CN1981969A - 钎焊方法及钎焊结构体 - Google Patents

Abstract

本发明的课题是使采用低熔点钎料钎焊不同种金属成为可能。解决手段是在热交换机的不锈钢的管(301)上形成铜被覆(302)。接着在铜被覆(302)上涂布低熔点的四元系(Cu－Ni－P－Sn)的膏状钎料(303)。再在其上放置铜制的外翅片(304)，在钎接炉内进行钎接。也可以采用Ni被覆替代铜被覆(302)。

Description

钎焊方法及钎焊结构体

技术领域

本发明涉及不同种金属的钎焊方法，特别涉及以可采用低熔点的钎料进行钎焊的钎焊方法。

背景技术

在不同种金属相互的钎焊中，为了获得良好的硬钎焊性或软钎焊性，钎料在母材表面的润湿性很重要。然而，在例如不锈钢(stainless)的表面存在被称为钝态的坚固的氧化物，由于该钝态的影响，钎料的润湿性差，故已知不锈钢是硬钎焊困难的材料。

历来，关于不同种金属相互的钎焊提出有各种的方法。公知的例如有对不锈钢钢管外面实施镀铜处理，铜钎接铜制翅片板(fin plate)(参照专利文献1)。然而，因为要让镀铜部分熔化而与铜制翅片接合，所以在钎接时需达到1000℃以上。因此，铜制翅片由于高温而软化，有可能损害强度。另外，也有使用作为镍基(Nickel base)钎料的箔和焊膏进行钎接的方法，但是除了钎接温度为高温以外，钎接的成本也高。

另外，公知有使用Al-Ni-SUS的3层材料来接合不锈钢(SUS)和Al(专利文献2)，但是该情况下Ni层具有防止SUS与Al间金属原子扩散的机能，因而无法对不锈钢与铝进行低熔点钎接。

此外，就不锈钢和铝构件的软钎焊，提出有在不锈钢上形成铜镀层，使之浸渍于铝构件用的锡焊液中，通过施加超声波振动而进行软钎焊(参照专利文献3)。该反应被认为是如下的反应。即，若使镀了铜的不锈钢浸渍于焊液，则焊锡与铜形成由金属间化合物及氧化物构成的层。若施加超声波振动，则该层从不锈钢表面的氧化物掠夺氧，并从不锈钢表面脱落。留下的不锈钢的表面没有氧化物，即，焊锡成为容易润湿的状态而可以进行软钎焊。若依据该提案的方法，则不锈钢表面的镀铜具有去除氧化物的功能，在软钎焊后没有残留。另外，由于锡焊液与超声波振动并用，而需要在锡焊工序中附带设备。

【专利文献1】特开平7-80633号公报

【专利文献2】特开2000-336959号公报

【专利文献3】特开平9-145270号公报

发明内容

本发明的目的在于，鉴于上述问题点，提供一种全新的钎焊方法及钎焊结构体，其可以用低熔点的钎料钎焊不同种金属。

本发明的第一形态钎焊方法，如第一项发明所述具有如下步骤：在第一金属构件(121、301)表面，覆盖随着钎料的扩散能够与第二金属构件(111、304)钎接的材料(150、302、160)；在该覆盖面配置低熔点钎料(201、303)；使该低熔点钎料(201、303)熔化。因此，根据本发明的第一形态，钎焊不同种金属能够在炉中以低温进行，并能够防止钎焊时的高温导致的金属强度的降低。

如第二项发明所述，所述第一金属是铁系材料，所述第二金属可以为铜系材料，另外，如第三项发明所述，所述第一金属是不锈钢，所述第二金属也可以为铜或铜合金。若是如此，则不锈钢和铜或铜合金便可以以低温进行钎焊。

如第四项发明所述，在所述第一金属表面覆盖第二金属的步骤，能够采用镀敷或覆箔(clad)，另外如第五项发明所述，所述镀敷或覆箔可以分别为镀铜或覆铜箔，或者是镀Ni或覆Ni箔。再者，如第六项发明所述，所述低熔点钎料也可以是4元系铜钎料。其结果是，能够使用以往不锈钢与铜系材料的钎焊中无法使用的四元系铜钎料，同时能够防止钎焊时的铜的高温导致的强度的降低。

作为本发明的第二形态的钎焊结构体，如第七项发明所述，是通过低熔点钎料(201、303)钎焊第一金属构件(121、301、160)和第二金属构件(111、304)，第一金属构件具有随着钎料的扩散而能够与第二金属构件(111、304)钎接的材料。若依据本发明的第二形态，则能够提供以低温进行钎焊的钎焊结构体，因此，这种钎焊结构体可以避免因钎焊时的高温导致的金属强度的降低。

在本发明的第二形态中，如第八项发明所述，所述第一金属构件是铁系，所述第二金属可以为铜系，另外如第九项发明所述，所述第一金属是不锈钢，所述第二金属也可以是铜或铜合金。若是如此，则能够得到以低温钎焊的不锈钢和铜或铜合金的钎焊结构体，因此该钎焊结构体可以避免铜的强度降低的危险。

另外，如第十项发明所述，所述覆盖面能够作为镀敷或覆箔，尤其如第十一项发明所述，所述覆盖面可以为镀铜或覆铜箔，或者是镀Ni或覆Ni箔。再者，如第十二项发明所述，所述低熔点钎料能够作为四元系铜钎料。

还有，上述各构件附带的括弧内的符号，是表示与后述的实施方式中记载的具体机构成对应关系的一个示例。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的热交换器的正视图。

图2是表示图1的A-A剖面的图。

图3是表示图1的B部的剖面的图。

图4是表示热交换器的顶板(head plate)与管(tube)的关系的图。

图5(a)、(b)是表示热交换机的上水箱(head tank)的剖面的图。

图6是表示热交换器的顶板和管的钎焊的一例的图。

图7是表示热交换器的顶板和管的钎焊的其他示例的图。

图8是表示本发明的第二实施方式的管和翅片的钎焊的图。

图9是表示热交换器的顶板和管的钎焊的其他示例的图。

符号说明

100中间冷却器(intercooler)

110芯部(core)

111、301管

111a管端部

112、304翅片

120上水箱(head tank)

121顶板(head plate)

122贮水箱本体

121a管孔

121b立边部

150、302铜被覆

160 Ni被覆

201、303钎料

具体实施方式

以下，参照图纸说明本发明的实施的方式。图1显示的是一个热交换器的中间冷却器100(intercooler)，本发明的钎焊方法便被应用于它的不锈钢制的顶板121与红铜制的管111之间，图2表示图1的A-A剖面。

中间冷却器100，通过与来自外部的冷却空气的进行热交换，冷却被汽车发动机(内燃机)吸入的燃烧用空气、即进气。中间冷却器100由芯部110和一对上水箱(head tank)120构成。作为本实施方式所示的中间冷却器100是被搭载于卡车等大型车辆上的大型中间冷却器，因而要采用能够取得热传递性和耐久性这样的铁系材料和铜系材料，各构件通过钎接或焊接被接合。钎接时所使用的钎料为低熔点的四元系钎料，其由铜75％、锡15％、镍5％、磷5％的成分构成。

芯部110的构成是，内部插入有内翅片(inner fin)114(图2)的管111与管外翅片112相互层叠，在层叠方向的最外方设有一对侧板(sideplate)113。管111是内部有进气流通的管构件，其利用有限的空间尽可能地扩大截面面积，以减少进气的流通阻抗的方式将截面形状构成为扁平的矩形。还有，管111在图2中省略了图示，不过其是将弯曲形成为截面コ状的2个管用板构件，使コ的两端部重合而进行了钎接。管的材质是含有锌15％、铁0.8％的红铜材。

插入管111内的内翅片114从纯铜制的薄壁的平板材形成为波状，施予进气的气流以紊流效应，使进气侧的热传递率提高。外翅片112与内翅片114一样，从纯铜制的薄壁的平板材形成为波状，在平面部设有多个鱼鳞板(louver)112a，其通过折叠被形成于百页窗上，扩大了冷却空气侧的散热面积，同时在鱼鳞板112a的紊流效应下促进进的热交换。

侧板113是在管111的长度方向上延长的黄铜制的加固构件，截面形状被形成为大体コ状，在コ的内侧中央设有在长度方向上延长的加强筋(rib)。

芯部110其钎焊有各构成构件而形成。即，在管用板构件的表里面，预先涂布有混合了钎料和粘合剂(binder)的膏状钎料，外翅片112和内翅片114通过该钎料被钎接于管111上。另外，在侧板113的外翅片112侧的面上，也涂布有膏状钎料，最外方的外翅片112被该钎料被钎接于侧板113上。还有，作为钎料也可以用箔钎料替代膏状钎料。即，也可以使管111和外翅片112、内翅片114之间，还有侧板113和外翅片112之间介入箔钎料来进行钎接。

一对上水箱120设于管111的端部111a。各上水箱120由如下构成：在管的层叠方向延伸并与各管111连通的顶板；贮水箱本体122；导管123。

图3是图1的B部的剖面图。另外，图4是用于说明与钎接于顶板121上的管111的关系的图，省略了内翅片114和外翅片112。

顶板121由细长平板构成，细长平板的外周部具有立边部121b，此外在管端部111a对应的部位设有管孔121a。管孔121a以管111可嵌入，但仅比管111的截面形状稍大的方式形成。另外，成为管孔121a的管插入侧的周边被倒角。侧板由不锈钢(SUS)构成，为了钎接而除掉上缘121，由纯铜镀敷而形成铜被覆150。

管端部111a插入嵌合于管孔121a，由涂布于嵌合部的低熔点的膏状钎料(混合了钎料和粘合剂的钎料)钎接。即，在管111和板121相互搭接的搭接部101a钎接。通过该搭接部101a，顶板121(本发明的第一金属体)和管111(本发明的第二金属体)构成钎接结构体而形成。还有，侧板113的长度方向两端部，通过涂布于其与顶板121的搭接部的钎料而被钎接于顶板121上。

图5(a)、(b)是上水箱120的剖面图。上水箱120的贮水箱本体122由跟顶板121相同的不锈钢构成，例如通过冲压成形而形成。贮水箱本体122是顶板侧开口的细长的半容器体，其开口部被焊接于顶板的立边部121b的内面而形成箱内空间。焊接例如通过TIG焊接这样的电弧焊来进行重迭角焊。因此，焊道125便形成于顶板121的立边部121b的端面和上水箱122表面。在图5(a)中，在钎焊工序之后的焊接工序中，如果焊接部有铜被覆混入，则恐怕会降低焊接部的强度，所以预先不在作为顶板121的焊接处的立边部121b的上部镀铜，而使母材的不锈钢露出。但是如图5(b)，当铜被覆不会造成影响时，例如在镀敷的厚度薄而对焊接部的影响小时，也可以不露出母材的不锈钢。

导管123(图1)是由铁系材料构成的管构件，以连通于箱内空间的方式被焊接于贮水箱本体122的长度方向的一端部。

接下来，说明中间冷却器100的制造方法。首先，准备通过板材的冲压加工而成形的管用板构件、侧板113、顶板121，和通过辊压加工而成形的外翅片112、内翅片114。

接着，在管用板构件的表里面和侧板113的外翅片112侧的面上涂布膏状钎料。

然后，以层叠夹具(未图示)为导件，在最下侧设置侧板113，在其上侧设置外翅片112、管用板材、内翅片114、管用板材，在外翅片112的更上侧再设置一个侧板113，组装内芯部10。这时，通过管用板构件和内翅片114的层叠，在内部插入有内翅片114的管111形成。

接着，如图6所示，将红铜的管111的端部111a插入嵌合到顶板121的管孔121a中并进行钎接。这里，由不锈钢构成的顶板121，因为具有作为纯铜镀层的铜被覆150，所以可以由低熔点钎料钎接。还有，顶板121在立边部121b的内侧具有呈圆顶(dome)突出的突出部121c。

钎焊时，在将管111的端部111a插入顶板121的管孔121a而嵌合的嵌合部，涂布作为低熔点铜钎料的四元系钎料(Cu-Ni-P-Sn)所构成的膏状钎料201(混合了钎料和粘合剂的钎料)。还有，根据需要为了保持芯部110的组装状态，可在管111的层叠方向装配金属丝等的夹具。然后，进行组装体的脱脂后，投入钎接炉内进行钎接。四元系钎料的熔点约为600℃，但炉内温度约为650℃。

以前，不锈钢和铜的钎焊若使用低熔点铜钎料，则不锈钢的润湿性不充分，钎接困难，但通过用铜覆盖不锈钢的表面，从而可以使用低熔点钎料进行不锈钢与铜这样的不同种金属之间的钎焊。如此，若能够以低熔点钎焊，则不会发生因钎焊时的高温导致的铜的软化，不必担心强度降低。

还有，铜被覆也能够通过覆箔进行。图7显示了采用覆箔的情况。针对通过覆箔而将两面做了铜被覆了的不锈钢121，通过修补(Burling)设置插入孔121a。若是如此，则管111被插入到修补好的孔中时，在嵌合部，因为由红铜构成的管111的外表面与不锈钢经覆铜箔而形成的铜被覆150相对，所以如前述，将四元系钎料(Cu-Ni-P-Sn)构成的膏状钎料201涂布于嵌合部，进行脱脂处理后，投入钎接炉内进行钎接即可。若顶板121和芯部110的组装体形成，则将导管123焊接于贮水箱本体122上。此后，使贮水箱本体122的开口侧嵌合于顶板121的立边部121b，在贮水箱本体122的长度方向端部和立边部121b之间进行重迭角焊。

在上述实施方式中，管111使用的是红铜。然而，当对于强度或腐蚀的耐性要求严格时，有用不锈钢制作管子的情况。若用不锈钢制造管子，则需要钎焊铜制的翅片和不锈钢的管子。

图8显示了在不锈钢的管301(相当于本发明的第一金属体)上钎焊铜制的翅片304(相当于本发明的第二金属体)的本发明的第二实施方式。不锈钢的管301被覆铜箔而进行了铜被覆302。在铜被覆302上涂布有膏着钎料303，其是由例如四元系钎料(Cu-Ni-P-Sn)构成的所谓低熔点的铜钎料。在其上装载翅片304，在钎接炉内进行钎接。炉内温度约为650℃。还有，也能够进行如第一实施方式那样在管内设置翅片的情况。

若是如此，则钎接能够以低温进行，能够防止铜的软化导致的强度的降低。还有，铜被覆302也可以由镀敷完成。另外，钎料的涂布是使用膏状钎料涂布于铜被覆302上，不过也可以使用低熔点的铜钎料的箔，使之置于铜被覆302上而进行钎接。

以上说明的实施方式，如图6～8所示，是在施加于不锈钢上的铜被覆150、302上配置低熔点钎料而进行钎接。在接下来说明的实施方式中，是采用Ni被覆来替代铜被覆150、302。

图9表示采用基于镀Ni的Ni被覆160替代图6的铜被覆150的实施方式。图9的由不锈钢构成的顶板121具有由Ni的镀层形成的Ni被覆160，通过该Ni被覆160来进行与红铜的管111的钎接。即，将红铜的管111的端部111a插入嵌合到顶板121的管孔121a，通过Ni被覆160，以低熔点的钎料进行钎接。

作为低熔点的钎料，与图6所示的一样，可以使用作为低熔点铜钎料的四元系钎料(Cu-Ni-P-Sn)，钎焊工序与图6所示的也相同。即，将管111的端部111a插入顶板121的管孔121a并嵌合，在该嵌合部涂布所谓低熔点的铜钎料的由四元系钎料(Cu-Ni-P-Sn)构成的膏状钎料201(混合了钎料和粘合剂的钎料)。根据需要为了保持芯部110的组装状态，可在管111的层叠方向装配金属丝等的夹具。然后，进行组装体的脱脂后，投入钎接炉内进行钎接。四元系钎料的熔点约为600℃，但炉内温度约为650℃。

如本实施方式所示，对于不锈钢进行由镀Ni形成的Ni被覆，使用低熔点的钎料也能够进行不锈钢与铜这样的不同种金属间的钎接。另外，用铜被覆时，在钎接之后预定要与其他的构件的焊接，由于铜被覆的混入而有可能使熔接部的强度降低时，则在作为后熔接处的立边部121b不进行铜被覆。但是，用Ni被覆时，不锈钢中包含有Ni时即使进行Ni被覆，Ni被覆也不会使熔接部的强度降低，因此立边部121b不用除外，顶板121整体都可以进行镀Ni。若是如此，则能够简化对顶板121的镀敷工序。

还有，也可以采用将Ni作为覆箔的覆Ni箔替代图7的由覆铜箔形成的铜被覆。此外，也可以采用Ni被覆替代图8的铜被覆302。

作为实施方式可列举不锈钢和铜合金的例子，但铁系材料与铜系材料也能够应用本发明。另外，作为低熔点的钎料除了四元系钎料以外，还能够使用三元系等的其他的低熔点钎料。

Claims (12)

1.一种钎焊方法，是将第一金属构件(121、301)和与该第一金属构件不同种类的第二金属构件(111、304)进行钎焊的钎焊方法，其特征在于，具有：

在第一金属构件(121、301)的表面，覆盖随着钎料的扩散而能够与第二金属构件(111、304)钎接的材料(150、302、160)的步骤；

在该覆盖面配置低熔点钎料(201、303)的步骤；

使该低熔点钎料(201、303)熔化的步骤。

2.根据权利要求1所述的钎焊方法，其特征在于，所述第一金属构件为铁系，所述第二金属构件为铜系。

3.根据权利要求2所述的钎焊方法，其特征在于，所述第一金属构件由不锈钢构成，所述第二金属构件由铜或铜合金构成。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的钎焊方法，其特征在于，所述被覆步骤通过镀敷或覆箔完成。

5.根据权利要求3所述的钎焊方法，其特征在于，所述镀敷或覆箔分别为镀铜或覆铜箔、或者是镀Ni或覆Ni箔。

6.根据权利要求5所述的钎焊方法，其特征在于，所述低熔点钎料是四元系铜钎料。

7.一种钎焊结构体，是第一金属构件(121、301)、和与该第一金属构件为不同种类的第二金属构件(111、304)的钎焊结构体，其特征在于，

通过低熔点钎料(201、303)，钎焊所述第一金属构件(121、301)和第二金属构件(111、304)，所述第一金属构件(121、301)具有随着钎料的扩散而能够与第二金属构件(111、304)钎接的材料的被覆面(150、302、160)。

8.据权利要求7所述的钎焊结构体，其特征在于，所述第一金属构件为铁系，所述第二金属为铜系。

9.据权利要求8所述的钎焊结构体，其特征在于，所述第一金属为不锈钢，所述第二金属为铜或铜合金。

10.据权利要求7～9中任一项所述的钎焊结构体，其特征在于，所述被覆面为镀敷或覆箔。

11.据权利要求10所述的钎焊结构体，其特征在于，所述镀敷或覆箔是镀铜或覆铜箔、或者是镀Ni或覆Ni箔。

12.据权利要求7所述的钎焊结构体，其特征在于，所述低熔点钎料是四元系铜钎料。

Images