JP2014080657A - アルミニウム管の接合体 - Google Patents

Abstract

【課題】ろう付部の優先腐食が防止され、接合部の耐食性に優れたアルミニウム管の接合体を提供する。
【解決手段】両端部にストレート部とフレア部のいずれかを備える複数のアルミニウム管を用い、隣接する一方のストレート部と他方のフレア部とを嵌合し、両者の間にＡｌ−Ｓｉ系ろう材を配置してろう付したアルミニウム管の接合体であって、少なくともストレート部を備えるアルミニウム管が、Ｍｎ：０．８〜１．３％、Ｃｕ：０．４〜０．８％を含有するＡｌ合金の心材の外表面に、Ｚｎ：０．５〜１．５％を含有するＡｌ−Ｚｎ犠牲層をクラッドしたアルミニウムクラッド管であり、接合部のストレート部においてＡｌ−Ｓｉ系ろう材がＡｌ−Ｚｎ犠牲層を浸食した半球状の凝固組織からなる溶融拡散部が形成され、溶融拡散部の厚さがＡｌ−Ｚｎ犠牲層のクラッド厚さの０．５〜２．０倍であるアルミニウム管の接合体。
【選択図】図１

Description

本発明は、接合部の耐食性を向上させたアルミニウム管の接合体に関する。

ラジエータ、コンデンサ、エバポレータ等をはじめとする自動車用アルミニウム製熱交換器は軽量化を目的として製造、使用されてきた。また、エアコンなどの空調設備においては、熱交換器性能の観点から銅製の配管が使用されてきた。しかしながら、近年になって、銅の価格高騰から銅よりもアルミニウムの方がコスト面で優れる情勢となり、銅に代わってアルミニウムを配管に使用した空調設備用の熱交換器が注目されている。

フィンアンドチューブ式熱交換器は、銅製の伝熱管とアルミニウム製のフィン材とを機械的拡管によって接合し、伝熱管端部をフレア加工で拡管し、Ｒベンドと呼ばれる他方のＵ字部品の管材を拡管部に挿入して、トーチろう付によって接合することにより製造される。

伝熱管をアルミニウム合金に置き換えた熱交換器では、従来の銅製の熱交換器と比較して、高温多湿下で発生する孔食形態の腐食の問題がある。伝熱管のストレート部やフィンと接していないＲベンド部及びチューブの曲げ部の管材内面においては、フロンガスなどの気体を冷媒に使用するために腐食の懸念は無いが、外面では高温多湿の条件に曝された場合に表面に孔食が発生し、それが進行すると貫通してしまう問題に繋がる虞があった。

自動車用熱交換器などでは、表面に純度９９．０ｍａｓｓ％以上の純アルミニウム材を被覆した２層クラッド材、Ａｌ−１ｍａｓｓ％Ｚｎ材を被覆したクラッド材、表面に純Ｚｎを溶射した溶射材が用いられる。これにより、表面に被覆された純アルミニウム、Ａｌ−１ｍａｓｓ％Ｚｎ及び純Ｚｎが犠牲陽極層として作用して、腐食による貫通を防止している。これらを家庭用エアコン用の熱交換器に応用することで、伝熱管のストレート部やフィンと接していないＲベンド部及び伝熱管の曲げ部の腐食による貫通を防止できることが判明した。

しかしながら、表面に犠牲陽極材を用いたクラッド管や溶射管では、伝熱管とＲベンド部とのトーチろう付接合部において、腐食による貫通漏れが発生する問題が生じた。図５に示すように、このような腐食による貫通は、表面に設けた犠牲陽極層がトーチろう付部のろう材フィレットよりも優先的に腐食してしまうことにより発生する。また、Ｚｎ溶射管の場合には、ろう材フィレットにＺｎ濃化することによって腐食による貫通が発生する。図５において、１は端部が拡管された管材のフレア部、２はフレア部に挿入された管材のストレート部、３はろう付部において優先的に腐食した犠牲陽極材、４は内管、５はろう材フィレット、６はフィレット５によって接合されている管材の接合部である。

このような接合部の腐食を防止する手段として、特許文献１には、アルミニウム管体の接合部を、内側にろう材層又ははんだ層を設けたスリーブによって囲繞した後に加熱接合することが記載されている。この方法では、接合部分の長さが長くなることで貫通漏れまでの時間を延ばすことができるが、犠牲材の優先腐食を完全に防止することはできない。また、この方法を用いると、接合部分にスリーブを接続するため、部品点数及び工数の増加につながりコストが増加する問題がある。

接合部の腐食を防止する他の手段として、特許文献２及び３には、Ｚｎを１．０〜２．０ｍａｓｓ％添加したろう材を用いて、アルミニウム管同士をトーチろう付によって接合し、接合部のろう材フィレットとＡｌ−Ｚｎ犠牲層を一体化させて優先腐食を防止する方法が記載されている。しかしながら、Ａｌ−Ｚｎ犠牲層の優先腐食を防止できても、ろう材フィレット自体の腐食速度も増加させてしまうため、接合部自体の耐食性の向上に寄与できない虞がある。

特開昭５８−１６３５７２号公報 特開２０１０−２２１２５６号公報 特開２０１０−２４０６９６号公報

本発明は上記課題に鑑み鋭意研究を行った結果なされたもので、ろう付部の優先腐食を防止してろう付部の貫通漏れが発生しない耐食性に優れたアルミニウム管の接合体を提供することを目的とする。

本発明は請求項１において、両端部にストレート部及びフレア部のいずれかを備える複数のアルミニウム管を用い、隣接する一方のアルミニウム管のストレート部と他方のアルミニウム管のフレア部とを嵌合し、前記ストレート部とフレア部との間にＡｌ−Ｓｉ系ろう材を配置してろう付したアルミニウム管の接合体であって、少なくとも前記ストレート部を備えるアルミニウム管が、Ｍｎ：０．８〜１．３ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．４〜０．８ｍａｓｓ％を含有し残部Ａｌ及び不可避不純物からなるＡｌ合金の心材の外表面に、Ｚｎ：０．５〜１．５ｍａｓｓ％を含有し残部Ａｌ及び不可避不純物からなるＡｌ−Ｚｎ犠牲層をクラッドしたアルミニウムクラッド管であり、接合部のストレート部においてＡｌ−Ｓｉ系ろう材がＡｌ−Ｚｎ犠牲層を浸食した半球状の凝固組織からなる溶融拡散部が形成され、当該溶融拡散部の最大厚さがＡｌ−Ｚｎ犠牲層のクラッド厚さの０．５〜２．０倍であることを特徴とするアルミニウム管の接合体とした。

本発明は請求項２では請求項１において、前記溶融拡散部と接するストレート部の最薄部におけるＺｎ濃度を、０．７ｍａｓｓ％以下とした。

本発明により、従来のアルミニウム管の接合体よりもろう付部の優先腐食が防止され、接合部の耐食性に優れたアルミニウム管の接合体が得られる。

本発明に係るアルミニウム管の接合体を示す断面図である。 犠牲陽極層の優先腐食が発生する際の電位状態を示す接合部の断面図である。 犠牲陽極層の優先腐食の進行を模式的に示す接合部の断面図である。 接合部を模式的に示す接合体の断面図である。 従来技術における犠牲陽極層の優先腐食を示す接合部の断面図である。

Ａ．貫通漏れ現象のメカニズム
本発明者らは、Ａｌ−Ｚｎ犠牲層を設けたアルミニウム管をろう付によって接合した場合に、接合部においてＡｌ−Ｚｎ犠牲層が優先腐食して貫通漏れに至る現象についてそのメカニズムを検討した。ここで、アルミニウム管とは、純アルミニウムからなる管とアルミニウム合金からなる管の両方をいうものとする。具体的には図１に示すように、端部をフレア加工にて拡管した一方のアルミニウムクラッド管のフレア部１に他方のアルミニウムクラッド管のストレート部２を挿入し、ろう付方法としてトーチろう材５を用いたトーチろう付法を採用して両管を接合する場合について検討した。ここで、フレア部１の外表面及びストレート部２の外表面に形成された層３は、Ａｌ−Ｚｎ犠牲層を表わす。

Ａｌ−Ｚｎ犠牲層を設けたアルミニウム管において貫通漏れに至る現象は、図２に示すように、接合部６においてＡｌ−Ｚｎ犠牲層３の孔食電位が、トーチろう材５及びアルミニウム管の内管４より卑であることに起因する。図２において、グラフの縦軸は、アルミニウム管のストレート部２の軸中心から半径方向への任意距離を示し、孔食電位は、各部位の相対的な電位を示す。そして、図３に模式的に示すように、腐食が進行した腐食中期では、アルミニウム管のストレート部２における接合部６以外のＡｌ−Ｚｎ犠牲層３１が消失する。更に腐食が進行した腐食後期では、トーチろう材５とＡｌ−Ｚｎ犠牲層３の孔食電位差の作用によって、アルミニウム管のストレート部２の接合部６におけるＡｌ−Ｚｎ犠牲層３２が優先的に腐食することが判明した。

本発明者らは、鋭意研究の結果、このトーチろう付部で発生するＡｌ−Ｚｎ犠牲層の優先腐食を防止する方法として、ろう付部加熱条件を制御することによって接合部６に存在するＡｌ−Ｚｎ犠牲層を溶融ろう５によって侵食することにより、Ａｌ−Ｚｎ犠牲層を消滅させることが有効であることを見出した。

Ｂ．接合体の形態
両端部にストレート部２又は一端部にストレート部２を備える複数のアルミニウム管を用いて、これらを接合するものである。一例として図４に示すように、一方の端部をフレア部１とし他方の端部をストレート部２としたアルミニウム管を複数用いて、第１のアルミニウム管のストレート部２を第２のアルミニウム管のフレア部１に嵌合させ、次いで、第２のアルミニウム管のストレート部２を第３のアルミニウム管のフレア部１に嵌合させる。これを順次繰り返して、複数のアルミニウム管の全てについてストレート部２をフレア部１に嵌合させて嵌合体を作製する。そして、嵌合部分を順次又は一挙にトーチろう付等のろう付によって接合して接合体とするものである（第一の形態）。なお、二本のアルミニウム管を接合する場合には、第１のアルミニウム管のストレート部２を第２のアルミニウム管のフレア部１に嵌合させ、嵌合部分をトーチろう付等のろう付によって接合して接合体とする。

これに代わって、両端部がフレア部からなる複数のアルミニウム管と、両端部がストレート部からなる複数のアルミニウム管を用いることもできる。この場合には、第４のアルミニウム管の一方のフレア部に第５のアルミニウム管の一方のストレート部を嵌合し、次いで、この第５のアルミニウム管の他方のストレート部を、第６のアルミニウム管の一方のフレア部に嵌合し、これを順次繰り返して、複数のアルミニウム管の全てについてストレート部２をフレア部１に嵌合させて嵌合体を作製する。そして、嵌合部分を順次又は一挙にトーチろう付等のろう付によって接合して接合体とするものである（第二の形態）。なお、二本のアルミニウム合金管を接合する場合には、第４のアルミニウム合金管の一方のフレア部に第５のアルミニウム合金管の一方のストレート部を嵌合させ、嵌合部分をトーチろう付等のろう付によって接合して接合体とする。また、第一の形態と第二の形態が混在した形態としても良い。

Ｃ．接合部の形態
次に接合部の形態について説明する。
図４に示すように、ストレート部２の外表面にＡｌ−Ｚｎ犠牲層３が設けられているアルミニウムクラッド管が用いられる。フレア部１にストレート部２を嵌合し、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材５を用いてろう付加熱を行なう。加熱によりろう材５が溶融して液相になり、ストレート部２の外表面において溶融ろうと接触するＡｌ−Ｚｎ犠牲層３も溶融する。溶融ろうが溶融したＡｌ−Ｚｎ犠牲層３を放射状に侵食する一方で、溶融したＡｌ−Ｚｎ犠牲層３の成分は溶融ろう中に拡散する。ろう付加熱が不十分な場合には、このような侵食は十分に進行せず厚いＡｌ−Ｚｎ犠牲層３がフィレット下部に残存し、接合部における耐食性の十分な向上が図れない。本発明では、上述の溶融ろうによるＡｌ−Ｚｎ犠牲層３の侵食部分を「溶融拡散部（５１）」という。

溶融拡散部５１は、半球状の凝固組織を有する。溶融拡散部５１は、ストレート部２外表面からの深さ方向の厚さにおいて、ろう付け前におけるＡｌ−Ｚｎ犠牲層３のクラッド厚さの０．５倍以上２．０倍以下の最大厚さを有する必要がある。Ａｌ−Ｚｎ犠牲層３に含有されるＺｎ量は溶融ろうへの拡散によって減少するので、Ｚｎの存在による優先腐食を防止するにはＡｌ−Ｚｎ犠牲層３を完全に溶融させる必要は必ずしもない。しかしながら、上記比率が０．５倍未満の場合には、ろう付け後においてフィレット５の下部に高Ｚｎ濃度の厚いＡｌ−Ｚｎ犠牲層が依然として残存し、優先腐食が発生して内管が早期に貫通してしまう。溶融拡散部５１の上記比率が１．０倍の場合には、Ａｌ−Ｚｎ犠牲層３はほぼ完全に溶融ろうによって侵食される。この比率が１．０倍を超えると、Ａｌ−Ｚｎ犠牲層３がほぼ完全に溶融ろうによって侵食された上に、内管４の心材の一部も溶融ろうによって侵食される。上記比率が２．０倍を超える場合には、接合部以外の部位にあるＡｌ−Ｚｎ犠牲層３までもが溶融してしまい、接合部以外の部分における耐食性が悪化する。なお、溶融拡散部５１は半球状の凝固組織を成すので、その厚さは均一ではない。

ろう付加熱時において、溶融ろうとＡｌ-Ｚｎ犠牲層とのＺｎの濃度勾配に従ってＡｌ-Ｚｎ犠牲層に含有されるＺｎ成分が溶融ろう中に拡散する。例えば、ろう材にＪＩＳ４０４７、Ａｌ−Ｚｎ犠牲層にＪＩＳ７０７２合金を用いてろう付加熱を行なうと、ろう付後のフィレットにはＺｎが０．０５〜０．２ｍａｓｓ％（以下、単に「％」と記す）程度含有される。このように、フィレットにＺｎが含有されることは回避できないが、形成された接合部においてストレート部の最薄部と接するフィレット５中に含有されるＺｎ濃度は１．０％未満であることが望ましい。フィレットの含有Ｚｎ濃度が１．０％以上の場合には、フィレットの腐食速度が増大して耐食性が悪化し、接合部が早期に貫通する場合がある。

本発明においては、フィレット５の下部に存在するストレート部２の外表面に溶融拡散部５１が形成されるが、溶融拡散部５１はフィレット５の下部に存在するストレート部２の外表面の少なくとも一部に形成されていればよい。すなわち、フィレット５の下部に存在するストレート部２の外表面の全体に渡って形成されていても、非連続的に形成されていてもよい。

Ｄ．溶融拡散部とストレート部との接合界面
半球状の凝固組織を有する溶融拡散部５１と接する内管４のストレート部２の最薄部におけるＺｎ濃度は、０．７％以下とするのが好ましい。このＺｎ濃度が０．７％を超えると、この部分の内管４において優先腐食が発生して早期に貫通する。ここで、「内管の最薄部」とは、接合部の管長手方向に沿った断面において、内管厚さが最小値を示す箇所をいうものとする。溶融拡散部５１は多くの半球状部分からなり、これらが集合して全体としても複合した半球状を成している。従って、このような溶融拡散部５１に接する内管４のストレート部２の面は、溶融拡散部５１の半球状に相補的な形状を成し、その厚さは不均一となる。ストレート部２の最薄部におけるＺｎ濃度は、０．５％以下とするのがさらに好ましい。

Ｅ．アルミニウム管
本発明で用いるストレート部を備えるアルミニウム管は、所定組成のアルミニウム心材に所定組成のＡｌ−Ｚｎ犠牲層をクラッドしたアルミニウム合金のクラッド管である。

Ｅ−１．心材
心材には、Ｍｎ：０．８〜１．３％、Ｃｕ：０．４〜０．８％を含有し残部Ａｌ及び不可避不純物からなるＡｌ合金が用いられる。

Ｍｎ：
Ｍｎは、３０００系合金において強度を向上させる主要な添加元素である。Ａｌ中に固溶し、一部は析出して強度を付与する効果を奏する。Ｍｎ添加量が０．８％未満では強度が不十分となる。一方、１．３％を超えると、強度向上効果が飽和する上、粗大な金属間化合物の形成量が多くなり製造工程において割れなどの不具合が発生する。従って、Ｍｎ添加量は０．８〜１．３％の範囲とする。好ましいＭｎ添加量は、１．０〜１．２％である。

Ｃｕ：
ＣｕはＡｌ中に固溶して強度を更に向上させる効果を有するにもかかわらず、加工性を阻害しない元素である。また、Ｃｕは孔食電位を貴にする働きを有し、Ｚｎ拡散層とＺｎが拡散していない管中央部との孔食電位差を大きくし、犠牲防食作用を高めることができる。Ｃｕ添加量が０．４％未満では強度が不十分であり機械的拡管による溝潰れを防止できず、更に孔食電位の貴化が不十分となって十分な犠牲防食作用が得られない。Ｃｕ添加量が０．８％を超えると、押出性や抽伸性などの加工性、ならびに、耐食性に劣る。従って、Ｃｕ添加量は０．４〜０．８％の範囲とする。好ましいＣｕ添加量は、０．５５〜０．７５％である。

Ａｌ合金中に存在する不可避不純物としては、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｚｎなどが挙げられる。Ｆｅ：０．６％以下、Ｍｇ：０．２％以下、Ｚｎ：０．３％以下であれば、本発明の効果を阻害するものではない。

また、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒは鋳塊組織を均一微細化する効果があるので含有しても良い。しかしながら、これらの元素の含有量がそれぞれ０．２％を超えると、巨大金属間化合物が形成され、また押出性も低下するので、含有する場合には各元素として０．２％以下であるのが好ましい。Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒの各元素の含有量が０．２％以下であれば、本発明の効果を阻害するものではない。なお、上記各元素の含有量は、好ましくは０．１％以下、より好ましくは０．０５％以下である。

Ｅ−２．Ａｌ−Ｚｎ犠牲層
本発明に用いるストレート部を備えるアルミニウム合金のクラッド管は、Ａｌ−Ｚｎ合金を犠牲層として心材にクラッドし、これを抽伸加工することによって得られる。犠牲層は、心材よりも孔食電位が卑であるため犠牲防食作用によって心材を防食し、管材の耐久寿命を向上させることができる。犠牲層には、Ｚｎ：０．５〜１．５％を含有し残部Ａｌ及び不可避不純物からなるＡｌ合金が用いられる。

Ｚｎ：
Ｚｎは犠牲層の電位を下げて犠牲陽極として作用するようにし、これにより耐食性を向上させる。Ｚｎ添加量が０．５％未満では心材との電位差が不十分で犠牲防食効果の向上が図れない。一方、Ｚｎ添加量が１．５％を超えると、接合部でＺｎが濃縮し接合部の耐食性が劣化する。従って、Ｚｎ添加量は０．５〜１．５％の範囲とする。Ｚｎの好ましい添加量は、０．７〜１．０％である。

Ａｌ−Ｚｎ犠牲層に存在するの不純物としては、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎなどが挙げられる。Ｓｉ：０．５％以下、Ｆｅ：０．６％以下、Ｃｕ：０．２％以下、Ｍｎ：０．８％以下であれば本発明の効果を阻害するものではない。

また、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒは鋳塊組織を均一微細化する効果があるので含有しても良い。しかしながら、これらの元素の含有量がそれぞれ０．２％を超えると、巨大金属間化合物が形成され、また押出性も低下するので、含有する場合には各元素として０．２％以下であるのが好ましい。Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒの各元素の含有量が０．２％以下であれば、本発明の効果を阻害するものではない。なお、上記各元素の含有量は、好ましくは０．１％以下、より好ましくは０．０５％以下である。

Ａｌ−Ｚｎ犠牲層の厚さは特に限定されるものではないが、心材＋Ａｌ−Ｚｎ犠牲層の全厚さに対して、５〜３０％の厚さとするのが好ましい。この比率が５％未満では、犠牲防食層として有効に作用する期間が不十分となり、３０％を超えると強度が低下する。

本発明に係る接合体は、２本以上の複数のアルミニウム管を接合したものである。上記心材とＡｌ−Ｚｎ犠牲材からなるアルミニウム合金のクラッド管は、少なくともストレート部を備えるアルミニウム管として用いられる。例えば、一端部がストレート部で他端部がフレア部の複数のアルミニウム管を交互に接合した接合体では、これら全てのアルミニウム管を上記心材とＡｌ−Ｚｎ犠牲材からなるアルミニウム合金のクラッド管とする。

一方、両端部がフレア部からなる複数のアルミニウム管と、両端部がストレート部からなる複数のアルミニウム管を用いて、これらを交互に接合した接合体では、両端部がストレート部からなる複数のアルミニウム管を、上記心材とＡｌ−Ｚｎ犠牲材からなるアルミニウム合金のクラッド管とする。この場合には、両端部がフレア部からなる複数のアルミニウム管には、上記心材とＡｌ−Ｚｎ犠牲材からなるアルミニウム合金のクラッド管を必ずしも用いる必要はない。

Ｆ．Ａｌ−Ｓｉ系ろう材
本発明において、ろう付に用いるろう材の合金組成については特に限定されるものではないが、Ｓｉ：９〜１４％を含有するＡｌ−Ｓｉ系合金が好適に用いられる。これらのろう材を用いてろう付加熱を行なうと、ろう材とＡｌ-Ｚｎ犠牲層におけるＺｎの濃度勾配によって、高濃度側のＡｌ-Ｚｎ犠牲層から低濃度側のろう材側にＺｎが拡散する。ろう材にＺｎが添加されている場合には、Ａｌ−Ｚｎ犠牲層とろう材におけるＺｎの濃度勾配が小さいため、ろう付の際にろう材側へのＺｎの拡散が抑制されるが、１．０％以下であればろう材中にＺｎが含まれていてもよい。しかしながら、ろう材中におけるＺｎ添加量が１．０％を超えると、Ａｌ−Ｚｎ犠牲層とろう材におけるＺｎの濃度勾配が小さ過ぎて、ろう付の際にろう材側へのＺｎの拡散が大きく抑制される。その結果、拡散せずにＡｌ-Ｚｎ犠牲層に残存するＺｎが多量となり、内管の耐食性が悪化する場合がある。

Ｇ．アルミニウム合金クラッド管の作製
以下に、本発明で用いるアルミニウム合金クラッド管の製造方法について説明するが、これに限定されるものではない。ここでは、Ａｌ−Ｚｎ犠牲層をクラッド層に用いたアルミニウム合金クラッド管の製造方法について説明する。

まず、円筒状の内管の外面にクラッド層となる皮材スリーブを被せて、組み合わせビレットを作製する。所望のクラッド層厚さになるように、皮材スリーブの厚さを選定する。次いで、組み合わせビレットを加熱炉で３５０℃〜６００℃に均熱する。次いで、組み合わせビレットをダイスとラムノーズ間に狭持してコンテナ内に挿入し、ダイスとラムノーズを固定した状態で心材内径より大きな外径をもつマンドレルを圧入し、内管の内径を拡管して内管と皮材間の空気を追い出す。更に、マンドレルを所定の位置に固定して、ホローシステムを前進させダイスを通して組み合わせビレットを押し出し、継ぎ目無しの中空管材とするものである。最後に、抽伸工程を経て所定の外径と内径を有するアルミニウム合金クラッド管とする。

これに代わって、押し出し成形によって内管を作製し、その外面に溶射によってＺｎ溶射層を形成しても、めっきによってＺｎめっき層を形成しても、或いは、Ｚｎ置換処理層によってＺｎ置換処理層を形成しても良い。

Ｈ．ろう付
ろう付け加熱は、固相線温度以上で加熱をする。固相線温度未満の加熱では、ろう材に液相が生成されないためろう付できない。さらに、ろう材の溶融とＡｌ−Ｚｎ犠牲層への侵食のいずれも固相線温度よりも高いほど起こりやすい。ここでの固相線温度とは、ろう材にＺｎが拡散したＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ合金のものをさし、例えばＡｌ−１２％Ｓｉ−１％Ｚｎの固相線温度は、５７５℃である。

ろう付方法としては、トーチろう付法が好適に用いられる。一端を拡管した一方のアルミニウム管のフレア部に、接合部にフラックスを塗布した他方のアルミニウム管を挿入する。次いで、接合部にトーチろう材を配置し、プロパン・エアー・トーチ等のトーチを用いたトーチろう付によって両管をろう付接合する。フラックスには、フッ化物系フラックス、セシウム系フラックスを用いることができる。このように、一般的なトーチろう付方法を用いることができる。

トーチろう付の条件は、ろう付加熱温度を５７５〜６６０℃とし、ろう付のための加熱時間については、ろう付加熱温度までの昇温時間を１６〜２０秒、ろう付加熱温度における保持時間を３〜８秒、ならびに、ろう付加熱温度から２００℃までの降温時間を１６〜２０秒とするのが好ましい。ろう付加熱温度は６００〜６３５℃とするのがさらに好ましい。

トーチろう付の場合には、炎の強さ、炎と対象物との距離、保持時間等を調整したろう付け加熱とすればよい。Ａｌ−Ｚｎ犠牲層のクラッド厚さをｄとして、最大溶融拡散部厚さが０．５ｄ未満の条件でろう付した場合は、フィレットとストレート部外表面との間に厚いＡｌ−Ｚｎ犠牲層が残存してしまい、優先腐食が発生して内管が早期に貫通する。ろう付加熱温度を６００℃未満とし、ろう付加熱温度までの昇温時間を１６秒未満、ろう付加熱温度における保持時間を３秒未満の全ての条件が満たされると、最大溶融拡散部厚さが０．５ｄ未満となる可能性が高い。

一方、最大溶融拡散部厚さが２ｄを超える条件でろう付した場合は、接合部以外の部位のＡｌ−Ｚｎ犠牲層までもが溶融して耐食性に劣る。ろう付加熱温度を６３５℃超えとし、ろう付加熱温度までの昇温時間を２０秒超え、ろう付加熱温度における保持時間を８秒超えの全ての条件が満たされると、最大溶融拡散部厚さが２ｄを超える可能性が高い。

次に本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。

まず、発明例及び比較例について説明する。各種評価には外径φ：７ｍｍ、全肉厚ｔ：０．８ｍｍ、Ａｌ−Ｚｎ犠牲層となる皮材のクラッド率：１０％、すなわちクラッド厚さが８０μｍの２層クラッド管を用いた。

以下、実施例で使用する２層クラッド管の製造法について説明する。Ａｌ−Ｚｎ犠牲層として表１に示す組成のアルミニウム合金の皮材を用い、内管として表２に示す組成のアルミニウム合金からなる円筒状芯材（外径３７０ｍｍ、内径８０ｍｍ、長さ９００ｍｍ）である１４８ｍｍφの芯材中空ビレットを用い、表３に示す組み合わせの２層クラッド管とした。まず、皮材を４９５℃に加熱後、常温の芯材中空ビレットの外側に皮材を被せ、２層クラッドの中空ビレットを得た。２層クラッドの中空ビレットを４６０℃で間接押出し、外径４５ｍｍ、肉厚４．０ｍｍの押出管とし、この押出管に引抜加工を繰返し施して、外径７ｍｍ、肉厚０．８ｍｍの２層アルミニウムクラッド管を得た。

二本のアルミニウム合金クラッド管を用いて、一方のアルミニウム管をフレア加工で拡管し、このフレア部に他方のアルミニウム管のストレート部を挿入した。次いで、ワイヤー状に形成した表４に示すＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材及びＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材（Ｄ１〜Ｄ６）を、接合部となる上記フレア部とストレート部の間に配置し、表５、６に示す条件でトーチろう付して接合体試験片を作製した。

このようにして作製した各試験片の特性を、以下の（ａ）〜（ｃ）の試験によりそれぞれ評価した。各例において、１０個の試験片を用いて試験した。

（ａ）接合状態
フィレットの溶融拡散状況及び接合長さを確認することによって、接合状態を判断した。接合試験片を樹脂埋めして研磨した後に、金属顕微鏡で接合部断面を観察した。１０個の試験片の全てにおいて、溶融拡散部が半球状の凝固組織のものを「○」（合格）、１０個の試験片の少なくとも一つにおいて、半球状の凝固組織ではなくＡｌ−Ｚｎ犠牲層が残存しているものを「×」（不合格）とした。また、接合部断面の金属顕微鏡観察により、最大溶融拡散部厚さを測定して平均値を求め、Ａｌ−Ｚｎ犠牲層のクラッド厚さに対する最大溶融拡散部厚さ（上記平均値）の比を求めた。更に、ろう付接合性評価として接合長さ（フィレット長さ）を測定した。管長手方向のフィレットの長さが１ｍｍ以上を○、１ｍｍ未満、０．５ｍｍ以上を△、０．５ｍｍ未満を×とした。○と△を合格とし、×を不合格とした。結果を表７、８に示す。

（ｂ）非接合部の耐食性
大気曝露環境を模擬したＡＳＴＭ Ｇ８５に準じたＳＷＡＡＴを１５００時間行った。評価方法は、試験後に光学顕微鏡観察により、例えばフィレットに接していない内管ストレート部などの非接合部の最大孔食深さを測定し、１０個の試験片の全てにおいて２０００時間で貫通しておらず、かつ、最大孔食深さが８０μｍ以下のものを「○」（合格）とし、１０個の試験片の全てにおいて１５００時間で貫通していないが、最大孔食深さが８０μｍを超えるものを「△」（合格）とし、１０個の試験片の少なくとも一つにおいて貫通しているものを「×」（不合格）とした。結果を表７、８に示す。なお、最大孔食深さは、１０個の試験片の平均値である。

（ｃ）接合部の耐食性
大気曝露環境を模擬したＡＳＴＭ Ｇ８５に準じたＳＷＡＡＴを１５００時間行った。評価方法は、試験後に接合試験片の耐圧試験を行い、さらに接合部の断面観察を行なった。耐圧試験によるリーク漏れが生じているもの、及び／又は、断面観察により接合部の内管ストレート部が腐食で貫通しているものが、１０個の試験片に一つでもある場合を「×」とした。１０個の試験片の全てが、耐圧試験でリーク漏れがなく、かつ、断面観察により接合部の内管ストレート部が貫通しておらず腐食部分が厚さの半分以上である場合を「△」、１０個の試験片の全てが、耐圧試験でリーク漏れがなく、かつ、断面観察により接合部の内管ストレート部が貫通しておらず腐食部分が厚さの１/４以上、半分未満である場合を「○」、１０個の試験片の全てが、耐圧試験でリーク漏れがなく、かつ、断面観察により接合部の内管ストレート部が貫通しておらず腐食部分が厚さの１/４未満である場合を「◎」とした。◎、○および△を合格とし、×を不合格とした。

（ｄ）総合評価
（ａ）〜（ｃ）の試験の評価により、全ての評価が「◎」と「○」からなるものを総合評価が「◎」とし、全ての評価が「○」からなるものを総合評価が「○」、全ての評価が「◎」と「○」からなると共に一つ以上「△」があるものを総合評価が「△」、一つ以上「×」があるものを総合評価が「×」とした。総合評価が「◎」、「○」及び「△」を合格とし、「×」を不合格とした。
なお、溶融拡散部と接するストレート部の最薄部におけるＺｎ濃度及びストレート部の最薄部と接するフィレットのＺｎ濃度についても、表７、８に併せて示した。

発明例１〜２９は本発明範囲内のものであり、接合状態、非接合部の耐食性及び接合部の耐食性に優れ、総合評価は「◎」又は「△」で合格あった。発明例２５、２６では、ろう材のＺｎ濃度が高いために、溶融拡散が起こり難くストレート部の最薄部におけるＺｎ濃度が若干高く、更にフィレットのＺｎ濃度が高いため接合部の耐食性が若干劣る。発明例２７、２９では、ろう付温度が低めで加熱時間が短めのために、最大溶融拡散部厚さが規定の下限となり接合長さが僅かに劣る。また、接合部の耐食性も若干劣る。発明例２８では、ろう付温度が高めで加熱時間が長めのために、接合部以外の部位のＡｌ−Ｚｎ犠牲層が影響を受け、非接合部の耐食性が僅かに劣る。

これに対して、比較例１では、Ａｌ−Ｚｎ犠牲層のＺｎ濃度が低いため犠牲防食作用が劣り、非接合部の耐食性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例２では、Ａｌ−Ｚｎ犠牲層のＺｎ濃度が高いため接合部に高濃度のＺｎが残存し、接合部の耐食性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例３では、心材のＭｎ濃度が低いために犠牲防食作用が劣り、非接合部の耐食性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例４では、心材のＭｎ濃度が高いために腐食速度が速くなり、非接合部の耐食性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例５では、心材のＣｕ濃度が低いために犠牲防食作用が劣り、非接合部の耐食性が不合格となった。また、ろう付中の保持時間が短いため、溶融拡散部の厚さが薄くなり、凝固組織、接合長さ及び接合部の耐食性が不合格となった。その結果、総合評価が不合格となった。
比較例６では、心材のＣｕ濃度が高いために腐食速度が速くなり、非接合部の耐食性が不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例７では、加熱時間が短いために溶融拡散部の厚さが薄くなった。その結果、接合部に高濃度のＺｎが残存して接合部の耐食性が不合格となり、凝固組織と接合長さも不合格となり、総合評価が不合格となった。
比較例８では、加熱時間が長いために溶融拡散部の厚さが厚くなった。その結果、接合部の耐食性が不合格となり、総合評価が不合格となった。

本発明により、トーチろう付等のろう付けによる接合部の良好な接合性と、接合部及び非接合部における良好な耐食性が得られる。

１・・・フレア部
２・・・ストレート部
３・・Ａｌ−Ｚｎ犠牲層、クラッド層
３１・・・Ａｌ−Ｚｎ犠牲層、クラッド層
３２・・・Ａｌ−Ｚｎ犠牲層、クラッド層
４・・・内管
５・・・トーチろう材、ろう材フィレット
５１・・・溶融拡散部
６・・・接合部

Claims (2)

1. 両端部にストレート部及びフレア部のいずれかを備える複数のアルミニウム管を用い、隣接する一方のアルミニウム管のストレート部と他方のアルミニウム管のフレア部とを嵌合し、前記ストレート部とフレア部との間にＡｌ−Ｓｉ系ろう材を配置してろう付したアルミニウム管の接合体であって、少なくとも前記ストレート部を備えるアルミニウム管が、Ｍｎ：０．８〜１．３ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．４〜０．８ｍａｓｓ％を含有し残部Ａｌ及び不可避不純物からなるＡｌ合金の心材の外表面に、Ｚｎ：０．５〜１．５ｍａｓｓ％を含有し残部Ａｌ及び不可避不純物からなるＡｌ−Ｚｎ犠牲層をクラッドしたアルミニウムクラッド管であり、接合部のストレート部においてＡｌ−Ｓｉ系ろう材がＡｌ−Ｚｎ犠牲層を浸食した半球状の凝固組織からなる溶融拡散部が形成され、当該溶融拡散部の最大厚さがＡｌ−Ｚｎ犠牲層のクラッド厚さの０．５〜２．０倍であることを特徴とするアルミニウム管の接合体。
2. 前記溶融拡散部と接するストレート部の最薄部におけるＺｎ濃度が、０．７ｍａｓｓ％以下である、請求項１に記載のアルミニウム管の接合体。

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