CN1981975A - 热交换器用管的制造方法以及热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热交换器用管的制造方法，是由板材制造通过钎焊所制造的热交换器的管的制造方法，可避开钎焊时从在将板材弯曲成管状时而产生的对接部或叠合部上所形成的间隙以及在管状的外侧所开放的空隙部侵入熔融钎料，其特征在于，密封对接部、叠合部以及在管状的外侧所开放的空隙部。密封方法优选摩擦接合。

Description

热交换器用管的制造方法以及热交换器
技术领域
本发明涉及由板材制造通过钎焊所制造的热交换器的管的热交换器用管的制造方法、以及组装通过该制造方法所得到的管并进行钎焊一体化而成的热交换器。
背景技术
现有技术中，使用挤出扁平多孔管作为汽车用铝制热交换器用管，但为了热交换器的轻型化，提出了由板材成型的管。上述管中有：如图1、图5所示，弯曲铝板材并将端部彼此对接而制成管状的管1a、1e；如图2～图3、图6所示，将端部彼此叠合而制成的管1b、1c、1f；如图4所示，将端部与端部以外的部分叠合而制成的管1d等。
另外，如图7所示，也有内翅片管1g，该管是如下形成：弯曲板材、特别是弯曲铝板材并将端部彼此叠合而形成管状，并将进行了波纹加工的翅片2、特别是铝翅片装入其内部，然后通过用板材的叠合着的端部夹持翅片2的端部而形成三片重叠，再在该端部进行缝边(hem)加工而形成作为暂时接合部3的端部G(例如，JP2003-336989A)。
热交换器的制造如下进行：将上述的管1a、1b、1c、1d、1e、1f或内翅片管1g与波纹翅片进行层压，并组装集管(省略图示)，再进行钎焊一体化，但在钎焊工序中存在这样的问题：在管1a、1b、1c、1d、1e、1f，钎料从在对接部或叠合部所形成的间隙以及在管状的外侧所开放的空隙部侵入到管的内侧，另外，在内翅片管1g，钎料从管的缝边加工后的暂时接合部3的间隙侵入到管内，导致必要的部分的钎料不足，产生钎焊不良，特别是在铝制热交换器的钎焊制造中，需要对该问题的对策。
即，在管1a，钎料从A部的对接部的间隙11及在外侧所开放的空隙部13侵入；在管1b，钎料从B部的叠合部的间隙12侵入；在管1c，钎料从C部的叠合部的间隙12侵入；在管1d，钎料从D部的端部和除端部以外的部分的叠合部的间隙12、以及在外侧所开放的空隙部13侵入；在管1e，钎料从E部的对接部的间隙11侵入；在管1f，钎料从F部的叠合部的间隙12侵入。
发明内容
作为防止钎料侵入的方法，可考虑在钎焊前，在管1a、1b、1c、1d、1e、1f中，将对接部的间隙11、叠合部的间隙12以及在管状的外侧所开放的空隙部13接合密封，而在内翅片管1g中，将由暂时接合部3构成的端部G的空隙接合密封。但存在如下难点：在熔融上述部分的通常的焊接装置中，虽然接合能完全被进行，但用于在上述薄壁的部分上得到适当的接合部的焊接控制并不容易，设备也变得大型化等。
近年来，开发了摩擦搅拌接合(FSW)，期待着能在多种领域中应用，同时也提出许多接合法。该接合法是固相连接法的一种，即，使硬质的旋转工具边旋转边插入在铝等软金属中，产生摩擦热而引起塑性流动，进行搅拌而接合。从尝试通过FSW来接合密封上述部分的结果，发明人发现：为了通过上述方法不使母材压曲而获得牢固的接合，需要2mm左右以上的厚度，对薄壁部分难以进行接合深度大的牢固的接合。
但是，发现：在该情况下，上述部分可耐得住到钎焊为止的处理、钎焊中的热应变，并且，至少被接合成在钎焊时钎料不侵入的程度即可，可知在接合深度浅时，也足以获得具有该特性的接合部，FSW作为该部分的接合方法也是有效的。
对于上述部分，为了获得可形成具有上述特性的接合部的更简单的接合法，发明人以摩擦搅拌接合(FSW)的想法为基础，进行了试验、研究。
本发明是基于上述试验、研究结果而提出的。其目的在于提供一种热交换器用管的制造方法，该热交换器用管具有密封部，该密封部在由板材制造通过钎焊而被制造的热交换器的管的方法中，可容易地将在弯曲板材形成管状时产生的对接部和叠合部所形成的间隙以及在管状的外侧开放着的空隙部进行接合而密封，并耐得住钎焊之前的处理、钎焊中的热应变，可避免钎焊时熔融钎料侵入；本发明并提供一种热交换器，其是通过组装由该制造方法得到的管并进行钎焊一体化而制造的。
一种热交换器用管的制造方法，在由板材制造通过钎焊而被制造的热交换器的管的方法中，可将在弯曲板材形成管状时而产生的、在对接部和叠合部上所形成的间隙以及在管状的外侧所开放的空隙部简单地进行接合密封，并具有密封部，该密封部耐得住到钎焊为止的处理、钎焊中的热应变，可避免钎焊时熔融钎料侵入；以及热交换器，组装通过该制造方法所得到的管并进行钎焊一体化而成。
为达成上述目的的技术方案1的热交换器用管的制造方法，是由板材制造通过钎焊而被制造的热交换器的管的制造方法，其特征在于，弯曲板材并对端部彼此接彼，或者将端部彼此、或端部与端部以外的部分而成形为管状后，密封在对接部和叠合部形成的间隙以及在管状的外侧开放着的空隙部。
技术方案2的热交换器用管的制造方法，其特征在于，在技术方案1的基础上，上述板材由铝或铝合金构成。
技术方案3的热交换器用的管的制造方法，其特征在于，在技术方案2的基础上，上述叠合部构成为将被装入在管内的内翅片的端部插入到叠合的端部间的三片重叠。
技术方案4的热交换器用管的制造方法，其特征在于，在技术方案1的基础上，上述板材由铜构成。
技术方案5的热交换器用管的制造方法，其特征在于，在技术方案1～4的任意一项的基础上，上述密封是通过摩擦接合来进行的。
技术方案6的热交换器用管的制造方法，其特征在于，在技术方案1～4的任意一项的基础上，上述密封是通过摩擦搅拌接合来进行的。
技术方案7的热交换器用管的制造方法，其特征在于，在技术方案5的基础上，上述摩擦接合如下这样进行：限制对接部、叠合部或在管状的外侧所开放的空隙部，并将硬质工具按压到该部分中，通过使该部分和硬质工具相对移动来使硬质工具相对该部分滑动，从而产生摩擦生热、塑性流动，从而进行上述摩擦接合。
技术方案8的热交换器，其特征在于，组装通过技术方案1～7的任意一项所制造的管、集管及翅片，并进行钎焊一体化制造而成。
根据本发明，提供一种热交换器用管的制造方法，该热交换器用管具有接合部分，该接合部分在由板材制造通过钎焊而被制造的热交换器的管的方法中，可容易地将在弯曲板材形成管状时产生的对接部和叠合部所形成的间隙以及在管状的外侧开放着的空隙部进行接合而密封，并耐得住钎焊之前的处理、钎焊中的热应变，可避免钎焊时熔融钎料侵入；本发明并提供一种热交换器，其是通过组装由该制造方法得到的管并进行钎焊一体化而制造的。本发明的热交换器用管的制造方法，尤其适宜使用于弯曲铝板材而制造通过钎焊所制造的铝制热交换器用管的情况。
附图说明
图1是表示弯曲板材而形成的管的实施例的侧视图。
图2是表示弯曲板材而形成的管的实施例的侧视图。
图3是表示弯曲板材而形成的管的实施例的侧视图。
图4是表示弯曲板材而形成的管的实施例的侧视图。
图5是表示弯曲板材而形成的管的实施例的侧视图。
图6是表示弯曲板材而形成的管的实施例的侧视图。
图7是表示内翅片管的实施例的侧视图。
图8是表示本发明中的被弯曲为管状的板端部的接合方式的实施例的侧视图。
图9是相同地表示另一个实施例的侧视图。
图10是相同地表示又一个实施例的侧视图。
图11是图10的部分俯视图。
图12是表示本发明中的被弯曲为管状的板端部的接合方式的又一个实施例的侧视图。
图13是图12的部分俯视图。
图14是图12的部分俯视图。
图15是表示图10～11的硬质工具5的下端面的实施例的侧视图。
图16是表示图10～11的硬质工具5的下端面的实施例的侧视图。
图17是表示图10～11的硬质工具5的下端面的实施例的侧视图。
图18是表示图10～11的硬质工具5的下端面的实施例的侧视图。
图19是表示本发明中的被弯曲为管状的对接部的接合方式的实施例的部分立体图。
具体实施方式
作为本发明的热交换器用管的制造方法中的密封方式，优选通过摩擦接合进行密封。摩擦接合是这样的接合：限制被弯曲的板材的对接部、叠合部、在管状的外侧所开放的空隙部、内翅片管的端部G，并将硬质工具按压到该部分上，然后通过使该部分和硬质工具相对移动而使硬质工具相对该部分滑动，通过产生摩擦生热、塑性流动，而将在对接部所形成的间隙11、在叠合部所形成的间隙12、在管状的外侧所开放的空隙部13、内翅片管的端部G接合密封。
在本发明的热交换器用管部的制造方法中，可以使用铝或铜作为上述板材。所使用的铝板材、铜板材的厚度为1mm以下，优选为0.05～0.5mm，更优选为0.05～0.2mm。
以下，根据附图进行具体地说明。以对内翅片管的端部G的通过接合进行的密封为例进行说明，但如图3所示的管1c的叠合部的间隙12的接合也同样地被进行，图1所示的管1a的间隙部13、图2所示的管1b的叠合部的间隙12、图4所示的管1d的叠合部的间隙12及间隙部13、图6所示的管1f中的叠合部的间隙12的接合也是通过从内侧限制上述部分而能同样地被进行。
第一实施方式是这样的方法：如表示端部G的侧面的图8～图9所示，在从两侧限制端部G的状态下，从端部侧面按压在X1方向上旋转的圆筒形状的硬质工具4，使硬质工具4相对端部G的宽度方向滑动，引起摩擦生热、塑性流动而接合。硬质工具4边旋转边沿着被弯曲成管状的板材的端部G的宽度方向移动，从而在整个宽度上进行接合。
在硬质工具4的直径比端部G的总板厚小的情况下，也能进行摩擦搅拌接合：如图9所示，通过旋转、按压而将硬质工具插入到端部G，使其边旋转边在宽度方向上移动，在硬质工具4的周围引起塑性流动，以填埋工具的通过部方式进行接合。
第二实施方式是这样的方法：如图10～图11所示，在从两侧限制端部G的状态下，将压勺状的硬质工具5按压到端部G，使硬质工具5或端部G在Y1方向上移动，来使硬质工具5相对于端部G滑动，引起摩擦生热、塑性流动而进行接合。在上述情况下，为了防止塑性流动着的母材成为溢料而被排出到外侧，如图15～17中6A、6B、6C所示，优选压勺状的硬质工具5的下端面6为从侧面看凹向内侧的形状。在用辊等从两侧限制端部G的状态下，在端部G的突出较少的情况下，如图18中6D所示，硬质工具5的下端面6也可以形成为凸状。
构成管的铝板材，由于用切条机等切断端部，所以有在叠合的端部产生阶梯差的情况。在上述情况下，如图15～17所示，通过采用使下端面的两侧部比中央部突出而形成凹部的硬质工具，并将母材导入凹部，从而能够获得在接合后没有间隙的稳定的接合状态。
在第3实施方式中，作为硬质工具，如图12～14所示，也能够使用辊状的硬质工具7。图12是表示端部G的侧面的图，在从两侧限制端部G的状态下，按箭头方向按压在X2方向上旋转的辊状的硬质工具7，而使硬质工具7在端部G的宽度方向上移动。也可以使欲接合的端部G(母材)相对于硬质工具7移动。辊状的硬质工具7，如图12所示，优选在圆周方向上具有槽8、8，通过局部上的按压、滑动来促进摩擦生热、塑性流动，而能够使接合状态更加良好。
图13是使硬质工具7在与硬质工具7沿着端部G移动的方向Y2相反的方向上旋转(或者，使硬质工具7在与端部G(母材)的移动方向相反的方向上旋转)，通过使硬质工具7强烈地摩擦端部G来使它们摩擦生热而接合的形式。母材9被排出到硬质工具7的前方而产生溢料，但是通过选定移动速度与旋转速度，可得到溢料的排出被抑制在最小限度内的、良好的接合状态。另外，通过将硬质工具7的按压力控制为适度的值而可获得稳定的接合状态。
图14是使硬质工具7在与硬质工具7沿着端部G移动的方向Y2相同的方向上旋转(或者，使硬质工具7在与端部G(母材)的移动方向的相同方向上旋转)，使它们摩擦生热而接合的形式。上述情况下，被搅拌的母材10被排出到硬质工具7的后方，因此，为防止排出而优选设置压紧夹具(未图示)。
第4实施方式是接合在对接部上形成的间隙的例子，该对接部为例如图1所示的管1a的对接部、图5所示的管1e的对接部。如图19所示，从内部设置封底夹具14、从外侧设置成形辊15、15来限制管(图19中是圆形管)T的对接部，将沿箭头方向旋转的硬质辊16按压在被限制的对接部，通过成形辊15使欲接合的对接部(的间隙11)相对于硬质辊16移动，通过局部上的按压、滑动来促进摩擦生热、塑性流动，从而接合对接部的间隙11。接合后，也能够通过辊成形将管T扁平加工成图5所示的截面形状。
在上述的摩擦接合、摩擦搅拌接合中，接合深度在0.5mm以下，优选为0.3mm以下。摩擦接合是通过摩擦生热来在微小部分引起塑性流动的方法，但是在以高速接合时等，存在不能得到引起塑性流动所需要的充分的摩擦生热的情况。在上述情况，优选对接合部进行预热，作为预热方法，具有在接合前对应该接合的端部进行高频感应加热、电弧加热、激光加热、电阻加热的方法等，并预热至接合部的熔点的50-90％的温度。更优选预热环境为惰性环境。通过摩擦接合、摩擦搅拌接合对对接部、叠合部等的接合，在应用铝作为板材的情况下特别有效。
以上，作为本发明中优选的通过接合进行的密封方法，针对摩擦接合、摩擦搅拌接合进行了说明，但是也可以按照充分被控制条件而适用周知的接合方法。
实施例
以下，对本发明的实施例进行说明，来证明本发明的效果。这些实施例表示了本发明的一实施方式，本发明并不限定于此。
实施例1
将在外表面用牺牲阳极材料用Al-Zn合金包层的Al-Mn类铝合金板(厚度为0.2mm)弯曲成如图3所示的扁平管形状，形成将端部彼此叠合的叠合部。另外，在扁平管形状的内部放入波纹加工后的由Al-Mn类铝合金(在两面上包层Al-Si合金钎料的合金)形成的内翅片(厚度为0.1mm)，并在形成叠合部的铝合金板之间插入内翅片的端部，形成叠合为3片重叠的端部。
以厚度为5mm的钢板夹持并限制上述叠合部、叠合为3片重叠的端部，将直径为0.5mm的圆筒形钢制旋转工具推碰到叠合部、端部的侧面上，该旋转工具边以1500rpm的转速旋转边进行按压，在纵向(扁平管的宽度方向)上以8m/分的速度移动，通过滑动来产生摩擦生热而接合端部。
将所得到的管及内翅片管插入集管，进行在约600℃的温度下加热3分钟的非腐蚀性(ノコロック)钎焊(使用氟化物系焊剂的钎焊)，其结果是，钎焊时间内钎料都不会侵入接合部，集管侧的钎料都不会不足，能够进行良好的钎焊。
实施例2
将在外面用牺牲阳极材料用Al-Zn合金包层的Al-Mn类铝合金板(厚度为0.2mm)弯曲成如图5所示的扁平管形状，形成将端部彼此对接的对接部。
如图19所示，以钢制封底夹具、成形辊限制对接部，并将直径为200mm、宽度为0.5mm的圆盘形钢制辊推碰到对接部，该钢制辊边以3000rpm的转速旋转边进行按压，使对接部以100m/分的速度移动，通过滑动来产生摩擦生热而接合对接部的间隙。
将所得到的管插入集管，进行在约600℃的温度下加热3分钟的非腐蚀性钎焊(使用氟化物类焊剂的钎焊)，其结果是，钎焊时钎料不会侵入接合部，集管侧的钎料不会不足，能够进行良好的钎焊。

Claims (8)

1.一种热交换器用管的制造方法，是由板材制造通过钎焊来制造的热交换器的管的方法，其特征在于，弯曲板材并将端部彼此对接，或者将端部彼此、或端部与端部以外的部分叠合而成形为管状后，密封在对接部和叠合部形成的间隙以及在管状的外侧开放着的空隙部。
2.根据权利要求1所述的热交换器用管的制造方法，其特征在于，上述板材由铝或铝合金构成。
3.根据权利要求1所述的热交换器用管的制造方法，其特征在于，上述板材由铜构成。
4.根据权利要求1所述的热交换器用管的制造方法，其特征在于，上述叠合部构成为将被装入在管内的内翅片的端部插入到叠合的端部间的三片重叠。
5.根据权利要求1所述的热交换器用管的制造方法，其特征在于，上述密封是通过摩擦接合来进行的。
6.根据权利要求1所述的热交换器用管的制造方法，其特征在于，上述密封是通过摩擦搅拌接合进行的。
7.根据权利要求5所述的热交换器用管的制造方法，其特征在于，上述摩擦接合如下这样进行，即，限制对接部、叠合部或在管状的外侧开放着的空隙部，并将硬质工具按压到该部分中，通过使该部分和硬质工具相对移动来使硬质工具相对该部分滑动，产生摩擦生热、塑性流动，从而进行上述摩擦接合。
8.一种热交换器，其特征在于，组装通过权利要求1～7中的任意一项所制造的管、集管及翅片，并进行钎焊一体化制造而成。
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