掃除の仕方 酸化銅 レーザー溶接またはろう付けの前に
まず油分とグリースを除去し、次に制御された研磨、適合する化学薬品、またはテスト済みのパルスレーザー処理によって不要な酸化物を除去します。残留物を取り除き、湿式洗浄した部品を乾燥させ、組み立てまで接合部を保護します。ろう付けの場合は、接合面全体を洗浄します。レーザー溶接の場合は、実際の溶接設定で一貫した表面状態であることを確認します。
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洗浄剤を選ぶ前に銅部分を確認してください
まず、材質、不要な層、接合する面から始めましょう。裸銅、銅合金、メッキ銅、絶縁導体では、それぞれ異なる下地処理が必要です。変色を除去する方法では、機能的なコーティングが除去されたり、薄いエッジの形状が変わってしまう可能性もあります。
部品に軽い変色、強い熱によるスケール、剥離した腐食生成物、切削油、指紋などが付着していないか記録してください。色だけでは、被膜の化学組成や清浄度を判断することはできません。見慣れない被膜を酸化銅とみなす前に、部品の履歴を確認してください。
アクセス性も確認してください。ブラシは表面全体に届きますか？薬品浴はすべての凹部から排水できますか？レーザーは制御された作業距離で対象領域を視認できますか？重ね継ぎの場合は、隠れた接触面も準備計画に含めてください。
機械的洗浄、化学的洗浄、それともパルスレーザー洗浄？
必要な表面に到達し、かつ接合プロセスが許容できる状態を残すルートを選択してください。以下の比較は、試運転の出発点であり、機械の設定や承認済みの洗浄仕様ではありません。
画面が小さい場合は、表を横方向にスクロールして制限値を比較してください。
| 方法 | いつ検討すべきか | 何を制御するか |
|---|---|---|
| メカニカル | アクセスしやすいチューブの端部、接続カップ、および軽い研磨で酸化物を除去できる単純な表面。 | 適切な専用清掃用具を使用してください。埋め込まれたゴミ、過度の傷、接合部の嵌合状態を損なうような取り外しは避けてください。清掃後は、緩んだ粒子を取り除いてください。 |
| 化学 | 制御された湿式プロセスに適した部品。手作業では均一に洗浄できない表面を含む。 | 部品全体との互換性を確認してください。浴槽の条件、浸漬時間、すすぎ、乾燥方法を指定してください。穴、継ぎ目、または組み立てられた接合部に化学物質が閉じ込められないようにしてください。 |
| パルスレーザー | 繰り返し測定が可能で、光学的にアクセス可能な領域であり、明確な洗浄経路が有効であり、代表的な部品を試験できる領域。 | 酸化膜除去と基板の状態を同時に検証します。光学系、パルス、スキャンパターン、抽出を制御します。見た目がきれいなストライプでも、隠れた界面がきれいであるとは限りません。 |
ジョイント用の研磨剤を選択してください
銅開発協会は、管端を軽く研磨し、適切な布、パッド、またはフィッティングブラシで継手カップを清掃することを推奨しています。過剰な材料除去は、適合性を損なう可能性があります。詳しくは、銅管ハンドブックの36～37ページをご覧ください。
だからといって、すべての研磨剤がすべての銅部品に適しているわけではありません。ルーカス・ミルハウプト氏は、研磨材が埋め込まれるとろう付けの濡れ性が損なわれる可能性があると警告しています。用途に合わせて洗浄媒体と仕上げ材を選択し、工具に他の作業による汚染が付着しないようにしてください。ろう付け面の準備に関するガイダンスを参照してください。
化学を完全なプロセスとして選択する
洗浄剤は、残留物も除去できる場合にのみ有効です。銅のグレード、コーティング、汚れの種類に応じて、濃度、温度、接触時間、すすぎ、乾燥方法など、供給元の指示に従ってください。部品にシールや絶縁材が残っている場合は、それらとの適合性を確認してください。
家庭用酢、酸性混合物、研磨剤は、適切な接合方法ではありません。表面が明るくなったからといって、残留物が除去されたとは限りません。他の合金や製品で使用されている酸洗方法を、確認せずにそのまま使用しないでください。ルーカス・ミルハウプトが、適合する酸洗方法と残留物に関する懸念事項について解説します。
レーザー洗浄には、表面試験が依然として必要です。カーンズらは、1064 nm、532 nm、266 nmのQスイッチNd:YAGレーザー光を用いて酸化銅合金箔を研究しました。これは、レーザーによる酸化物除去を調査するための証拠であり、バスバーやチューブに適用できる手順ではありません。ご自身のサンプルで残留酸化物、表面テクスチャ、局所的な溶融、再堆積物を確認し、接合部をテストしてください。Applied Surface Science、1998年。
実用的な清掃から接合までの手順
- 酸化物を攻撃する前に、油やグリースを取り除いてください。
潤滑剤と部品に合った洗浄方法を使用してください。汚れを広げないように、汚れたワイプは交換してください。油分が付着した表面を研磨すると、油分や研磨剤の破片が表面に浸透してしまう可能性があります。また、グリースがあると、スケール除去のための酸処理も妨げられます。ルーカス・ミルハウプトがこの洗浄手順について解説します。
- 指定された接合部を清掃します。
組み立て前に、接合面を含む必要な表面に、選択した酸化物除去方法を適用してください。承認された表面状態になるまで作業してください。鏡面仕上げを得るためだけに金属を除去し続けないでください。また、処理によってピットが発生したり、嵌合状態が変化したりした場合は、作業を中断して確認してください。
- ゴミを取り除き、必要に応じてすすぎ、乾燥させてください。
部品を再汚染しない方法で、付着した微粒子を取り除いてください。湿式洗浄の場合は、洗浄剤メーカーの指示に従い、凹部や内部通路も含めてすすぎと乾燥を行ってください。外側が乾いているだけでは、盲穴に液体や残留物が残っていないとは限りません。
- 接合するまで表面を保護してください
清潔な取り扱い用具と治具を使用し、接合面には触れないようにしてください。接合待ちの部品は、適合する材料で覆うか、その他の方法で保護してください。実際の保管条件に基づいて、許容される待ち時間を設定してください。部品が汚染されたり、設定された条件から外れた場合は、接合前に再度洗浄または再評価してください。
- 適格な手続きを経て参加する
ろう付けには指定されたフラックスまたは雰囲気を使用し、溶接には認定された表面とレーザー設定を使用してください。接合試験の際の洗浄手順を記録し、合格結果を再現できるようにしてください。手順を変更した場合は、接合部が引き続き合格基準を満たしていることを確認してください。
「10分以内に接合する」という普遍的なルールはありません。現実的な取り扱い遅延を考慮した上で、必要な表面状態と接合部の状態を比較し、保持時間の制限を設定してください。色の変化がないからといって、表面状態が変化していないとは限りません。
レーザー溶接とろう付けにはどのような変更点がありますか？
レーザー溶接：表面とビームを同時に制御する
銅と溶接レーザーの相互作用は、波長と表面状態によって異なります。酸化した銅から洗浄したばかりの銅に変わると、溶接プロセスの開始方法が変わる可能性があります。表面が視覚的に明るくなったからといって、それだけで溶接がより安定しているとは限りません。
TRUMPF社は、ビーム移動やビーム整形など、グリーンレーザーおよび赤外線レーザーを用いた銅溶接のさまざまなアプローチについて解説しています。同社のグリーンレーザーの例では、複数の表面仕上げに対応していますが、赤外線レーザーシステムすべてに同様の機能があるとは限りません。TRUMPF社の銅溶接アプリケーションガイドをご覧ください。
準備作業を変更した後は、実際の材料、接合部、焦点、クランプ、シールドを用いて、溶接開始、溶け込み、スパッタを確認してください。溶接ビームが直接当たらない箇所でも、必要な接合面を清潔に保ってください。接合部の設計については、銅バスバーの溶接と品質チェックを参照してください。
ろう付け：接合面を清掃し、嵌合状態を維持する
充填材は表面を濡らし、接合部の隙間に流れ込む必要があります。異物混入は流れを妨げる可能性があります。チューブとソケットの接合部の場合、組み立て前にチューブの接合部と継手カップの内側を清掃してください。目に見える縁だけを研磨するだけでは不十分です。
フラックスは加熱中の残留酸化物や再酸化を抑制する役割を果たしますが、脱脂や酸化物の除去に代わるものではありません。銅リン（BCuP）系フィラーは、銅同士の接合部では自己フラックス性を発揮します。銅と真鍮などの組み合わせでは、それぞれの金属に適したフィラーとフラックスを選択する必要があります。銅リン合金に関するガイダンスを参照してください。
内部酸化物制御が必要な箇所では、ろう付け手順書に記載されているパージ方法を使用してください。接合後、指示に従ってフラックス残渣を除去し、接合部を検査してください。銅管ハンドブック、ろう付け接合部。
清掃された表面と、完成した接合部を確認してください。
目視検査では、見落とし箇所、緩んだ破片、明らかな損傷などを発見できます。白い拭き取り検査では、付着した残留物を確認できますが、どちらの検査も化学的な清浄度や接合部の完全性を証明するものではありません。残留物の表面分析や薄い接触面の寸法検査など、実際の故障リスクに応じた追加の検査項目を定めてください。
これらの症状を参考に、検査計画を立ててください。それぞれの症状には複数の原因が考えられます。
| 観察された問題 | 清掃関連の点検 | クリーナーを交換する前にも確認してください |
|---|---|---|
| ろう付け材は隙間を濡らしたり、隙間に入り込んだりしません。 | 両方の接合面に油分、酸化物、または洗浄剤の残留物が付着していないか確認してください。 | 充填材とフラックスの適合性、接合部のクリアランス、および両部材の均一な加熱。 |
| レーザー溶接の開始が不安定 | バッチごとに表面の状態を比較し、洗浄後に取り扱いが変わったかどうかを確認してください。 | 焦点、部品の高さ、ビーム設定、取り付け方法、そして装置が銅加工に適しているかどうか。 |
| 空隙または多孔性が残る | 界面に水分、有機残留物、または異物がないか確認してください。 | 溶接またはろう付けの手順、シールドまたは雰囲気、および接合部が要求された状態に達したかどうか。 |
| 洗浄した部品はもう適合しません | 材料除去量、エッジの丸み、局所的な表面変化を測定します。 | 寸法と治具の位置合わせを確認してください。変更した部品を無理に組み立てに組み込まないでください。 |
工程の適格性評価を行うには、代表的なサンプルを接合し、アプリケーションで要求される検査を実施します。これには、溶接断面検査、ろう付け充填率評価、強度試験、リーク試験、電気抵抗測定などが含まれます。洗浄方法を比較する前に、設計および該当する手順に基づいて許容限界を設定してください。
例：バスバーの試験片がきれいで抵抗検査に合格したとしても、それだけでは機械的強度が証明されません。ろう付けされたチューブに連続した外縁部があっても、それだけでは内部の接合部の充填量が定量化されません。残りの質問に答える試験を選択してください。
操作方法を清掃方法に合わせてください。
作業を開始する前に、実際の化学物質および材料の危険性を確認してください。湿式洗浄の場合は、供給業者の安全データシートと、適切な取り扱い、すすぎ、および廃棄方法が必要です。研磨およびレーザー処理の場合は、除去される材料（コーティング成分を含む）を適切に回収する必要があります。
レーザー洗浄を行う際は、機器および設置場所から、アクセス可能なビームの危険性を判断してください。密閉型システムは、高出力レーザーを内蔵していてもクラス1として動作する場合がありますが、保守のために筐体を開けると、照射条件が変わります。開放型ビームプロセスでは、アクセス制御、適切なビームバリア、および波長と照射量に応じた保護具が必要です。通常の安全メガネは、レーザー保護メガネではありません。オレゴン州労働安全衛生局（Oregon OSHA）のレーザー技術マニュアルには、これらの違いが詳しく説明されています。
排気装置を設置し、排気プルームが準備済みの部品に付着しないように回収してください。不適合な洗浄剤蒸気や可燃性残留物は、その後の高温作業から遠ざけてください。医療用ガス、酸素供給設備、その他の高純度機器には、それぞれ承認された洗浄および設置手順が必要です。一般的な酸化物除去ガイドは、これらの手順に代わるものではありません。
銅のレーザー洗浄試験では、何を証明すべきでしょうか？
表面状態と接合結果、そして生産サイクルを関連付ける上で、有効な試験を実施します。試験には、通常の入荷材料で許容される最も高い汚染度を持つ典型的な部品を含めます。サンプルを撮影し、識別情報を提供することで、結果が実際の初期状態に遡って追跡できるようにします。
- 再現可能な準備： 波長、パルス幅、パルスエネルギー、繰り返し周波数、スポットサイズ、作動距離、スキャン速度、オーバーラップ、パス数、および抽出配置を記録します。
- 許容される部品と接合部： 洗浄済みの基板を検査し、予定されている製造工程に従ってサンプルを接合する。洗浄から接合までの現実的な遅延時間も考慮に入れること。
- 完全なサイクル： 積み込み、位置決め、洗浄、検査、荷降ろし、および日常的な中断にかかる時間。抽出、メンテナンス、再加工を含めた、合格部品1個あたりのコストを比較してください。
レーザー洗浄は、局所的な処理によって繰り返し発生するアクセス性、均一性、または自動化の問題を解決できる場合に検討する価値があります。手動洗浄は、時折発生するアクセスしやすい作業には適している場合があります。どちらを選択するかは、試用期間を利用して判断してください。より広範な機器構成については、「溶接前のレーザー洗浄」を参照してください。
銅洗浄の用途についてご相談ください
Oceanplayer Laser社に、銅のグレード、部品の寸法、表面写真、接合図面、接合プロセス、および必要な生産速度をお送りください。コーティング、アクセス制限、および完成した接合部が合格しなければならない試験についても記載してください。
銅洗浄試験について話し合う技術情報源
- 銅開発協会、銅管ハンドブック — チューブと継手の準備、ろう付けフラックスとパージの手順。36～37ページと42～44ページ。
- ルーカス・ミルハウプト著「ろう付け金属の洗浄方法」 (NAIST) と ろう付け面の準備 洗浄順序、適合性、研磨剤による汚染、残留物制御。
- ルーカス・ミルハウプト著「銅ろう付け用銅リン合金」 ―リンを含む適切な充填材が、銅同士の接合部で自己融着する理由。
- Kearns et al., Applied Surface Science 127–129 (1998), 773–780 これは、3つの波長を用いた銅合金箔からのレーザー酸化膜除去に関する研究であり、すべての銅部品の製造工程に適用できる方法を示すものではありません。
- トランプ、銅溶接 ―銅溶接および表面状態許容範囲に関する、機器固有のアプローチ。
- オレゴン州労働安全衛生局（Oregon OSHA）、技術マニュアル：レーザーの危険性 ―ビーム囲い、アクセス可能な放射線、および被ばく制御に関する背景情報。