金属接合方法の分類（固相接合・液相接合・ろう付け）

金属の接合法は、ねじ継手やリベット継手などの他の接合法と比較して、金属の接合法は軽量化や低コスト化の面で有利です。この記事では、金属の接合法について詳しく解説し、その特長や利点について説明します。

金属の接合法の分類

金属の接合法は、大きく分けて以下の3つに分類されます。

それぞれの接合法についてご説明します。

固相接合は、金属を溶かさずに、圧力と熱を加えることで原子レベルで結合させる方法です。溶接のような熱影響による変形が少ないため、精密な部品の接合に適しています。

固相接合は、圧力で金属を接合する

特徴
- 熱の影響が少ないため、変形や材料の劣化が少ない。
- 表面が酸化しにくく、酸化スケールの問題が少ない。
- 大きな圧力が必要で、専用設備が必要になる。
代表的な方法
- 圧接: 強い圧力をかけて金属同士を押し付ける方法。品物同士を擦り付けることで摩擦熱を発生させて接合する摩擦圧接と、接合部に熱を加えて接合するガス圧接などがあります。
- 拡散接合: 異なる金属を密着させ、高温で長時間保持することで原子レベルで拡散させて結合させる方法。耐熱部品などに利用されます。

液相接合は、金属を溶かして一体化させる方法です。一般的に「溶接」と呼ばれるものがこれに当たります。金属を溶かして一体化するため、高い強度が得られます。

液総接合は、母材を溶かして金属を接合する

特徴
- 高い強度が得られる
- 形状の自由度が高く、設計が容易
- 熱ひずみや不均一な加熱による、変形や残留応力が発生しやすい
- 溶接欠陥（ブローホール、溶け込み不良、割れなど）が発生する
- 溶接熱影響部の強度低下や破損（応力腐食割れ等）が起こる
代表的な方法
- アーク溶接: 電極と母材の間のアーク放電で金属を溶かす方法。最も一般的な溶接方法です。
- 抵抗溶接: 接触抵抗熱で金属を溶かす方法。自動車のボディの接合などに利用されます。
- レーザー溶接: レーザー光で金属を溶かす方法。精密な部品の接合に利用されます。

ろう付けは、溶点の低い金属（ろう）を溶かして、母材を間接的に結合させる方法です。高温での作業が不要で、母材への熱影響が少ないのが特徴です。ハンダ付けは、ろう付けより低温で接合し、強度が低くなりますが、ろう付けの一種と言えます。

ろう付けは、母材と異なる材質の金属を介して金属を接合する

特徴
- 母材への熱影響が少なく、変形が起こりにくい
- 大量生産が可能
- ピンホール、溶け込み不足などの不具合が発生しやすい
代表的な方法
- トーチろう付け：ガスバーナーで加熱してろう付けする方法です。
- 雰囲気ろう付け：還元性ガスや水素などの雰囲気炉を用いてろう付けする方法です。
- 高周波ろう付け：リング状のろう材とフラックスを用いて、高周波加熱でろう付けする方法です。

接合法	特徴	メリット	デメリット	適用例
固相接合	圧力と熱で結合	変形が少ない、精密な部品に最適	強度が溶接に比べて低い場合がある	電気部品、耐熱部品
液相接合	溶接で一体化	高い強度、多様な金属に対応	熱変形、残留応力	自動車、船舶、建築物
ろう付け	ろうを介して結合	熱影響が少ない、密封性に優れる	強度が溶接に比べて低い場合がある	熱交換器、自動車部品

基本的には下記のような観点から接合方法を決めていきます。

接合は、トラブルの元になりやすいので、管理項目を規定して工程を健全に維持しなくてはなりません。

固相接合：摩擦圧接は、酸化被膜を除去し摩擦熱を発生させる工程を自動的に行うので、機械の設定を決めてしまえば比較的安定的に接合ができます。それでも、材料のばらつきなどにより仕上がりが変わるので、問題なく接合できる条件の範囲を余裕をもって決め、管理していく必要があります。
液総接合：アーク溶接など手作業が主となる方法では、作業者の技量認定し管理する必要があります。また、非破壊検査についても適切に行う必要があります。
ろう付け：ろう付け部のすき間が不適だと、ろう流れ悪化、ピンホール、強度低下など問題を招きます。ろう付けで不良をゼロにするのは難しく、4M（Man・Machine・Material・Method）について徹底的な管理が必要です。