JPH1177379A

JPH1177379A - アルミニウム合金ろう材の被覆方法

Info

Publication number: JPH1177379A
Application number: JP9249317A
Authority: JP
Inventors: Takenobu Dokou; 武宜土公; Akio Niikura; 昭男新倉
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 1999-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】アルミニウム合金条またはチューブ表面に安
価に且つろう付性に優れたろう材を被覆する方法を提供
する。【解決手段】アルミニウム合金条またはチューブ表面
にアルミニウム合金ろう材溶湯を加圧により霧状とし連
続的に吹き付けることを特徴とするアルミニウム合金ろ
う材の被覆方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
製の条またはチューブの外面にろう材を被覆する方法を
提供するものであり、本発明の方法を用いると安価で品
質に優れたろう材被覆材を製造することが可能である。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム合金製熱交換器の例とし
て、コンデンサーを図１に示す。ヘッダーパイプ（３）
内に両端が開放されたチューブ（２）としては押出によ
る多穴管が使用され、フィン（１）にはろう材をクラッ
ドしたブレージングシートフィンが使用され、ブレージ
ング工法により一体に製造されている。近年、熱交換器
の小型、軽量化のため、薄肉化に限界があるフィンをベ
アフィンにして薄肉化し、チューブの外側に溶射等によ
りろう材を被覆し、これらを組み合わせてブレージング
により一体化する方法が提案されている（特開昭59-104
67号公報など）。

【０００３】しかし、このような押出チューブにろう合
金を溶射する方法は、ろう付性、耐食性、コストの点で
工業的に満足できるものではなく、特にコストの面で問
題が大きい。これは従来の溶射法は、線材または粉末と
してろう材を供給しており、線材または粉末を製造する
コストが非常にかかっているためである。

【０００４】また、溶融メッキによりチューブ表面にろ
う材を被覆する方法も提案されている（特開昭 60-2552
62号公報など）。この方法はろう材の融点をわずかに越
える温度の溶湯中にチューブを通すものであるが、溶湯
自体は噴流により供給したり、槽中に溜めるものであ
る。この場合、溶融したろう材中にチューブを通すため
にアルミニウム合金チューブが溶融したろう材中に晒さ
れ、チューブ自体が溶融するのを防止しにくいので薄肉
材のろう被覆には向かない製造方法である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような状況
に鑑み鋭意検討した結果、ろう付性、耐食性、コストの
点で優れたろう材被覆が可能な方法を開発したものであ
る。

【０００６】すなわち、本発明は、アルミニウム合金条
またはチューブにアルミニウム合金ろう材溶湯を加圧し
て連続的に吹き付けることを特徴とするアルミニウム合
金ろう材の被覆方法であり、この際Ｓｉ：12〜50wt％、
Ｚｎ：40wt％以下、残部アルミニウムからなるアルミニ
ウム合金をろう材溶湯とするのは有効である。

【０００７】以下に本発明の被覆方法を、従来からろう
材被覆方法として多くの提案がされている溶射による方
法と比較しながら説明する。従来、アルミニウム合金に
ろう材を溶射する場合、既存の溶射装置のなかでアルミ
ニウム合金ろう材を溶射するのに適した装置が利用され
ていた。このような既存溶射装置の特徴は、アルミニウ
ム合金の溶射に限らない汎用型であり、小型かつコンパ
クトで可動性があることである。このために、既存の溶
射装置の場合、アルミニウム合金ろう材は線材または粉
末として供給し、アーク、ガス、プラズマ等により溶融
して母材に溶射する。

【０００８】対して本発明は、溶湯として供給したアル
ミニウム合金ろう材を加圧により連続的に吹き付けるこ
とを特徴とするアルミニウム合金被覆方法であり、その
特徴はアルミニウム合金ろう材を溶湯として供給するこ
と及び溶湯を加圧して連続的に吹き付けることにある。

【０００９】まず、アルミニウム合金ろう材を溶湯とし
て供給するという本発明の特徴により、従来の溶射法よ
り安価に被覆が可能となる。つまり従来の溶射法は、上
記の通り線材または粉末としてろう材を供給しており、
線材または粉末を製造するコストが非常にかかっている
ためである。また、ろう材合金の加工性は非常に悪いた
めに、従来の溶射法では線材としてろう材を供給する場
合その成分が限られ、耐食性やろう付性を高めたろう材
合金を使用できなかった。これに対して、本発明では溶
湯をそのまま吹き付けるためにどのような組成の合金で
も被覆可能である。さらに、粉末のろう材を使用して溶
射を行う場合、粉末表面の酸化皮膜の巻き込みによりろ
う付性が低下する問題があるが、本発明では溶湯をその
まま吹き付けるためにそのような問題が生じない。

【００１０】本発明のもう一つの特徴は溶湯を加圧によ
り連続的に吹き付けることであるが、これが本発明の大
きな特徴である。アルミニウム合金溶湯を吹き付ける方
法には例えばスプレーキャスト（一種のガスアトマイズ
法）のように、溶融状態のろう材をガスにより吹き飛ば
す方法が考えられる。

【００１１】しかし、このような方法は以下の問題があ
り、その利用は限られる。まず、ろう材をガスの流れに
より吹き飛ばすので、溶湯を噴霧状態にするためにガス
の圧力を所定圧以上にする必要があるが、そのような圧
力にすると母材がガス噴射により動いてしまいろう材の
付着量が安定しない。さらにガスのコストがかかるとい
う問題もある。またガスの温度が低いと溶湯が吹き飛ば
れされる瞬間に溶湯が凝固してしまう。そこでこれを防
ぐためにはガスや溶湯の温度を高めればよいが、大量の
ガスの温度を上げる必要があり設備上困難である。これ
に対して、本発明は上記の吹き飛ばし用ガスを使用しな
いのでこれらの点で優れる。さらに、溶融状態のろう材
をガスにより吹き飛ばす方法では、一定量以上のろう材
溶湯を供給しないと不均一にろう材が広がるために、ろ
う材を過剰に供給する必要がある。しかし、溶射時の母
材のライン速度には限界があるために、母材表面に被覆
するろう材量が多くなりすぎるという問題もある。

【００１２】従来はろう材量は例えば厚さ40μｍ程度の
量であれば問題なくろう付できると考えられていた。し
かし、ろう材量が多くなるとろう材を被覆したチューブ
を用いて熱交換器をろう付法で製造する場合に局部的な
未着部が発生することが見出され問題となっている。局
部的な未着部の発生はろう材を溶射等の方法で被覆した
チューブ特有の現象であり、図２に模式図を示す。これ
はろう材を溶射したチューブ（２）とコルゲートしたフ
ィン（１）とを組み合わせて数段のコアを作製し、ろう
付加熱した場合には問題なくろう付できるが、40段近い
実際の熱交換器をろう付する場合にところどころのチュ
ーブ（２）とフィン（１）とが全くろう付されないコア
割れ部（５）と称される不具合である。なお図中（４）
はサイドプレートである。

【００１３】局部的な未着部の発生を防止するに当た
り、発明者らはまず局部的な未着部の発生メカニズムに
ついて調べた。その結果、図３に示すメカニズムを見出
した。図３の（Ａ），（Ｂ）はろう付を行う前にコア組
を行った際のチューブとフィンの接触の状態を示した模
式図である。（Ｂ）はろう材を従来の溶射等の方法で被
覆したもの、（Ａ）はブレージングシートとフィンとを
組み合わせたものである。図中に示した芯材とフィンと
の距離Ｌ（見かけのろう材厚さ）は例えばろう材を溶射
した場合は 100μｍ程度であり、同量のろう材をクラッ
ドしたブレージングシートの場合では20μｍ以下であ
る。これはろう材を溶射した場合は（Ｂ）のようにろう
材に凹凸や空洞を有するためである。そして図３（Ａ）
や（Ｂ）の状態でろう付を行うとろう付後には図３
（Ｃ）のようにチューブ（１）とフィン（２）とは直接
当接することになるので両者の距離Ｌはゼロになる。そ
のため、ろう材溶射チューブの場合１本のチューブ当た
り200 μｍ(100μｍで両面）縮みが生じ、これが数本分
から数十本分蓄積されて数mmのひずみとなり、ろう付さ
れないコア割れ部（局部的な未着部）の発生となるので
ある。

【００１４】局部的な未着部の発生を防止するには、理
論的にはろう材層を薄くかつミクロ的な凹凸を減らし、
ろう材層の充填密度を高めればよい。すなわち、ろう材
層が薄くなれば、それだけろう付前後でのチューブ厚さ
の変化が少なくなるため、局部的な未着部の発生は生じ
にくくなる。ろう材層を薄くするということはろう材量
を減らすことであり、局部的な未着部の発生を防止する
にはろう切れが生じないぎりぎりまでろう材を減らす必
要がある。本発明の方法は溶湯を加圧により連続的に吹
き付けるものであるため、少量のろう材を供給可能であ
り、ミクロ的な凹凸も少ない被覆が可能である。

【００１５】以上のように本発明では、アルミニウム合
金条またはチューブにアルミニウム合金ろう材溶湯を加
圧により連続的に吹き付けることを特徴とするが、さら
にろう材合金としてＳｉ：12〜50wt％、Ｚｎ：40wt％以
下、残部アルミニウムからなるアルミニウム合金を使用
することを推奨する。以下にろう材合金の各添加元素の
役割を述べる。

【００１６】Ｓｉは合金の融点を下げ、合金をろう材と
するための必須元素である。その量が、12.0wt％未満及
び50wt％を越えると十分に融点が低下せず、ブレージン
グ用ろう材として不適である。さらにろう材合金はＳｉ
を15wt％以上含有することを特に推奨する。これはＳｉ
含有量を通常のろう材合金より多くすることで被覆する
ろう材の量を減らしてもろう切れが生じないからであ
り、被覆するろう材量を減らすことで局部的な未着部の
発生を防止する効果がある。Ｓｉ以外のＺｎ，Ｆｅ，Ｃ
ｕ，Ｍｎ，Ｉｎ，Ｓｎ等の元素はろう付性に影響を与え
ない範囲で、耐食性向上等の目的で添加してもよい。例
えばＺｎは40％程度まで添加しても問題はない。

【００１７】本発明ではアルミニウム合金条またはチュ
ーブにアルミニウム合金ろう材溶湯を加圧により連続的
に吹き付ける。このアルミニウム合金条とは圧延や押出
で製造した条である。またチューブとは押出により製造
したり、圧延で製造した条を加工してチューブにしたも
のである。ここでいう押出とは、直接押出、間接押出、
コンフォーム押出のいずれであってもよい。また条また
はチューブの材質は、3003合金（Ａｌ−0.15wt％Ｃｕ−
1.1wt％Ｍｎ）や1100合金（Ａｌ− 0.1wt％Ｃｕ）等の
ブレージングを実施できかつ耐食性が良好なアルミニウ
ム合金であればよい。チューブとして最も推奨するもの
は、アルミニウム合金製熱交換器用のチューブや配管に
用いられる押出による多穴管やパイプを挙げることがで
きる。

【００１８】吹き付ける際のろう材合金の温度はその合
金の融点より 150℃以上高い温度が望ましい。 150℃以
上高い温度とすることでろうの流れ性がよくなり、ろう
が分散して母材表面に付着しやすくなる。この点上述の
溶融メッキの場合ろう材溶湯中をチューブが通過するた
めに、チューブの溶融を防止するにはろう材の温度を融
点に近い温度とする必要があり、その温度制御が難しい
が、本発明の方法では付着するろう材の熱量のみを考え
ればよいのでこのような高温の方が望ましい。

【００１９】吹き付ける際に溶湯にかける圧力は１ MPa
以上が望ましく、特に２ MPa〜10 MPaを推奨する。溶湯
を押す圧力が大きい程溶湯が霧状に分散しやすく、母材
表面に均一に付着するためである。

【００２０】ろう材合金溶湯はノズルにより母材表面に
吹き付ける。ノズルは母材表面に溶湯が分散して広がる
ように設計すればよく、フラットタイプのノズルを特に
推奨する。

【００２１】吹き付けにより付着するろう材の量は40ｇ
/m²以下を推奨し、特に25ｇ/m²以下を推奨する。これ
はろう材が少ないほど局部的な未着部の発生を防止する
効果があるからである。なお下限はろう切れの発生しな
い範囲であればよく、15wt％のＳｉを添加したろう材合
金を溶射する場合で20ｇ/m²程度であるが、ろう材中の
Ｓｉ量が増えるとさらに少ない付着量でもろう切れは発
生しない。

【００２２】

【実施例】以下に実施例により本発明を具体的に説明す
る。ここではチューブについての被覆方法を示すが、同
様の方法を条にも適用可能である。

【００２３】JIS A1050 アルミニウム（Ａｌ： 99.50％
以上）の円筒状のビレットを多穴偏平管（高さ 1.8mm、
幅16mm、19孔）に押出した後、冷間でブラスト処理を行
ったチューブのコイルを作製した。これにＡｌ−22wt％
Ｓｉ−20wt％Ｚｎ合金（不純物元素を 0.3wt％以下含
有）のろう材溶湯とＡｌ−10wt％Ｓｉ合金（比較例）の
ろう材溶湯を図４に模式的に示す装置にて、表１の条件
で両面に連続的に吹き付けた。これらの合金の融点はい
ずれも 600℃以下である。ノズルはフラットノズル（発
明例）及びガスアトマイズノズル（比較例）を使用し、
ろう材溶湯温度、加圧力を変化させることで、溶湯の噴
出量を変化させた。ノズルとチューブとの距離は 100mm
とし、溶湯の噴出量に合わせて、コイルのライン速度を
変化させて付着量を５〜50ｇ/m²となるようにした。ろ
う材の付着量を表１に示す。

【００２４】得られた多孔管を長さ 580mmに切断し、板
厚0.07mmのコルゲート加工したＡｌ− 0.5％Ｓｉ−１％
Ｆｅ− 0.5％Ｎｉ−２％Ｚｎ合金フィンと3003合金のヘ
ッダーパイプと組み合わせ図１に示す熱交換器コアを２
台組み立てた。得られたコアにフッ化物系のフラックス
を塗布し、窒素雰囲気中で 595℃× 3.5分の加熱条件で
ろう付した。

【００２５】得られたコアの外観を観察し、局部的な未
着部が生じているか調べた結果を表２に示す。さらに、
１台目のコアは局部的な未着部が生じていない部分から
フィン20山分のチューブ切り出して、ろう付状況をフィ
ンの接着率で評価した。すなわち、チューブからフィン
を剥がし完全に接着されているものの接着率を 100％と
し、未接着部があるものは（接着されている部分の長
さ）／（接着されている部分の長さ＋未接着部の長さ）
を 100倍して接着率（％）とした。結果を表２に示す。
また、一つのコアはＣＡＳＳ試験を行い、耐食性につい
て調べた。試験結果を表２に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】本発明の方法で製造したチューブは、局部
的な未着部が発生せず、フィンの接合率が高く、耐食性
も良好である。対して、ガスアトマイズタイプの噴霧を
行った比較例６〜８では、発明例と同程度のライン速度
でろう材を付着させた場合、ノズルから噴出するろう材
溶湯の量が多いために、付着するろう材の量が多くな
り、局部的な未着部が生じている。また、ろう材合金と
して通常のＳｉ量を使用した比較例では、局部的な未着
部が発生したり、フィンの接合率が低く、耐食試験で貫
通孔食を発生したりしている。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明の方法は、ろう付性
に優れたろう被覆が可能であり、従来の溶射と比較して
粉末や線材をしないためにコスト的に優れており、工業
上顕著な効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】パラレルフロータイプのコンデンサーを示す正
面図である。

【図２】ろう付を行った熱交換器コアに生じたコア割れ
部を示す部分拡大正面図である。

【図３】コア割れの発生のメカニズムを説明するもの
で、（Ａ）はブレージングシートチューブとベアフィン
とを組み合わせてコア組を行った際のチューブとフィン
との接触状態を示す説明図、（Ｂ）はろう材を溶射した
チューブとフィンを組み合わせてコア組を行った際のチ
ューブとフィンとの接触状態を示す説明図、（Ｃ）はろ
う付後のチューブとフィンのフィレット部を示す説明図
である。

【図４】本発明を実施した装置を示す説明図である。

【符号の説明】

１チューブ２フィン３ヘッダーパイプ４サイドプレート５コア割れ部６ブレージングシートのろう材層７チューブ表面８ろうの最大付着高さ部９溶射により形成されたろう材層 10 ろう材フィレット 11 ろう付前のチューブ表面にほぼ対応する位置 12 チューブコイル 13 チューブ 14 ノズル 15 シリンダー 16 溶湯をシリンダーへ供給するパイプ 17 ろう材を溶解する電気炉 18 溶湯を加圧するためのガスパイプ 19 巻き取り用コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム合金条またはチューブにア
ルミニウム合金ろう材溶湯を加圧により霧状とし連続的
に吹き付けることを特徴とするアルミニウム合金ろう材
の被覆方法。
【請求項２】Ｓｉ：12〜50wt％、Ｚｎ：40wt％以下、
残部アルミニウムからなるアルミニウム合金をろう材合
金溶湯とする請求項１記載のアルミニウム合金ろう材の
被覆方法。