CN1608779A - 钎焊方法 - Google Patents

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Abstract

为了实现通过钎焊整体连接由铜或铜合金制作的第一件(112)和第二件(114)，主要由铜(Cu)、锡(Sn)、镍(Ni)和磷(P)组成的糊状钎焊材料(10)预先施加到第一件(112)和第二件(114)的至少一个上。基材在第一件(112)和第二件(114)之间的整个或部分接触部分露出。此后，第一件(112)和第二件(114)在预定位置组装，并在还原气氛炉内600℃－800℃的范围温度内加热。通过钎焊方法，可以有效地去除基材表面上的氧化膜，以便糊状钎焊材料(10)可以平滑地在接触部分的表面上流动。

Description

钎焊方法
技术领域
本发明涉及一种适合用于由铜或铜合金制作的热交换器的钎焊方法。
背景技术
糊状钎焊材料适用于通过钎焊整体连接由铜或铜合金制作的部件。如JP-A-2000-197990所述，糊状钎焊材料通过将高分子聚合体和有机溶剂与由磷(P)、镍(Ni)、锡(Sn)和铜(Cu)组成的合金粉混合在一起形成。将糊状钎焊材料预先施加到要连接的金属基材(即，铜合金板)的整个表面。此后，将金属基材在等于或小于700℃温度的真空或还原气氛炉中加热5-10分钟。
在这种情况下，不使用助熔剂，以便钎焊材料的熔化点变低并降低钎焊材料的成本。
然而，上述钎焊方法只用于钎焊件具有简单平板形状的情况。当实际机器如热交换器通过使用钎焊方法连接时，在具有复杂形状的金属基材表面上的氧化膜不能通过利用钎焊材料中的还原气体和磷(P)充分去除。因此钎焊材料不能平滑流动，因此不能充分连接实际机器的连接件。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的之一在于提供一种金属基材表面上的氧化膜可以充分去除且钎焊材料可以在金属基材表面上平滑流动的钎焊方法。
本发明的另一目的在于提供一种金属基材表面上的氧化膜可以充分去除且钎焊材料可以在金属基材表面上平滑流动的钎焊结构。
根据本发明的一个方面，钎焊方法为利用钎焊材料通过钎焊连接由铜和铜合金之一作为基材的第一件和第二件。钎焊方法包括步骤：将主要由铜(Cu)、锡(Sn)、镍(Ni)和磷(P)组成的糊状钎焊材料施加到第一和第二件的至少一个上；在预定位置临时组装第一和第二件；在还原气氛炉内600℃-800℃范围的温度时加热组装的第一和第二件。此外，在施加糊状钎焊材料的步骤中，基材在第一和第二件之间的接触部分露出。因此，基材表面上的氧化膜可以通过还原气氛炉内的还原气体和钎焊材料中的磷(P)充分去除。因此，在加热步骤中，由于毛细管作用，靠近接触部分的熔化的钎焊材料可以平滑地流进接触部分，从而使第一和第二件得到满意的连接。根据本发明的钎焊方法可以有效地用于内流体流动以与外部的空气进行热交换的热交换器。
在本发明中，基材可以在第一和第二件之间的整个接触部分露出。另外，基材也可以在第一和第二件之间的部分接触部分露出。
例如，糊状钎焊材料以彼此平行的多行施加到第一件上。此外，第二件具有在组装过程中第一件插进其中的插入孔，且糊状钎焊材料施加到将定位在靠近第二件的插入孔一端侧的行中的所述第二件的表面。另外，第二件具有在组装过程中第一件插进其中的插入孔，且糊状钎焊材料施加到第二件的插入孔周围的第二件的表面。
根据本发明的另一方面，进行施加和组装以在第一和第二件之间的接触部分形成间隙，以便还原气氛在加热中在间隙中流动。在此情况下，还原气氛可以流过间隙以去除基材上的氧化膜。
根据本发明的另一方面，钎焊结构包括由铜和铜合金之一作为基材制作的第一件，以及由铜和铜合金之一作为基材制作的第二件。第二件与第一件利用主要由铜(Cu)、锡(Sn)、镍(Ni)和磷(P)组成的糊状钎焊材料通过钎焊连接在一起。在钎焊结构中，糊状钎焊材料施加到第一和第二件的至少一个上，以便第一和第二件的基材在第一和第二件之间的接触部分上露出。因此，基材表面上的氧化膜可以通过还原气氛炉内的还原气体和钎焊材料中的磷(P)充分去除。
附图说明
参照相应的附图进行具体说明将使本发明其它方面、特征和优点变得更加清晰。
图1是显示本发明优选实施方式中的散热器的分解透视图；
图2是显示本发明优选实施方式中将钎焊材料的方法施加到管的分解透视图；
图3是显示本发明优选实施方式将钎焊材料的方法施加到芯板的分解透视图；
图4是显示本发明优选实施方式在管和芯板之间的连接部分的钎焊材料的圆角长度的截面视图；
图5是显示本发明和比较实施例中钎焊材料的圆角长度的图表；
图6是显示本发明优选实施方式的改进方式将钎焊材料的方法施加到管的分解透视图；
图7是显示本发明优选实施方式的另一改进方式将钎焊材料的方法施加到芯板的分解透视图；以及
图8是显示本发明优选实施方式的再一改进方式将钎焊材料的方法施加到管的分解透视图。
具体实施方式
在下文中，将参照图1-5对本发明的优选实施方式进行详细说明。在此实施方式中，根据本发明的钎焊方法典型地用于冷却结构机器的发动机(未示出)的散热器100(热交换器)的芯部分110。
如图1所示，散热器100设置有至少一个散热器单元101(例如，在图1中的多个散热器单元101)、顶箱102和底箱103。顶箱102的入口管102a和底箱103的出口管103a分别通过由橡胶制作的软管(未示出)连接到发动机。
构成散热器100的部件通过熔焊或使用钎焊材料的钎焊整体连接，其将在后面说明。在散热器100中，散热片111由铜制作，而其它件由黄铜制作。
散热器单元101作为散热器100的主要部分设置。每个散热器单元101包括芯部分110、上箱120和下箱130。在此，散热器单元101的数量可以对应各种发动机进行改变。
芯部分110为用于冷却从发动机流动的发动机冷却水(对应本发明中的内部流体)的热交换部分。芯部分110由散热片111、管112、侧板113和芯板114构成。
散热片111设置成将冷却水的热量有效地散发到空气中。每个散热片111通过由薄带板形成以在管112的纵向(图1中的上下方向)具有波形。
每个管112都通过弯曲薄带板形成以在其中限制具有平椭圆形截面的冷却水通道。在管112纵向延伸的弯曲薄带板的端部分通过熔焊进行连接。散热片111和管112在对应图1所示左右方向的层叠方向层叠，以便每个散热片111都设置在相邻管112之间。用于加强芯部分110的侧板113设置在位于芯部分110中层叠方向最外侧的散热片111的外侧部分。此外，管112和散热片111在通过图1中箭头表示的冷却空气流动方向设置多行。
通过挤压和弯曲平板形成的芯板114为具有与上箱120或下箱130的开口部分配合的竖立边的低盒形。如图3所示，多个管孔114a设置在对应管112的纵向方向的管端部分112a位置的芯板114中。管端部分112a插进管孔114a以凸进上箱120和下箱130，而管端部分112a的开口如图4所示在外面变大。
然后，散热片111、管112、侧板113和芯板114通过钎焊整体连接。
上箱120和下箱130为在面向芯板114侧上具有开口部分的盒形容器，而上、下箱120、130的开口部分与芯板114配合以通过熔焊连接。如图1所示，分别连通箱120、130的流入管121和流出管131通过钎焊连接到箱120的顶面和箱130的底面。箱120的顶面设置为相对顶箱102，而箱130的底面设置为相对底箱103。
在图1所示的实施例中，散热器单元101设置在对应散热片111和管112层叠方向的设置方向。
顶箱102和底箱103为具有对应散热器单元101的设置方向(图1中的左右方向)的纵向方向的长方体形容器。与箱102和103连通的流入管102a和流出管103a分别通过钎焊连接到箱102和103的侧面。
如图1所示，多个插入孔102b和多个插入孔103b分别设置在箱102底面和箱103顶面，以分别对应将插入到插入孔102b和103b的流入管121和流出管131的设置位置。顶箱102和底箱103分别通过钎焊连接到上箱120和下箱130。
在散热器100中，来自发动机的冷却水通过流入管102a流进顶箱102，此后通过流入管121流进多个散热器单元101。当在多个管121内流动时，冷却水与将要冷却的冷却空气进行换热。在此，通过散热片111提高热交换。通过流出管131，冷却水从管112流进底箱103。然后，底箱103中的冷却水通过流出管103a流到发动机。
在此实施方式中，根据本发明的钎焊方法适合用于钎焊部件111-114以构成芯部分110。
在此实施方式中，使用糊状钎焊材料10。糊状钎焊材料10通过将高分子有机粘合剂和由铜(Cu)、锡(Sn)、镍(Ni)和磷(P)组成的合金粉混合形成。合金粉中的金属重量比设定为例如75％的Cu、15％的Sn、5％的Ni和5％的P。在此情况下，钎焊材料10的熔点大约为600℃。
钎焊材料10预先施加到除散热片11外的部件112-114。在此实施方式中，例如，钎焊材料10不施加到部件112-114之间的每个接触部分的整个或部分上，用于在部件112-114之间至少部分或整个接触部分上露出基材。
如图2所示，钎焊材料10施加到接触散热片11的表面上的管112(例如，本发明中的第一部件)。在此，钎焊材料10在管112的纵向方向以多行延伸(例如，如图2所示的2行)施加。波形散热片111的多个波峰部分和管112在管112和散热片111之间的接触部分连接。在图2中，由管112上双点划线环绕的区域表示管112和散热片111之间接触部分的一部分。在除了施加钎焊材料10的部分外的接触部分，管112的基材不用钎焊材料10覆盖，并露在外面。在此实施方式中，钎焊材料10不施加到环绕管端部分112a的区域(例如，本发明中的第一部件)以用于将管端部分112a平滑地插进设置在芯板114中的管孔114a中。
如图3所示，钎焊材料10施加到面对管112表面上的芯板114(例如，本发明中的第二部件)。在此，钎焊材料10设置为在管112的层叠方向(图3中的左右方向)延伸，并靠近管孔114a延伸方向的一端部分。在此情况下，芯板114的基材露出在管端部分112a插入的管孔114a的内圆周表面。在管112层叠方向延伸的钎焊材料10多行地设置在垂直于层叠方向的方向。
与管112一样，钎焊材料10也施加到面向散热片111表面上的侧板113。此外，钎焊材料10设置为在侧板113的纵向延伸，在此其没有通过图显示出来。
散热器100的部件111-114通过在相对位置安装进行临时组装或通过使用固定件如夹具临时组装。
此后，临时组装的部件111-114在还原气氛炉中加热以整体连接。在炉中，管112的纵向方向设定为设置在水平方向，而施加到芯板114的钎焊材料10的每行都位于相对管孔114a的上侧、其一端部分靠近所述行。例如，氢(H2)在炉中作为还原气体使用，而组装的部件111-114在600℃-800℃加热大约19分钟。
因此，当基材在部件111-114之间的接触部分露出时，在基材表面上的氧化膜可以通过钎焊材料10中的磷(P)和还原气体充分去除。因此，在接触部分周围的熔化钎焊材料10基于毛细管作用可以平滑地流到接触部分，从而使部件111-114可以满意地得到连接。根据本发明的钎焊方法对于散热器单元101特别有效，其中冷却水需要在管112和芯板114之间的接触部分进行充分地密封。
根据本申请的发明者进行的试验，在本发明中说明的钎焊方法可以用于整体连接实际的热交换器。在此情况下，散热片111和管112之间的连接区域与钎焊材料施加到基材的整个表面上的比较实施例相比增加大约50％。
此外，在比较实施例中，在管端部分112a和管孔114a之间接近接触部分的40％时，钎焊材料不能平滑地在周围流动。因此，管112和芯板114不能充分地连接，且冷却水可能泄露。根据本发明的钎焊方法，钎焊材料不能平滑地在周围流动的接触部分可以降低到大约1％-2％。
钎焊材料10的圆角长度L为在图4所示的管端部分112a和管孔114a之间的接触部分的位置。图4显示了在管孔114a的延长方向或管孔114a的短方向的管孔114a的接近中心的接触部分的截面视图。除了钎焊材料不能平滑地在周围流动的情况外，本发明的圆角长度L与比较实施例的圆角长度在接触部分的50个位置进行比较，其中在管孔114a的延长方向或管孔114a的短方向的接近中心的每个截面中。如图5所示，当芯板114的厚度为2mm时，根据本发明，钎焊材料10的圆角长度L可以保持等于或大于2mm，以便可以限制结构的差异。此外，在管孔114a截面中整个一百个位置中，圆角长度L的平均值与比较实施例的圆角长度相比可以增加10％。
在比较实施例中，钎焊材料10施加到每个连接件(例如，管112和芯板114)的整个表面。根据本发明，钎焊材料10施加到每个连接件的部分表面，以便基材在连接件之间的至少接触部分的一部分露出。因此，使用的钎焊材料10的量在本发明中减少。例如，施加到管112的钎焊材料10在比较实施例中至少为200g/m2。然而，根据本发明，当施加到管112时，150g/m2的钎焊材料10就足够了。
在此实施方式中，钎焊材料10不施加到管端部分112a周围的区域。因此，可以在管端部分112a和芯板114之间的接触部分形成间隙，以便还原气体可以流过间隙以去除基材上的氧化膜。
(其它实施方式)
虽然本发明已经参照相应的附图充分说明了其优选实施方式，但是应当认为，本领域的熟练技术人员可以很容易做出各种改变和变更。
例如，如上述图2的说明，当钎焊材料10施加到管112时，钎焊材料10以多行设置，每行都沿管112的纵向延伸。然而，本发明不局限于此。如图6所示，钎焊材料10也可以以多行设置，每行都在管112的平椭圆形截面的主方向延伸。此外，相邻行之间的距离设定为不同于波形散热片111的相邻波峰部分之间的距离。
此外，当钎焊材料10施加到芯板114时，钎焊材料10也可以如图7所示环绕管孔114a设置。此外，如图8所示，除了插入管孔114a的部分外，钎焊材料10也可以不施加到芯板114，而是靠近管112的管端部分112a施加。
此外，在上述实施方式中，氢用作还原气体。一氧化碳(CO)等也可以用作还原气体。
此外，根据上述实施方式，钎焊方法适合用于结构机器的散热器100。钎焊方法也适合用于汽车或房屋的散热器100。此外，除散热器100外，钎焊方法还适合用于其它热交换器如内冷却器、冷凝器或加热芯。
应该理解，此改变和变更不会脱离由权利要求所限定的发明保护范围和主题精神，本发明的保护范围由权利要求及其等同物的范围所限定。

Claims (9)

1.一种利用钎焊材料通过钎焊连接由铜和铜合金之一作为基材的第一件(112)和第二件(114)的钎焊方法，包括步骤：
将主要由铜(Cu)、锡(Sn)、镍(Ni)和磷(P)组成的糊状钎焊材料(10)施加到第一件(112)和第二件(114)的至少一个上；
在预定的位置临时组装第一件(112)和第二件(114)；以及
在还原气氛炉内600℃-800℃范围的温度时加热组装的第一件(112)和第二件(114)，其中：
在糊状钎焊材料(10)的施加步骤中，基材在第一件(112)和第二件(114)之间的接触部分露出。
2.根据权利要求1所述的钎焊方法，其特征在于：
基材在第一件(112)和第二件(114)之间的整个接触部分露出。
3.根据权利要求1所述的钎焊方法，其特征在于：
基材在第一件(112)和第二件(114)之间的接触部分的一部分露出。
4.根据权利要求1到3中任何一项所述的钎焊方法，其特征在于：
组装第一件(112)和第二件(114)以构成内部流体流动的热交换器(100)。
5.根据权利要求1所述的钎焊方法，其特征在于：
糊状钎焊材料(10)以彼此平行的多行施加到第一件(112)上。
6.根据权利要求5所述的钎焊方法，其特征在于：
第二件(114)具有用于在组装过程中第一件(112)插进其中的插入孔(114a)；以及
糊状钎焊材料(10)施加到将定位在靠近第二件(114)的插入孔(114a)一端侧的行中的所述第二件(114)的表面。
7.根据权利要求5所述的钎焊方法，其特征在于：
第二件(114)具有用于在组装过程中第一件(112)插进其中的插入孔(114a)；以及
糊状钎焊材料(10)施加到第二件(114)的插入孔(114a)周围的所述第二件(112)的表面。
8.一种利用钎焊材料通过钎焊连接由铜和铜合金之一作为基材的第一件(112)和第二件(114)的钎焊方法，包括步骤：
将主要由铜(Cu)、锡(Sn)、镍(Ni)和磷(P)组成的糊状钎焊材料(10)施加到第一件(112)和第二件(114)的至少一个上；
在预定的位置临时组装第一件(112)和第二件(114)；以及
在提供还原气体的还原气氛炉内600℃-800℃范围的温度时加热组装的第一件(112)和第二件(114)，其中：
进行施加和组装以在第一(112)和第二件(114)之间的接触部分形成间隙，以便还原气氛在加热过程中在间隙中流动。
9.一种钎焊结构，包括：
由铜和铜合金之一作为基材制作的第一件(112)；以及
由铜和铜合金之一作为基材制作的第二件(114)，所述第二件(114)与第一件(112)利用主要由铜(Cu)、锡(Sn)、镍(Ni)和磷(P)组成的糊状钎焊材料(10)通过钎焊连接在一起，其中：
糊状钎焊材料(10)施加到第一件(112)和第二件(114)的至少一个上，以便第一件(112)和第二件(114)的基材在第一件(112)和第二件(114)之间的接触部分上露出。
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