JP2010255014A - アルミニウム合金製熱交換器の溶接チューブ用クラッド材およびその製造方法 - Google Patents
アルミニウム合金製熱交換器の溶接チューブ用クラッド材およびその製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【構成】Si:0.3〜1.2%、Cu:0.3〜1.0%、Mn:0.6〜1.8%を含有し、不純物としてのMgを0.05%未満に制限し、残部Alおよび不可避不純物からなる芯材と、芯材の一方の面に、Si:0.3〜1.2%、Mn:0.6〜1.8%、Zn:0.5〜5%を含有し、不純物としてのMgを0.05%未満に制限し、残部Alおよび不可避不純物からなる内皮材をクラッドし、芯材の他方面に、Si:6〜12%を含有し、残部Alおよび不可避不純物からなるろう材をクラッドした3層のクラッド材であって、ろう付け加熱後の芯材の硬度が50Hv以上、内皮材の硬度が50Hv以上であり、内皮材と芯材の硬度の比(内皮材硬度/芯材硬度)が1.0未満であることを特徴とする。
【選択図】なし
Description
(芯材)
Siは、ろう付け後の芯材強度を向上させるよう機能する。好ましい含有量は0.3〜1.2%の範囲であり、0.3%未満では強度不足の問題があり、1.2%を超えると融点が低下しろう付けが不可能になる。
Siは、ろう付け後の内皮強度を向上させるよう機能する。好ましい含有量は0.3〜1.2%の範囲であり、0.3%未満では強度不足の問題があり、1.2%を超えると融点が低下しろう付けが不可能になる。
クラッド材において、内皮材と反対面の芯材にクラッドするろう材としては、例えば、Si:6〜12%を含有し、必要に応じてBi、Sr、Beなどの成分を含有する通常のAl−Si系ろう材を使用することができる。
ろう付け後における芯材の硬度は50Hv以上とすることが必要である。50Hv未満では、ろう付け後のチューブの静的強度が低下し、高サイクルの疲労強度が低下する。上限は特に規定しないが、高すぎると圧延や溶接時のロール成形が困難になるため、より好ましい範囲は50Hv以上90Hv以下である。
本発明に係るアルミニウム合金製熱交換器の溶接チューブ用クラッド材の製造においては、前記の組成を有する芯材、内皮材およびろう材からなる3層のクラッド材を、熱間クラッド圧延、冷間圧延、中間焼鈍、冷間圧延することにより製造する方法(方法1)、熱間クラッド圧延、冷間圧延、最終焼鈍することにより製造する方法(方法2)が適用される。
連続鋳造により、表1に示す組成を有する芯材用合金、表2に示す組成を有する内皮材用合金、およびSi:10%を含有し、残部Alおよび不可避的不純物からなるろう材用合金を造塊し、得られた鋳魂のうち、芯材用合金の鋳塊については、600℃で10時間の均質化処理を行った後、厚さ24mmに面削した。内皮材用合金の鋳塊については、600℃で10時間の均質化処理を行った。
強度測定については、試験材からJIS Z 2201の5号試験片を採取し、常温でJIS Z 2241に準拠した引張試験を行い、引張強度を測定した。硬度測定については、試験材から測定試験片を採取して樹脂埋めし、断面を研磨した後JIS Z2244に基づいて、ビッカース硬さを測定した。負荷した荷重は10gとした。
試験材を切断後、端面を切削して5mm幅の短冊状の試験片を作製し、試験片について、図2に示す曲げ疲労試験機を用いて、歪振幅が1.6%になるように両振りの曲げ疲労試験を実施した。周波数は0.5Hzで室温にて実施し、破断に至るまでのサイクル数を測定した。
試験材を幅50mmに切断後、端面にR=70mmのへこみを形成した試験片を作製し、試験片について、応力比(最小応力/最大応力)R=0.1の条件で油圧サーボ式軸力疲労試験機を用いて疲労試験を実施した。破断回数が103〜107回となる様に最大応力を設定し、破断回数と最大応力をプロットした図から107回における疲労強度を求め、107回における疲労強度が47MPa以上であるものを良好とした。
試験材のろう材側および端部をマスキングして腐食液に浸漬し、88℃で8時間、室温で16時間の熱サイクルを4ヶ月間繰返し、試験後に光学顕微鏡を用いた焦点深度法により、発生した孔食の深さを測定して判定した。腐食液には粗悪水模擬液(Cl−:195ppm、SO4 2−:60ppm、Cu2+:1ppm、Fe3+:30ppm)を用い、pH3〜7の弱酸性で行った。貫通腐食の有無で判断した。
ろう付け性試験は、クラッド材とフィンとのろう付け性を調査することにより行った。ろう付け性の調査は、Mn:1.6%、Cu:0.3%、Zn:1.0%を含有し、残部Alおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金のフィン(厚さ0.08mm)をコルゲート成形し、二枚のクラッド材のろう材側にフッ化物フラックスを5g/m2塗布して挟み、ミニコアを組み立てた。これを、窒素ガス中で600℃(材料温度)に3分間加熱保持してろう付けした。その後、フィンとクラッド材とのろう付け状態を断面観察により調査した。
連続鋳造により、表7に示す組成を有する芯材用合金、表8に示す組成を有する内皮材用合金、およびSi:10%を含有し、残部Alおよび不可避的不純物からなるろう材用合金を造塊し、得られた鋳魂のうち、芯材用合金の鋳塊については、600℃で10時間の均質化処理を行った後、厚さ24mmに面削した。内皮材用合金の鋳塊については、600℃で10時間の均質化処理を行った。
2 ろう材
3 芯材
W 溶接部
Claims (6)
- Si:0.3〜1.2%、Cu:0.3〜1.0%、Mn:0.6〜1.8%を含有し、不純物としてのMgを0.05%未満に制限し、残部Alおよび不可避不純物からなる芯材と、芯材の一方の面に、Si:0.3〜1.2%、Mn:0.6〜1.8%、Zn:0.5〜5%を含有し、不純物としてのMgを0.05%未満に制限し、残部Alおよび不可避不純物からなる内皮材をクラッドし、芯材の他方面に、Si:6〜12%を含有し、残部Alおよび不可避不純物からなるろう材をクラッドした3層のクラッド材であって、ろう付け加熱後の芯材の硬度が50Hv以上、内皮材の硬度が50Hv以上であり、内皮材と芯材の硬度の比(内皮材硬度/芯材硬度)が1.0未満であることを特徴とするアルミニウム合金製熱交換器の溶接チューブ用クラッド材。
- 前記芯材がCr:0.01〜0.3%、Zr:0.01〜0.3%の1種または2種を含有することを特徴とする請求項1記載のアルミニウム合金製熱交換器の溶接チューブ用クラッド材。
- 前記内皮材がCr:0.01〜0.3%、Zr:0.01〜0.3%、Ti:0.01〜0.3%の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1または請求項2記載のアルミニウム合金製熱交換器の溶接チューブ用クラッド材。
- 前記クラッド材において、ろう付け前の芯材の組織が繊維状であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のアルミニウム合金製熱交換器の溶接チューブ用クラッド材。
- 前記請求項1〜4のいずれかに記載の熱交換器の溶接チューブ用クラッド材を、熱間クラッド圧延、冷間圧延、中間焼鈍、冷間圧延することにより製造する方法であって、中間焼鈍を200〜320℃の温度で0.5〜5時間行い、中間焼鈍後の冷間圧延を5〜20%の冷間加工度で行うことを特徴とするアルミニウム合金製熱交換器の溶接チューブ用クラッド材の製造方法。
- 前記請求項1〜4のいずれかに記載の熱交換器の溶接チューブ用クラッド材を、熱間クラッド圧延、冷間圧延、最終焼鈍することにより製造する方法であって、最終焼鈍を200〜320℃の温度で0.5〜5時間行うことを特徴とするアルミニウム合金製熱交換器の溶接チューブ用クラッド材の製造方法。
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