JP2007190574A - アルミニウム製熱交換器の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】フラックス塗布を行い難い内部ろう付けをフラックスレスでろう付けし、その他の部位をNBろう付けしてインナーフィンろう付け部とアウターフィンろう付け部を共に充分な接合強度が得られるようにする。
【解決手段】アルミニウム合金からなるチューブ3、該チューブ3内に挿入されるインナーフィン4、チューブ3間に設けられるアウターフィン5を備えたアルミニウム製熱交換器の製造方法において、熱交換器構成部品3,4,5には、芯材の表面を覆って設けたろう材にマグネシウム(Mg)を0.3%〜1%添加したクラッド材を使用し、クラッド材からなる熱交換器構成部品3,4,5を組み立てた後、その組み立てられた熱交換器組立品にノコロックフラックスを塗布し、その後、酸素(O2)濃度10ppm以下の不活性ガスが満たされた雰囲気中で、昇温速度30℃/min以上で加熱して前記各熱交換器構成部品3,4,5を接合する。
【選択図】図2
【解決手段】アルミニウム合金からなるチューブ3、該チューブ3内に挿入されるインナーフィン4、チューブ3間に設けられるアウターフィン5を備えたアルミニウム製熱交換器の製造方法において、熱交換器構成部品3,4,5には、芯材の表面を覆って設けたろう材にマグネシウム(Mg)を0.3%〜1%添加したクラッド材を使用し、クラッド材からなる熱交換器構成部品3,4,5を組み立てた後、その組み立てられた熱交換器組立品にノコロックフラックスを塗布し、その後、酸素(O2)濃度10ppm以下の不活性ガスが満たされた雰囲気中で、昇温速度30℃/min以上で加熱して前記各熱交換器構成部品3,4,5を接合する。
【選択図】図2
Description
本発明は、アルミニウム製熱交換器の製造方法に関する。
例えば、コンデンサーやエバポレータなどのアルミニウム製熱交換器の中には、チューブの内部にインナーフィンを挿入させた熱交換器がある。この種のアルミニウム製熱交換器では、インナーフィンをチューブにろう付けする場合、組み付け工程でフラックスが剥離し易いため、未接着部が出来やすく品質上問題となる。
これを解決する技術として特許文献1には、芯材にマグネシウム(Mg)を添加し、ろう付け加熱による拡散でろう材にマグネシウムを拡散させることにより、該マグネシウムでアルミニウム材表面の酸化皮膜(アルミナ表面酸化皮膜)を除去してろう付けを行うことが開示されている。
特開2004−25297号公報
しかし、特許文献1に記載の技術では、芯材からのマグネシウムの拡散量は僅かであり、アルミナ表面酸化皮膜を破って除去するに足る効果は得られない。
一方、ろう材中にマグネシウムを入れた材料(例えば、Siを9〜10.5%、Mgを1.0〜2.0%含有したアルミニウム合金である4004合金(JIS規格))を用いて真空ろう付けする方法では、ノコロックフラックスを使用してろう付けを行うNBろう付け方法(ノコロックフラックスブレージングろう付け方法)と併用した場合、Mgとノコロックフラックスが反応してろう付けを阻害する化合物を作ってしまうため、NBろう付け方法と併用することはできない。
そこで、本発明は、フラックス塗布を行い難い内部ろう付けをフラックスレスでろう付けし、その他の部位をNBろう付けしてインナーフィンろう付け部とアウターフィンろう付け部を共に充分な接合強度が得られるようにろう付けし得るアルミニウム製熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、アルミニウム合金からなるチューブ、該チューブ内に挿入されるインナーフィン、チューブ間に設けられるアウターフィンを少なくとも熱交換器構成部品として備えたアルミニウム製熱交換器の製造方法において、前記熱交換器構成部品には、芯材の表面を覆って設けたろう材にマグネシウム(Mg)を0.3%〜1%添加したクラッド材を使用し、前記クラッド材からなる熱交換器構成部品を組み立てる組立工程と、少なくともインナーフィンを除き前記熱交換器構成部品にノコロックフラックスを塗布する塗布工程と、酸素(O2)濃度10ppm以下の不活性ガスが満たされた雰囲気中で、昇温速度30℃/min以上で加熱して前記各熱交換器構成部品を接合する接合工程とを有する。
本発明によれば、芯材の表面を覆って設けたろう材にマグネシウムを0.3%〜1%添加したクラッド材を使用しているため、添加するマグネシウム量を適正範囲としたことからインナーフィンろう付け部ではフラックスレスでろう付けでき、アウターフィンろう付け部ではマグネシウムとノコロックフラックスとの反応が抑制されるからNBろう付けにてろう付けされる。
したがって、本発明によれば、フラックス塗布を行い難い内部ろう付けはフラックスレスでろう付けを行うことができ、その他の部位はNBろう付けでろう付けすることができ、内部(インナーフィンろう付け部)及び外部(アウターフィンろう付け部)共に充分な接合強度でろう付けすることができる。
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
「アルミニウム製の熱交換器の製造方法」
本発明者等は、鋭意研究の結果、アルミニウム合金などの芯材の表面を覆うろう材に添加するマグネシウム(Mg)の添加量を所定範囲内にすることで、ろう材からのマグネシウムの拡散量が適正量となってアルミナ表面酸化皮膜を除去し得ることができ、且つ、マグネシウムがノコロックフラックスと反応してろう付けを阻害する化合物が生成され難くなることを見出した。
本発明者等は、鋭意研究の結果、アルミニウム合金などの芯材の表面を覆うろう材に添加するマグネシウム(Mg)の添加量を所定範囲内にすることで、ろう材からのマグネシウムの拡散量が適正量となってアルミナ表面酸化皮膜を除去し得ることができ、且つ、マグネシウムがノコロックフラックスと反応してろう付けを阻害する化合物が生成され難くなることを見出した。
具体的には、熱交換器構成部品には、芯材の表面を覆って設けたろう材にマグネシウムを0.3%〜1%添加したクラッド材を使用し、そのクラッド材からなる熱交換器構成部品を組み立てた後、その組み立てられた熱交換器組立品にインナーフィンを除き、シャワーあるいは粉体でノコロックフラックスを塗布し、その後、酸素(O2)濃度10ppm以下の不活性ガスが満たされた雰囲気中で、昇温速度30℃/min以上で加熱して前記各熱交換器構成部品を接合することで、内部(インナーフィンろう付け部)及び外部(アウターフィンろう付け部)共に充分な接合強度でろう付けすることができる。
以下に、アルミニウム製熱交換器の製造方法を例にとって説明する。
先ず、熱交換器構成部品には、図1に示すようなクラッド材を使用する。かかるクラッド材は、例えばJIS規格3003のアルミニウム合金を芯材1とし、その芯材1の表面にJIS規格4045のろう材2を貼り合わせてローラで加圧し、そのろう材2にマグネシウムを0.3%〜1%添加することで形成したものである。
マグネシウム量が0.3%より少ないと、アルミナ表面酸化皮膜を破る効果が弱くなるため、フラックスレスでろう付けを行うことができなくなる。また、マグネシウム量が1%を超えると、マグネシウムがノコロックフラックスと反応しろう付けを阻害する化合物を生成する。そのため、ろう材2に添加するマグネシウム量としては、0.3%〜1%の範囲が好適である。
そして、前記マグネシウムが添加されたろう材2を芯材1にクラッドしたクラッド材から形成したチューブ3、このチューブ3内に挿入されるインナーフィン4、チューブ3間に設けられるアウターフィン5、各チューブ3の先端を挿入させて配列させる座板及びタンク(図示は省略する)からなる熱交換器構成部品を用意する。
インナーフィン4は、チューブ3の内部に挿入する。そして、インナーフィン4が内部に挿入されたチューブ3の間にアウターフィン5を挟み込んでコア本体(熱交換器組立品)を形成し、その各チューブ3の先端を座板に形成したスリットに挿入させ、最後に座板にタンクをかしめて固定する。
次に、このように構成された熱交換器構成部品のそれぞれにインナーフィンを除きノコロックフラックスを塗布する。ノコロックフラックスの塗布は、シャワーあるいは粉体塗布にて行う。
ノコロックフラックス塗布は、熱交換器構成部品を組み立てる前に構成部品ごとに個別に塗布しその後、熱交換器構成部品を組み立てても構わない。
次いで、この熱交換器を、酸素濃度10ppm以下の不活性ガスをろう付け雰囲気とする炉内に入れ、昇温温度30℃/min以上で加熱する。酸素濃度が10ppmを超えると、ろう切れが生じろう付けが出来なくなる。また、昇温温度が30℃/min未満であると、ろう材中のマグネシウム量を増やさなくてはろう付けできなくなり、そうするとノコロックフラックスと反応してろう付けを阻害する化合物が生成される。
このような条件のもとでろう付けを行うことで、チューブ3とそのチューブ3内に挿入されたインナーフィン4とのインナーフィンろう付け部では、フラックスレスでろう付けでき、チューブ3とアウターフィン5とのアウターフィンろう付け部では、NBろう付けにてろう付けすることができる。よって、炉から取り出された熱交換器は、チューブ3とアウターフィン5間はもちろんのことチューブ3とインナーフィン4間も充分な接合強度を確保してろう付けされたものとなる。なお、チューブ3内部には、ろう材が詰まるような不都合は生じない。
「実施例1」
次に、フラックスレス工法による、ろう付け可能な範囲の確認実験を以下のように行った。
次に、フラックスレス工法による、ろう付け可能な範囲の確認実験を以下のように行った。
実施例1では、芯材にJIS規格3003、ろう材にJIS規格4045にMgを0.1%〜1.8%添加したクラッド材からなる試料片6を、図3に示すように、JIS規格3003からなる試料片7に対してT字状となるように取り付け、ステンレスからなるワイヤ8で固定する。ろう材は、厚み0.4mmの板厚に対して10%の厚みにクラッドした。また、基材7は、厚み1.0mm、長さ55mm、幅25mmとした。
そして、これら試料片6、7を、酸素濃度10ppm以下、20ppm、50ppmの不活性ガスが満たされた雰囲気中に入れ、昇温速度20℃/min、30℃/min、60℃/min、200℃/minで昇温し、600℃で3分間ろう付けした。
図4にそれら試料片6、7の接合部でのろう付け結果を示す。ろう付け可能を○印、ろう切れ有りを△印、ろうが流れない場合を×で表記してある。ろう付けの判定は、フレット形状の状態で評価判定した。その結果、マグネシウムの添加量0.3%〜1%、酸素濃度10ppm以下、昇温速度30℃/min以上でろう付けが可能であった。
「実施例2」
実施例2は、フラックスレス工法とNBろう付け工法との併用時における影響を調べた。
実施例2は、フラックスレス工法とNBろう付け工法との併用時における影響を調べた。
芯材にJIS規格3003、ろう材にJIS規格4045をクラッドした20mm×20mmの試料片9と、芯材にJIS規格3003、ろう材にJIS規格4045にMgを0.1%〜1.8%添加した20mm×20mmの試料片10を、図5に示すように、JIS規格3003からなる試料片7に対してT字状となるように取り付け、ステンレスからなるワイヤ8で固定する。
そして、これら試料片7、9、10を、ノコロックフラックスを10%含むスラー液に浸漬した後、前記実施例1と同一の条件でろう付けを行った。その結果を図6に示す。その結果、マグネシウムの添加量0.3%〜1%、酸素濃度10ppm以下、昇温速度30℃/min以上であれば、試験片10の接合強度は試験片9と同等であることがわかった。
「本実施形態の効果」
以上のように、本実施形態の製造方法によれば、芯材の表面を覆って設けたろう材にマグネシウムを0.3%〜1%添加したクラッド材を使用しているため、添加するマグネシウム量を適正範囲としたことからインナーフィンろう付け部ではフラックスレスでろう付けでき、アウターフィンろう付け部ではマグネシウムとノコロックフラックスとの反応が抑制されるからNBろう付けにてろう付けすることができる。
以上のように、本実施形態の製造方法によれば、芯材の表面を覆って設けたろう材にマグネシウムを0.3%〜1%添加したクラッド材を使用しているため、添加するマグネシウム量を適正範囲としたことからインナーフィンろう付け部ではフラックスレスでろう付けでき、アウターフィンろう付け部ではマグネシウムとノコロックフラックスとの反応が抑制されるからNBろう付けにてろう付けすることができる。
したがって、本発明によれば、フラックス塗布を行い難い内部ろう付けはフラックスレスでろう付けを行うことができ、その他の部位はNBろう付けでろう付けすることができ、内部(インナーフィンろう付け部)及び外部(アウターフィンろう付け部)共に充分な接合強度でろう付けすることができる。
1…芯材
2…ろう材
3…チューブ
4…インナーフィン
5…アウターフィン
6、7、9、10…試料片
8…ステンレスのワイヤ
2…ろう材
3…チューブ
4…インナーフィン
5…アウターフィン
6、7、9、10…試料片
8…ステンレスのワイヤ
Claims (1)
- アルミニウム合金からなるチューブ(3)、該チューブ(3)内に挿入されるインナーフィン(4)、チューブ(3)間に設けられるアウターフィン(5)を少なくとも熱交換器構成部品として備えたアルミニウム製熱交換器の製造方法において、
前記熱交換器構成部品(3,4,5)には、芯材(1)の表面を覆って設けたろう材(2)にマグネシウム(Mg)を0.3%〜1%添加したクラッド材を使用し、
前記クラッド材からなる熱交換器構成部品(3,4,5)を組み立てる組立工程と、
少なくともインナーフィン(4)を除き前記熱交換器構成部品(3,5)にノコロックフラックスを塗布する塗布工程と、
酸素(O2)濃度10ppm以下の不活性ガスが満たされた雰囲気中で、昇温速度30℃/min以上で加熱して前記各熱交換器構成部品(3,4,5)を接合する接合工程とを有する
ことを特徴とするアルミニウム製熱交換器の製造方法。
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