JPH02142672A - アルミニウム製熱交換器の製造方法 - 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製熱交換器、例えばラジェーター
、ヒーターコアの製造方法に関するもので、特に高強度
薄肉チューブ材の使用を可能にし、軽量かつ高性能の熱
交換器を提供するものである。

〔従来の技術〕

アルミニウム製ラジェーターは、第１図に示すように、
偏平チューブ（１）とコルゲートフィン（２）を積層し
、チューブ（１）の両端にヘッダー（３）を取付け、こ
れをろう付接合した後、ヘッダー（３）にバッキング（
５）を介してタンク（４）を結合したもので、チューブ
にはＡｌ−Ｍｎ系のＪＩ３３００３合金を芯材とし、そ
の片面（外面となる面）にＡｌ−Ｓｉ系の１１５４３４
３合金ろう材、他方の面（内面となる面）にＡ、（−Ｚ
ｎ系のＪＩ３７０７２合金を１０％前後のクラツド率で
張り合せた厚さＯ１３〜０．４ｍｍのブレージングシー
トからなる電縫管を偏平に加工したものが用いられる。

フィンにはＡｌ−Ｍｎ−Ｚｎ系合金からなる厚さ０．ｌ
ｌｍｍ程度の板をコルゲート加工したものが用らいれて
いる。またヘッダーにはチューブと同様のクラツド材で
外面にＡｌ−Ｓｉ系のＪＩ３４３４３合金ろう材、内面
にＡｌ−Ｚｎ又はＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金を張り合せた
厚さ１．５ｍｍ程度のブレージングシートが用いられる
。またタンクにはナイロン樹脂が用いられる。そして１
６００ｅｃクラスのラジェーターの重量は約１．７ｋｇ
、　２００１Ｊｃｃクラスのラジェーターの重量は約２
４ｋｇである。

ラジェーターのろう付接合は非腐食性フラックスを使用
する場合、上記アルミ部材（タンクを除く）を第１図に
示すように組合せ、治具組みした後、脱脂、５％フラッ
クス塗布工程をへて陽ガス中６００〜６２０℃の温度に
加熱することにより行なわれる。ろう付炉中の露点は一
３５℃以下、酸素濃度は１１０００ｐｐ以下であること
が望ましい。ろう付終了後冷却工程をへてチューブ両端
のヘッダーに樹脂タンクが取付けられる。

ヒーターコアもラジェーター同様の材料が使用される。

樹脂タンクのかわりにヘッダー材と同様のブレージング
シートが使用され、一体ろう付で製造されることもある
。

ラジェーターの外部は塩害環境にさらされるために、Ｚ
ｎを含有する犠牲陽極フィンを用いて防食を図り、内部
（チューブ内）はエンジン冷却水、いわゆるクーラント
内に混入してくるＣｕ２”、Ｆｅ３”、ＣＩ″″、　　
３０４２−イオン等による深い孔食発生を防止するため
、Ａｌ−Ｚｎ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ系の
犠牲材が内張材としてクラッドされる。本発明者等の行
なった実験によると、ラジェーター外部は塩水噴霧試験
、複合腐食試験（塩水噴霧と乾、湿繰返し）によってす
ぐれた外部耐食性を有することが判る。またラジェータ
ー内部はＣＩ’−１９５ｐｐｍ、　　Ｆ　ｅ　３　”　
３０ｐｐｍ　、　　ＳＯ４”−６０ｐｐｍ　。

Ｃｕ２＋１ｐｐＩｉを含む８８℃の試験水を毎分３０１
の割合で循環させる試験を６カ月間続けても液洩れはな
く、これが市場での１０年の走行にあたり、優れた耐食
性を有することが判る。

〔発明が解決しようとする課題〕

近年アルミニウム製ラジェーターの軽量化がさかんに試
みられているが、上記現行材料を薄肉化しただけでは構
造強度、疲労寿命、耐食性等に難点があった。即ちＡｌ
−Ｍｎ−Ｃｕ系合金を芯材として使用するブレージング
シートはろう付換のＯ材強度が１４〜１５ｋｇ１／−で
あり、従来材である１１３３００３合金を芯材として使
用するブレージングシートの０材強度１１〜１２ｋｇ１
／−の１．２倍の強度を得ることができる。このことは
Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ系合金を芯材とするブレージングシー
トを使用することにより、２０％前後の軽量化が可能と
なるが、これ以上の薄肉化には限界がある。特にチュー
ブは薄肉化により外寸法をそのままとして内寸法を増加
することにより、通水抵抗を減少し、熱交換性能を向上
することができる。このようなことから高強度薄肉チュ
ーブ材の開発が強く望まれている。

又、ヒーターコアもアルミ化が検討されており、ラジェ
ーター同様の材料、工法による軽量コアの製造法確立が
切望されている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はこれに鑑み種々検討の結果、チュブの耐食性を
損なうことなく、強度を向上することができるアルミニ
ウム製熱交換器例えばラジェーター　ヒーターコアの製
造方法を開発したものである。

即ち本発明製造法の一つは、チューブとフィンを積層し
、チューブ両端にヘッダーを取付け、塩化物系フラック
スを使用し、大気中、乾燥空気中あるいはフッ化物系非
腐食性フラックスを使用し、不活性ガス中でろう骨接合
するアルミニウム製熱交換器の製造において、チューブ
材に、Ｓｉ０．４〜１，２ｔ１％（以下ｗ１％を％と略
記）　、　　Ｆ　ｅ　０．１５〜１．０％、ＣｕＱ、４
〜１．０％。

Ｍｎ０．５〜ＩＪ％、　Ｍｇ０．０５〜０．８％を含み
、残部Ａｌからなる合金を芯材とし、その片面に９％以
上のＳｉを含むＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材を５〜２０μｍ
の厚さにクラッドし、他面に０．８％以上のＺｎを含む
Ａｌ−Ｚｎ系合金を１０〜３０μｍの厚さにクラッドし
たブレージングシートを使用し、外面がＡｌ−Ｓｉ系合
金ろう材からなり、内面がＡｌ−Ｚｎ系合金からなるチ
ューブを作製し、ろう付接合後の５００℃から２００℃
までの冷却を５０℃／ｍｉｎ以上の速度で冷却すること
を特徴とするものである。

また本発明製造法の他の一つは、チューブとフィンを積
層し、チューブ両端にヘッダーを取付け、塩化物系フラ
ックスを使用し大気中、乾燥空気中あるいはフッ化物系
非腐食性フラックスを使用し、不活性ガス中でろう骨接
合するアルミニウム製熱交換器の製造において、チュー
ブ材に、Ｓｉ０．４〜１．２％、　　Ｆ　ｅ　０．１５
〜１．０％。

Ｃｕ０．４〜１．０％、　Ｍｎ０．５〜１．３％、Ｍｇ
０、０５〜０．８９６を含み、更にＣｒ　０．Ｏｆ〜０
．３％。

Ｚ　ｒ　０．０ｔ　〜０．３％、　　Ｔ　ｉ　０．０１
〜０．３％の範囲内で何れか１種又は２種以上を含み、
残部Ａｌからなる合金を芯材とし、その片面に９％以上
のＳｉを含むＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材を５〜２０μｍの
厚さにクラッドし、他面に０，８％以上のＺ■１を含む
Ａｊｉ−Ｚｎ系合金を１０〜３０μｍの厚さにクラッド
したブレージングシートを使用し、外面がＡｊｊ−Ｓｉ
系合金ろう材からなり、内面がＡｌ−Ｚｎ系合金からな
るチューブを作製し、ろう付接合後の５００℃から２０
０℃までの冷却を５０℃／ｍｉｎ以上の速度で冷却する
ことを特徴とするものである。

〔作　用〕

本発明においてチューブを構成する芯材、外面Ａｌ−Ｓ
ｉ系合金ろう材、内面Ａｌ−Ｚｎ系合金を上記成分範囲
に限定したのは次の理由によるものである。

芯材において、Ｓｉはろう付換の冷却により微細なＭｇ
２Ｓｉ粒子を析出させて材料強度を向上させるためで、
Ｓｉ含有量を０．４〜１．２％と限定したのは、０．４
％未満ては効果がなく、１．２％を越えると芯材の融点
を低下し、ろう付時の高温で粒界部が溶融するバーニン
グ現象を起し、芯材強度を低下させるためである。Ｆｅ
は芯材強度を向上させるためで、Ｆｅ含有量を０．１５
〜１．０％と限定したのは、０．１５％未満では効果が
なく、１．０％を越えると耐食性を低下させるためであ
る。Ｃｕは強度を向上させると共に電極電位を貴化させ
て耐食性を向上させるためで、Ｃｕ含有量を０．４〜１
．０％と限定したのは、０．４％未満では効果が不十分
であり、１．０％を越えると自己耐食性を低下するため
である。

Ｍｎは強度を向上させると共に耐食性を向上させるため
で、Ｍｎ含有量を０．５〜１．３％と限定したのは、０
．５％未満では効果がなく、１．３％を越えると塑性加
工性を低下するためである。

ＭｇはＳｉと共にＭｇ２Ｓｉを形成して芯材の強度を向
上させるためで、Ｍｇ含有量を０９０５〜０．８％と限
定したのは、０．０５％未満では効果がなく、０．８％
を越えると芯材の融点を低下し、ろう付時にバーニング
現象を起し、強度を低下する。またフッ化物系フラック
スと反応し、ろう付性を低下させる。またＣｒ、Ｚｒ、
Ｔｉの何れか１種又は２種以上は、更に強度を向上させ
るためで、その含有量をＣｒ　０．０１−［１，３％。

Ｚ　ｒ　０．０１〜０．３％、　Ｔ　ｉ　０．Ｏｆ〜０
．３％の範囲内で何れか１種又は２種以上と限定したの
は、何れも０６０１％未満では効果がなく、０．３％を
越えると巨大な化合物を形成し、加工性を低下するため
である。

またＡｌ−Ｓｉ系ろう材において、Ｓｉはろう付温度の
低下を図り、高温でのチューブの変形を防止するもので
、Ｓｉ含有量を９％以上と限定したのは、９％未満では
効果がな（、特に上限は限定しないが１２％程度が望ま
しく、１２％を越えるとＳｊの板状初晶を生成し、耐食
性を低下する。このようなろう材のクラッド厚さを５〜
２０μｍとしたのは、ろう付性を確保するためには、厚
さ５μｍ以上とする必要があり、クラッド厚さが２０μ
ｍを越えると芯材や内面Ａｌ−Ｚｎ系合金のクラツド比
率を低下し、強度、内部耐食性を低下する。

更に内面Ａｊｉ−Ｚｎ系合金において、Ｚｎは犠牲陽極
として芯材の孔食を防止するもＱで、その厚さにも関係
するが、θ、８％以上含まないとろう付加熱においてＺ
ｎ濃度が低下し、内部耐食性を低下する。このようなＡ
ｌ−Ｚｎ系合金において、そのクラッド厚さを１０〜３
０μｍとしたのは、犠牲効果の持続性を確保するために
は１０μｍ以上の厚さとする必要があり、一方その厚さ
が３０μｍを越えると芯材やろう材のクラツド比率を低
下し、強度及びろう付性を向上させることができない。

以上の構成からなるチューブにフィンを組合せ、チュー
ブ両端にヘッダーを取付け、一体に治具組みした後、脱
脂、フラックス塗布工程をへて陣ガス中６００〜６２０
℃の温度に加熱してろう付を行なう。このろう付におい
てろう付後の５００℃から２００℃までの冷却速度を平
均５０℃／ｌｌ１ｉｎ以上としたのは、上記芯材中のＭ
ｇ２Ｓｉを微細に析出し、強度向上に有効に作用させる
ためであり、５００〜２０θ℃間を平均５０’Ｃ／ｍｉ
ｎ以上で冷却することにより、Ｍｇ２Ｓｉは微細に析出
するも、冷却速度がこれより遅いと巨大なＭｇ２Ｓｉを
析出し、強度を向上させることができない。

〔実施例〕

以下本発明を実施例について説明する。

実施例（１） 第１表に示す組成の芯材を常法により鋳造し、均質化処
理した後、所定の板厚に面前した。

方各種ろう材とＡｌ−Ｚｎ系合金材を常法により鋳造し
、熱間圧延により所定板厚とした。これら芯材、ろう材
、Ａｌ−Ｚｎ系合金材を用い、芯材の一方の面（外面）
にろう材を、他方の面（内面）にＡｌ−Ｚｎ系合金を重
ね合せ、熱間圧延と冷間圧延をへて０．３ｍｍまで減圧
し、３６０℃で２時間の中間焼鈍を施し、これを更に冷
間圧延により厚さ０．２ｍｍとし、第２表に示す構成の
チューブ材とした。これ等についてチューブのろう付後
の強度、ろう付性、耐食性を調べた。

その結果を第３表に示す。

ろう付後の強度としては上記チューブ材を６０１１℃に
ｌｏｆｆｉｉｎ間加熱後、５００℃まで冷却し、ろう材
を凝固させた後、２００℃までの冷却速度を３０〜４０
０℃／ｎ＋ｉｎに変化させ、その後室温に４日間放置後
の引張強さを測定した。

ろう付性は上記チューブ材を幅２０ｍｍ、長さ１００ｍ
＋ｍに切断したものを２枚用意し、ろう打開を対向させ
てその間にコルゲートフィンを挾み、ろう併用テストコ
アとした。コルゲートフィンには板厚０．１ｍｍのＡｌ
−Ｍｎ−Ｚｎ系合金材を用い、フィンピッチ１．５ｍｍ
、フィン高さ１０ｍｍとした。ろう付は上記コアを脱脂
後、５％濃度のフッ化物系フラックスを塗布し、２００
℃で乾燥し、その後６００℃及び６１０℃で３　ｍｉｎ
間陣ガス中でろう付を行ない、ろう付後５００℃以下の
冷却を強度測定の場合と同様にした。これについて１２
０個のフィン接合部の状況を調査し、接合率９５％以上
のものをろう付性良好とした。

耐食性は上記テストコアにチューブ内面のＡｌ−Ｚｎ系
合金をシールした後、塩水噴霧を１力月間行なって外部
のＡｌ　　Ｓｉ系合金ろう打開の耐食性を評価し、チュ
ーブ材に発生するピットの深さを測定した。また幅２０
ｍｍ、長さ１００ｍｍのチューブ材をフラックスを塗布
せずに６００℃に３　ｍｉｎ間加熱加熱３（１−４００
００／ｍｉｎの冷却速度で冷却した後、チューブ内面の
／１−Ｚｎ系合金をシールすることなく、その他の面を
シールし、ＣＩ　　１９５ｐｐｍ、　　Ｆ　ｅ　３　＋
３０ｐｐｍ　。

ＳＱ４２−６０ｐｐｍ　、　　Ｃｕ　２　＋ｌ　ｐｐｍ
を含む８８℃の高温水中に８ｈ＋間浸漬した後室温に１
６ｈｒ時放置するサイクルを６力月間行ない、チューブ
材の孔食の深さを測定した。

第３表から明らかなように、本発明法Ｎα１〜１１は何
れも引張強さ１７．５ｋｇ１／ＨＡ以上を示し、従来法
Ｎα２９の１．４〜１．６倍の強度を有し、かつフィン
とのろう付性、チューブの外面耐食性、内面耐食性も良
好であることが判る。

これに対しろう材のＳｉ含有量が少ない比較法Ｎα１２
及びろう材のクラッド厚さが小さい比較法Ｎα１３はろ
う付性が劣り、Ａｌ−Ｚｎ系合金層のＺｎｆｌｔが少な
い比較法Ｎα１４及びＡｊｉ−Ｚｎ系合金のクラッド厚
さが小さい比較法Ｎα１５はチューブ側に貫通孔食を起
すことが判る。また芯材の添加元素量が少ない比較法４
１６．１８．２０．２２゜２４及びろう付後の冷却速度
の遅い比較法Ｎα２６〜２８は強度が劣り、特にＭｇ含
有量の少ない比較法Ｎα２４ではチューブ内面に貫通孔
食を起す。更にＭｎ含有量の多い比較法Ｎα２３では加
工性が悪く試験をすることができず、Ｃｕ含有量の多い
比較法Ｎα２１ではチューブ外面の耐孔食性が劣り、ま
たその他の添加元素の多い比較法ＮαＩ？、　　１９゜
２５ではチューブ内面に貫通孔食を起すことが判る。

実施例（２） 第２表中Ｎα１及びＮα１０に示す厚さ０．２ｍｍの本
発明用チューブ材と、ＪＩＳ３Ｈ３合金からなる芯材の
片面（外面）にＪＩ５４３４３合金ろう材を８％クラッ
ドし、他面（内面）に月５７０７２合金を８％クラッド
した厚さ０．３２ｍｍの従来用チューブ材を使用し、厚
さ２．０ｍｍ、幅１４．５ｍｍ、長さ４５１ｍｍのろう
打倒を外面とする電縫管を造管し、厚さ０゜１１１１１
１１１．幅１６ｍｍのＡｌ２−Ｍｎ−Ｚｎ系合金条をピ
ッチ１．５ｍｍ、高さ９０鵬にコルゲート加工したフィ
ンと組合せ、チューブ両端に月８３０Ｇ３合金からなる
芯材の外面にＪＩＳ４（１４５合金ろう材を１０％クラ
ッドし、内面にＡｌ−１％Ｚｎ−０，５％Ｍｇ合金を１
０％クラッドした１、６ｍｍ厚さのヘッダー材を取付け
、常法によりフッ化物系フラックスを使用し、不活性ガ
ス中で加熱ろう付することによりラジェーターコアを作
製した。

ろう付後の冷却は５００℃から２０（１℃まで平均１０
０℃／ｍｉｎの速度で冷却した。

このようにして製造したラジェーターコアのヘッダーに
Ｏリングを介して樹脂タンクをかしめ加工により取付け
てラジェーターを作製した。

これ等３台のラジェーターについて重量、通水抵抗、熱
交換性能、構造強度、疲労寿命を比較し、いずれも現行
品に対し、そんしよくない結果を得た。

〔発明の効果〕

このように本発明によれば、ラジェーターヒーターコア
のような熱交換器の構造強度及び耐食性を低下させるこ
となく、コア重量を軽減し、使用するアルミ部材の材料
コストの低減を可能とし、チューブ材の薄肉化による通
水抵抗の減少を可能とする等工業上顕著な効果を奏する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は自動車用ラジェーターの一例を示す説明図であ
る。 １、フィン ２、チューブ ヘツダ− タンク パッキング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　チューブとフィンを積層し、チューブ両端にヘ
   ッダーを取付け、塩化物系フラックスを使用し、大気中
   、乾燥空気中あるいはフッ化物系非腐食性フラックスを
   使用し、不活性ガス中でろう付接合するアルミニウム製
   熱交換器の製造において、チューブ材に、Ｓｉ０．４〜
   １．２ｗｔ％，Ｆｅ０．１５〜１．０ｗｔ％．Ｃｕ０．
   ４〜１．０ｗｔ％，Ｍｎ０．５〜１．３ｗｔ％，Ｍｇ０
   ．０５〜０．８ｗｔ％を含み、残部Ａｌからなる合金を
   芯材とし、その片面に９ｗｔ％以上のＳｉを含むＡｌ−
   Ｓｉ系合金ろう材を５〜２０μｍの厚さにクラッドし、
   他面に０．８ｗｔ％以上のＺｎを含むＡｌ−Ｚｎ系合金
   を１０〜３０μｍの厚さにクラッドしたブレージングシ
   ートを使用し、外面がＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材からなり
   、内面がＡｌ−Ｚｎ系合金からなるチューブを作製し、
   ろう付接合後の５００℃から２００℃までの冷却を５０
   ℃／ｍｉｎ以上の速度で冷却することを特徴とするアル
   ミニウム製熱交換器の製造方法。
2. （２）　チューブとフィンを積層し、チューブ両端にヘ
   ッダーを取付け、塩化物系フラックスを使用し、大気中
   、乾燥空気中あるいはフッ化物系非腐食性フラックスを
   使用し、不活性ガス中でろう付接合するアルミニウム製
   熱交換器の製造において、チューブ材に、Ｓｉ０．４〜
   １．２ｗｔ％，Ｆｅ０．１５〜１．０ｗｔ％．Ｃｕ０．
   ４〜１．０ｗｔ％，Ｍｎ０．５〜１．３ｗｔ％，Ｍｇ０
   ．０５〜０．８ｗｔ％を含み、更にＣｒ０．０１〜０．
   ３ｗｔ％，Ｚｒ０．０１〜０．３ｗｔ％，Ｔｉ０．０１
   〜０．３ｗｔ％の範囲内で何れか１種又は２種以上を含
   み、残部Ａｌからなる合金を芯材とし、その片面に９ｗ
   ｔ％以上のＳｉを含むＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材を５〜２
   ０μｍの厚さにクラッドし、他面に０．８％以上のＺｎ
   を含むＡｌ−Ｚｎ系合金を１０〜３０μｍの厚さにクラ
   ッドしたブレージングシートを使用し、外面がＡｌ−Ｓ
   ｉ系合金ろう材からなり、内面がＡｌ−Ｚｎ系合金から
   なるチューブを作製し、ろう付接合後の５００℃から２
   ００℃までの冷却を５０℃／ｍｉｎ以上の速度で冷却す
   ることを特徴とするアルミニウム製熱交換器の製造方法
   。