JP2690055B2

JP2690055B2 - Ａｌ熱交換器の管継手用高強度Ａｌ合金

Info

Publication number: JP2690055B2
Application number: JP63168334A
Authority: JP
Inventors: 建当摩; 洋齊藤; 雅彦宮崎
Original assignee: 三菱アルミニウム株式会社; カルソニック株式会社
Priority date: 1988-07-06
Filing date: 1988-07-06
Publication date: 1997-12-10
Anticipated expiration: 2012-12-10
Also published as: JPH0219439A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、Al熱交換器の構造部材である管継手とし
て用いるのに適し、かつAl熱交換器を真空ろう付けある
いはフラックスろう付けにより組立て製造するに際し
て、管継手の管材への取付けを、他の構造部材であるフ
ィン材やヘッダープレート材などのろう付けと一体に行
なうことが可能な高強度Al合金に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、Al熱交換器は、例えば純AlあるいはAl合金で
構成された管材、フィン材、およびヘッダープレート材
を所定形状に組立て、これを真空ろう付けあるいはフラ
ックスろう付けによりろう付け結合し、さらにこのろう
付け前か後に、ろう付け組立て体の構造部材である管材
に、押出し形材を切断し、この切断材にネジ加工などを
施すことにより成形された管継手を、AlやAl合金を溶加
材として用い、隅肉溶接する２工程にて製造されてい
る。

上記の管継手用Al合金としては、高強度が要求される
ことから、 Zr:4〜５％、Mg:1〜２％、 Mn:0.2〜0.7％、を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成（以上
重量％、以下％は重量％を示す）JIS・7NO1などのAl合
金が広く用いられている。

また、上記のAl熱交換器の構造において、ろう付け工
程とは別に管継手を隅肉溶接する工程を必要とするの
は、上記の管継手用Al合金が、通常、600〜620℃、場合
によっては640℃という高温のろう付け温度に加熱され
ると、真空ろう付けでは、合金成分であるZnやMgが蒸発
し、特に表面部におけるこれら成分の含有量が著しく低
下し、この結果強度の著しい低下をきたし、さらにこの
種合金は酸化皮膜が厚いので、ろう付け性が悪く、一方
フラックスろう付けでは、フラックスと合金成分である
Mgとが反応し、接合を阻害するようになるなどの問題点
の発生をまぬがれることができないという理由によるも
のである。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように従来Al熱交換器の製造には、ろう付け組立
てとは別に、管継手の溶接を行なう２工程をとらざるを
得ないために、生産性の点で問題があり、コスト高とな
らざるを得ないのが現状である。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、管継
手の管材への接合を、管材、フィン材、およびヘッダー
プレート材などの組立てろう付け時に一体になっても、
すぐれたろう付け性を示し、かつろう付け後も高強度を
有する管継手用Al合金を開発すべく研究を行なった結
果、上述のJIS・7NO1のようなMg含有量の相対的に高いA
l合金においては、加熱温度が400℃以上になると、Mgは
固溶状態となるので拡散し易くなり、したがってろう付
け時の加熱中に合金表面へのMgの供給が活発となること
から、真空ろう付けでは合金表面からのMgの蒸発が盛ん
に生じ、またフラックスろう付けではフラックスとMgの
反応が生じるようになってろう付け性および強度の低下
を避けることができないが、Al合金を、 Mg:0.05〜１％、Si:0.3〜1.3％、 Mn:0.1〜1.2％、を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成で構成
すると、この組成のAl合金においては、（ａ） Mg成分は、その含有量が相対的に低いことと合
まって、Si成分と結合して、Mg₂Si化合物を形成し、こ
のMg₂Si化合物は、500℃を越える温度まで安定で、ほと
んどこのままの状態で存在し、その固溶量はきわめて少
ないことから、拡散しにくく、この結果合金表面への供
給が抑制されるので、合金表面での蒸発およびフラック
ス反応が著しく減少するようになり、ろう付け性および
強度の低下が防止できること。

（ｂ）ろう付け時の加熱によって素地にAl-Mn-Si系化
合物が微細、かつ均一に分散した組織をもつようになる
ので、ろう付け後の強度が一段と向上するようになるこ
と。

（ｃ）合金成分としてのMgおよびSiの共存によって、
室温保持の状態で時効硬化するようになるので、経時的
により一層強度が向上するようになること。

（ｄ）合金成分としてCuを含有させると、ろう付け性
を低下させることなく、強度が一段と向上するようにな
ること。

（ｅ）さらに、上記組成のAl合金に、合金成分として
TiおよびZrを含有させると、鋳塊の組織が微細化され、
押出加工性が向上するようになること。

以上（ａ）〜（ｅ）に示される特性を具備するという
知見を得たのである。

この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであ
って、 Mg:0.05〜１％、Si:0.3〜1.3％、 Mn:0.1〜1.2％、Cu:0.43〜0.8％、を含有し、さらに必要に応じて、 Ti:0.01〜0.1％、Zr:0.01〜0.15％、のうちの１種または２種を含有し、残りがAlと不可避不
純物からなる組成を有するAl熱交換器の管継手用高強度
Al合金に特徴を有するものである。

つぎに、この発明のAl合金において、成分組成を上記
の通りに限定した理由を説明する。

（ａ） Mg Mg成分には、上記の通りSiとの共存において、ろう付
け後の室温保持で合金を時効硬化させ、もって合金強度
を経時的に向上させる作用があるが、その含有量が0.05
％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その
含有量が１％を越えると、ろう付け加熱時の表面への拡
散供給が活発になって、ろう付け性および強度が低下す
るようになることから、その含有量を0.05〜１％と定め
た。

（ｂ） Mn Mn成分には、特にろう付け時の600℃程度の加熱で、
素地に微細均一に分散するAl-Mn-Si系化合物を形成し
て、ろう付け後の強度を向上させる作用があれるが、そ
の含有量が0.1％未満では所望の強度向上効果が得られ
ず、一方その含有量が1.2％を越えても前記作用は飽和
し、より一層の強度向上効果が現われず、むしろ押出加
工性の低下が見られるようになることから、その含有量
を0.1〜1.2％と定めた。

（ｃ） Si Si成分には、上記の通りMgと結合し、高温まで安定な
Mg₂Si化合物を形成してMg成分を固定し、もってMg成分
の合金表面への拡散移動を抑制することによりろう付け
性および強度の低下を防止するほか、、Mgとの共存によ
って時効硬化し、かつAl-Mn-Si系化合物の形成によって
強度を向上させる作用があるが、その含有量が0.3％未
満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有
量が1.3％を越えると、合金の溶融温度が下がり、ろう
付け時に合金が溶融し易くなることから、その含有量を
0.3〜1.3％と定めた。

（ｄ） Cu Cu成分には，素地に固溶して、これを強化する作用が
あるので含有されるが、その含有量が0.43％未満では所
望の強度向上効果が得られず、一方その含有量が0.8％
を越えると押出加工性および耐食性が低下するようにな
ることから、その含有量を0.43〜0.8％と定めた。

（ｅ） TiおよびZr これらの成分には、いずれも鋳造組織を微細化して、
管継手の製造には不可欠の特性である押出加工性をより
一層向上させる作用があるので、必要に応じて含有され
るが、その含有量がそれぞれTi:0.01％未満およびZr:0.
01％未満では所望の押出加工性向上効果を確保すること
ができず、一方その含有量がそれぞれTi:0.1％およびZ
r:0.15％を越えると急激に押出加工性が低下するように
なることから、その含有量をTi:0.01〜0.1％、Zr:0.01
〜0.15％と定めた。

〔実施例〕

つぎに、この発明のAl合金を実施例により具体的に説
明する。

通常の溶解法により、それぞれ第１表に示される成分
組成をもったAl合金溶湯を調製し、鋳造して直径:200mm
のビレットとし、このビレットを温度:530℃に８時間保
持の条件で均質化処理した後、500℃の温度で熱間押出
加工して、断面が一辺長さ:15mmの６角形形状を有する
管継手素材としての本発明Al合金棒材１〜４および従来
Al合金素材１〜３をそれぞれ製造した。

ついで、これらのAl合金棒材より、断面:15mm×2mm、
長さ:100mmの引張試験片、および幅:15mm×長さ:30mm×
厚さ:1.5mmのろう付け試験片を切出し、強度を評価する
目的で引張強さを測定し、一方前記ろう付け試験片は、
Mn:1.23％、Cu:0.12％を含有し、残りがAlと不可避不純
物からなる組成を有し、かつ幅:10mm×長さ:30mm×厚
さ:1mmの寸法をもった板材の上面に逆Ｔ字形に立設配置
し、溶加材として直径:1.6mmの下記組成を有するAl合金
線材を用い、これを両側ろう付けコーナー部にセット
し、（ａ） Al-10.5％Siの組成を有する上記溶加材に弗化
物系フラックスを塗布した状態で、Ｎ₂ガス雰囲気中
で、温度:600℃に５分間保持（以下ろう付け条件ａとい
う）、（ｂ） Al-10.0％Si-1.2％Mgの組成を有する上記溶加
材を用い、10^-4torrの真空中で、温度:600℃に５分間保
持（以下ろう付け条件ｂという）、以上（ａ）または
（ｂ）のいずれかの条件でろう付けを行ない、この場
合、上記のろう付け雰囲気には上記引張試験片もさら
し、ろう付け後、上記板材を上から押えて固定した状態で上記ろう付け試験片を垂直に引張ること
によりろう付け強度を測定し、さらにろう付け雰囲気に
さらされた上記引張試験片を用いて、ろう付け直後と室
温に100時間放置後の引張強さを測定した。これらの測
定結果を第１表に示した。

〔発明の効果〕

第１表に示される結果から、本発明Al合金棒材１〜４
は、いずれも高いろう付け強度を示し、ろう付けが良好
に行なわれていることを示すほか、ろう付け前後の強度
にほとんど変化なく、ろう付け直後でも高強度を示し、
さらに常温での時効硬化によって一段と強度が向上する
ようになるのに対して、従来Al合金棒材１〜３は、いず
れもMgやZn成分の蒸発、強固な酸化皮膜の形成、さらに
フラックスとの反応が原因で、真空ろう付けおよびフラ
ックスろう付けが不能であるばかりでなく、ろう付けに
よって強度が著しく低下し、ろう付け前の高強度を維持
することができないことが明らかである。

上述のように、この発明のAl合金は、真空ろう付けで
は、合金成分の蒸発がなく、かつ酸化皮膜の形成も著し
く少なく、さらにフラックスろう付けでは、合金成分と
フラックスとの反応がないので、良好なろう付けが可能
であり、高いろう付け強度が確保されることから、Al熱
交換器の管継手として用いた場合に、他の構造部材であ
るフィン材や管材、さらにヘッダープレート材などのろ
う付け組立てと同時に、管材へのろう付けが可能とな
り、この結果一工程のろう付けでAl熱交換器を製造する
ことができるようになり、またろう付け後も高強度を保
持するなど工業上有用な特性を有するのである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−177142（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−82450（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−142846（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−119645（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Mg:0.05〜１％、Si:0.3〜1.3％、 Mn:0.1〜1.2％、Cu:0.43〜0.8％、を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成（以下
重量％）を有することを特徴とするAl熱交換器の管継手
用高強度Al合金。
【請求項２】Mg:0.05〜１％、Si:0.3〜1.3％、 Mn:0.1〜1.2％、Cu:0.43〜0.8％、を含有し、さらに、 Ti:0.01〜0.1％、Zr:0.01〜0.15％、のうちの１種または２種、を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成（以上
重量％）を有することを特徴とするAl熱交換器の管継手
用高強度Al合金。