JPH07185794A - アルミ管相互の接合構造および接合方法 - Google Patents

アルミ管相互の接合構造および接合方法

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JPH07185794A
JPH07185794A JP5349363A JP34936393A JPH07185794A JP H07185794 A JPH07185794 A JP H07185794A JP 5349363 A JP5349363 A JP 5349363A JP 34936393 A JP34936393 A JP 34936393A JP H07185794 A JPH07185794 A JP H07185794A
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peripheral surface
aluminum
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brazing material
pipe
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JP5349363A
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Shingo Kobayashi
伸吾 小林
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SAKURA CHIYOUON KOGYO KK
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KOTEC KK
SAKURA CHIYOUON KOGYO KK
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/084Heat exchange elements made from metals or metal alloys from aluminium or aluminium alloys
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00Fastening; Joining
    • F28F2275/04Fastening; Joining by brazing

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Details Of Heat-Exchange And Heat-Transfer (AREA)
  • Non-Disconnectible Joints And Screw-Threaded Joints (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アルミ管相互の接合箇所の内周を狭めること
なく且つ充分な強度を有すると共に、多数のアルミ管が
並置されるような場合にもアルミ管の接合を可能にする
ことである。 【構成】 互に接合すべき一方のアルミ管の端部の外周
面を先細状に形成し且つ他方のアルミ管の端部内周面
を、該先細状の外周面に嵌合するように末広状に形成
し、該外周面および該内周面にろう材の層を形成し、次
いで該内周面に該外周面を嵌合、加熱して、アルミニウ
ムの融点以下の温度で接合する。接合面の間にはろう材
およびろう材とアルミニウムの合金層が介在する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は同径又はほぼ同径のアル
ミ管同志を同軸に固定する接合技術に関し、とくに冷蔵
もしくは冷凍装置などの熱交換器、その他の配管に好適
に用いられるアルミ管相互の接合構造および接合方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、アルミ管同志の接合技術としてT
IG溶接を用いるものが知られている。このTIG溶接
は非溶極式のイナ−トガスア−ク溶接であり、従ってア
ルミ管同志を接合する場合、その接合位置の全周に溶接
ト−チによりア−クを吹き付ける必要があり、そのため
接合位置の廻りに溶接ト−チを回転するか又は互に接合
されるアルミ管を回転しなければならなかった。そのた
め以下に記載するような問題点があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】即ち、TIG溶接によ
る方式では約6000℃の高温ア−クを接合箇所に吹き
付けるので、母材を溶融し且つその近傍の結晶粒を粗大
にし、従って図5に示すように、接合箇所aにたれこみ
部を生じ、その位置で内径を縮小し且つ該溶接部の近接
区域bを母材以下の低い強度に低下する。そのため図6
に示すように、接合箇所の内周面にステンレスなどの筒
cが付加されることもあるが、同様な欠点を伴う。ま
た、差し込み溶接の場合も図7に示すように同じ欠点を
有する。
【0004】また、熱交換器などのように多数の管が近
接して平行に配置される場合には図8に示すように、U
ベンドもしくはUチュ−ブ2によって隣接するアルミ管
1が互に連通するように構成されるが、このような場
合、Uチュ−ブとアルミ管との接合箇所aの全周に溶接
ト−チを移動することは不可能であり、従って熱交換器
等にアルミ管を使用することは事実上不可能であった。
そのため熱交換器等には多くの場合、銅管又は鋼管が用
いられた。
【0005】とくに冷蔵もしくは冷凍装置では冷媒とし
てフロンガスが用いられてきたが、オゾン層の破壊問題
からアンモニヤガスに切り換える必要に迫られており、
銅管はアンモニヤガスにより急速に腐食されるので、ア
ルミ管の使用が切望されている。なおまた、銅管からな
る熱交換器では銀ろう付やりん銅ろう付が用いられるの
で溶接箇所にボイド部(空所)が生じ、ろう付隙間から
該ボイド部に水が侵入し、冷凍、解凍サイクルによって
管が破裂し、ガス漏れなどの事故を起こす問題点があっ
た。
【0006】本発明の目的は上記従来技術の問題点を解
決することであって、それ故、接合箇所において内周を
狭めることなく且つ充分な強度を有するアルミ管相互の
接合構造を提供することである。
【0007】本発明の他の目的は接合箇所において内周
を狭めることなく且つ充分な強度を有すると共に、多数
のアルミ管が並置されるような場合にもアルミ管相互の
接合を可能にするアルミ管相互の接合方法を提供するこ
とである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によるアルミ管相互の接合構造の特徴は、互
に固定されるアルミ管の一方の端部に形成された先細状
の外周面と、その外周面に嵌合する他方のアルミ管の端
部に形成された末広状の内周面と、前記アルミ管の前記
外周面と前記内周面を固定するためその間に介在するろ
う材およびろう材とアルミニウムとの合金層によって構
成されることである。なお、ここでいうろう材にははん
だも含まれる。
【0009】また本発明によるアルミ管相互の接合方法
の特徴は、互に固定すべき一方のアルミ管の端部の外周
面を先細状に形成し、且つ他方のアルミ管の端部の内周
面を前記先細状の外周面に嵌合するように末広状に形成
し、それらの内周面および外周面にろう材の層を形成
し、次いで前記内周面と前記外周面を嵌合し且つ加熱し
て固定することである。前記内周面および前記外周面は
機械加工により、又は拡管および縮管による塑性加工に
よって形成される。
【0010】
【作用】この接合構造では一方のアルミ管の先細状の端
部が他方のアルミ管の末広状の端部に嵌合され、且つそ
の間に存在するろう材および該ろう材とアルミニウムの
境界層を形成する合金層によって固定されるので、封止
状に且つ強固に固定される。該合金層はアルミニウムの
融点以下の温度で形成されるので、接合時にアルミ管の
母材を溶かすこともなく従って結晶粒が粗大になること
もない。そのため接合箇所の内周を狭めることもなく且
つ強度の低下を招くこともない。また、この接合方法で
は先細状および末広状の管端にろう材の層を形成した後
に嵌合して加熱するものであるため、多数の管が配置さ
れても適用される。
【0011】
【実施例】次に図面を参照のもとに本発明の実施例に関
し説明する。図1は本発明によるアルミ管相互の接合構
造の一例を示すものであって、図2にその接合直前の状
態を示す。これらの図に示すように、互に接合されるア
ルミ管1、1の一方の端部1aの外周面11は先細状に
形成され、且つ他方のアルミ管の端部1bの内周面12
は該外周面11を受入れて嵌合するように末広状に形成
される。従ってそれらの傾斜角は同じ又はほぼ同じにな
っている。そして、外周面11と内周面12は互に嵌合
し、ろう材3によって固定される。従って外周面11と
ろう材の境界層および内周面12とろう材の境界層には
それぞれろう材とアルミニウムの合金層が存在する。ろ
う材3としては好適には、通常「はんだ」と云われるろ
う材が用いられる。
【0012】図1および図2から明らかなように、互に
接合されるアルミ管1、1は同径もしくはほぼ同径であ
り、この例ではそれらの端部の先細状の外周面11およ
び末広状の内周面12はそれぞれ機械加工、例えば旋削
によって形成されている。なお、ここでいう機械加工に
は研削も含まれる。機械加工で形成すれば、アルミ管を
所定寸法に切断した直後の素材の段階で先細状の外周面
11および末広状の内周面12を形成し得る利点があ
る。なおまた、ここでいうアルミ管はアルミニウム製の
管およびアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金
製の管を意味することは云うまでもない。
【0013】アルミ管端部の外周面11および内周面1
2の傾斜角θはアルミ管の肉厚との関係で適当な値にと
ることができ、通常、5°〜30°程度であるが、傾斜
角が小さければそれだけ外周面11と内周面12相互の
接触面が多くなるため、好ましくは5°〜15°にとら
れる。しかし、アルミ管1の肉厚が小さくなれば1°〜
4°の傾斜角にとられることもある。また、場合により
該傾斜角は30°以上にとることも可能である。
【0014】本発明の一つの特徴はろう材によってアル
ミ管1同志が固定されることであって、ここでいうろう
材にははんだも含まれる。ろう材の一例としては亜鉛−
銅系のものが用いられ、その一例ではサンブレ−ズA
(商品名、融点350℃)が用いられる。このろう材は
アルミニウムより融点がかなり低いことにより、高ろう
付を用いる場合に比し、比較的低い温度での接合が可能
になる。
【0015】ろう材による固定の前の段階で、図2に示
すように、アルミ管の先細状に形成された外周面11お
よび末広状に形成された内周面12のそれぞれにろう材
の層13が形成される。アルミ管1の素材たるアルミニ
ウムの表面には高融点の酸化アルミニウムの膜が在るの
で、ろう材と外周面11又は内周面12を相対運動させ
た状態でろう材を付着する。その相対運動で酸化アルミ
ニウムの膜が剥離し、アルミニウムとろう材の融合が可
能になり、ろう材の層13が形成される。従って、この
層13はろう材および境界層にできるろう材とアルミニ
ウムの合金層からなっている。
【0016】また、そのようにろう材の層が形成された
一方の管端の外周面11と他方の管端の内周面12を互
に固定するには、互に嵌合し、且つろう材の融点もしく
はそれ以上に加熱し、同時に加熱した状態で相対移動す
ることが行なわれる。外周面11と内周面12の傾斜角
θが小さければ、その相対移動を比較的大きく取り得る
点でも有利である。この相対移動を要するのは各傾斜面
上のろう材の層13の表面に融点の高い酸化亜鉛などの
皮膜が形成され、その皮膜を剥離する必要があるためで
ある。
【0017】管端の外周面11および内周面12の傾斜
面は機械加工のほか、以下に記載するように、バ−リン
グなどの拡管又は縮管などの塑性加工により形成しても
よい。又は一方の管端を機械加工により他方を塑性加工
によって形成してもよい。
【0018】本発明によるアルミ管相互の接合方法は上
記の接合構造を構成するためのものであって、第1の段
階として互に接合すべき一方のアルミ管の端部の外周面
11を先細状の傾斜面に形成し且つ他方のアルミ管の端
部の内周面12を前記先細状の外周面11を受入れて嵌
合するように末広状の傾斜面に形成し、次の段階として
それらの傾斜面にろう材の層13を形成し、さらに次の
段階としてそれらの傾斜面を嵌合し且つ加熱して固定す
ることから成る。
【0019】上記第1段階は前述のように、機械加工の
ほか、塑性加工によって達成される。即ち、塑性加工に
よる場合、図3に示すように、一方のアルミ管1の端部
1bを拡管加工によってその内周面12を先端に向かっ
て末広状に形成する。また、それに対するアルミ管の端
部1aを先ず拡管して押し広げ、次いで縮管加工を行な
ってその外周面11を先端に向かって先細状に形成す
る。このように、縮管加工を行なう前に拡管することに
より、接合箇所の内周を狭めない利点がある。
【0020】さらに場合によっては一方の傾斜面を機械
加工し且つ他方の傾斜面を塑性加工により形成してもよ
い。図4はそにような場合の一例を示すものであって、
例えば一方の管端1aの外周面11を機械加工によって
先細状に形成し、他方の管端1bの内周面12を拡管加
工により末広状に形成してもよい。
【0021】先細状の外周面11および末広状の内周面
12へのろう材の層13の形成は適宜方法で行なわれ
る。一例ではアルミ管1を回転し且つ外周面11又は内
周面12をろう材の融点以上に加熱し、そこに棒状又は
細長い形状のろう材の先端を接触することによって形成
される。
【0022】管端の外周面11と内周面12にそれぞれ
ろう材の層13を形成した後、一方のアルミ管の外周面
11を他方のアルミ管の内周面12に挿入して嵌合し、
その接合箇所をろう材の融点もしくはそれ以上の温度に
加熱する。この加熱はガスバ−ナなど、適当な装置又は
方法によって行なわれる。この加熱と同時に、例えば接
合箇所に若干の軸力を負荷し、ろう材の層13が融解し
た際に外周面11が内周面12の中にさらに深く入り、
その相対運動によって両者のろう材の層13が結合し、
互に固定される。結合したろう材の層はろう材と、外周
面11および内周面12とろう材の境界域に形成された
ろう材とアルミニウムの合金層から成っている。
【0023】従って、本発明によって構成されるアルミ
管の結合構造では管端の外周面と内周面が嵌合し且つそ
の間に介在するろう材およびろう材とアルミニウムの合
金層によって互に強固に且つ封止状に固定される。ろう
材3はアルミニウムの融点以下の融点のものが用いら
れ、従ってろう材とアルミニウムの境界層に形成される
合金層はアルミニウムの融点以下の温度で形成され、ア
ルミ管の母材を溶かすこともなく、その結晶粒を粗大に
することもない。従って、接合箇所の内周を狭めること
もなく、且つ接合箇所で強度上の欠陥を生じることもな
い。
【0024】一例として、外径15.8mm、厚さ、
1.2mmのアルミ管に付、傾斜角θを10°とし、ろ
う材としてサンブレ−ズAを用いて、管相互の接合を行
なった。その結果、接合部での漏れは全くなく、また内
周を狭めることもなく、且つ引張強度は母材以上であっ
た。
【0025】
【発明の効果】上記のように、本発明によれば、アルミ
管相互の接合を、接合箇所の内周を狭めることもなく、
且つ漏れや強度上の欠陥もなく、可能にする。さらに溶
接ト−チを用いる必要もなく、且つろう材の層が形成さ
れた管端を嵌合して加熱することによって接合されるの
で、多数のアルミ管が並置されるような場合にもアルミ
管相互の接合を可能にする。従って熱交換器など比較的
近接した状態で多数の管が配置される装置へのアルミ管
の使用を可能にする。さらに、本発明では予め母材表面
にろう材の層を形成するためボイド部を生じない利点が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるアルミ管相互の接合構造の一例を
示す断面図である。
【図2】図1に示す接合構造が構成される直前の状態を
示す断面図である。
【図3】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図4】本発明のさらに他の実施例を示す断面図であ
る。
【図5】従来のアルミ管相互の接合構造の一例を示す断
面図である。
【図6】従来のアルミ管相互の接合構造の他の例を示す
断面図である。
【図7】従来のアルミ管相互の接合構造のさらに他の例
を示す断面図である。
【図8】熱交換器等の配管の一例を示す側面図である。
【符号の説明】
3 ろう材の層 11 外周面 12 内周面 13 ろう材の層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // B23K 101:14

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一方のアルミ管の端部に形成された先細
    状の外周面と、前記外周面に嵌合する他方のアルミ管の
    端部に形成された末広状の内周面と、前記外周面と前記
    内周面との間に介在するろう材およびろう材とアルミニ
    ウムとの合金層からなり、前記ろう材および前記合金層
    を介して前記外周面と前記内周面は互に固定されている
    アルミ管相互の接合構造。
  2. 【請求項2】 互に接合すべきアルミ管の一方のものの
    端部の外周面を先細状に形成し、且つ他方のアルミ管の
    端部の内周面を前記先細状の外周面に嵌合するように末
    広状に形成し、前記内周面および前記外周面にろう材の
    層を形成し、次いで前記外周面と前記内周面を嵌合し且
    つ加熱して固定するアルミ管相互の接合方法。
  3. 【請求項3】 前記アルミ管端部の前記内周面および前
    記外周面は機械加工によって形成されることを特徴とす
    る特許請求の範囲第2項に記載のアルミ管相互の接合方
    法。
  4. 【請求項4】 前記アルミ管端部の前記内周面および前
    記外周面は拡管および縮管の塑性加工によって形成され
    ることを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載のアル
    ミ管相互の接合方法。
  5. 【請求項5】 前記アルミ管端部の前記内周面および前
    記外周面の一方は機械加工により他方は拡管又は縮管の
    塑性加工によって形成されることを特徴とする特許請求
    の範囲第2項に記載のアルミ管相互の接合方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100648741B1 (ko) * 2004-08-02 2006-11-23 롬 앤드 하스 캄파니 플로우 스루 튜브 플러그를 이용하여 튜브를 수리하는 방법, 라미네이트된 튜브시트를 수리 및 형성하는 방법, 및 플로우 스루 튜브 플러그를 구비한 장치
JP2013169576A (ja) * 2012-02-22 2013-09-02 Nisshin Steel Co Ltd ステンレス鋼管のろう付け方法
JP2014152815A (ja) * 2013-02-06 2014-08-25 Mitsubishi Electric Corp ろう付継手、電磁弁装置、及びろう付方法

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