CN100579702C

CN100579702C - 金属物品的制造方法、钎焊装置以及金属物品

Info

Publication number: CN100579702C
Application number: CN200610058980A
Authority: CN
Inventors: 西川宏之
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2026-03-09
Also published as: US20060201935A1; DE102006010220A1; JP2006247686A; CN1830609A

Abstract

将频率范围为300MHz至300GHz的微波施加至接纳在钎焊装置(10)的金属壳体(20)中装配的热交换器(100)，以从所述热交换器(100)产生热，并因而用钎焊材料在所述热交换器(100)的钎焊部分(130a，130b)进行钎焊。所述钎焊材料或焊剂包括在其上施加微波时产生热量的发热材料，例如二氧化硅或碳化硅。

Description

金属物品的制造方法、钎焊装置以及金属物品

技术领域

本发明涉及一种金属物品的制造方法、用于钎焊所述金属物品的钎焊装置以及由此形成的金属物品。

背景技术

图8是说明现有技术中钎焊方法的示意图。在现有技术的钎焊中，工件(组件)100设置在熔炉200中，熔炉200的内部通过加热装置600(例如电加热器、气体加热器)产生的热量加热至高温，以将工件100的温度增加到钎焊温度，从而对工件100进行钎焊。在上述熔炉200中，隔热材料设置在熔炉200的内部不锈钢元件与外部铁元件之间。

另外，日本未审查专利公开号JP07-77612(与EP0635737A1对应)描述了通过利用电阻加热带来加热和熔化钎焊合金(brazing alloy)而将光纤钎焊至硅块，并简要描述了利用微波加热替代电阻加热。

在参照附图8说明的现有技术钎焊方法中，熔炉的内部通常被保持于高温，导致熔炉主体发出热辐射。尤其是，即使在工件未设置在熔炉中的情况下，熔炉的内部通常也被保持于高温，因此需要大量的热能。因此，实际上用于增加工件温度的热能小于加热装置产生热能的一半。

发明内容

本发明旨在解决上述缺点。因此，本发明的目的是提供一种金属物品的制造方法、其中使用的钎焊装置和由此制造的金属物品，上述方法、装置和物品都能够提高金属物品制造过程中的能量效率。

为了获得本发明的所述目的，一种制造方法，包括：在将多个金属件装配为组件之前或之后，提供单独的至少一种类型的钎焊材料、或者所述至少一种类型的钎焊材料和至少一种类型的焊剂给组件的所述多个金属件；并且其中所述至少一种类型的钎焊材料包括：具有第一相对介电常数的第一类型的钎焊材料；和具有与第一相对介电常数不同的第二相对介电常数的第二类型的钎焊材料；将频率范围为300MHz至300GHz的微波施加至所述组件以从所述组件产生热，并因而在所述组件的至少一个钎焊部分用所述至少一种类型的钎焊材料进行钎焊，以将所述多个金属件结合在一起。

为了获得本发明的所述目的，提供一种金属物品的制造方法。在所述制造方法中，在将多个金属件装配为组件之前或之后，提供单独的至少一种类型的钎焊材料、或者所述至少一种类型的钎焊材料和至少一种类型的焊剂给组件的多个金属件。所述组件可以用发热件覆盖，所述发热件在其上施加微波时产生热量。随后，频率范围为300MHz至300GHz的微波可以施加至所述组件以从所述发热件产生热，并因而在所述组件的至少一个钎焊部分用所述至少一种类型的钎焊材料进行钎焊，以将所述多个金属件结合在一起。

为了获得本发明的所述目的，提供一种用于对组件的金属件进行钎焊的钎焊装置。所述钎焊装置可以包括外壳、微波发生装置和控制装置。所述外壳可以接纳所述组件并可以具有至少一个反射微波的内表面。所述微波发生装置可以用于产生频率范围为300MHz至300GHz的微波并将所述微波提供至所述外壳内部。所述控制装置可以用于控制微波发生装置的运转。

为了获得本发明的所述目的，提供一种金属物品，其包括多个金属件。所述多个金属件可以通过单独的至少一种类型的钎焊材料、或者所述至少一种类型的钎焊材料和至少一种类型的焊剂而钎焊在一起。所述至少一种类型的钎焊材料和至少一种类型的焊剂包括发热材料，在施加频率范围为300MHz至300GHz的微波时，所述发热材料被迅速加热。

附图说明

从下述说明书、所附权利要求及附图中，本发明以及另外的目的、特征和优点将得到最好的理解，其中：

图1是示意性地显示根据本发明的第一实施例的热交换器结构的平面图；

图2是用于说明根据第一实施例的钎焊方法的示意图；

图3是用于说明根据第二实施例的钎焊方法的示意图；

图4是用于说明根据第三实施例的钎焊方法的示意图；

图5是用于说明根据第四实施例的钎焊方法的示意图；

图6是显示工件温度与有发热件和没有发热件的时间之间的关系的曲线；

图7是用于说明根据本发明第五实施例的钎焊装置的示意图；

图8是用于说明现有技术钎焊方法的示意图。

具体实施方式

(第一实施例)

下面将参照附图说明本发明的第一实施例。在下面的说明中，金属物品的制造方法也被称为金属物品的钎焊方法。图1是示意性地显示根据本发明的第一实施例的热交换器100结构的平面图，图2是用于说明根据第一实施例的钎焊方法的示意图。在此特定的情况下，热交换器100(用作由本实施例的制造方法制造的金属物品)被具体限定为冷凝器(制冷剂散热器)，其设置在车辆空调系统的制冷循环中。但是，应当指出，热交换器100也可以可供选择地具体化为其他的应用，例如家庭或者办公室空调系统的热交换器、食物冰箱或者冷藏机的热交换器等。

请参看图1，热交换器100包括制冷剂管111、热交换散热片112和上水箱120，上述元件都由铝或者铝合金制成。特别地，管111(每个通常都具有平坦的横截面)一个接着一个地重叠。通过辊轧成形制成的波纹散热片(波状散热片)112置于每两个管111之间以形成芯体110。

每个都具有圆柱体外形的所述两个上水箱120分别连接至每个管111的末端。上述金属件111、112、120通过钎焊一体地结合。热交换器100设置在车辆发动机舱的前部(前格栅向后)。具有高温高压的气体制冷剂流过管111(芯体110)，被外部空气冷却，并因而冷凝为液体制冷剂。

现在，将说明热交换器100的制造中使用的本实施例的钎焊方法。钎焊装置10包括金属壳体(外壳)20，所述壳体具有经过镜面精加工形成的内表面。微波发生器(微波发生装置)30产生微波，所述微波发生器包括振荡器，例如振动陀螺振荡器。产生的微波通过波导40被引导至壳体20的内部。

此处，应当指出，从微波发生器30产生的微波可以被直接提供至壳体20内，而不使用波导40。控制器(控制装置)35控制微波发生器30的运转，以例如控制从微波发生器30产生的微波的频率、强度和输出时间。

热交换器的装配中间产品(对应于本发明的组件并且下文也被称为工件)100设置在壳体20内部。随后，从微波发生器30产生的微波施加至组件100以使在组件100中发热(即自加热)，并从而导致构成组件100的金属件111、112、120一体钎焊(结合)，

一般而言，所述微波是频率范围为300MHz至300GHz(波长1m至1mm)的电磁波。在微波中，频率范围为30GHz至300GHz(波长15mm至1mm)的波具有数毫米的波长，因此被称为毫米波(milimeter wave)。

当这些微波被施加至工件(绝缘体)时，工件自身由于微波的电场而产生热量。这相对于外部加热是重要的区别，在外部加热中，热量从工件外部产生并施加至工件。工件自身产生热量，而不是通过从外部热源通过热辐射或者热传导施加外部热量而进行加热，因此可以节省所需能量，从而在热交换器的制造过程中获得提高的能量效率。另外，工件的内部温度分布相对较佳，因为工件的加热不依靠通过工件的热传导。因此，可以迅速提高工件的温度。

工件的热值与微波的频率成比例。因此，在微波中，具有较高频率的毫米波可以获得较高发热效率。另外，当微波的频率增加时，均匀的电场分布范围(通过外部加热获得的均匀热范围)增加。因此，通过紧凑的微波发生器30可以产生相对大体积的工件。

另外，2.45GHz的微波与28GHz的微波之间的重要区别是，金属的加热有可能通过28GHz的微波而实现。特别地，当2.45GHz的微波施加于金属时，产生电弧(电火花)。相反，当28GHz的微波施加于金属时，金属可以得到均匀加热，而不产生电弧。

在本实施例的钎焊中，使用4000系列的铝硅合金钎焊材料或者具有氟化钾型的不溶性(nocolok)焊剂。另外，能够容易通过微波被迅速加热的发热材料，例如玻璃(二氧化硅，即SiO₂)、碳化硅(SiC)，被添加至上述钎焊材料或者焊剂中。尤其是，将碳化硅(SiC)粉末溶解在溶剂中相对比较容易，然后将其混合在焊剂中。

随后，将说明本实施例的特征和优点。首先，金属件111、112、120装配在一起以形成组件100。这里，单独的钎焊材料或者与焊剂一起被提供至组件100的每个钎焊部130a、130b。随后，组件100被加热至高温，以通过钎焊金属件111、112、120的钎焊部130a、130b而将金属件111、112、120结合在一起(图1)。此时，频率范围为300MHz至300GHz的微波、希望或者优选频率范围为28MHz至300GHz的微波，被施加至组件100，以在组件100中产生高温，从而进行钎焊。

在此实施例中，微波用于从工件产生直接的热量以进行钎焊。以前认为，当金属通过微波加热时，会产生电火花，因此金属不能用这种微波加热。但是，当微波的频率增加至特定范围时，不会产生电火花。本发明基于此知识。因此，根据本实施例，此范围内的微波被施加至组件100以在组件100中产生热量，从而进行钎焊。在直接加热金属物品的情况下，希望是较高频率的微波。

按照这种方式，不论工件的板厚(即壁厚)，工件都能够被有效地加热以均匀地加热组件。另外，根据本实施例，不再需要用于加热熔炉内部的热能，因此可以实现节能。与在现有技术的熔炉中进行的现有技术的钎焊不同，不需要等到熔炉内部的温度达到预定温度。因此，在假日或者停工时间段内不需要加热熔炉。另外，不需要加热熔炉内部，因此来自熔炉的放热被消除或者最小华。结果，可以实现节能。

另外，根据本实施例，在施加微波时能够容易被快速加热的发热材料被添加至钎焊材料或者焊剂中。在这种情况下，金属件的相对介电常数与钎焊材料或者焊剂的相对介电常数不同，因此钎焊材料或者焊剂可容易地被首先快速加热并很容易被熔化。这就方便了金属件的钎焊。玻璃(SiO₂)或者碳化硅(SiC)用作发热材料。这种材料或者类似材料可以有效地用作发热材料。

用于执行上述钎焊方法的钎焊装置10包括壳体20、微波发生器30和控制器(控制装置)35。壳体20接纳组件100并可以接纳或者容纳隔热件50和发热件60(在后面的实施例中说明)。另外，壳体20的内表面被制成反射微波。微波发生器30将微波提供至壳体20内部。控制器35控制微波发生器30的运转。采用上述元件，实现了用于通过使用微波钎焊金属件的钎焊装置。

另外，振动陀螺振荡器用作微波发生器30。振动陀螺振荡器等可以有效地用作微波发生器30。本实施例的热交换器100的元件通过单独的上述钎焊材料或者与焊剂一起被钎焊在一起。例如在附图1所示的散热片和管型的热交换器中，每个都具有相对厚壁的水箱就不能很容易地通过现有技术的熔炉中的辐射热被加热。

但是，利用微波加热使钎焊材料和焊剂而不是金属件111、112、120加热并熔化。因此，提供了可以在其上容易地进行钎焊的热交换器。单独的钎焊材料或者与焊剂一起可以被施加在具有相对较高热容量的热交换器100的钎焊部分130b。通过基于壁厚(板厚)选择钎焊材料，可以有选择地首先开始具有相对较高热容量的热交换器100的部分的钎焊。因此，可以减少废品率。

(第二实施例)

图3是用于说明根据第二实施例的钎焊方法的示意图。第二实施例与第一实施例有下述几点不同。即，组件100覆盖有隔热件50，隔热件50几乎不吸收微波，即大体上不吸收微波。采用上述结构，可以促进组件100的温度升高。隔热件50的材料可以是陶瓷纤维或者氧化铝纤维，其中二氧化硅(SiO₂)被添加至氧化铝(Al₂O₃)。在本实施例中，隔热件50可以采用容器的形式。当隔热件50采用容器的形式时，组件100在壳体20外部可以设置在隔热件50的容器中，然后被引入壳体20。可选地，隔热件50可以形成为壳体20的一部分(例如内壁的一部分)。

(第三实施例)

图4是用于说明根据第三实施例的钎焊方法的示意图。第三实施例与上述实施例有下述几点不同。即，根据第三实施例的金属物品的制造方法，金属件111、112、120被装配成形成组件100。此处，单独的钎焊材料或者与焊剂一起可以被提供至组件100的钎焊部分130a、130b。随后，组件100被加热至高温以进行钎焊。特别地，组件100覆盖有发热件60，发热件60在其上施加微波时产生热量。随后，频率范围为300MHz至300GHz的微波、希望或优选频率为2.45GHz的微波，施加至发热件60，以在发热件60内产生热。因此，设置在发热件60内的组件100通过发热件60产生的热量被加热至高温，以钎焊组件100的钎焊部分130a、130b。

按照这种方法，微波施加至覆盖组件100的发热件60，使发热件60产生高温热量，并且组件100通过来自发热件60的辐射热加热，以钎焊组件100的钎焊部分130a、130b。根据第三实施例，组件100可以通过低频率微波(例如频率为2.45GHz的微波)加热。另外，只需要加热发热件60和容纳在发热件60中的组件100。因此，与在现有技术熔炉内进行的钎焊相比，可以节能。虽然希望用发热件60全部覆盖组件100，但也可以用发热件60部分覆盖组件100。

另外，发热件60用几乎不吸收微波的隔热件50覆盖。通过这种方式，组件100的温度升高可以提高。进一步地，发热件60被添加至隔热件50的内表面。通过这种方式，用于产生热量的发热件60和用于相对于隔热件的外部隔绝热量的隔热件50一体构成，因此最优地实施所需功能。特别地，例如，碳化硅(SiC)可以被溶解在溶剂中并被施加至发热件60。

此处，碳化硅(SiC)用作发热件60的材料。碳化硅(SiC)等可以被用作形成发热件60。更进一步地，磁控管振荡器用作微波发生器30。磁控管振荡器通常用于微波炉中并相对便宜。另外，磁控管振荡器可以产生大约2.45GHz的微波，这种微波适于从碳化硅(SiC)产生热量。磁控管振荡器等可以被有效地用作微波发生器30。并且，如果需要，振动陀螺振荡器可以用于代替磁控管振荡器。另外，组件100在壳体20外部可以用隔热件50和发热件60覆盖，然后被引入壳体20。在这种情况下，隔热件50和发热件60可以形成为容器的形式。可供选择地，隔热件50和发热件60可以形成为壳体20的一部分(例如，内壁的一部分)。

(第四实施例)

图5是用于说明根据本发明第四实施例的钎焊方法的示意图。第四实施例与上述实施例有下述几点不同。即，根据第四实施例的金属物品的制造方法，金属件111、112、120被装配成形成组件100。此处，单独的钎焊材料或者与焊剂一起可以被提供至组件100的钎焊部分130a、130b。然后，组件100的一个或多个表面或一个或多个部分由发热件60覆盖，发热件60在其上施加微波时产生热量。随后，频率范围为300MHz至300GHz的微波、希望或优选频率为大约2.45GHz至大约28GHz的微波，被施加至组件100和发热件60，以在组件100内和发热件60内产生热从而进行钎焊。

微波被施加至组件100和发热件60以从中产生热，因此进行混合焊接。按照这种方式，可以促进组件100的温度升高。图6是显示工件温度(工件的温度)与有发热件60和没有发热件60这种情况的时间之间的关系的曲线。

在本实施例中，同时施加适于加热组件100(用作金属物品)的频率(例如28GHz)的微波和适于加热发热件60的频率(例如2.45GHz)的微波。更进一步地，发热件60可以不覆盖组件100的全部表面。换言之，只需要用发热件60覆盖组件100的任何表面或者部分。更进一步地，组件100可以在壳体20外部用隔热件50和发热件60覆盖，然后被引入壳体20。在这种情况下，隔热件50和发热件60可以形成为容器的形式。可供选择地，隔热件50和发热件60可以形成为壳体20的一部分(例如，内壁的一部分)。

(第五实施例)

图7是用于说明根据本发明第五实施例的钎焊装置10的示意图。第五实施例与上述实施例有下述几点不同。即，在第五实施例中，至少所述组件100通过壳体20的进口21a被转移至壳体20的内部并在预定的条件下接收微波，对组件100的钎焊部分130a、130进行钎焊。然后，钎焊之后的组件100被通过壳体20的出口21b转移出壳体。

具体地，在图7中，数字70表示金属输送器，数字80表示金属帘，用于限制微波通过壳体20的相应开口21a、21b泄漏。采用这种结构，组件100的钎焊可以一个接一个地连续进行，因此可以实现具有高生产率的钎焊装置。

本发明不局限于上述实施例，上述实施例可以进行如下修改：

在每个上述实施例中，本发明的钎焊方法被应用于热交换器的钎焊中。但是，本发明不局限于上述实施例。具体地说，本发明还可以应用于其他类型的金属物品或者任何其他元件或产品(例如管道元件、喷射器)的钎焊，包括装配金属元件并通过增加组件的温度而钎焊得到的组件。

在上述实施例中，将二氧化硅(SiO₂)或碳化硅(SiC)添加至上述钎焊材料或者焊剂中作为发热材料。可供选择地，可将任何其他合适的硅化合物或任何其他合适的材料添加至钎焊材料或者焊剂中，作为发热件中。

还有，在上述实施例中，将二氧化硅(SiO₂)添加至发热件60。可供选择地，可将任何其他合适的硅化合物或任何其他合适的材料添加至发热件中。

另外，在每个上述实施例中，可以只使用一种类型的钎焊材料。可供选择地，还可以使用两种或多种类型的钎焊材料，其包括发热材料并具有不同的相对介电常数(例如，较高的相对介电常数和较低的相对介电常数)。例如可以通过适当地选择发热材料的类型而在两种不同类型的钎焊材料之间改变相对介电常数。此处，应当指出，具有较高相对介电常数的钎焊材料与具有较低相对介电常数的钎焊材料相比，在施加微波时能够产生较大量的热量。由于上述特征，具有较高相对介电常数的钎焊材料可以用于将具有较厚壁的水箱120焊接至钎焊部分130b处的制冷剂管111。相反，具有较低相对介电常数的钎焊材料可以用于将具有较薄壁的热交换片112焊接至钎焊部分130a处的制冷剂管111。对于一种类型的钎焊材料或者两种或多种不同类型的钎焊材料的上述讨论的内容也适于焊剂。因此，可以使用两种或多种不同类型的焊剂，其包括发热材料并具有不同的相同介电常数。可以按照与两种类型的钎焊材料相同的方式使用这些两种或多种不同类型的焊剂。

并且，对于每个上述实施例，应当指出，钎焊材料和/或焊剂可以在金属件111、112、120装配成为组件100之前或之后设置到金属件111、112、120。并且，钎焊材料和焊剂可以一个接一个地分别设置到金属件111、112、120或者也可以同时设置到金属件111、112、120。

在第五实施例中，隔热件和发热件不设置在钎焊装置10中。并且，在将组件100传输至钎焊装置100时，组件100没有被隔热件或发热件覆盖。但是，隔热件50和/或发热件60可以形成为容器的形式以接纳组件100，就像第二和第四实施例那样。因此，接纳组件100的容器可以通过金属输送器70传输至钎焊装置10中。可供选择地，如果需要，隔热件50和/或发热件60可以被设置成壳体或外壳20的一部分(内壁的一部分)。

另外的优点和修改对于本领域普通技术人员是显而易见的。本发明从广义而言不局限于所述特定细节描述、代表性的装置和示意性的实例。

Claims

1.一种制造方法，包括：

在将多个金属件(111、112、120)装配为组件(100)之前或之后，提供单独的至少一种类型的钎焊材料、或者所述至少一种类型的钎焊材料和至少一种类型的焊剂给组件(100)的所述多个金属件(111、112、120)；并且

其中所述至少一种类型的钎焊材料包括：

具有第一相对介电常数的第一类型的钎焊材料；和

具有与第一相对介电常数不同的第二相对介电常数的第二类型的钎焊材料；

将频率范围为300MHz至300GHz的微波施加至所述组件(100)以从所述组件(100)产生热，并因而在所述组件(100)的至少一个钎焊部分(130a，130b)用所述至少一种类型的钎焊材料进行钎焊，以将所述多个金属件(111、112、120)结合在一起。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其中所述微波的频率范围是28GHz至300GHz。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其中在其上施加微波时被迅速加热的发热材料被添加至所述至少一种类型的钎焊材料或至少一种类型的焊剂中。

4.根据权利要求3所述的制造方法，其中所述发热材料包括二氧化硅和碳化硅中的至少之一。