JP2001047275A

JP2001047275A - アルミニウム材の無フラックスろう付け方法

Info

Publication number: JP2001047275A
Application number: JP11224041A
Authority: JP
Inventors: Shinji Takeno; 竹野親二
Original assignee: Sky Aluminium Co Ltd
Current assignee: Sky Aluminium Co Ltd
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 1999-08-06
Publication date: 2001-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】より低コストで簡便な大気中での無フラック
スのアルミニウム材の重ね継手のろう付け法を提供す
る。【解決手段】アルミニウム材同士を重ねろう付け時、
界面に、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材からなる芯材に
芯材の液相線温度より高い固相線温度を有する皮材を両
側クラッドし、皮材に切り込みを入れたアルミニウムク
ラッド材を挟んで、大気中で加圧しながら加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は大気中で無フラッ
クスでの接合を可能とするアルミニウム材のろう付け方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム材のろう付け法は大面積継
手や多点継手を一挙に作成できる効率的な方法として熱
交換器やパネルの製造に用いられている。またこの多点
継手では継手へのろう材の配置効率の点より、一般には
ろう材を芯材の表面にクラッドしたブレージングシート
を用いている。ブレージングシートを用いるろう付け法
では真空中での無フラックス法非酸化雰囲気での
非腐食性フラックス法大気中での腐食性フラックス
法の３つが用いられている。しかしこれらろう付け法
は、では高価な真空炉が必要であり、では真空式よ
りは低廉だがそれでも高価な気密性の高い雰囲気炉や消
耗する高価な不活性ガスが必要であり、では装置や消
耗品のコスト面で優れるが、ろう付け後の腐食性フラッ
クスの後処理に多大の労力、コストが必要である等、各
々課題を抱えている。

【０００３】これらの問題に対して、例えば大気中で無
フラックスのろう付けを可能にするため、２枚のアルミ
ニウム材同士をろう付け温度に加熱して、加熱温度到達
後に相互に擦りあわせる「摩擦ろう付け法」が知られて
いる。（アルミニウムろう付けハンドブック、ＴＨＥ
ＡＬＵＭＩＮＵＭＡＳＳＯＣＩＡＴＩＯＮ編第６１
頁）しかしこの手法は炉の構造は通常の大気炉のもので良い
が、擦りあわせる時の制御が難しく作業性に劣るという
欠点があった。

【０００４】また、本発明者はこの問題に対して以前に
大気中での無フラックスろう付け法としてブレージング
シートの重ね界面に極薄板厚の金属板を挿入し加圧密着
後、ろう溶融時に極薄金属板を引き抜く方法を提案した
（特開平８−１７４２０７）。この方法は確かに大気中
での無フラックスろう付けを可能にするものであるが、
極薄金属板を引き抜く作業が必要とか接合形状の融通性
が劣る等の問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記の従来
技術の問題点を解消して、より低コストで簡便な大気中
での無フラックスのアルミニウム重ね継手ろう付け法を
提供する事を目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明には、Ａｌ−Ｓｉ
−Ｍｇ系合金ろう材の表面に固相線温度がこのろう材の
液相線温度より高い皮材をクラッドし、その皮材に切り
込みを入れ、大気中でろう付け加熱し、ろう溶融時に加
圧して溶融ろうを切り込みから接合部材同士の界面に染
み出させる状況下において、ろう材中のＭｇがろうの濡
れ広がりを促進し、ろう付けを可能にすることを見いだ
したことによって到達した。

【０００７】すなわち、請求項１の、アルミニウム材
同士を重ねろう付けするに際し、界面に、Ａｌ−Ｓｉ−
Ｍｇ系合金ろう材からなる芯材の両面に芯材の液相線温
度より高い固相線温度を有する皮材をクラッドし、両皮
材の表面から皮材厚さの０．９〜２．０倍の深さの切り
込みを入れたアルミニウムクラッド材を挟んで、大気中
で加圧しながら加熱することを特徴とするアルミニウム
材の無フラックスろう付け方法であり、請求項２の、ア
ルミニウム材同士を重ねろう付けするに際し、少なくと
も一方のアルミニウム材として、ろう付け後構成部材と
なる層とその表面にＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材とさ
らにそのろう材の表面に固相線温度がこのろう材の液相
線温度より高い皮材とからなる３層の構造を持ち、皮材
の表面から皮材厚さの０．９〜２．０倍の深さの切り込
みを入れたアルミニウムクラッド材を用い、この皮材側
を他方のアルミニウム材との界面側にして、大気中で加
圧しながら加熱することを特徴とするアルミニウム材の
無フラックスろう付け方法である。

【０００８】まず、請求項１のアルミニウムクラッド材
を挿入する場合について説明する。アルミニウムクラッ
ド材を挿入する場合の構成配置を図１(ａ)に示す。アル
ミニウム材同士の界面に挿入するアルミニウムクラッド
材には、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材からなる芯材に
芯材の液相線温度より高い固相線温度を有する皮材を両
側クラッドし、両皮材の表面から皮材厚さの０．９〜
２．０倍の深さの切り込みを入れたものを用いる。

【０００９】芯材にＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材を用
いるのは以下の理由による。Ｓｉはアルミニウム合金ろ
う材として必須の合金元素であって、ろう材の融点を低
下させ、溶融ろうの流動性を良好にする作用を有する。
その添加量は通常６．０〜１３．０％の範囲である。Ｍ
ｇはろうの染み出し・濡れ広がり性を促進し、その添加
量は０．１〜５％が好ましい。０．１％未満ではろうの
染み出し・濡れ広がり性を促進が無く、５％を超えると
促進効果が飽和し無意味になる。ろう材の含有成分とし
て必須なのは上記のＳｉ，Ｍｇであるが、ＢｉはＭｇの
機能を補助する作用があり、０．０１〜０．３％添加す
るのが好ましい。添加する場合、０．０１％未満ではＭ
ｇの機能を補助する作用が十分でなく、０．３％を超え
てもその効果が飽和しコスト高を招く。ろう材には、こ
れら成分の他にＣｕ，Ｚｎ、Ｇｅ等の融点低下成分を加
えても良い。上記条件を満たすろう合金としては４００
３、４００４、４１０４、４Ｎ０４等が挙げられる。

【００１０】アルミニウムクラッド材の材厚としては通
常０．１〜１．０ｍｍ程度が好ましく、またそのクラッ
ド率は５〜２０％が好ましい。材厚、クラッド率のいず
れかが下限未満の場合には製造が難しくなったり、ろう
材が不足してろう付け性が低下する。又上限を超える場
合には経済的でないので好ましくない。

【００１１】皮材は固相線温度が芯材（Ａｌ−Ｓｉ−Ｍ
ｇ系合金ろう材）の液相線温度より高いアルミニウム合
金を用いて、芯材の両面にクラッドする。この皮材およ
びろう付け後構成部材となる層の合金組成としては、通
常ＪＩＳＡ１０７０，１０５０、１１００、１２０
０、３００３、３２０３、３００４、５００５、５Ｎ０
１、６０６１、６０６３、６Ｎ０１等が好ましく使用で
きる。

【００１２】皮材への切り込みの深さは通常ろう材に達
する程度とする。切り込みが浅すぎると溶融ろうの染み
出しが出来ないが皮材の全厚みよりは少し浅めでも良
い。これは溶融ろう材の皮材への侵食が通常数μｍ〜数
十μｍ生じ、この程度の皮材残厚があっても溶融ろうが
表面に染み出てくるためである。また深すぎるとクラッ
ド材が折れ易く取り扱いが面倒になり、また、ろう付け
後構成部材へのろう材の浸食を招く。具体的には皮材厚
さの０．９〜２．０倍とする。また、切り込みは両面の
皮材に行う。切り込みの幅は時に規定しない。切り込み
の加工方法に応じた幅で良い。例えば機械的にノッチを
入れるとかレ−ザ−でのマ−キングとかの加工法によ
る。切り込みの密度はそのピッチが１０〜１００ｍｍに
なるようにするのが望ましい。また、直線状がベターだ
が曲線状でもかまわない。

【００１３】ろう付けは、アルミニウム材同士の界面に
上記アルミニウムクラッド材を挟んで、大気中で加圧し
ながら加熱する。アルミニウム材の加熱温度はろう材が
溶融し、皮材が溶融しない温度であれば良く、通常５６
０〜６２０℃程度である。加圧の荷重はアルミニウム材
の厚さが１０ｍｍ以上あれば材の自重だけで十分で別途
加圧は不要だが、そうでない場合は適当な重さ・形状の
おもり（例えば４ｍｍ厚さ以上の鋼材等）をアルミニウ
ム材上に載せれば良い。尚、この際荷重が過大だとろう
の染み出しは切り込み部だけでなく材端部からも生じる
ようになる。これを防止するためには材端部の酸化膜を
厚くしておくのが一方法であるが、このためにクラッド
材の切断にレ−ザ−、プラズマ、ア−ク等の溶融切断を
行うのが望ましい。

【００１４】本発明のろう付け法で大気中で無フラック
スろう付けが可能な理由については以下の様に推定され
る。

【００１５】即ち一般にアルミニウムのろう付けを可能
にするためには溶融ろうの濡れを生じさせる事が必須条
件になるが、この条件を満たすためにはろう付け加熱中
でのろう材及び被接合材の酸化防止作用と酸化皮膜破壊
作用とが必要と考えられている。なおこの際、この両作
用の感受性は特にろう材において高く、ろう材への制御
は被接合材に対するより厳しくする必要があると考えら
れている。このため現状のろう付け法では前述の如くこ
の酸化防止と酸化皮膜破壊を真空中での加熱と同時にＭ
ｇ蒸発現象を活用（真空ろう付け）したり、非酸化性雰
囲気でのフラックスを活用（非酸化雰囲気での非腐食性
フラックスろう付け法）することで達成している。

【００１６】これに対し本発明では大気中でかつ無フラ
ックスの条件下での酸化防止は図２に示す様に、感受性
の高いろう材に対してはこれを芯材に用いることによ
り、その酸化を切り込み部のみの非常に微少な領域に限
定し、被接合材と皮材および染み出し時の溶融ろう材に
対しては重ね継手にして酸化を最小限に押さえるように
することにより達成されていると考えられる。

【００１７】一方、本発明の大気中でかつ無フラックス
の条件下での酸化膜破壊については、詳細は不明だが、
ろう材中のＭｇが大気中の重ね継手でのろうの濡れ広が
りを真空ろう付けと同様に促進する現象が確認された事
により、ろう材中のＭｇが微少な重ね空間で真空ろう付
けと同様にアルミニウム酸化皮膜を蒸発還元する作用が
働いていると推定される。

【００１８】次に、請求項２の、接合する少なくとも一
方のアルミニウム材として、ろう付け後構成部材となる
層とその表面にＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材とさらに
そのろう材の表面に固相線温度がこのろう材の液相線温
度より高い皮材とからなる３層の構造を持つアルミニウ
ムクラッド材を用いる場合について説明する。

【００１９】この場合、ろう付け後構成部材となる層を
含む３層の構造を有するアルミニウムクラッド材の総材
厚は特に限定しない。ろう付け後に継手を構成する構造
部材の材厚は使用目的に応じて随時設定すれば良い。但
し、皮材厚さとろう材厚さとの合計は通常０．１〜１．
０ｍｍ程度が望ましい。ろう材の厚さは通常０．１〜
１．０ｍｍ程度が望ましい。

【００２０】皮材側を他方のアルミニウム材との界面側
にして、大気中で加圧しながらろう付け加熱する。皮材
の切り込み深さについては請求項１のアルミニウムクラ
ッド材を挿入する場合と同じである。なお、このような
ろう付け後構成部材となる層を含む３層のアルミニウム
クラッド材を接合する両方の部材に用いても良い。ろう
付け後構成部材となる層を含む３層アルミニウムクラッ
ド材を一方のみに用いる場合の構成配置を図１(ｂ)に、
両方に用いる場合を図１(ｃ)に各々示す。

【００２１】ここで被ろう付け材の合金組成としては特
に限定はないが通常ＪＩＳＡ１０７０，１０５０、１１
００、１２００、３００３、３２０３、３００４、５０
０５、５Ｎ０１、６０６１、６０６３、６Ｎ０１等が好
ましく使用できる。

【００２２】

【実施例】実施例１界面に挟むアルミニウムクラッド材（合金：皮材３００
３、芯材４００４、クラッド率：両面各１５％、材厚：
０．５ｍｍ、サイズ：３０×３０ｍｍ）の両表面の中央
に図３に示す様に十字にカッタ−ナイフで深さ１００μ
ｍ（皮材厚さは７５μｍなので皮材厚さの１３３％）の
切り込みを付けた。これを図４に示す様に被接合材であ
る短冊状アルミニウム合金材（合金：３００３、材厚：
３ｍｍ、サイズ：３０×１００ｍｍ）２枚の重ね部（寸
法３０×３０ｍｍ）の間にサンドイッチ状に挟んだ。こ
の重ね部上にステンレス板（板厚：１０ｍｍ、サイズ：
３０×３０ｍｍ）を載せ加圧した状態で水平にして大気
加熱炉中（６００℃）に投入した。その後５０分保持し
た後、取り出して冷却した。尚、比較例として、界面に
挟むアルミニウムクラッド材として本発明に使用するク
ラッド材と皮材と芯材の合金が反対の一般的なブレージ
ングシート（合金：皮材４００４、芯材３００３、クラ
ッド率：両面各１５％、材厚：０．５ｍｍ、サイズ：３
０×３０ｍｍ）を使用したことと、皮材表面に切り込み
を入れない以外は上記と同様にしてろう付けを行った。
このろう付け後の試料を引張剪断試験片として図４の矢
印方向に引張試験を行ってその破断位置を調べた。その
結果、本発明例では破断位置が被接合材の重ね継手部を
外れた箇所だったのに対して、比較例では重ね継手部の
界面であった。これは本発明のろう付け法で良好な接合
性を得られることを示す。

【００２３】実施例２ろう付け後構成部材となる層を含む３層アルミニウムク
ラッド材（合金：皮材１１００、芯材４００４、ろう付
け後構成部材となる層３００３、クラッド率：皮材５
％、芯材１０％、ろう付け後構成部材となる層８５％、
材厚：３ｍｍ、サイズ：３０×１００ｍｍ）の皮材表面
端部（３０ｍｍ×３０ｍｍ）に実施例１と同様、十字に
カッタ−ナイフで深さ１５０μｍ（皮材厚さは１５０μ
ｍなので皮材厚さの１００％）の切り込みを付けた。こ
れを被接合材である短冊状アルミニウム合金材（合金：
３００３、材厚：３ｍｍ、サイズ：３０×１００ｍｍ）
と図１(ｂ)に示す様に組み合わせ、実施例１の挿入する
アルミニウムクラッド材に代えて、その重ね面（３０×
３０ｍｍ）側に３層アルミニウムクラッド材の皮材の側
が切り込みが重ね部に合致するような位置に重ねた。こ
の重ね部上にステンレス板（板厚１０ｍｍ、３０×３０
ｍｍ）を載せ加圧した状態で水平にして大気加熱炉中
（６００℃）に投入した。その後５０分保持した後、取
り出して冷却した。このろう付け後の試料を引張剪断試
験片として実施例１と同様に引張試験を行ってその破断
位置を調べた。その結果、破断は３００３合金側で生じ
て継手の損傷は認められなかった。これは本発明のろう
付け法で良好な接合性を得られることを示す。

【００２４】

【発明の効果】この発明によればアルミニウム材のろう
付けに際し、真空炉や気密性の雰囲気炉の高価設備が不
要であり、またフラックスや不活性ガスの消耗もなく低
コストであり、かつろう付け組立て時に挟み込む及び／
あるいは加圧するだけの作業簡便性に優れたろう付け法
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の部材の組み合わせを示す図で
ある。図１(ａ)は、請求項１のクラッド材を被接合材の
間に挟む場合である。図１(ｂ)は、請求項２の被接合材
の一方に、ろう付け後構成部材となる層、ろう材、皮材
をクラッドした３層のアルミニウムクラッド材を用いる
場合である。図１(ｃ)は、請求項２の被接合材の両方
に、ろう付け後構成部材となる層、ろう材、皮材をクラ
ッドした３層のアルミニウムクラッド材を用いる場合で
ある。

【図２】図２は、本発明のろう付け工程を模式的に示す
図である。

【図３】図３は、実施例１における切り込み形状を示す
図である。図３(ａ)は外観図であり、図３(ｂ)はＡ−Ｂ
部の拡大断面図である。

【図４】図４は、本発明のろう付け法のろう付け性を評
価するための引張剪断試験片の図である。

【符号の説明】

１ろう材２皮材３切り込み４ろう付け後構成部材となる層５被接合材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム材同士を重ねろう付けする
に際し、界面に、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金ろう材からな
る芯材の両面に芯材の液相線温度より高い固相線温度を
有する皮材をクラッドし、両皮材の表面から皮材厚さの
０．９〜２．０倍の深さの切り込みを入れたアルミニウ
ムクラッド材を挟んで、大気中で加圧しながら加熱する
ことを特徴とするアルミニウム材の無フラックスろう付
け方法。
【請求項２】アルミニウム材同士を重ねろう付けする
に際し、少なくとも一方のアルミニウム材として、ろう
付け後構成部材となる層とその表面にＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ
系合金ろう材とさらにそのろう材の表面に固相線温度が
このろう材の液相線温度より高い皮材とからなる３層の
構造を持ち、皮材の表面から皮材厚さの０．９〜２．０
倍の深さの切り込みを入れたアルミニウムクラッド材を
用い、この皮材側を他方のアルミニウム材との界面側に
して、大気中で加圧しながら加熱することを特徴とする
アルミニウム材の無フラックスろう付け方法。