JPS6189498A - 水冷式Al合金製熱交換器の冷却水管 - Google Patents

水冷式Al合金製熱交換器の冷却水管

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JPS6189498A
JPS6189498A JP20937284A JP20937284A JPS6189498A JP S6189498 A JPS6189498 A JP S6189498A JP 20937284 A JP20937284 A JP 20937284A JP 20937284 A JP20937284 A JP 20937284A JP S6189498 A JPS6189498 A JP S6189498A
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brazing
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water pipe
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Kazumi Iijima
飯島 和美
Yoshiharu Hasegawa
義治 長谷川
Ken Toma
当摩 建
Yasuo Kobayashi
保夫 小林
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Denso Corp
MA Aluminum Corp
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Mitsubishi Aluminum Co Ltd
NipponDenso 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
    • F28F19/00Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings
    • F28F19/06Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings of metal

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)

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〕 この発明は、冷却水管の肉厚が通常の厚さである場合は
もとより、薄肉とした場合にも高強度。
優れたろう付性及び内部を循環する冷却水に対する侵れ
た針孔食性を有し、したがって、通常の厚さよりも薄肉
とすることができる水冷式Al合金製熱交換器の冷却水
管に関する。
〔先行の技術〕
本出願人の一部は、先に、熱交換器の管材またはフィン
材として使用されろ、すぐれた針孔食性と高強度を有す
るM合金製プレージングシートについて出願した(特開
昭57−5840号公報参照)。
このA7合金製プレージングシートは、芯材を、Mn 
: Q、 3〜2.0%。
Mg : 0.10〜0.80%。
Cu: 0.05〜0.50%。
Alおよび不可避不純物:残り からなる組成を有する高強度A/合金で構成し、前記芯
材の−1側にクラッドされた皮材を、Mg : 0.1
〜2.5%。
Zn : 0.3〜2−0%。
Alおよび不可避不純物:残り からなる組成を有する犠牲陽極性A7合金で構成し、さ
らに%前記芯材の他方側にクラッドされた皮材を、 Si :  7.0〜1 5.0%。
Mg : Q、3〜2.5%。
必要ニ応じて、Bi ;0.01〜0.30%Alおよ
び不可避不純物:残り からなる組成(以上重量%)を有するA7合金ろう材で
構成したことを!涛徴とするものである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
前記のAl合金製プレージングシートは、真空ろう付は
処理に相当する熱処理(約10−’torrの真空中、
温度=600℃に3分間保持)後、1.2 mrr。
の厚さで約16〜18.5 kg7mπの引張強さを有
するので、比較的旨い強度をもつものであり、しかも、
すぐれた耐孔食性を有するものであった。
しかしながら、現在、熱交換器の軽微化のために、冷却
水管の薄肉化が試みられており、前記のAl!合金製プ
レージングシートをより薄肉にして看にすると、以下の
ような問題点があることがその後の試験によりわかった
。即ち。
a)熱交換器を製造するための工程である真空ろう付は
処理後の強度(便用強度)か十分でないこと。
b)真空ろう付処理時、プレージングシート自体の高温
強度が十分でないし、又、熱処理時間が長びくにつれ、
ろう材の侵入により更に高温強度が低下し、プレージン
グシートが塑性変形を起こして、形状を保持することが
できないこと、真空ろう付処理時、熱処理温度が高かっ
たり、熱処理時間が長かったりすると、ろう材が芯材へ
侵入して、それでなくとも薄肉なために少量のろう材が
更に失われること、これらの形状保持の困難さとろう材
の減少とにより、ろう付性が低下すること、C)耐孔食
性が十分でないこと。
したがって、この発明の目的は、冷却水管の肉厚が通常
の厚さである場合はもとより、薄肉とした場合にも高強
度、優れたろう付性及び内部を循環する冷却水に対する
優れた耐孔食性を有し、したがって1通常の厚さよりも
薄肉とすることができる水冷式Al合金製熱交換器の冷
却水管を提供することである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者らは、種々試験研究を重ねた結果、前記のA/
合金衾プレージングシートの芯材に■を添加したものを
熱交換器の管材として用いる。厳密には、水冷式Al合
金製熱交換器の冷却水管を、それぞれ特定の組成を有す
る内側皮材とV添加芯材と外側ろう材とからなる3層ク
ラッド材の邂縫溶接管とすることにより、前記目的を達
成することができることを見い出した。
この発明は、上記知見に基いて発明されたものであり、 水冷式Al合金製熱交換器の冷却水管において、内側皮
材と芯材と外側ろう材とからなる3層クラッド材の電縫
溶接管からなり。
かつ、前記内側皮材が Mg : 0.1〜1.5%。
Zn : 0.5〜2.0% を含有し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組成
?有するAl金合金構成され、 また、前記芯材が b’in : 0.5〜1.5%。
Mg : 0.1〜0.5係。
CLI:0.1〜0.5 %。
V:0.01〜0.2 % を含有し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組成
を有するAl合金で構成され。
更に、前記外側ろう材が 8i : 6〜12%。
Mg : 0.05〜2.0% 必袂に応じて、Bi:0.03〜0.15%を含有し、
残りがAlおよび不可避不純物からなる組成(以上、組
成はすべて、!ff1%)を有するAl合金で構成され
たことを%徴とするものである。
以下、この発明の詳細な説明する。
(+1  内側皮材 (al  Mg へ1g成分はそれ自体腐食抑制効果を有するとともに、
 Znと共存することによって著しい孔食発生抑制作用
を付与することができる。Mgの含有量が0、1%未満
では上記効果が十分でなく、一方、1.5係を越えると
、さらに一層の改善効果がないばかりでなく、皮材の加
工硬化が大きくなって、芯材と皮材の加工性の差から3
層クラッド材の加工性に問題を生じるようになることか
ら、その含有量を0.1〜1.5%と定めた。
(b)  Zn Zn成分はAl中に含有されて、これを電気化学的に卑
とし、耐孔食性改善に寄与゛する作用を有する。
このような効果は微量Znでも発揮されるが、Znは蒸
気圧が高いので、熱交換器を作製するための後の工程で
ある真空ろう付中に材料表面から蒸発すると共に芯材中
へも拡散し、ろう付後したがって冷却水を循環して使用
の時には、その残留量は数分の1になるから0.5%以
上必袂である。一方、2.0%を越えると、ろう付時の
Znの蒸発量が著しく増加し、炉を汚染してろう付性を
低下させるので、その含有量をを0.5〜2.0%と定
めた。
1)  ’F5材 成し、この化合物が不可避不純物のFeや81をとり込
むことによって耐食性を向上させるのである。
また、Mn成分の添加により形成されるAl −Mn系
化合物は高温でも比較的安定に存在して、ろう付時の高
温加熱の際の変形を阻止する作用を有する。
Mn量が0.5%未満では上記効果が十分でなく、一方
、1.5%を越えると、さらに一層の向上効果がないば
かりでなく、材料の加工性を損なうようになるので、そ
の含有量を0.5〜1.5%と定めた。
(b)  Mg Mg成分は、Al合金中に含有されると、その含有iK
応じて、ろう付後の強度である使用強度を向上させる作
用を有する。Mg量が0.1%未満ではその効果が十分
でなく、一方、0.5易を越えると3層クラッド材製造
時の加工硬化が大きくなり、その加工性に問題を生じる
し、又、彼工程のろう付時に形成される再結晶粒が微細
化し、ろう材が粒界より侵入し易くなって、高温強度(
高温加熱の際の塑性変形のしに(さ)を低下させると共
p(、ろう付性、耐食性を劣化させるので、その含有量
をo、 i〜0.5%と定めた。
(cl  Cu Cu成分は、Mg成分と同様に、A7!合金中に含有さ
れると、その含有量に応じて使用強度(ろう付は後の強
度)を向上させる作用を有する。Cu量が0.1%未満
ではその効果が十分でなく、一方、0.5%を越えると
、ろう付後の冷却時に粒界析出を生じるようになり、こ
れに基づく粒界腐食が生じるようになるので、その含有
量を0.1〜0.5%と定めた。
(dl  V ■成分はAl中に含有させると、 AlIとの微細な化
合物を形成し、ろう何時の再結晶温度を上昇させ、形成
される再結晶粒を調整(結晶粒を板厚方向への粗大化を
抑えつつ、圧延方向には伸長させる)して1粒界面積を
減少させてろうの侵入を抑制し、粒界面積の減少とろう
の侵入抑制とが相俟って高温強匹(高温加熱の際の塑性
変形のしKくさ)を向上させると共に、再結晶粒による
使用強度向上にも寄与し、ろうの芯材への侵入抑制によ
るろう付性向上効果及び芯材を電気化学的により貴とす
ることによる耐食性向上効果を奏する。V量が0.01
%未満ではその効果が十分でなく、−万、0、2%を越
えてもさらに一層の改善効果がないばかりでなく、芯材
の鋳造時に粗大晶出物(■とAlとからなる化合物)を
形成して材料の加工性を劣化させるので、その含有量を
0.01〜0.2%と定めた。
(itll  外側ろう材 (al  5i B1成分はAl中に含有されてその融点を低下させ。
Al合金にろう材としての性質を付与する。S1量が6
%未満では上記効果が十分でなく、一方、12%を越え
ると、地縫溶接や真空ろう何時の高温加熱の際のろうに
よる芯材への侵食が問題となるので、その含有量を6〜
12%と定めた。
(b)  Mg Mg成分はAl −S i系ろう材に含有されると、ろ
う付中に蒸発してろう付に有害な水分、酸素などのゲッ
ターとして働くばかりでなく、ろうの酸化皮膜を破壊し
、流動性を向上し、もってろう付性を改善する作用を有
する。Mg量が0.05%未満では上記効果が十分でな
く、一方、2.0%を越えてもさらに一層の向上効果が
発揮できないばかりでなく、ろう何時のMgの蒸発量が
著しく増加して炉の汚染を促進するようになるので、そ
の含有量を0.05〜2,0%と定めた。
(cl  B1 B1成分は、A7− S i系ろう材に含有されてその
流動性を向上させ、もってろう付性を改善する効果を有
するので、ろうにより一層の流動性が要求される場合に
必要に応じて配合される。Bi量か0.03%未満では
上記効果が十分でなく、−万、0.15係を越えると、
ろう何時におけるろう材の芯材への侵食が問題となるの
で、その含有量を0゜03〜0.15%と定めた。
〔突NUfll〕
以下に、比較例とともに実施例を挙げて、この発明の↑
j4成及び効果を説明する。
実施例 通常の方法により第1表に示される最終成分組成をもっ
た不発明芯材用M合金1′〜7′1本発明内側皮材用A
l合金A−B、同じく本発明外側ろう材用Al合金X−
Y、並びにVを合金成分として含有しない比較芯材用A
l合金aをそれぞれ溶製し、′遺して鋳塊とし、均質化
熱処理を施した。なお。
これらのA7合金は、すべて不可避不純物としてFe:
0.4%以下、Cr:0.02%以下、Zr:0.01
%:0.01%以下T B+ : o、 01%以下を
、本発明内側皮材用Al金合金不可避不純物としてSi
:0.14係以下、 Cu: 0.01 %以下、 M
n : 0.01 %以下。
Bi:0.01%以下を、本発明外側ろう材用M合金は
不可n不純物として、Cu : 0.03 %以下、N
′Ln:0、O1%以下T Zn : 0−01%以下
を含有するものであった、つ(・で芯材用鋳塊は8 r
nvt厚まで、また内側皮材用鋳塊と外1ijlろう材
用鋳塊をまともに5 rsm厚まで熱間圧延し、引続い
て前記内側皮材用−ツ正板と外91)1ろう材用熱延板
はそれぞれ冷間圧う正(二でともに1 mx厚とした。
この状態で前記5拐“用1県〕玉板と、その両側に前記
内側皮材用冷延板と前記外側ろう材用冷延板とを第2表
に示される組合せで重ね合わせ、熱間圧延にてクラッド
し、その後中間焼鈍をはさみなから冷間圧延を繰り返し
行うこと(てよって、それぞれ最終板厚04間(芯材o
、32朋、外側ろう材、内側皮材はともに0.04朋)
の、電縫溶接管を製造するための3層クラッド材を製造
した。
この3層クラッド材から腐食試験用試片は5゜xBOm
mに、耐垂下性試政用試片は30X140Uの大きさに
切出した。また、ゲージ部10X50朋の引張試験片も
作製した。
腐食試験用試片と引張試験片はともに、X空ろう材処理
に相当する、10 ”torrの真を中で620”C,
10分間の熱処理上行なった。
この熱処理の後で腐食試験用試片のろう材用を塗装絶縁
して40℃のCu  添加(ippm)の水道水中と4
0℃のCu  とC1、HCO3,SO4とを含む(C
u  −10ppm、 (Jl 、 )ICO3−、S
O4”−はキれぞれ100 ppm )水6液中でそれ
ぞれ3゜日間の°浸漬をすることにより腐食試験を行な
った。
試験の結果生じた孔食に関するデータを第2表に示した
iiI記の熱処理をされた引張試験片についての機械的
性質も第2表に示した。
耐垂下性試験は試片のうち30X40mxを水平保持し
た状態で真空ろう材処理に相当する上記の熱処理を行な
い、その後の試験片先端部における垂下距離を測定する
ことにより行ない、又、ろうの芯材への侵入程度を材料
断面の顕微鏡観察により評価した。これらの結果を第2
表に示す。
〔発明の効果〕
第2表より、比f13層クラッド材では水道水拭”験と
溶液試験で耐食性尤劣り1貫通あるいは貫通に近い深い
孔食が発生しているのに対し、本発明3層クラッド材で
は、Cu  添加の水道水試験(40”C130日間)
でも、溶液試験(40℃、30日間)でも、孔食の発生
がほとんどなく良好な1射孔食性を示しており、3Mク
ラッド材が0.4朋と薄肉であって、しかも本試験で用
いたような苛酷な腐食環境下であっても十分使用に耐え
ることが明らかである。
又、比較3 R1tクラッド材では機械的性質が劣るの
に対し、本発明3層クラッド材では薄肉であってもすぐ
れた機械的性質が得られている。これは。
本発明3層クラッド材では芯材の強度が十分であり、し
かも熱処理中におけるろうの芯材への侵入がほとんどな
いことによるものと思われる。
更に、比較3層クラッド材では、ろう何時にろう材が芯
材深く浸入しているのに対し、本発明3層クラッド材で
はろうの芯材への侵入がほとんどな(大部分が接合に寄
与すると共に、耐垂下性も良好なのですぐれたろう付性
を示すことが明きらかである。
以上、述べたように1本発明3層クラッド材から゛ユ縫
浴接により、製造した冷却水管は、薄肉であってもろう
付性にすぐれ、又ろう付後の機械的性質、針孔食性にも
すぐれていることより、薄肉化による軽量化が可能であ
る。
又、耐久性の向上、生産性の向上が期待できるので大川
上極めて有用である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)水冷式Al合金製熱交換器の冷却水管において、
    内側皮材と芯材と外側ろう材とからなる3層クラッド材
    の電縫溶接管からなり、 かつ、前記内側皮材が Mg:0.1〜1.5%、 Zn:0.5〜2.0% を含有し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組成
    を有するAl合金で構成され、 また、前記芯材が Mn:0.5〜1.5%、 Mg:0.1〜0.5%、 Cu:0.1〜0.5%、 V:0.01〜0.2% を含有し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組成
    を有するAl合金で構成され、 更に、前記外側ろう材が Si:6〜12%、 Mg:0.05〜2.0% を含有し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組成
    (以上、組成はすべて重量%)を有するAl合金で構成
    されたことを特徴とする水冷式Al合金製熱交換器の冷
    却水管。
  2. (2)水冷式Al合金製熱交換器の冷却水管において、
    内側皮材と芯材と外側ろう材とからなる3層クラッド材
    の電縫溶接管からなり、 かつ、前記内側皮材が Mg:0.1〜1.5%、 Zn:0.5〜2.0% を含有し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組成
    を有するAl合金で構成され、 また、前記芯材が Mn:0.5〜1.5%、 Mg:0.1〜0.5%、 Cu:0.1〜0.5%、 V:0.01〜0.2% を含有し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組成
    を有するAl合金で構成され、 更に、前記外側ろう材が Si:6〜12%、 Mg:0.05〜2.0%、 Bi:0.03〜0.15% を含有し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組成
    (以上、組成はすべて重量%)を有するAl合金で構成
    されたことを特徴とする水冷式Al合金製熱交換器の冷
    却水管。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63195239A (ja) * 1987-02-10 1988-08-12 Furukawa Alum Co Ltd アルミニウム合金ブレ−ジングシ−ト
US5292595A (en) * 1992-02-18 1994-03-08 Sumitomo Light Metal Industries, Ltd. Clad aluminum alloy material having high strength and high corrosion resistance for heat exchanger

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JPS63195239A (ja) * 1987-02-10 1988-08-12 Furukawa Alum Co Ltd アルミニウム合金ブレ−ジングシ−ト
US5292595A (en) * 1992-02-18 1994-03-08 Sumitomo Light Metal Industries, Ltd. Clad aluminum alloy material having high strength and high corrosion resistance for heat exchanger

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