JPH01157762A - アルミニウム材料のロウ付け方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアルミニウム材料のろう付け方法に関するもの
で、例えばアルミニウム材料よりなる熱交換器のろう付
け方法として用いることができる。

〔従来の技術〕

従来、アルミニウム材料よりなる２つの部材をろう付け
接合する時には、アルミニウム材料よりなる芯材の表面
にろう材を被覆し、ブレージングシートを形成する。こ
のブレージングシートに冷間圧延を施して所定厚さにし
た後、焼鈍を行い、加工歪を除去した後、プレス加工し
て所望形状にする。その後、ブレージングシートの接合
箇所同志を互いに当接させ、高温炉中内にてろう材を溶
融し、ろう付け接合を行っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このようなアルミニウム材料のろう付け方法により、熱
交換器、例えば空調装置の凝縮器、蒸発器等を製造した
場合に、アルミニウム材料の腐蝕抑制が大きな課題とな
っている。

この腐蝕原因の１つとして、芯材表面に被覆したろう材
が、加熱溶融時に芯材中に染み込んでしまい、この染み
込んだろう材がブレージングシートの腐蝕の原因になっ
ていることが考えられる。

すなわち、第６図に示すごとく、ブレージングシート１
００を組み合わせてろう材１２０をろう付け温度で加熱
溶融させると、芯材１１０の転位を主とする格子欠陥に
より生じた喫状の断面をもつ多数の狭い溝１１１へろう
材１２０が染み込む。

このろう材１２０のうち、芯材とろう材との共晶層は、
芯材１１０と比較して腐蝕し易い材質のために、ろう材
の染み込みが多いほど、ブレージングシート１００の耐
食性が劣ることとなる。

また、この芯材１１０の格子欠陥が進行して、狭い溝１
１１が深くなると、芯材１１０を貫通するという腐蝕が
生ずる。さらに、ろう材１２０が芯材１１０の狭い溝１
１１へ染み込むということは、ブレージングシート１０
０の他の部材との接合部に必要なろう材１２０の量が不
足することとなる。よって、その接合部では、ろう付け
性が劣ることとなるため、接合部に必要な接合強度が得
られない。

このような芯材へのろう材の染み込みを防止す−るため
に、特開昭５５−１０４４５２号公報、特開昭５５−１
６１０４４号公報等に示される如く、芯材とろう材との
間に拡散防止層を形成するものが考え出されている。

しかしながら、拡散防止層を形成するものでは、この防
止層を形成するための工程、材料等が余分に必要となり
、コストアップを避けられないという問題がある。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、本願発明者等がろう材の染み込み防止について
さらに実験、検討を重ね、ブレージングシートのろう材
の芯材への染み込み量を種々検討した結果、ろう付け直
前におけるブレージングシートの塑性変形率がろう付け
時のろう材の染み込み量に大きく影響されることを確認
した。

尚、ここで塑性変形率とは、ブレージングシートに塑性
加工を施す前と後のブレージングシートの厚さの変化割
合で示される。

すなわち、圧延加工等により塑性加工を施したブレージ
ングシートを加熱すると、加工によって形成された格子
欠陥などのブレージングシート４の内部に蓄えられた内
部歪は次第に減少し、それに伴って機械的性質や物理的
性質も加工前の状態に近づいていく。

この内部歪の多くは、圧延加工によって生じた転位を主
とする格子欠陥であり、この格子欠陥により生じた芯材
の樹状の断面をもつ狭い溝が、ろう材の芯材への染み込
みの主原因と判断された。

（以下余白） このため、本発明者等は、ブレージングシートの加工度
に対するろう材の芯材への染み込み状況を調査した。

まず、表１の供試料芯材−覧表のＮα１〜Ｎα３に示す
Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ系アルミニウム合金製の母材の表面に
、Ａｌ−Ｍｇ−３ｔ系アルミニウム合金（Ａ４００４）
製のろう材をクラツド率１５％でクラッドした板厚０．
６　ｍｍのブレージングシートを製造する。

そして、圧延機により、常温で加工度０，５゜１０．１
５．２０％の圧延加工を施したブレージングシートをろ
う付け温度（６００°Ｃ）で、１０分間加熱してろう材
を溶融させ、断面を顕微鏡で覗き、ろう材の芯材への染
み込み状況を測定し、その実験結果を第４図の塑性変形
率（％）とろう材の染み込み量（μｍ）を示すグラフに
表した。

第４図のグラフより、Ｎα１〜Ｎα３も塑性変形率が１
０％未満のブレージングシートは、ろう材の芯材への染
み込み量が非常に大きいことが確認できる。また、塑性
変形率０，５，１０．１５．２０．２５，３０．３５％
の圧延加工を行ったブレージングシートを酸性塩水噴霧
テスト（３００時間）における最大腐蝕深さ（ｍｍ）の
実験結果を第５図のグラフに表した。

第５図のグラフより、塑性変形率が約５％のブレージン
グシートは、いずれも腐蝕深さ、つまり格子欠陥により
生じた樹状の断面をもつ狭い溝が深いことが確認できる
。

すなわち、ろう材の芯材への染み込み量が多い塑性変形
率が約５％のブレージングシートは、腐蝕が早期に進行
し、板厚の貫通が生ずるものと判断できた。逆に、塑性
変形率が１０％以上のブレージングシート４は、耐食製
は劣化しないことが認められた。これは、ろう付け温度
（６００″Ｃ）で加熱すると、圧延加工によって生じた
格子欠陥が消滅したり、配列を変えたりしてブレージン
グシート４の内部に蓄えられた内部歪が比較的早期に減
少し、再結晶が速やかに行われるため、芯材３へのろう
材２の染み込みが減少し、腐蝕があまり進行しないもの
と考えられる。

本発明者は、さらに成分の異なる芯材について同様の実
験を行った結果、耐食性を劣化させる塑性変形率は芯材
の組成等に応じて変動するという事実を発見した。即ち
、異なる成分の芯材を用いて実験したところ、塑性変形
率が１０％の時、ろう材の最大染み込みを示した．第７
図は、この実験結果を示すプレージングシ一トの断面図
で、第７図（ａ）は塑性変形率０％、ら）は同率５％、
（Ｃ）は同率１０％、（ロ）は同率２０％、（ｅ）は同
率４０％を示す． また、さらに異なる芯材について同様の実験を行った結
果、塑性変形率が４．０％の時、最大染み込み量を示す
ことも認められた。第８図は、この結果を示すプレージ
ングシ一トの断面図で、（ａ）は塑性変形率０％、℃）
は同率２．　０％、（Ｃ）は同率４．０％、（ｄ）は同
率７．０％、（ｅ）は同率１０．０％である。

このように、プレージングシ一トの塑性加工率の違いに
よって、ろう材の染み込み量も大きく変化し、ある一定
の塑性加工率近傍において、染み込み量が最大になると
いう事実が本発明者等の実験により判明したのである． そこで、本発明では、プレージングシ一トの全体に渡っ
てその板厚方向に所定率以上の塑性変形を与え、その後
、この塑性変形に伴う結晶粒状態を残したブレージング
シートを所望形状に成形するようにした．即ち、予め所
定の塑性変形を与え、塑性変形に伴う結晶粒状態の上に
、更に所望形状成形用の工程を重ねることにより、プレ
ージングシ一トの全ての領域において、所定率以上の望
性変形率を確保できるようにした。

尚、耐食性を劣化させることがない加工度は、芯材の成
分如何等により夫々異なるが、本発明者等の実験及び検
討によれば、アルミニウム材料よりなるプレージングシ
一トは、耐食性、ろう付性及びプレス加工の容易性から
、塑性変形率１５％〜２０％が特に望ましい。また、望
性変形率が３０％を越えると、プレージングシ一トの加
工硬化に伴い、所望形状に成形し難くなるなどのプレス
加工に悪影響を与えるので、本発明のプレージングシ一
トには実用的ではない。

〔発明の作用及び効果〕

従って、ブレージングシートの所望形状への成形時に、
その塑性変形率にバラツキがあっても、予め所定率以上
の塑性変形をプレージングシ一ト全体に与えているので
、ろう材染み込み量の多い塑性変形率となることをブレ
ージングシート全体に渡って避けることができ、プレー
ジングシ一トのどの部位においても、ろう材染み込み量
の少ない塑性変形率とすることできる。

よって、アルミニウム芯材へのろう材の染み込みの減少
を、従来のものに比べ簡単な工程かつ低コストで行うこ
とができる。その結果として、ろう材が芯材内で腐蝕し
たり、芯材の板厚貫通などの腐蝕を防止でき、ブレージ
ングシートの耐食性を向上できる．また、プレージング
シ一トの他の部材との接合部に必要なろう材量の不足を
防止でき、ろう付け性を向上でき、ブレージングシート
と他の部材との接合部に必要な接合強度を得ることがで
きる． 〔実施例〕 第１図及び第３図は、本発明の一実施例を適用した自動
車用空調装置の蒸発器１を示し、第２図は第１図、第３
図図示の蒸発器ｌに用いられるプレージングシ一ト４を
示す。

この蒸発器ｌは、卵形状膨出部４１と、浅い皿状膨出部
４２を有する一対プレージングシ一ト４を互いに向い合
わせて接合することにより、・熱交換エレメント６を形
成する。この熱交換エレメント６を、複数段同一方向に
積層することにより、卵形状膨出部４１が蒸発器１のタ
ンク部４１０を、皿状膨出部４２が複数本のチューブ４
２０を形成している。

この複数本のチューブ４２０の各間には、波状に形成さ
れたコルゲートフイン５が接合されている．タンク部４
１０の一端側には、自動車用空調装置の凝縮器及び膨張
弁（省図示）を通ってきた低温低圧の液相冷媒をタンク
部４１０内に導入するための入口パイプ１０が接合され
ている．また、タンク部４１０の他端側には、各チュー
ブ４２０を流れて外部空気と熱交換し、高温低圧となっ
た気相冷媒を圧縮機（省図示）側に向けて導出するため
の出口バイブ１１が接合されている。

ブレージングシート４は、Ａｊ！−Ｍｎ−Ｃｕ系アルミ
ニウム合金板よりなる芯材３の両面に、Ａｌ−Ｍｇ−３
ｔ系アルミニウム合金（Ａ４００４）製のろう材２をク
ラッドしてなる。このろう材２は、ろう付け温度６００
〜６１０°Ｃで加熱溶融するもので、クラツド率１５％
でクラッドされており、ブレージングシート４は板厚０
．６　ｍｍとなっている。

次に、本実施例のブレージングシート４及び熱交換器１
の製造方法を以下に説明する。

まず、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ系アルミニウム合金製の芯材３
の表面に、Ａｌ−Ｍｇ−３ｔ系アルミニウム合金（Ａ４
００４）製のろう材２を重ね合わせ、この状態で両者を
熱間圧延することにより、クラツド率１５％でクラッド
した板厚０．６鵬のブレージングシート４を製造する（
第１工程）。そして、このブレージングシート４に圧延
機により、常温で塑性変形率１０％の圧延加工を施す（
第２工程）。

そして、圧延加工後のブレージングシート４を焼鈍等す
ることなく、圧延加工に伴う結晶粒状態を保持しつつ、
例えば両端に卵形状膨出部４１を形成し、これらの間に
浅い皿状部４２を形成するようにプレス加工する（第３
工程）。

尚、このプレス加工においては、膨出部４１の形状の如
何等に応じて、ブレージングシートに様々な値の加工度
が生じることになる。換言すれば、このプレス加工によ
るブレージングシートの加工度は０％から１０％以上の
ものまで幅広く存在することになる。しかしながら、本
例ではプレス加工前に既にブレージングシートに１０％
の加工度が与えられているので、結果として、このプレ
ス加工終了後にあっては、ブレージングシートの全ての
領域において加工度が１０％以上となっている。

このプレス加工後の一対のブレージングシート４を互い
に卵形状膨出部４１と浅い皿状部４２を対向させて熱交
換エレメント６を構成させる。併設された熱交換エレメ
ント６の間にアルミニウム合金のコルゲートフィン５を
介在させて複数段積層させ、蒸発器１の仮組立体を構成
する（第４工程）。

この仮組立体の両側を、組立治具（図示せず）により挟
み込み、６００〜６１０°Ｃの炉中にて搬入し、ろう材
２を加熱溶融させ（第５工程）、その後、この仮組立体
を冷却して溶融ろう材を凝固させることにより、蒸発器
１を製造する。本実施例のろう相加熱溶融工程、つまり
熱交換器１のろう付け工程は、ブレージングシート４の
焼鈍を兼ねる。

この熱交換器１のろう付け工程の際に、圧延加工及びプ
レス加工によって生じたブレージングシート４の格子欠
陥などの内部歪のある結晶粒の中に、内部歪のない新し
い結晶の核ができて、その核が次第に成長していき、順
次これらの新しく生じた内部歪のない結晶と置き換えら
れていき、完全に内部歪を解放する再結晶が速やかに行
われるために、格子結果により生ずる樹状の断面をもつ
狭い溝が消滅し、母材３へのろう材２の染み込みが減少
することができる。

したがって、ブレージングシート４の耐食性を向上する
ことができる。また、ブレージングシート４と隣接した
ブレージングシート４との相互の接合部４３に必要なろ
う材量の不足を防止でき、ろう付け性を向上でき、ブレ
ージングシート４の接合部４３に必要な接合強度を得る
ことができる。

本実施例では、ろう材の加熱溶融工程以前にブレージン
グシートに加える塑性加工を冷間圧延により行ったが、
鍛造加工などの塑性加工により行っても良い。

また、ブレージングシートを所定厚さに調厚するための
冷間圧延を行い、焼鈍を施して加工歪を除去した後、所
定率以上の塑性変形を再度の別の冷間圧延工程にて行う
ようにしても良い。この場合、冷間圧延工程が二度行わ
れることになるが、ブレージングシートの板厚の管理及
び塑性変形度の管理がより正確になされることになる。

さらにまた、本発明のろう付け方法は、上述の積層型熱
交換器の製法に限るものではなく、アルミニウム材料よ
りなる他の部材のろう付け方法にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法の一実施例を示す熱交換器の
正面図、第２図は第１図のＡ部拡大断面図、第３図は本
発明の一実施例である熱交換器の斜視図、第４図は加工
度とろう材の染み込み量との関係を示すグラフ、第５図
は加工度と最大腐蝕深さとの関係を示すグラフ、第６図
は従来のアルミニウム熱交換器にしようされた加工度５
％のブレージングシートを示す断面図、第７図及び第８
図は他の実施例を示すブレージングシートの断面図であ
る。 １・・・アルミニウム熱交換器、２・・・ろう材、３・
・・母材（アルミニウム合金板）、４・・・ブレージン
グシート。 第６図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）　アルミニウム合金よりなる板状芯材の表面に前
   記芯材材料より融点の低いアルミニウム合金製ろう材を
   被覆してブレージングシートを形成する第１工程と、 　ブレージングシートの全体に渡って、その板厚方向に
   所定率以上の塑性変形を与える第２工程と、この塑性変
   形による結晶粒状態を保持したブレーシングシートを、
   所望形状に成形する第３工程と、 　所望形状に成形されたブレージングシートを被ろう付
   け部材に接合箇所にて当接させ、仮組立体を形成する第
   ４工程と、 　この仮組立体を前記ろう材の融点以上、かつ前記芯材
   の融点以下に加熱する第５工程と、 　前記ろう材が加熱溶融後、前記仮組立体を冷却し、溶
   融ろう材を凝固させて前記ブレージングシートと前記被
   ろう付け部材とを接合固定する第６工程とからなるアル
   ミニウム材料のロウ付け方法。
2. （２）　前記第２工程は、前記ブレージングシートを所
   定厚さの板材に圧延することによりなる請求項１記載の
   アルミニウム材料のロウ付け方法。
3. （３）　前記第３工程は、前記ブレージングシートをプ
   レスすることによりなる請求項１記載のアルミニウム材
   料のロウ付け方法。
4. （４）　前記被ろう付け部材が、アルミニウム合金より
   なる板状芯材の表面に、ろう材を被覆してなるブレージ
   ングシートである請求項１記載のアルミニウム材料のロ
   ウ付け方法。
5. （５）　前記ブレージングシートは、前記第３工程によ
   ってチューブ形成用窪み及びタンク形成用窪みが形成さ
   れる請求項４記載のアルミニウム材料のロウ付け方法。
6. （６）　前記ブレージングシートと前記被ろう付け部材
   とは略同一形状をしており、前記仮組立体は略同一形状
   の一対の前記ブレージングシートと前記被ろう付け部材
   とを向い合わせて接合することにより、積層型熱交換器
   のチューブ及びタンクを形成する請求項５記載のアルミ
   ニウム材料のロウ付け方法。
7. （７）　アルミニウム合金製板材よりなる芯材の表面に
   、ろう材を略均一膜厚に被覆してブレージングシートを
   形成する第１工程と、 　このブレージングシートを全体に渡り板厚方向に所定
   率以上の塑性変形を与えた場合に相当する結晶粒状態と
   する第２工程と、 　結晶粒状態のままでブレージングシートを所望形状に
   成形する第３工程と、 　この所望形状に成形されたブレージングシートと被ろ
   う付け部材とを接合箇所にて当接させ、仮組立てを行う
   第４工程と、 　この仮組立体を、前記ろう材の融点以上に加熱する第
   ５工程と、 　前記ろう材が加熱溶融後、前記仮組立体を冷却し、溶
   融ろう材を凝固させて前記ブレージングシートと前記被
   ろう付け部材とを接合固定する第６工程とからなるアル
   ミニウム材料のロウ付け方法。