JP2014237142A - Brazing furnace and brazing method of aluminum material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アルミニウム材のろう付け炉及びろう付け方法に関し、詳しくは、ろう材を使用してアルミニウム材を接合するためのアルミニウム材のろう付け炉及びろう付け方法に関する。 The present invention relates to an aluminum material brazing furnace and a brazing method, and more particularly, to an aluminum material brazing furnace and a brazing method for joining aluminum materials using a brazing material.
アルミニウム及びアルミニウム合金からなるアルミニウム材のろう付けは、Al−Si系合金をろう材として使用し、該ろう材の溶融温度よりも高い温度、通常は約600℃に加熱してろう材を溶融させることにより、アルミニウム材同士を接合する方法が一般的に行われている。アルミニウム材のろう付けにおいて、アルミニウムは、下記(1)式の反応によって非常に酸化しやすく、酸化皮膜を形成するとろう付性が低下する。
2Al+3/2O2→Al2O3・・・(1)
フラックスレスろう付では、接合部の酸化皮膜を緻密なフィルム状の形態から、なるべく微細な粒子状に分断して、溶融したろう材(以下、溶融ろうということがある。)の濡れ性や流動性を向上させる必要がある。また、ろう付性の向上という点で、炉内雰囲気中の酸素濃度を低くすることが有効である。
Brazing of an aluminum material made of aluminum and an aluminum alloy uses an Al-Si alloy as a brazing material, and heats the brazing material by heating to a temperature higher than the melting temperature of the brazing material, usually about 600 ° C. Therefore, a method of joining aluminum materials is generally performed. In the brazing of an aluminum material, aluminum is very easily oxidized by the reaction of the following formula (1), and when an oxide film is formed, the brazing property is lowered.
2Al + 3 / 2O 2 → Al 2 O 3 (1)
In fluxless brazing, the oxide film at the joint is divided from a dense film form into as fine particles as possible, and the wettability and flow of the molten brazing material (hereinafter sometimes referred to as molten brazing). It is necessary to improve the performance. In addition, it is effective to reduce the oxygen concentration in the furnace atmosphere in terms of improving brazing.
酸化皮膜を分断するため、ろう材やろう付対象部材などの材料中にMgを添加した場合でも、ろう付時に雰囲気中の酸素濃度が高いと、下記(2)式に示すように、部材中のMgの酸化が促進され、表面に安定なMgO酸化物層が厚く形成されるので、ろう付性が著しく低下する。ろう付け時は、高温で長時間保持されるほど、表面の酸化皮膜が成長するが、酸化反応は、550℃以上で急激に進み、固相であっても、酸化反応は起こる。
Mg+1/2O2→MgO・・・(2)
一方、酸素濃度が低い状態では、下記(3)式に示すように、アルミニウム表面の酸化皮膜(Al2O3)が、材料中のMgにより還元分解されて粒状のMgAl2O4に変化し、微細な酸化物として分散するため、良好な接合が行われる。
3Mg+4Al2O3→3MgAl2O4+2Al・・・(3)
したがって、良好な接合状態を得るためには、雰囲気中の酸素濃度をなるべく低く制御することが望ましい。
Even when Mg is added to a material such as a brazing material or a brazing target member to divide the oxide film, if the oxygen concentration in the atmosphere is high at the time of brazing, as shown in the following formula (2), Since the oxidation of Mg is promoted and a stable MgO oxide layer is formed thick on the surface, the brazing property is remarkably lowered. During brazing, the oxide film on the surface grows as the temperature is maintained for a long time, but the oxidation reaction proceeds rapidly at 550 ° C. or higher, and the oxidation reaction occurs even in the solid phase.
Mg + 1 / 2O 2 → MgO (2)
On the other hand, in a state where the oxygen concentration is low, as shown in the following formula (3), the oxide film (Al 2 O 3 ) on the aluminum surface is reduced and decomposed by Mg in the material to change into granular MgAl 2 O 4. Since it is dispersed as a fine oxide, good bonding is performed.
3Mg + 4Al 2 O 3 → 3MgAl 2 O 4 + 2Al (3)
Therefore, in order to obtain a good bonding state, it is desirable to control the oxygen concentration in the atmosphere as low as possible.
雰囲気中の酸素濃度を低くするためには、一般に、最も安価な窒素ガスが使用されるが、Mgを含有した溶融ろうでは、表面の酸化皮膜が破壊されて活性な状態となっているため、下記(4)式に示すように、ろうが溶融した時点で雰囲気中の窒素と反応し、溶融ろうの表面に金属の窒化物(MxNy)を主体とする反応層が形成され、隙間充填性が低下してろうの濡れ性が著しく低下する。但し、この反応は、溶融ろう(液相)と雰囲気ガス(気相)との反応であり、ろう材が固相の状態では起こらないため、炉内のろう溶融域における雰囲気中の酸素濃度及び窒素濃度を低くすることが重要となる。
M(Al,Mg,Si)+N2→MxNy・・・(4)
上記(1)〜(4)式の反応では、(2)、(1)、(3)、(4)の順に反応が起こりやすいと考えられる。
In order to lower the oxygen concentration in the atmosphere, generally the cheapest nitrogen gas is used, but in the melting brazing containing Mg, the oxide film on the surface is destroyed and is in an active state. As shown in the following formula (4), when the wax is melted, it reacts with nitrogen in the atmosphere, and a reaction layer mainly composed of metal nitride (MxNy) is formed on the surface of the molten wax, and the gap filling property is improved. The wax wettability is significantly reduced. However, this reaction is a reaction between the molten brazing (liquid phase) and the atmospheric gas (gas phase), and since the brazing material does not occur in a solid state, the oxygen concentration in the atmosphere in the brazing melting region in the furnace and It is important to reduce the nitrogen concentration.
M (Al, Mg, Si) + N 2 → MxNy (4)
In the reactions of the above formulas (1) to (4), the reactions are likely to occur in the order of (2), (1), (3), and (4).
このようなことから、アルミニウム材のろう付け方法は、ろう付け炉内を真空状態にする真空ろう付け法と、ろう材に加えて非腐食性フラックスを使用するノコロック法とが主流となっており、これらの方法について、従来から様々な提案がなされている(例えば、特許文献1〜9参照。)。 For these reasons, the main brazing methods for aluminum materials are the vacuum brazing method in which the inside of the brazing furnace is evacuated and the nocolok method using non-corrosive flux in addition to the brazing material. Various proposals have been made for these methods (see, for example, Patent Documents 1 to 9).
しかし、真空ろう付け法は、炉内の真空度がろう付け性に大きく影響を与えるため、炉内の真空度を厳密に管理する必要があり、高価な真空炉が必要となるだけでなく、ろう付け操作がバッチ式であることから、量産性が低く、ろう付けコストの低減には限界があった。さらに、アルミニウム製品の耐食性を向上させるためにZnを添加したアルミニウム合金のろう付けを真空ろう付け法で行うと、真空加熱下でアルミニウム合金中のZnが蒸発してしまい、ろう付け後のアルミニウム製品の耐食性が低下するおそれもあった。 However, in the vacuum brazing method, since the degree of vacuum in the furnace greatly affects the brazeability, it is necessary to strictly control the degree of vacuum in the furnace, which not only requires an expensive vacuum furnace, Since the brazing operation is a batch type, mass productivity is low, and there is a limit in reducing brazing cost. Furthermore, when brazing of an aluminum alloy to which Zn is added in order to improve the corrosion resistance of the aluminum product by vacuum brazing, Zn in the aluminum alloy evaporates under vacuum heating, and the aluminum product after brazing There was also a risk that the corrosion resistance of the steel would decrease.
一方、ノコロック法は、真空ろう付け法に比べて炉内雰囲気の管理が容易であるが、ろう付けする部材にあらかじめフラックスを塗布する必要がある。このため、複雑な構造の部材では、全ての接合部にフラックスを十分に塗布することが困難であり、ろう付け不良が発生するおそれがあった。さらに、ろう付け後の表面にはフラックス残渣が必ず存在するため、エバポレーターのように、ろう付け後に表面処理を必要とする部品には安定した表面処理性を得るのが難しい問題があり、また、最近はハイブリッド車や電気自動車に使用されるインバーター冷却器などでは、フラックス残渣が半導体部品のはんだ付け性を阻害するなどの問題もある。 On the other hand, the Nocolok method is easier to manage the furnace atmosphere than the vacuum brazing method, but it is necessary to apply a flux to the member to be brazed in advance. For this reason, with a member having a complicated structure, it is difficult to sufficiently apply the flux to all the joints, and there is a possibility that poor brazing may occur. Furthermore, since flux residue always exists on the surface after brazing, there is a problem that it is difficult to obtain a stable surface treatment property for parts that require surface treatment after brazing, such as an evaporator, Recently, in inverter coolers and the like used for hybrid vehicles and electric vehicles, there is a problem that flux residue hinders solderability of semiconductor components.
そこで本発明は、真空ろう付けのような高価な設備を必要とせず、フラックスも使用せずにアルミニウム材をろう付けすることができるアルミニウム材のろう付け炉及びろう付け方法を提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an aluminum brazing furnace and a brazing method capable of brazing an aluminum material without using expensive equipment such as vacuum brazing and without using a flux. It is said.
上記目的を達成するため、本発明のアルミニウム材のろう付け炉は、ろう材を使用してアルミニウム材を接合するアルミニウム材のろう付け炉において、前記アルミニウム材の接合部にろう材を付着させたアルミニウム材をあらかじめ設定された予熱温度に昇温する予熱室と、予熱温度に昇温後に、あらかじめ設定された接合温度に昇温して前記ろう材を溶融させることによりアルミニウム材同士を接合するろう付け室と、ろう付け後のアルミニウム材を冷却する冷却室とを連続して配置するとともに、前記ろう付け室内をあらかじめ設定されたアルゴン雰囲気にするためのアルゴンを供給するアルゴン供給手段と、前記予熱室及び前記冷却室をそれぞれあらかじめ設定された窒素雰囲気にするための窒素を供給する窒素供給手段とを設けたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, a brazing furnace for an aluminum material according to the present invention is the brazing furnace for an aluminum material in which the brazing material is used to join the aluminum material. A preheating chamber that raises the aluminum material to a preset preheating temperature, and after raising the temperature to the preheating temperature, the aluminum material is joined by melting the brazing material by raising the temperature to a preset joining temperature. An argon supply means for continuously supplying a brazing chamber and a cooling chamber for cooling the brazed aluminum material, and supplying argon for making the brazing chamber into a preset argon atmosphere, and the preheating And a nitrogen supply means for supplying nitrogen for making each of the chamber and the cooling chamber into a preset nitrogen atmosphere. It is characterized by a door.
さらに、本発明のアルミニウム材のろう付け炉は、前記ろう付け室内のアルゴン雰囲気中における酸素濃度が50ppm以下であること、前記ろう付け室内のアルゴン雰囲気中における窒素濃度が10体積%以下であること、前記予熱室内の窒素雰囲気中における酸素濃度及び前記冷却室内の窒素雰囲気中における酸素濃度が、それぞれ100ppm以下であること、前記ろう材のマグネシウム含有量が0.05〜5.0重量%であることを特徴としている。 Furthermore, in the brazing furnace for an aluminum material of the present invention, the oxygen concentration in the argon atmosphere in the brazing chamber is 50 ppm or less, and the nitrogen concentration in the argon atmosphere in the brazing chamber is 10% by volume or less. The oxygen concentration in the nitrogen atmosphere in the preheating chamber and the oxygen concentration in the nitrogen atmosphere in the cooling chamber are each 100 ppm or less, and the magnesium content of the brazing material is 0.05 to 5.0% by weight. It is characterized by that.
また、本発明のアルミニウム材のろう付け方法は、ろう材を使用してアルミニウム材を接合するアルミニウム材のろう付け方法において、前記アルミニウム材の接合部にろう材を付着させたアルミニウム材を、あらかじめ設定された窒素雰囲気中であらかじめ設定された予熱温度に昇温する予熱工程と、予熱温度に昇温後に、あらかじめ設定されたアルゴン雰囲気中で、あらかじめ設定された接合温度に昇温して前記ろう材を溶融させることによりアルミニウム材同士を接合するろう付け工程と、ろう付け後のアルミニウム材をあらかじめ設定された窒素雰囲気中で冷却する冷却工程とを連続して行うことを特徴としている。 Further, the brazing method for an aluminum material according to the present invention is an aluminum material brazing method for joining an aluminum material using a brazing material. A preheating step of raising the temperature to a preset preheating temperature in a preset nitrogen atmosphere, and after raising the temperature to the preheating temperature, raising the temperature to a preset joining temperature in a preset argon atmosphere It is characterized by continuously performing a brazing step of joining aluminum materials by melting the material and a cooling step of cooling the brazed aluminum material in a preset nitrogen atmosphere.
さらに、本発明のアルミニウム材のろう付け方法は、前記ろう付け工程のアルゴン雰囲気中における酸素濃度が50ppm以下であること、前記ろう付け工程のアルゴン雰囲気中における窒素濃度が10体積%以下であること、前記予熱工程の窒素雰囲気中における酸素濃度及び前記冷却工程の窒素雰囲気中における酸素濃度が、それぞれ100ppm以下であること、前記ろう材のマグネシウム含有量が0.05〜5.0重量%であることを特徴としている。 Furthermore, in the brazing method for an aluminum material of the present invention, the oxygen concentration in the argon atmosphere in the brazing step is 50 ppm or less, and the nitrogen concentration in the argon atmosphere in the brazing step is 10% by volume or less. The oxygen concentration in the nitrogen atmosphere in the preheating step and the oxygen concentration in the nitrogen atmosphere in the cooling step are each 100 ppm or less, and the magnesium content of the brazing material is 0.05 to 5.0% by weight. It is characterized by that.
本発明によれば、雰囲気を真空状態にすることなく、かつ、フラックスを使用することなく、アルミニウム材のろう付けを行うことができる。また、ろう材が溶融するろう付けの際の雰囲気のみをアルゴン雰囲気にすることにより、溶融したろうの流動性や濡れ性を向上させることができ、ろう付けを確実に行うことができ、信頼性を向上させることができる。さらに、全てをアルゴン雰囲気とせずに、予熱や冷却を窒素雰囲気で行うことにより、アルゴンの使用量を低減して運転コストを削減することができる。また、各雰囲気中の酸素濃度をあらかじめ設定された濃度以下に抑えることにより、ろう材やアルミニウム材の酸化を防止することができ、ろう付けの際の雰囲気中の窒素濃度をあらかじめ設定された濃度以下に抑えることにより、溶融したろうが窒化することを防止できる。 According to the present invention, it is possible to braze an aluminum material without making the atmosphere in a vacuum state and without using a flux. In addition, by making only the atmosphere during brazing where the brazing material melts into an argon atmosphere, the fluidity and wettability of the molten brazing can be improved, and brazing can be performed reliably and with reliability. Can be improved. Further, by performing preheating and cooling in a nitrogen atmosphere without using an argon atmosphere as a whole, the amount of argon used can be reduced and the operating cost can be reduced. In addition, by suppressing the oxygen concentration in each atmosphere below a preset concentration, oxidation of the brazing material and aluminum material can be prevented, and the nitrogen concentration in the atmosphere during brazing is set to a predetermined concentration. By suppressing to the following, it is possible to prevent the molten wax from nitriding.
図1は、本発明のアルミニウム材のろう付け方法を実施するためのろう付け炉の一形態例を示している。このアルミニウム材のろう付け炉は、予熱工程を行う予熱室11と、ろう付け工程を行うろう付け室12と、冷却工程を行う冷却室13とを連続して設けたものであって、予熱室11、ろう付け室12及び冷却室13の内部には、ろう付けするアルミニウム材を搬送するための搬送手段、例えばメッシュベルト式のコンベヤ14が設けられている。各室11,12,13の間は、大気の侵入を極力抑えるため、ろう付けするアルミニウム材が通過可能な開口やトンネルを介して連結した状態に形成されており、必要に応じてガスの流通や大気の侵入を阻止するためのシャッターやカーテン、ガスカーテンを設けることもできる。
FIG. 1 shows an embodiment of a brazing furnace for carrying out the method of brazing an aluminum material of the present invention. This aluminum brazing furnace has a
また、ろう付け室12には、該ろう付け室12内にアルゴンを供給するためのアルゴン供給手段15が設けられ、予熱室11及び冷却室13には、各室内に窒素を供給するための窒素供給手段16,17がそれぞれ設けられている。アルゴン供給手段15や窒素供給手段16,17から各室内に各ガスを供給する供給部は、各室の大きさ、形状に応じて複数箇所に設けることができる。
The
前記予熱室11は、ろう材を付着させたアルミニウム材を、ろう材が溶融する温度に近いあらかじめ設定された予熱温度まで予熱する予熱工程を行うものであって、予熱室11内は、窒素供給手段16から供給される窒素によってあらかじめ設定された窒素雰囲気になるように制御されている。窒素供給手段16は、必要に応じて窒素の供給量を調節できる流量調節手段を備えている。窒素供給手段16から予熱室11内に供給する窒素の量は、予熱室11の形状や接合部の形状などの条件によって異なるが、通常は、毎分当たりの供給量を、予熱室11内の容積に対して1.0倍以上、好ましくは1.3倍以上に設定するとともに、予熱室11の入口部から予熱室11内の雰囲気ガスを排出するように、予熱室11内に窒素を供給する供給部の位置や設置数、供給量などを適切に設定することにより、予熱室11の入口部から予熱室11内への大気の侵入を極力抑えることができる。
The
このように予熱室11を形成することにより、入口部から予熱室11内に大気が侵入することを抑えることができるので、予熱室11の雰囲気中における酸素濃度を低くすることができ、雰囲気中の酸素濃度を100ppm以下にしてアルミニウム材やろう材の酸化皮膜が成長して厚くなることを抑えることができる。さらに、雰囲気中の酸素濃度を50ppm以下に制御することにより、酸化皮膜の成長をより確実に抑えることができる。これにより、酸化皮膜が厚くなることで、次のろう付け工程でろう材が溶融したときのろうの濡れ性や流動性が悪化することを抑えることができ、ろう付け工程でのろう付けを確実に行うことができる。なお、予熱室11の入口部側で、アルミニウム材などの温度が低く、酸化皮膜の成長がほとんどない範囲では、酸素濃度が100ppmを超えても問題はない。
By forming the preheating
すなわち、アルミニウム材のろう付けにおいて、アルミニウム材の酸化は、温度の上昇とともに進むため、高温雰囲気中の酸素濃度の低下は必須であるが、ろうが溶融する前の段階であれば、アルミニウムと窒素とは反応性を持たないため、最も安価な窒素ガスを使用して酸化を抑制することがコスト上有利となる。 That is, in the brazing of an aluminum material, since the oxidation of the aluminum material proceeds as the temperature rises, it is essential to reduce the oxygen concentration in the high temperature atmosphere. Therefore, it is advantageous in terms of cost to suppress oxidation using the least expensive nitrogen gas.
前記ろう付け室12は、アルミニウム材及びろう材をあらかじめ設定されたろう付け温度に加熱し、ろう材を溶融させ、溶融したろうによってアルミニウム材同士を接合させるろう付け工程を行うもので、ろう付け室12内は、アルゴン供給手段15から供給されるアルゴンによってあらかじめ設定されたアルゴン雰囲気になるように制御されている。アルゴン供給手段15は、必要に応じてアルゴンの供給量を調節できる流量調節手段を備えており、アルゴン供給手段15からろう付け室12内に供給するアルゴンの量は、ろう付け室12の形状などの条件によって異なるが、通常は、毎分当たりの供給量を、ろう付け室12の容積に対して0.8倍以上、好ましくは0.9倍以上に設定することが好ましい。なお、ろう付け室12内の雰囲気ガスは、隣接する予熱室11及び冷却室13に流入するが、予熱室11及び冷却室13での工程に悪影響を与えることはない。
The
このろう付け室12においても、アルゴンの供給量や供給部の位置、設置数を適切に設定することにより、アルゴン雰囲気中の酸素濃度を50ppm以下、窒素濃度を10体積%以下に制御することができ、アルミニウム材や溶融したろうに含まれるアルミニウムやマグネシウムが酸化したり、窒化したりしてろうの流動性や濡れ性が低下することを抑えることができる。さらに、酸素濃度を25ppm以下、窒素濃度を1%体積以下に制御することにより、アルミニウムやマグネシウムの酸化や窒化をより確実に抑えることができる。
Also in this
また、ろう付け室12では、雰囲気中の酸素濃度に比べて窒素濃度の許容値を高く設定することができるので、隣接する予熱室11及び冷却室13からろう付け室12内への窒素の侵入を厳密に遮断する必要がなく、アルゴン供給手段15からろう付け室12内に供給するアルゴンの量を、窒素の侵入を完全に防止する場合に比べて少なくすることが可能となる。これにより、窒素に比べて高価なアルゴンの使用量を低減してガスコストの削減を図ることができる。
Further, in the
すなわち、ろう付け室12でのろう付け工程は、ろう材を溶融させ、溶融したろうによってアルミニウム材同士を接合させる工程である。この工程で、ろう材が溶融した後の雰囲気中の窒素濃度が高いと、溶融ろうの表面に窒化物層が形成され、ろうの濡れ性が著しく低下し、十分な接合が得られない。特に、マグネシウムを含有するろう材の場合、ろう材表面が活性化しているため、窒化物層が形成されやすくなる。この窒化物層は、液相の溶融ろうと気相の窒素との反応で生成するため、ろうが溶融を開始する温度域以上の雰囲気を、酸素濃度及び窒素濃度を制御したアルゴン雰囲気とすることにより、アルミニウムやマグネシウムの酸化や窒化を抑えて接合の安定性を図ることができる。
That is, the brazing process in the
冷却室13は、ろう付け室12のろう付け工程でろう付けを終えたアルミニウム材を、炉の外部に取出可能な温度まで冷却する冷却工程を行うもので、前記予熱室11と同様に、窒素供給手段17から供給される窒素によって冷却室13内があらかじめ設定された窒素雰囲気になるように制御されている。冷却室13の窒素供給手段17も、他の供給手段と同様に、必要に応じて窒素の供給量を調節できる流量調節手段を備えている。窒素供給手段17から冷却室13内に供給する窒素の量は、冷却室13の形状などの条件によって異なるが、通常は、毎分当たりの供給量を、冷却室13内の容積に対して1.2倍以上に設定するとともに、冷却室13の出口部から雰囲気ガスを排出するように形成することが好ましい。これにより、適量の窒素によってろう付け後のアルミニウム材を短時間で効果的に冷却でき、ろう付け後のアルミニウム材の取り扱い性を向上できるとともに、取り出し後のアルミニウム材の酸化も防止することができ、出口部から冷却室13内に大気が侵入することも抑えることができる。さらに、冷却室13内の容積に対して1.3倍以上の窒素を供給することにより、アルミニウム材の冷却効果や大気流入抑制効果をより高めることができる。
The cooling
このように冷却室13を形成することにより、出口部から冷却室13内に大気が侵入することを抑えることができるので、冷却室13の雰囲気中における酸素濃度を極力低くすることができ、雰囲気中の酸素濃度を100ppm以下にしてアルミニウム材やろう材の酸化皮膜が成長することを抑えることができ、ろうの濡れ性が阻害されることもなくなる。さらに、雰囲気中の酸素濃度を50ppm以下に制御することにより、酸化皮膜の成長をより確実に抑えることができる。なお、冷却室13の出口部側で、アルミニウム材などの冷却が進んだ範囲では、酸素濃度が100ppmを超えても問題はない。
By forming the cooling
すなわち、冷却室13での冷却工程においても、材料表面の酸化皮膜の成長を抑制するため、雰囲気中の酸素濃度を規制することが必要になるが、この冷却室13では、ろう材が凝固しており、アルミニウムは窒素との反応性を持たないため、前記予熱室11と同様に、アルゴンを用いずに、安価な窒素雰囲気にして酸素濃度を低下させることがコスト上有利となる。
That is, in the cooling process in the cooling
使用するろう材は、アルミニウム材の種類に応じて適宜なろう材を選択すればよく、ろう材中のマグネシウム含有量は、0.05〜5.0重量%の範囲であることが好ましく、マグネシウム含有量が0.05%未満ではマグネシウムの酸化還元作用を十分に得ることができず、5.0重量%を超えると、ろう付けの際にマグネシウムがろう材中に残存して溶融したろうの流れが悪くなり、濡れ性が低下してろう付け部に隙間が発生することがある。したがって、ろう材中のマグネシウム含有量を1.0〜2.0重量%の範囲にすることにより、アルミニウム材のろう付けをより確実に行うことができる。 The brazing material to be used may be an appropriate brazing material selected according to the type of aluminum material, and the magnesium content in the brazing material is preferably in the range of 0.05 to 5.0% by weight. If the content is less than 0.05%, the redox effect of magnesium cannot be sufficiently obtained. If the content exceeds 5.0% by weight, the magnesium remains in the brazing material during the brazing and melts. A flow may worsen, wettability may fall, and a clearance gap may generate | occur | produce in a brazing part. Therefore, brazing of an aluminum material can be more reliably performed by making magnesium content in a brazing material into the range of 1.0 to 2.0 weight%.
以上説明したように、予熱室11、ろう付け室12及び冷却室13を連続的に設けた連続式のろう付け炉において、ろう材が溶融して窒化するおそれがあるろう付け室12をアルゴン雰囲気とし、ろう材が溶融しておらず、窒化するおそれのない予熱室11及び冷却室13を窒素雰囲気とすることにより、アルミニウム材のろう付けを確実に行いながら使用するガスのコストを削減することができる。また、予熱室11及び冷却室13に供給する窒素の供給量や供給位置を適宜設定することにより、大気に接する予熱室11の入口部及び冷却室13の出口部から大気が炉内に侵入することを抑制することができる。
As described above, in the continuous brazing furnace in which the preheating
これにより、予熱室11及び冷却室13の窒素雰囲気中の酸素濃度を100ppm以下、好ましくは50ppm以下に制御することができ、アルミニウム材やろう材の酸化皮膜が成長することを防止できる。また、これにより、予熱室11及び冷却室13に挟まれた状態のろう付け室12のアルゴン雰囲気中の酸素濃度の上昇も抑えることができ、さらに、ろう付け室12に供給するアルゴンの供給量や供給位置を適宜設定することにより、予熱室11や冷却室13からろう付け室12への窒素の流入量も低減することができ、高温に加熱されたアルミニウム材や高温で溶融したろうが酸化されたり、窒化されたりすることを防止できる。したがって、アルミニウム材のろう付けを低コストで確実に行うことができる。
Thereby, the oxygen concentration in the nitrogen atmosphere of the preheating
図2に示すように、芯材合金がA3003相当、ろう材合金がA4004相当で、ろう材クラッド率が10%のアルミニウムブレージングシート21と、A3003相当のコルゲートフィン22と組み合わせて幅(W)50mm、奥行き(D)25mmの形状の供試材23に対しろう付け実験を実施した。
As shown in FIG. 2, the core alloy is equivalent to A3003, the brazing alloy is equivalent to A4004, the brazing aluminum clad rate is 10%, and the
ろう付け炉は、予熱室が高さ95mm、幅200mm、長さ1380mmで、ろう付け室が高さ95mm、幅200mm、長さ3030mm、冷却室が高さ95mm、幅200mm、長さ4000mmであり、予熱室、ろう付け室及び冷却室にわたってベルト幅200mm、全長12mのメッシュベルトを設置している。ろう付け炉全体の容積は約0.16m3である。 The brazing furnace has a preheating chamber with a height of 95 mm, a width of 200 mm and a length of 1380 mm, a brazing chamber with a height of 95 mm, a width of 200 mm and a length of 3030 mm, and a cooling chamber with a height of 95 mm, a width of 200 mm and a length of 4000 mm. A mesh belt having a belt width of 200 mm and a total length of 12 m is installed over the preheating chamber, the brazing chamber and the cooling chamber. The total volume of the brazing furnace is about 0.16 m 3 .
表1に示すように、全ての室にアルゴンを供給した実験例1〜2、全ての室に窒素を供給した実験例3〜6、予熱室及び冷却室に窒素を供給し、ろう付け室にアルゴンを供給した実験例7〜20の各実験を、酸素濃度や窒素濃度を変えてそれぞれ行った。温度条件は、全ての実験において図3に示す同一条件とした。実験中は、予熱室、ろう付け室、冷却室における各雰囲気中の酸素濃度をジルコニア式酸素濃度計で測定するとともに、ろう付け室の窒素濃度をガスクロマトグラフィーで測定した。 As shown in Table 1, Experimental Examples 1 and 2 in which argon was supplied to all the chambers, Experimental Examples 3 to 6 in which nitrogen was supplied to all the chambers, nitrogen was supplied to the preheating chamber and the cooling chamber, and the brazing chamber was supplied. Experiments 7 to 20 in which argon was supplied were performed by changing the oxygen concentration and the nitrogen concentration. The temperature conditions were the same as shown in FIG. 3 in all experiments. During the experiment, the oxygen concentration in each atmosphere in the preheating chamber, the brazing chamber, and the cooling chamber was measured with a zirconia oxygen analyzer, and the nitrogen concentration in the brazing chamber was measured by gas chromatography.
表1中のアルゴン削減量は、以下の式(5)にて算出し、ろう付け性は、以下の式(6)にてフィンの接合率を求め、接合率が90%以上を丸印、90%未満をバツ印とした。 The amount of argon reduction in Table 1 is calculated by the following equation (5), and the brazing property is obtained by calculating the bonding rate of fins by the following equation (6). Less than 90% was marked as cross.
アルゴン削減量=(1−(アルゴン流量/雰囲気ガス総流量))×100・・・(5)
フィン接合率=(フィンとチューブの総ろう付け接合長さ/フィンとチューブの総接触長さ)×100・・・(6)
実験条件及び結果を表1にまとめて示す。
Fin joint rate = (total brazed joint length of fin and tube / total contact length of fin and tube) × 100 (6)
The experimental conditions and results are summarized in Table 1.
11…予熱室、12…ろう付け室、13…冷却室、14…コンベヤ、15…アルゴン供給手段、16…窒素供給手段、17…窒素供給手段、21…アルミニウムブレージングシート、22…コルゲートフィン、23…供試材
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