭化物の濡れを促進します。ニッケルとともにマンガンを添加すると、破壊靭性が向上します。カドミウムを添加すると、流動性と濡れ性が向上し、融点が低くなるAg-Cu-Zn-Cd合金が生成されますが、カドミウムは有毒です。スズを添加すると、ほぼ同じ役割を果たします。

カップ

銅リン。銅および銅合金に広く使用されています。銅にはフラックスは必要ありません。銀、タングステン、モリブデンにも使用できます。銅を多く含む合金は、アンモニアによる応力割れが発生しやすくなります。

銀-銅-リン

Cu-P と同様ですが、流動性が向上しています。大きな隙間に適しています。より延性があり、電気伝導性も優れています。銅を多く含む合金は、アンモニアによる応力亀裂が発生しやすくなります。

金銀

金- 銀。貴金属。宝飾品に使用されます。

金-銅

金銅。連続固溶体。耐火物を含む多くの金属を容易に濡らす。融点範囲が狭く、流動性が良い。^[17]ジュエリーによく使われる。金40～90%の合金は冷却すると硬化するが延性は残る。ニッケルを加えると延性が向上する。銀を加えると融点は下がるが耐食性は悪くなる。耐食性を維持するには金を60%以上に保たなければならない。クロム、パラジウム、マンガン、モリブデンなどと合金化することで、高温強度と耐食性を向上させることができる。バナジウムを加えるとセラミックを濡らすことができる。金銅は蒸気圧が低い。

オーニ

金ニッケル。連続固溶体。Au-Cu 合金よりも融点範囲が広いが、耐食性および濡れ性が向上している。特性を維持しながら金の割合を減らすために、他の金属と合金にされることが多い。金の割合を減らすために銅、耐食性の低下を補うためにクロム、クロムによって損なわれた濡れ性を改善するためにホウ素が加えられることがある。通常、Ni/Au 比が高くなると融点範囲が広くなりすぎるため、35% を超える Ni は使用されない。蒸気圧が低い。

金-パラジウム

金パラジウム。Au-Cu および Au-Ni 合金よりも耐食性が向上しています。ジェット エンジンなどの高温用途の超合金と耐火金属の接合に使用されます。高価です。コバルト ベースのろう付けで代用できます。蒸気圧が低いです。

ポッド

パラジウム。高温性能が良好で、耐腐食性が高く（金より劣る）、強度も高い（金より優れている）。通常はニッケル、銅、銀と合金化される。ほとんどの金属と固溶体を形成し、脆い金属間化合物は形成しない。蒸気圧が低い。

ニ

ニッケル合金は銀合金よりもさらに多く存在します。強度が高く、銀合金よりも安価です。高温性能に優れ、中程度の腐食環境では耐腐食性に優れています。ステンレス鋼や耐熱合金によく使用されます。硫黄や一部の低融点金属 (亜鉛など) によって脆くなります。ホウ素、リン、シリコン、炭素は融点を下げ、急速にベース金属に拡散します。これにより拡散ろう付けが可能になり、ろう付け温度を超えて接合部を使用できます。ホウ化物とリン化物は脆い相を形成します。急速凝固によって非晶質プリフォームを作成できます。

共同

コバルト合金。高温耐食性に優れ、Au-Pd ろう付けの代替として使用できます。低温での作業性が低いため、急速凝固によってプリフォームが製造されます。

アルシ

アルミニウム-シリコン。アルミニウムのろう付け用。

活性合金

チタンやバナジウムなどの活性金属を含みます。グラファイトやセラミックなどの非金属材料のろう付けに使用されます。

いくつかの添加物や不純物は、非常に低いレベルで作用します。プラスの効果とマイナスの効果の両方が見られます。0.01%のストロンチウムはアルミニウムの結晶構造を微細化します。同様のレベルのベリリウムとビスマスは、酸化アルミニウムの不動態層を破壊し、濡れを促進します。0.1%の炭素はニッケル合金の耐食性を低下させます。アルミニウムは0.001%で軟鋼を脆くする可能性があります。リンは0.01%で軟鋼を脆くする可能性があります。^[18]

場合によっては、特に真空ろう付けでは、高純度の金属や合金が使用されます。99.99% および 99.999% の純度レベルのものが市販されています。

接合部の汚染やろう付け中の母材の溶解によって有害な不純物が混入しないように注意する必要があります。

固相線/液相線温度の範囲が広い合金は、合金が固体と液体の混合物である「どろどろ」の状態を経て溶解する傾向があります。合金の中には、液体が固体部分から分離する液化傾向を示すものがあり、このような合金の場合、この影響を回避するには、融解範囲での加熱が十分に速くなければなりません。合金の中には、合金のごく一部だけが液体で、材料の大部分が上限温度範囲で溶解する、拡張塑性範囲を示すものがあり、大きな隙間を埋めたり、フィレットを形成したりするのに適しています。流動性の高い合金は、狭い隙間に深く浸透したり、許容差が狭いタイトジョイントをろう付けしたりするのに適していますが、大きな隙間を埋めるのには適していません。融解範囲が広い合金は、不均一なクリアランスの影響をあまり受けません。

ろう付け温度が適切に高ければ、ろう付けと熱処理を1 回の操作で同時に行うことができます。

共晶合金は単一の温度で溶け、ドロドロした領域はありません。共晶合金は優れた広がりを持っています。ドロドロした領域にある非共晶合金は粘度が高く、同時に母材を攻撃するため、広がり力は低くなります。粒子サイズが細かいため、共晶合金は強度と延性の両方が向上します。融点が非常に正確なため、接合プロセスは合金の融点よりわずかに高い温度でのみ実行できます。凝固すると、合金が固体のように見えてもまだ固体ではないドロドロした状態は発生しません。そのような状態で操作すると接合部が乱れる可能性が減ります（母材を溶解して合金の特性が大幅に変化していないと仮定した場合）。共晶挙動は特にはんだに有益です。^[18]

溶解前の微細粒構造を持つ金属は、大きな粒子を持つ金属よりも濡れ性に優れています。合金添加物（例：アルミニウムにストロンチウム）を加えることで粒構造を微細化することができ、プリフォームや箔は急速冷却によって製造することができます。非常に急速な冷却は、さらなる利点を持つ非晶質金属構造を提供する可能性があります。^[18]

濡れを成功させるには、ベース金属が少なくとも 1 つのろう付け合金成分に部分的に溶けている必要があります。そのため、溶融合金はベース金属を攻撃して溶解する傾向があり、その過程でその組成がわずかに変化します。組成の変化は、合金の融点の変化とそれに伴う流動性の変化に反映されます。たとえば、一部の合金は銀と銅の両方を溶解します。銀が溶解すると融点が下がり、流動性が高まりますが、銅にはその逆の効果があります。

融点の変化を利用することができる。溶解した母材を合金に豊富に含ませることで再溶融温度を上げることができるため、同じろう材を使用した段階的なろう付けが可能になる。^[22]

ベース金属を著しく侵さない合金は、薄い部分のろう付けに適しています。

ろう付け部の不均一な微細構造により、母材の不均一な溶融や局所的な侵食が発生する可能性がある。^[要出典]

卑金属の濡れ性は、合金に適切な金属を加えることで改善できます。スズは、鉄、ニッケル、その他多くの合金の濡れ性を高めます。銅は、銀が侵さない鉄系金属を濡らします。そのため、銅銀合金は、銀だけでは濡れない鋼をろう付けできます。亜鉛は鉄系金属の濡れ性を改善し、インジウムも同様です。アルミニウムは、アルミニウム合金の濡れ性を改善します。セラミックの濡れ性については、セラミックと化合物を形成できる反応性金属 (チタン、バナジウム、ジルコニウムなど) をろう付けに加えることができます。

ベース金属の溶解は、ろう付け合金に有害な変化を引き起こす可能性があります。たとえば、アルミニウム青銅から溶解したアルミニウムはろう付けを脆くする可能性がありますが、ろう付けにニッケルを加えるとこれを相殺できます。^{[引用が必要]}

この効果は双方向に作用します。ろう付け合金と母材金属の間に有害な相互作用が生じる可能性があります。ろう付け合金にリンが存在すると、鉄とニッケルの脆いリン化物が形成されるため、リン含有合金はニッケルおよび鉄合金のろう付けには適していません。ホウ素は母材金属に拡散する傾向があり、特に粒界に沿って拡散し、脆いホウ化物を形成する可能性があります。炭素は一部の鋼に悪影響を及ぼす可能性があります。^[要出典]

ろう付け部と母材の間、特にろう付けされる異種母材間でのガルバニック腐食を避けるよう注意する必要があります。合金界面に脆い金属間化合物が形成されると、接合部の破損を引き起こす可能性があります。これについては、はんだの項で詳しく説明します。

潜在的に有害な相は、合金全体に均一に分布している場合もあれば、ろう付けベース界面に集中している場合もあります。界面の金属間化合物の厚い層は、一般的に破壊靭性が低く、その他の機械的特性が劣るため、通常は有害であると考えられています。ただし、ダイアタッチなどの状況では、シリコンチップは通常機械的損傷を受けないため、それほど問題にはなりません。^[18]

ろう付けは濡れると、母材から元素を放出することがある。例えば、アルミニウムシリコンろう付けはシリコン窒化物を濡らし、表面を分解してシリコンと反応し、窒素を放出する。これにより接合界面に空隙が生じ、強度が低下する可能性がある。チタン含有ニッケル金ろう付けはシリコン窒化物を濡らし、その表面と反応してチタン窒化物を形成し、シリコンを放出する。その後、シリコンは脆いニッケルシリサイドと共晶金シリコン相を形成する。結果として接合部は弱くなり、予想されるよりもはるかに低い温度で溶ける。^[18]

金属は、あるベース合金から別のベース合金に拡散し、脆化や腐食を引き起こす可能性があります。例としては、アルミニウム青銅と鉄合金を接合するときにアルミニウムが拡散することがあります。拡散バリア、たとえば銅層（トリメットストリップなど）を使用できます。

貴金属の犠牲層を母材上に酸素バリアとして使用することで、酸化物の形成を防ぎ、フラックスレスろう付けを容易にすることができます。ろう付け中、貴金属層はフィラー金属に溶解します。ステンレス鋼の銅メッキやニッケルメッキも同様の機能を果たします。^[18]

銅のろう付けでは、還元雰囲気（または還元炎）が、酸化第一銅介在物として存在する金属内の酸素残留物と反応し、水素脆化を引き起こす可能性があります。炎または高温の雰囲気中に存在する水素が酸化物と反応し、金属銅と水蒸気（蒸気）が生成されます。蒸気の泡は金属構造に高圧をかけ、亀裂や接合部の多孔性につながります。無酸素銅はこの影響を受けにくいですが、最も入手しやすいグレード、たとえば電解銅や高伝導性銅は影響を受けやすいです。脆化した接合部は、変形や劣化の兆候がまったくないまま、壊滅的に破損する可能性があります。

ろう付け作業が不活性または還元雰囲気環境（窒素など）内で行われない限り、金属の加熱中に酸化物が形成されるのを防ぐために、ホウ砂などのフラックスが必要です。フラックスは、ろう付け表面に残った汚染物質を洗浄する目的も果たします。フラックスは、フラックスペースト、液体、粉末、またはフラックスとフィラーメタル粉末を組み合わせた既製のろう付けペーストなど、さまざまな形で適用できます。フラックスは、フラックスをコーティングしたろう付けロッド、またはフラックスコアを使用して適用することもできます。どちらの場合でも、フラックスは加熱されたジョイントに適用されるとジョイントに流れ込み、ジョイントに入る溶融フィラーメタルによって置き換えられます。ジョイントに残ったフラックスは腐食を引き起こし、ジョイントの検査を妨げ、さらに表面仕上げ作業を妨げる可能性があるため、サイクルが完了したら余分なフラックスを除去する必要があります。リンを含むろう付け合金は、銅と銅を接合するときに自己融着する可能性があります。^[23]フラックスは通常、特定のベース金属に対する性能に基づいて選択されます。フラックスが効果を発揮するには、使用する母材とフィラー金属の両方と化学的に適合している必要があります。自己融着性のリンフィラー合金を鉄やニッケルに使用すると脆いリン化物が生成されます。 ^[23]原則として、ろう付けサイクルが長い場合は、ろう付け時間が短い場合よりも活性の低いフラックスを使用する必要があります。^[24]

ろう付け作業には高温が必要なため、酸素を含む雰囲気では金属表面の酸化が起こります。このため、空気以外の大気環境が必要になる場合があります。一般的に使用される雰囲気は次のとおりです。^{[25] [26]}

空気

シンプルで経済的。多くの材料は酸化やスケールの蓄積の影響を受けやすい。作業後に酸洗浄槽または機械洗浄を使用して酸化を除去することができます。フラックスは酸化を抑制しますが、接合部を弱める可能性があります。

燃焼燃料ガス

低水素、AWS タイプ 1、「発熱生成雰囲気」。87% N ₂、11～12% CO ₂、5～1% CO、5～1% H ₂。銀、銅リン、銅亜鉛のフィラー金属用。銅と真鍮のろう付け用。

燃焼燃料ガス

脱炭、AWS タイプ 2、「吸熱生成雰囲気」。70～71% N ₂、5～6% CO ₂、9～10% CO、14～15% H ₂。銅、銀、銅リン、銅亜鉛のフィラー金属用。銅、真鍮、ニッケル合金、モネル、中炭素鋼のろう付け用。

燃焼燃料ガス

乾燥済み、AWS タイプ 3、「吸熱生成雰囲気」。73～75% N ₂、10～11% CO、15～16% H ₂。銅、銀、銅リン、銅亜鉛のフィラー金属用。銅、真鍮、低ニッケル合金、モネル、中炭素鋼、高炭素鋼のろう付け用。

燃焼燃料ガス

乾燥、脱炭、AWS タイプ 4。41～45% N ₂、17～19% CO、38～40% H ₂。銅、銀、銅リン、銅亜鉛のフィラー金属用。銅、真鍮、低ニッケル合金、中炭素鋼、高炭素鋼のろう付け用。

アンモニア

AWS タイプ 5 は、フォーミング ガスとも呼ばれます。解離アンモニア (水素 75%、窒素 25%) は、さまざまなタイプのろう付けや焼きなましに使用できます。安価です。銅、銀、ニッケル、銅リン、銅亜鉛のフィラー金属用。銅、真鍮、ニッケル合金、モネル、中炭素鋼、高炭素鋼、クロム合金のろう付け用。

窒素+水素

極低温または精製済み（AWS タイプ 6A）。70～99% N ₂、1～30% H ₂。銅、銀、ニッケル、銅リン、銅亜鉛のフィラー金属用。

窒素+水素+一酸化炭素

極低温または精製済み（AWS タイプ 6B）。70～99% N ₂、2～20% H ₂、1～10% CO。銅、銀、ニッケル、銅リン、銅亜鉛のフィラー金属用。銅、真鍮、低ニッケル合金、中炭素鋼および高炭素鋼のろう付け用。

窒素

極低温または精製済み (AWS タイプ 6C)。非酸化性で経済的。高温では、一部の金属 (たとえば特定の鋼) と反応して窒化物を形成します。銅、銀、ニッケル、銅リン、銅亜鉛のフィラー金属用。銅、真鍮、低ニッケル合金、モネル、中炭素鋼および高炭素鋼のろう付け用。

水素

AWS タイプ 7。強力な脱酸剤で、熱伝導性が高い。銅のろう付けや鋼の焼きなましに使用できます。一部の合金では水素脆化を引き起こす可能性があります。銅、銀、ニッケル、銅リン、銅亜鉛のフィラー金属用。銅、真鍮、ニッケル合金、モネル、中炭素鋼、高炭素鋼、クロム合金、コバルト合金、タングステン合金、炭化物のろう付けに。

無機蒸気

各種揮発性フッ化物、AWS タイプ 8。特殊用途。フラックスの代わりに AWS 1～5 雰囲気と混合できます。真鍮の銀ろう付けに使用します。

希ガス

通常はアルゴン、AWS タイプ 9。非酸化性で、窒素よりも高価です。不活性。部品は非常に清潔でなければならず、ガスは純粋でなければなりません。銅、銀、ニッケル、銅リン、銅亜鉛のフィラー金属用。銅、真鍮、ニッケル合金、モネル、中炭素鋼および高炭素鋼、クロム合金、チタン、ジルコニウム、ハフニウムのろう付け用。

希ガス+水素

AWSタイプ9A。

真空

作業室を真空にする必要があります。高価です。銀、亜鉛、リン、カドミウム、マンガンなどの高蒸気圧の金属には適していません (または特別な注意が必要です)。航空宇宙用途などの最高品質の接合に使用されます。

ろう付けプリフォームは、電子機器やシステムの製造におけるさまざまな接合用途に使用される、高品質で精密な金属スタンピングです。一般的なろう付けプリフォームの用途には、電子回路の取り付け、電子機器のパッケージング、優れた熱伝導性と電気伝導性の提供、電子接続用のインターフェイスの提供などがあります。正方形、長方形、円盤状のろう付けプリフォームは、シリコンダイを含む電子部品をプリント基板などの基板に取り付けるためによく使用されます。長方形のフレーム形状のプリフォームは、電子パッケージの構築によく使用されますが、ワッシャー形状のろう付けプリフォームは、通常、リード線や気密フィードスルーを電子回路やパッケージに取り付けるために使用されます。一部のプリフォームは、ダイオード、整流器、光電子デバイス、部品のパッケージングにも使用されます。 ^[27]

ろう付け作業では有害な化学物質の煙にさらされる可能性があります。米国国立労働安全衛生研究所は、これらの煙への暴露を許容暴露限度以下に抑えることを推奨しています。^[28]

• ろう付け
• キュプロブレイズ
• 小さな犬が寝ている
• はんだ付け

• フレッチャー、MJ (1971)。真空ろう付け。ロンドン：ミルズ・アンド・ブーン社。ISBN 0-263-51708-X。
• PM Roberts、「Industrial Brazing Practice」、CRC Press、フロリダ州ボカラトン、2004 年。
• Kent White、「本物のアルミニウムガス溶接：ろう付けとはんだ付けも追加」出版社：TM Technologies、2008 年。
• Andrea Cagnetti (2009)。 「古代の金細工技術における流体ろう付けに関する実験的調査」。International Journal of Materials Research。100 ( 1): 81–85。Bibcode :2009IJMR..100...81C。doi : 10.3139/ 146.101783。S2CID 137786674  。
• Groover, Mikell P. (2007)。『現代の製造業の基礎：材料プロセスとシステム（第 2 版）』John Wiley & Sons。ISBN 978-81-265-1266-9。
• シュワルツ、メル・M. (1987)。ろう付け。ASMインターナショナル。ISBN 978-0-87170-246-3。

ウィキメディア・コモンズには、ろう付けに関連するメディアがあります。

Wikisource には、1911 年のブリタニカ百科事典の記事「ろう付けとはんだ付け」のテキストがあります。

• 欧州ろう付け協会