冷凍システムの作業を行うHVAC技術者は、工具セットから溶接バーナーを外すことはありません。これらの便利な装置は、銅製冷媒管を接続するとき、頑なに密封が必要なアルミニウム製蒸発器コイルを閉じるとき、または年月とともにヒビが入ったコンプレッサー外装を修理するときに使用されます。ASHRAEからの最近の業界データによると、全冷凍修理作業の約3分の2は、銅同士や銅と真ちゅうの接続においてブレージング（ロー付け）を必要としており、その接合部に非常に特定の温度を正確に加える必要があります。これらのバーナーがこれほど貴重なのは、誰もが避けたい狭くて厳しい場所でもはんだを使わない修理ができる点です。例えば、狭い屋上ユニットや、家電製品内部の小さなスペースなど、標準的な修理方法では到底対応できないような場所を想像してみてください。
銅は熱伝導性が非常に良いため、ろう付する際には薄肉管が歪まないように素早く均等に加熱する必要があります。HVAC Tech Journalによると、昨今のシステムの約35%にはアルミニウム製冷媒管が使われており、加熱中は約1200華氏度（約649摂氏度）以下に温度を維持しなければならず、さもなくば母材が溶け落ちてしまいます。異種金属同士の接続においては、炎の調整が非常に重要です。酸化炎は長期間にわたりアルミニウムを弱め、炭素含有炎は銅継手に炭素付着物を残す傾向があります。このような知識は、多くの場合教科書よりも経験を通じて技術者たちが学んできたものです。
炎の温度を華氏5度以内に保つことは、毛細管やTXV弁などの熱に弱い部品を保護する際に大きな違いを生みます。三段階調整可能なバルブを備えたバーナーを使用すれば、ガス圧力を0.5ポンドから1.5ポンド／平方インチの間で微調整できます。この範囲の圧力は、1／8インチから3／8インチまでの銅管の接合に最適です。炎の先端が1／4インチを超えない幅にまで調整できるのが最も良い結果をもたらします。このような精度は、微細なマイクロチャネルコイルを扱う場合や、ろう付け中に周囲に熱に敏感な部品が存在する場合には特に重要です。
溶接バーナーの選定は、使用する燃料の種類や炎の温度がどの程度必要になるかによります。ほとんどの空調設備技師は、作業内容に応じてプロパン、アセチレン、またはMAPPガスのいずれかを使用します。アセチレンは約3,480度の非常に高い熱を発生するため、太い銅管を扱う際に最適です。プロパンは約1,995度とやや低く、安全性が速度よりも重視される狭所作業に適しています。一部の人々は、MAPPガスが携帯性に優れながらも、アルミニウムの継手をはんだ付けする際の酸化問題を最小限に抑えるために十分な速度で作業を進められることから好んで使用します。昨年の『冷凍システムジャーナル』の記事によると、このような方法により、手間をかけずに高品質な接続を維持することが可能になります。
酸素と燃料の比率を調整することで、特定の金属に応じた異なる炎タイプを得ることができます：
| 炎タイプ | 最適な用途 | 例としての応用 |
|---|---|---|
| 中性 | 銅、ステンレス鋼 | 冷媒管接続 |
| 酸化 | アルミニウム合金 | 蒸発器コイルの修理 |
| 浸炭 | 鋼製部品 | コンプレッサー外装の修理 |
酸素アセチレンガスは、銅のろう付における業界標準であり、2024年の冷凍ろう付レポートによると、制御下での接合精度が95％に達しています。より新しいMAPPガスの配合は、薄肉チューブ用に88％の成功率を実現しており、携帯性が重視される場合には現実的な代替手段を提供します。
空気燃料式トーチは携帯性に優れているものの、毛細管チューブ作業などサブミリメートル精度が求められる修理作業においては、酸素アセチレンシステムの方が優れた精度を発揮します。複雑な蒸発器の修理作業においては、酸素アセチレンを使用したほうが作業時間短縮効果が30％あると技術者から報告されています。ただし、安全な操作のためにはガス取扱いおよび逆火防止に関する適切なトレーニングが必要です。
銅管を扱う際には、酸素−アセチレン炎は華氏1300〜1500度程度まで上げる必要がありますが、それ以上高温にすると、薄肉部分が過熱によって損傷されることがあります。アルミニウムの継手の場合は異なり、溶けてしまう恐れがあるため、約華氏1200度以下に抑える必要があります。銅同士の接合では、多くの技術者が55／45の亜鉛銅系溶接棒を使用します。これは、長期間にわたってしっかりとした接続が維持される傾向があるからです。状況は6063などのアルミニウム合金を扱う場合に変化します。これは蒸発器コイルによく使われています。このような素材には、通常の溶接棒では金属組織に十分に溶け込まないため、シリコン系の特殊な溶接材料が必要になります。ろう付前の表面清掃は非常に重要です。古くから使われているステンレス製ワイヤーブラシは、金属表面の酸化物を取り除くのに非常に効果的です。ASHRAEの最近の研究によると、適切な清掃が行われないことが、現在のHVACシステムの継手トラブルの約4分の1を占めているとのことです。
薄肉の銅管、つまり8分の1インチ以下の厚さのものは、空気アセチレントーチとナンバー2のチップを組み合わせて使用すると最も適しています。これにより、16分の3インチほどの溶融領域を制御するために必要な集中した炎を作り出すことができます。次に、4分の1インチを超える厚さのアルミニウム管を使用する場合には、酸素MAPPガスシステムへの切り替えが必要です。還元炎（カーバライジングフレーム）と呼ばれる炎を使用し、燃料ガスと酸素の混合比を、酸化剤に対して燃料がおよそ2倍になるように調整してください。これにより、継手間の広い隙間でもよりスムーズに溶加材を流すことができます。また、垂直継手の作業において覚えておきたいポイントがあります。作業中、トーチを約45度傾けるようにします。このちょっとしたコツにより、一方の側に溶融した溶加材がたまるのではなく、両側に均等に行き渡るようになります。
『Materials Research』誌の研究者たちは、最近話題の可変速度式冷凍機において、銅とアルミニウム継手がどのように機能するかを調査しました。技術者が約8psiのガス圧に設定したマイクロティップトーチとBCuP-6フィラーメタルを使用した場合、約94％の継手完全性を達成し、これは約76％にとどまる伝統的な方法と比べて大幅に改善されました。このような成果は偶然ではありませんでした。ポイントは、組立時に金属同士の隙間をわずか0.040インチに維持することでした。また、ブラジング後には約400華氏度での熱処理によって、材料内部に蓄積された応力を除去する必要がありました。これらの知見は、今後の産業分野における接続方法に大きな変化をもたらす可能性を秘めています。
高品質な冷凍設備用修理トーチは、逆流防止弁や危険な炎の逆火を防ぐ逆火防止装置、さらに漏洩しないガス接続部を備えている必要があります。2023年最新の溶接安全レポートによれば、これらの安全機能をすべて備えた機器を使用する職場では事故が約40％少なくなっています。特に銅管の作業を行う際は、自動逆火検出システムを搭載したトーチモデルを使用するのが理にかなっています。このような作業では華氏550度（摂氏約288度）を超える高温を扱うため、定期的に冷媒システムを扱う人にとって、追加の安全対策は賢明な方法といえます。
狭所や密閉された修理環境での作業においては：
HVACベストプラクティスガイド（2024年）では、トーチ作業中に可燃性ガスが装置コンパートメントに蓄積しないように、1時間あたり18～24回の空気交換を推奨しています
現場で作業する技術者は、自由に動き回ることができることと安全を維持することのバランスを取るのにいつも苦労しています。軽量のトーチは狭い場所でもより良い作業ができますが、多くの人が求める重要な安全機能が欠けていることが多いです。最も効果的なのは、熱過負荷保護機能を内蔵し、重量が2ポンド未満のコンパクトなツールです。2024年に冷凍機器協会が行った最近の調査によると、これらのモデルに切り替えた作業員は修理時間全体の4分の1を短縮することができ、安全性を犠牲にすることはありませんでした。特にアルミニウム製の屋上のラインを修理する際には、フリップアップ式のヒートシールドを備えたトーチを使用するのが理にかなっています。これは、偶発的な衝撃から保護するだけでなく、限られたスペースで作業する際にも、わずかな空間を有効に使えるようにするからです。
溶接トーチは、冷媒管の接続、蒸発器コイルのシーリング、コンプレッサーのハウジング修理、特に狭所での作業において重要です。
最も一般的な素材は銅とアルミニウムであり、これらは変形や溶融を防ぐために特定の加熱条件が必要です。
炎の種類には、中性炎、酸化炎、炭化炎があり、銅、アルミニウム合金、鋼などの異なる金属に適しています。
主要な安全機能には、逆止弁、逆火防止器、漏洩防止システムがあり、事故のリスクを軽減します。
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