銅管のはんだ付け：漏れない継手の作り方
先に結論
継手が漏れるかどうかは、着火する前に決まっています。銅を金属光沢が出るまで磨き、両面にフラックスを薄く塗り、配管内に水がないことを確かめ、継手の下側から加熱して毛細管現象にはんだを引き上げさせる。飲料水配管には必ず無鉛はんだ。方法はこれだけです。
継手ひとつをやり直してもらう出張費は、以下の道具をすべて揃えるより高くつきます。それでも払う人が多いのは、壁の裏で抜けた継手が控えめに滴ってはくれないからです。
その不安は理解できますが、大半は的外れです。銅管のはんだ付けは短いチェックリストで、結果を決める項目はどれも火をつける前に済んでいます。
必要なもの
トーチとガス。青いボンベのプロパンで1/2インチと3/4インチは十分にこなせます。黄色いボンベはMAP-Proで、より高温になります。1インチ以上、あるいはバルブ本体のような吸熱体のそばの継手なら持っておく価値があります。
研磨材。管の外側には紙やすり、継手の内側にはワイヤーブラシ。電動ドライバーのチャックに咥えられるブラシを選んでください。リストの中で最も面倒な作業が2秒で終わり、結果としてきちんとやるようになります。
フラックス。市販の配管用で構いません。初心者が飛ばすのはこれです。
はんだ。飲料水を通すものには無鉛の95/5スズ・アンチモン。米国では法律であって好みではありません。はんだとフラックスは鉛0.2%以下、管と継手の接液面は加重平均0.25%以下です。従来の50/50スズ鉛は排水系統では今も合法ですが、店頭で2つのリールはほとんど見分けがつかず、無鉛は両方に使えます。1種類だけ買えば迷う余地がなくなります。
光るまで磨く
きれいに見える銅はきれいではありません。酸化膜は数時間で空気中に形成され、はんだはそれを通り抜けられません。
管端から2〜3センチを紙やすりで均一に明るい銅色になるまで磨き、続けて継手の内側をブラシで仕上げます。磨き残した部分がそのまま漏れる場所になります。磨いた面には素手で触らないでください。皮脂だけでその一点にはんだが乗らなくなります。
フラックスは薄く、両面に
フラックスの仕事は2つです。高温の銅から酸化膜を剥がすこと、そして金属が温度を保っている間に新しい酸化膜ができるのを防ぐこと。これがないと溶けたはんだは玉になって転がり落ちます。ワックスをかけた車の上の水と同じです。
両面に薄く均一な膜、それだけです。厚塗りは焦げて炭化し、後で落とす手間が増えるだけです。差し込んだら4分の1回転させて広げます。
配管が乾いていることを確かめる
管内に残った水は銅を100°Cに保ちます。水がある間、継手は何分炎を当ててもはんだ付け温度には届きません。あなたはその場でガスとフラックスを燃やしながら、トーチが壊れていると確信することになります。
系統を空にし、低い位置の蛇口やバルブを開けて真空を切ります。それでも細い流れが続くなら、せき止めてください。専用のはんだ付けプラグが売られていますし、白パンを丸めて管に押し込んでも同じ働きをします。通水すれば溶けて流れ出ます。
この確認を飛ばすと、この先の手順はどれも成立しません。
下側から加熱する
はんだは継手に注ぎ込むものではありません。引き込まれるものです。
管と継手の隙間は数千分の1インチです。適温になると、溶けたはんだは毛細管現象でその隙間を進みます。細いストローの中を液体が重力に逆らって上がるのと同じ力です。あなたの仕事は金属をその温度にすること、そして邪魔をしないことだけです。
炎は管ではなく継手の下面に当て、動かし続けます。熱は上昇するので、下を温めれば上も一緒に上がります。
先に上を加熱すると冷えた罠ができます。はんだはそこで溶け、まだ冷たい下側へ流れ落ちて隙間の中で固まり、継手が満たされる前に道をふさぎます。外から見れば仕上がっています。中は空洞で、最初に加圧した瞬間からにじみます。
20〜30秒たったら、炎から離れた側にはんだを当ててみます。塗り広がるだけならまだです。触れた瞬間に溶けて隙間へ消えたら、そのタイミングです。継手の全周を一周させ、細い玉が回るのが見えたら止めます。半インチの継手なら、はんだ線も半インチ程度。外側に盛られたはんだには何の役割もなく、たいていは熱を入れすぎた証拠です。
自然に冷ます
濡れた布に手を伸ばさないでください。
まだ凝固している継手を急冷すると、応力がそのまま閉じ込められます。できるのは目に見える割れではなく、微細な割れです。試験の日は圧力を保ち、半年後に壁の中でにじみ始めます。
2〜3分の自然冷却で十分です。触れる温度まで下がったら、乾いた布でフラックスの残りを拭き取ります。フラックスは弱酸性で、管の外側に残すと銅を腐食させ、緑色の染みを残します。
本当に効いてくる温度
ここまでの問題のいくつかは、同じ現象を別の角度から見たものです。1本の目盛りに載せると全体が見えます。
95/5無鉛はんだの固相線は452°F、液相線は464°Fです。バージンPTFEのバルブシートは、多くのメーカーが248°Fから302°Fと表示し、一部が400°F、ガラス入りのRPTFEで450°Fです。
この2つを並べて読んでください。はんだは、図中のどのシート定格よりも高い温度になるまで流れ始めません。バルブを配管に付けたままはんだ付けするのは、炎に気をつければ済む話ではありません。はんだが溶ける前にシートは限界を超えています。実効性のある対策は、熱を別の場所へ逃がすことだけです。
バルブを配管にはんだ付けする
ここまでは通常の継手の話です。はんだ付け端のバルブにはもう1手順あり、これを飛ばして新品を駄目にする例はよくあります。
ボールバルブのシートや混合弁の内部部品はPTFEで、作業中に銅が達する温度よりはるかに低い定格です。本体に伝わった熱がそれを変形させます。はんだ付けした継手自体は問題なく仕上がり、バルブだけがシートから漏れ続けます。
- 作業前にバルブを全開にする。閉じたボールは熱をシートに閉じ込めます。
- 設計が許すなら分解する。三ピースボールバルブは中央部を外して両端のソケットだけをはんだ付けできます。この本体形式が存在する実務上の理由のひとつです。
- 炎はソケットに当て、本体から角度を逸らす。配管が短い場合は放熱ペーストか濡れた布を本体に巻くと効きます。
バルブ自体も選ぶなら、黄銅 vs ステンレス ボールバルブでどの水質にどの材質が向くかを扱っています。飲料水配管では無鉛はんだに加え、本体も認証された無鉛材である必要があります。古いものを外す側はボールバルブの交換方法を参照してください。
継手が漏れる理由
| 見えている症状 | 原因 |
|---|---|
| はんだが玉になって転がり落ちる | フラックスなし、または金属光沢まで磨けていない |
| いくら加熱してもはんだが溶けない | 配管内の水が銅を100°Cに保っている |
| 外観は完璧、加圧するとにじむ | 上から加熱した。冷たい下側の隙間ではんだが固まり、継手が満たされていない |
| 最初は保ち、数か月後ににじむ | 高温のまま急冷した。凝固中に微細な割れができた |
4つのうち3つは、トーチを手に取る前に決まっています。
よくある質問
火をつける前に
継手の後ろに耐火パッドを敷き、動かせるものは先にどけます。近くの木材には熱が残り、片付けた後に発火することがあります。15分後にもう一度見に行ってください。水と消火器を手の届く場所に置き、換気し、保護めがねをかけます。はんだは下に落ちますが、そこにあるのはたいてい自分の手です。
参考文献
- NSF/ANSI/CAN 372 — 飲料水系統構成部材：鉛含有量
- 安全飲料水法の無鉛定義：はんだとフラックス0.2%、接液面の加重平均0.25%
- Copper Development Association — 銅管ハンドブックとはんだ付け実務
一般的な参考情報です。配管工事は地域の条例と所轄官庁の規制を受け、飲料水系統の施工資格を制限している地域もあります。