JPH0796364A - アルミ製熱交換器用複合チューブとその製造方法 - Google Patents

アルミ製熱交換器用複合チューブとその製造方法

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JPH0796364A
JPH0796364A JP24280893A JP24280893A JPH0796364A JP H0796364 A JPH0796364 A JP H0796364A JP 24280893 A JP24280893 A JP 24280893A JP 24280893 A JP24280893 A JP 24280893A JP H0796364 A JPH0796364 A JP H0796364A
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JP
Japan
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alloy
tube
heat exchanger
joining
aluminum heat
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JP24280893A
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Yutaka Yanagawa
裕 柳川
Hideo Suda
英男 須田
Yasushi Aiyoshizawa
康 相吉沢
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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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
    • 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
    • F28F21/089Coatings, claddings or bonding layers made from metals or metal alloys
    • 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

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 アルミ製熱交換器用複合チューブを用いる熱
交換器において、接合温度を低くし、長期にわたる信頼
性を確保すると共に、コスト低減を計る。 【構成】 溶接により成形したAlまたはAl合金製チ
ューブの表面の少なくとも一部に、半田としてGe:
0.1〜5wt%、Cu:0.1〜4wt%、Sn:10〜
70wt%、Al:0.5〜10wt%を含有し、残部Zn
と不可避的不純物とからなるZn−Sn基合金を被覆し
たもので、被覆はZn−Sn基合金を該Zn基合金の融
点+30℃以上、410℃以下の温度でフラックス、超
音波またはこれらを併用した溶融めっきにより被覆す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アルミ製熱交換器用複
合チューブとその製造方法に関するもので、特に溶接に
より成形したAlまたはAl合金製チューブを用いる熱
交換器において、接合工程における接合温度を低くし、
更に接合部の耐蝕性を向上させ長期にわたる信頼性を確
保すると共に、コスト低減を図ったものである。
【0002】
【従来の技術】アルミ製熱交換器は構造が複雑であるた
め、一般的にAl−Si系合金ろう材をクラッドしたブ
レージングシートを組立品の構成部品の一部に使用し、
芯材の融点直下である約600℃に昇温し、ノコロック
ろう付け法、真空ろう付け法等の炉中ろう付けを行い、
構成部品間を接合することにより組み立てられている。
例えばチューブに電縫管を用いる熱交換器においては、
チューブの穴あき腐蝕を防ぐために、チューブ材をブレ
ージングシートとしている。一方、冷間または熱間押出
しにより成形したチューブを用いる熱交換器において
は、チューブにブレージングシートを使用できないた
め、フィン材をブレージングシートとし、チューブの穴
あき腐蝕を防止する目的でチューブ表面にZnを溶射し
た後ろう付けをしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一般にアルミ製熱交換
器は、ブレージングシートの形でAl−Si系合金ろう
材を用いてろう付けされるため接合温度が約600℃と
高く、更にこの温度はろう材以外の材料の融点に接近し
ているため、厳密な温度制御が不可欠である。また真空
あるいは不活性ガス雰囲気中に保持する必要があること
から、設備費、ランニングコストが高いという問題があ
る。また上記電縫管チューブの場合には皮材に使用され
るろう材の融点により、芯材に使用される材料が制約を
受けており、更にクラッド材を使用するため、これらの
屑の再利用が実質的にできないという問題があった。
【0004】そこでブレージングシートの形でAl−S
i系合金ろう材を用いてろう付けすることに替えて、半
田付けによって接合する方法も考えられるが、例えば通
常の半田合金(Zn−Sn2元合金)を使用した場合、
接合温度は低くなるものの、接合界面から腐蝕が発生し
やすくなるという問題があった。この理由の詳細は不明
であるが、半田合金とAlとの接合界面にAlに比べは
るかに電位的に卑な層が生成するためであると考えられ
る。
【0005】本発明はこれに鑑み種々検討の結果、アル
ミ系材料との接合をより低温(具体的には、410℃以
下)で行え、コスト低減と長期にわたる信頼性を確保で
きるアルミ製熱交換器用複合チューブ、特に電縫管チュ
ーブのように溶接により形成されるチューブとその製造
方法を開発したものである。即ち本発明複合チューブ
は、溶接により成形したAlまたはAl合金製チューブ
の表面の少なくとも一部に、半田としてGe:0.1〜
5wt%、Cu:0.1〜4wt%、Sn:10〜70
wt%、Al:0.5〜10wt%を含有し、残部Zn
と不可避的不純物とからなるZn−Sn基合金を被覆し
たことを特徴とする。
【0006】本発明複合チューブの製造方法は、溶接に
より成形したAlまたはAl合金製チューブの表面の少
なくとも一部に、半田としてGe:0.1〜5wt%、
Cu:0.1〜4wt%、Sn:10〜70wt%、A
l:0.5〜10wt%を含有し、残部Znと不可避的
不純物とからなるZn−Sn基合金を、該Zn−Sn基
合金の融点+30℃以上、410℃以下の温度で被覆す
ることを特徴とし、Zn−Sn基合金をフラックス、超
音波またはこれらを併用する溶融メッキにより被覆す
る。
【0007】
【作用】本発明は上記の如く、溶接により成形したAl
またはAl合金製チューブの表面の少なくとも一部に、
Zn−Sn基合金(半田合金)を被覆した複合チューブ
を用いることによりチューブと熱的に接合する必要のあ
る部品として、ブレージングシートを必要とせず、より
低温での接合が可能となる。このため例えばフィン材に
JIS5000系(Al−Mg系)合金等の比較的低い
液相点を持つ高強度材料の使用も可能であり、接合部品
の薄肉化も可能となる。そしてチューブ表面に半田とし
て被覆したZn−Sn基合金が、チューブ材に対して犠
牲陽極層として作用するため、チューブの穴あき腐食を
防止でき、長期にわたる信頼性を確保することが可能と
なる。
【0008】半田として被覆するZn−Sn基合金とし
ては、Ge:0.1〜5wt%、Cu:0.1〜4wt
%、Sn:10〜70wt%、Al:0.5〜10wt
%を含有し、残部Znと不可避的不純物とからなるZn
−Sn基合金を用いる。
【0009】またチューブ表面へのZn−Sn基合金の
被覆法は、フラックスを用いる溶融めっき、或いは超音
波を併用する溶融めっき等が経済的にも有利である。ま
た処理するチューブにまずジンケート処理した後溶融め
っきしても良い。
【0010】Zn−Sn基合金におけるGeの添加は半
田合金(Zn−Sn基合金)の耐蝕性を改善し、長期に
渡り健全な接合部を確保するためである。Geの添加量
を0.1〜5wt%としたのは、0.1wt%未満ではこ
れらの効果が不十分で耐蝕性の向上が不十分となり、ま
た5wt%を越えても耐蝕性の改善は認められず、また必
要以上のGeの添加はZn−Sn基合金のコストを上げ
ることになるからである。
【0011】Cuの添加は半田合金(Zn−Sn基合
金)と接合部品(チューブ、フィン等)との界面での腐
蝕を低減させ、短時間で接合部が剥離することを防ぐた
めである。Cuの添加量を0.1〜4wt%としたのは、
0.1wt%未満ではこれらの効果が不十分であって耐蝕
性の向上が不十分であって、また4wt%を越えても耐蝕
性の改善は認められず、また融点が上昇し、流動性、広
がり性が低下して接合作業性が悪くなるからである。
【0012】Alの添加は、溶融Zn及び溶融Snの酸
化を防止し、融点を下げて溶融めっき及び接合作業を容
易にすると共に、Alとの濡れ性を改善するためであ
る。しかしてAlの添加量を0.5〜10wt%と限定し
たのは、0.5wt%未満ではこれらの効果が不十分であ
り、10wt%を越えると融点が上昇し、Zn−Sn基合
金の広がり性を劣化させ、410℃以下の低温での接合
作業性を悪くするためである。特にAl量は2〜4wt%
が望ましく、この場合Zn−Sn基合金の融点が低く、
接合作業性が良い。
【0013】Snの添加はZn−Sn基合金の融点を低
下させ、かつ該合金の流動性を高めて、広がり性(Al
との濡れ性)、溶融めっき性及び接合性を改善するため
である。しかしてSnの添加量を10〜70wt%と限定
したのは、10wt%未満ではこれらの効果が不十分であ
って、410℃以下の接合温度ではアルミ系材料との健
全な接合部が得られなく、70wt%を越えると融点は更
に低下するものの、流動性の一層の改善は認められず、
また必要以上のSnの添加は半田合金のコストを上げる
ことになるからである。特にSnの添加量が50〜65
wt%であると、広がり性がよく、融点の低く望ましい。
【0014】またZn−Sn基合金をAl材に被覆処理
する際の温度をZn−Sn基合金の融点(液相点)+3
0℃以上、410℃以下としたのは次の理由による。被
覆温度がZn−Sn基合金の融点+30℃未満ではZn
−Sn基合金の広がり性が確保できず、健全な被覆がで
きにくいためである。また本発明におけるZn−Sn基
合金の融点は410℃以下であり、410℃を越える加
熱は必要以上の加熱であり、エネルギーコスト的にも不
利となるためである。
【0015】また本発明チューブを用いて他の熱交換器
用部品と組み合わせ、これらを上記Zn−Sn基合金に
より接合する際の温度は上記の被覆処理温度と同程度で
よい。
【0016】
【実施例】以下本発明の実施例について説明する。JI
S1100(Al−0.12wt%Cu)合金を用いて溶
接によりチューブを形成した後、超音波を併用した溶融
めっきにより表1、表2に示す組成の半田合金を、該チ
ューブ外側に約30〜40μmの厚さに被覆し、アルミ
製熱交換器用複合チューブを作製した。なおこの際の被
覆温度は表1、表2中の接合温度と同一の温度とした。
【0017】上記作製した複数のチューブの間にコルゲ
ート加工を施したJIS3003(Al−0.15wt%
Cu−1.1wt%Mn)合金からなるフィン材を挟み、
表1に示す接合温度で接合し、図1に示すラジエータコ
アを組み立てた。図1において(1)はチューブ、
(2)はフィン材を示す。従来例として、フィンにブレ
ージングシート(芯材はJIS3003合金、皮材はJ
IS4045(Al−10wt%Si)合金ろう材)を使
用する従来法により同様のラジエータコアを組み立て、
600℃に加熱して接合した。
【0018】これらのラジエータコアについて、フィン
とチューブとの接合状態を目視にて調べ、その結果を表
1、表2に示した。また、ラジエータコアより接合部分
の一部を切り出し、樹脂に埋め込み研磨した後、接合部
断面におけるフィレット形状を顕微鏡にて観察し、半田
合金のAlとの濡れ具合を調べ、その結果を表1または
表2に併記した。
【0019】次にこれらのラジエータコアを十分に水洗
浄しフラックスを除去した後、塩水噴霧試験(JIS
Z3271)を300時間行った。試験後接合部分を切
り出し、樹脂に埋め込み、研磨後接合部の断面を顕微鏡
観察した。その観察結果を表1、表2に併記する。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】 *1 A:接合状態良好 B:部分的に接合 C:接合
不可 *2 A:連続的に良好なフィレットを形成 B:部分的に良好なフィレットを形成(一部不完全) C:フィレットの形成が不完全(十分な半田合金の盛り
上がりが見られない) D:フィレットが全く形成されていない *3 A:接合界面で腐食が殆ど発生していない B:接合界面で腐食が多少発生している C:接合部剥離 D:接合不可のため腐食試験中止
【0022】本発明例No1〜15によれば、従来例の
ろう付けに比べ、約200℃低い(410℃以下の)接
合温度で、フィレット形状が良好で健全な接合部分を得
ることができる。また接合部分の耐蝕性も良好である。
【0023】一方本発明における半田合金(Zn−Sn
基合金)の組成の範囲外である比較例No16〜19は
410℃以下での接合では良好な接合状態が得られなか
った。またCu量やGe量が少ないNo20、21は、
腐蝕試験において、腐蝕しやすかった。
【0024】以上本発明をアルミ製ラジエータコアを例
に説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、溶接により形成したチューブを用いるAlまたはA
l合金製熱交換器一般に適用できることは言うまでもな
い。
【0025】
【発明の効果】このように本発明によれば、従来のアル
ミ製熱交換器のろう付け工程よりも低い温度で接合がで
き、接合工程のランニングコストを低減することができ
ると共に、アルミニウムよりも電気的に卑であるZn−
Sn基合金がアルミ製熱交換器のチューブ材の表面を被
覆しているので、該Zn−Sn基合金が犠牲的作用を
し、該チューブ材の穴あき腐蝕の発生を抑制することが
できる等、熱交換器の長期信頼性を確保することができ
る。以上のように本発明は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】
【図1】ラジエータコアの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 チューブ 2 フィン材
───────────────────────────────────────────────────── 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 C22C 18/00 F28F 21/08

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶接により成形したAlまたはAl合金
    製チューブの表面の少なくとも一部に、半田としてG
    e:0.1〜5wt%、Cu:0.1〜4wt%、S
    n:10〜70wt%、Al:0.5〜10wt%を含
    有し、残部Znと不可避的不純物とからなるZn−Sn
    基合金を被覆したことを特徴とするアルミ製熱交換器用
    複合チューブ。
  2. 【請求項2】 溶接により成形したAlまたはAl合金
    製チューブの表面の少なくとも一部に、半田としてG
    e:0.1〜5wt%、Cu:0.1〜4wt%、S
    n:10〜70wt%、Al:0.5〜10wt%を含
    有し、残部Znと不可避的不純物とからなるZn−Sn
    基合金を、該Zn−Sn基合金の融点+30℃以上、4
    10℃以下の温度で被覆することを特徴とするアルミ製
    熱交換器用複合チューブの製造方法。
JP24280893A 1993-09-29 1993-09-29 アルミ製熱交換器用複合チューブとその製造方法 Pending JPH0796364A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1716266A1 (en) * 2004-02-12 2006-11-02 Showa Denko Kabushiki Kaisha Tube for use in heat exchanger, method for manufacturing said tube, and heat exchanger
CN114453793A (zh) * 2021-01-15 2022-05-10 重庆理工大学 一种异材固相互连Zn基混合粉末及连接工艺

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