JPS6256941B2 - - Google Patents
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- JPS6256941B2 JPS6256941B2 JP59104457A JP10445784A JPS6256941B2 JP S6256941 B2 JPS6256941 B2 JP S6256941B2 JP 59104457 A JP59104457 A JP 59104457A JP 10445784 A JP10445784 A JP 10445784A JP S6256941 B2 JPS6256941 B2 JP S6256941B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
産業上の利用分野
本発明は、ろう付け方法で一体に製造されるプ
レートフイン型熱交換器、特に超高圧用プレート
フイン型熱交換器におけるフイン材に関するもの
である。 従来の技術 従来、アルミニウム合金を用いてろう付け方法
により製造されるプレートフイン型熱交換器のフ
イン材には、ろう付け性の良いA3003合金が広く
用いられている。しかし、熱交換器の設計圧力が
55Kg／cm2Ｇ以上になると、該合金の抗張力が不足
するため、このような超高圧での使用に適用させ
る場合には、A3003合金に代えてA3004合金がフ
イン材に使用されている。このA3004合金はその
強度が高く、A3003合金の約1.5倍であるが、成
形性の面でフイン材として十分使いうるものであ
る。 発明が解決しようとする問題点 前記A3004合金のフイン材のろう付けは、Al−
Si合金ろう（Si含有率6.8〜13％程度）を用い
て、一般に580℃〜610℃の範囲で行なわれている
が、大型で、かつ設計強度を上げるために板厚が
厚くピツチの細かいフインを使用した高密度な熱
交換器の場合、この熱交換器のすべてのろう付け
部が一様にろう付け温度に達するには、予熱時間
も含めて長時間を要する。それ故、比較的早い時
間にろう付け温度に到達してろう材が溶融した部
分では、ろうは液相状態に長く置かれることにな
る。このときにろう材中のSiのフイン材内部への
過拡散が起り易くなるわけであり、それが進行す
ると、ろう付け継手の幅が著しく減少したり、継
手の強さが低下したりする。具体的には、大型実
製品では、初期に形成されたろう付け継手の幅の
30％未満にまで減少し、試験圧力に耐えられない
例（ろう付け継手の破壊等）が起きたりする。 以上に加えて、フイン材のA3004合金自体に含
まれている約１％のMgが、ろう材中のSiの拡散
を助長することはよく知られた事実である。 また、真空中ろう付けなどにおいては、含有
Mgが蒸発する問題があり、このためA3004合金
程度の量にMgが含まれていても、その量は、製
品の強度を向上させる上で余り有効ではない。 そこで本発明は、ろう付け方法により製造され
る超高圧用プレートフイン型熱交換器におけるフ
イン材のA3004合金に起こる問題点、すなわちフ
イン材に対するろう材のSiの過拡散によつて起こ
る、ろう付け継手の強度低下を解消するととも
に、強度と加工性においてA3004合金に匹敵する
フイン材合金を得ようとするものである。 問題点を解決するための手段 上記問題点は、本発明により、熱交換器のフイ
ン材に以下に掲げる組成のアルミニウム合金を使
用することで解決される。 (1) Mn：0.6〜1.5％、Cu：0.1〜1.0％、Mg：0.1
〜0.75％及びSi：0.05％以上0.30％未満を含
み、残りが実質上Alであり、不純物中、特に
Feを0.8％以下としたアルミニウム合金。 (2) Mn：0.6〜1.5％、Cu：0.1〜1.0％、Mg：0.1
〜0.75％及びSi：0.05％以上0.30％未満を含
み、更にTi：0.01〜0.25％、Cr：0.05〜0.25
％、及びＶ：0.01〜0.25％の１種又は２種を含
み、残部が実質上Alであり、不純物中、特に
Feを0.8％以下としたアルミニウム合金。 作 用 前記合金の各成分の作用をその含有量の限定の
根拠と併せて述べる。 Mn：Mnは強度と耐食性を合金に与えるととも
に、ろう付け性を向上させる。0.6％未満で
はこれらの作用はなく、1.5％を越えると巨
大なAl−Mn系化合物が形成されて圧延加工
性を阻害するのでフインの製作に問題があ
る。 Cu：Cuは強度向上の作用がある。0.1％未満では
この作用がなく、1.0％を越えると巨大な金
属間化合物を形成してフイン素材に欠陥を生
じやすい。 Mg：Mgは強度向上の作用が大きい。0.1％未満
はこの作用がなく、0.75％を越えるとろう材
中のSiとMg2Siを形成してSiを著しく消費
し、このためろう付け性を低下させる。 Si：SiはMgと共存したときに強度を高める作用
がある。またろう材と間で生ずる濃度勾配が
緩和されることで、ろう材からのSiの拡散に
よるフイン材への浸入を抑制することにも働
く。その量が0.05％未満ではこれらの作用は
なく、0.3％以上に多くなると融点が低下し
て好ましくない。 Fe：Feは不純物であり、余り大量の含有は好ま
しくないが、0.8％を越えなければ特に素材
欠陥を生ずることはなく、その量により強度
向上と高温下における耐座屈性の働きがあ
る。 Ti：Tiは鋳塊の組織を微細化し、粗大結晶粒の
形成を防止することにより、強度を向上する
作用がある。0.01％未満ではこの作用はな
く、0.25％を越えると素材に表面欠陥を与え
る。 Cr、Ｖ：Cr及びＶは強度を向上する作用があ
る。それぞれ下限量未満ではこの作用はな
く、上限量を越えると巨大な金属間化合物を
形成して表面欠陥を生じやすい。 実施例 第１表に本発明によるフイン材の合金組成を挙
げる。また比較例として、A3003とA3004の合金
組成を併せて示す。
レートフイン型熱交換器、特に超高圧用プレート
フイン型熱交換器におけるフイン材に関するもの
である。 従来の技術 従来、アルミニウム合金を用いてろう付け方法
により製造されるプレートフイン型熱交換器のフ
イン材には、ろう付け性の良いA3003合金が広く
用いられている。しかし、熱交換器の設計圧力が
55Kg／cm2Ｇ以上になると、該合金の抗張力が不足
するため、このような超高圧での使用に適用させ
る場合には、A3003合金に代えてA3004合金がフ
イン材に使用されている。このA3004合金はその
強度が高く、A3003合金の約1.5倍であるが、成
形性の面でフイン材として十分使いうるものであ
る。 発明が解決しようとする問題点 前記A3004合金のフイン材のろう付けは、Al−
Si合金ろう（Si含有率6.8〜13％程度）を用い
て、一般に580℃〜610℃の範囲で行なわれている
が、大型で、かつ設計強度を上げるために板厚が
厚くピツチの細かいフインを使用した高密度な熱
交換器の場合、この熱交換器のすべてのろう付け
部が一様にろう付け温度に達するには、予熱時間
も含めて長時間を要する。それ故、比較的早い時
間にろう付け温度に到達してろう材が溶融した部
分では、ろうは液相状態に長く置かれることにな
る。このときにろう材中のSiのフイン材内部への
過拡散が起り易くなるわけであり、それが進行す
ると、ろう付け継手の幅が著しく減少したり、継
手の強さが低下したりする。具体的には、大型実
製品では、初期に形成されたろう付け継手の幅の
30％未満にまで減少し、試験圧力に耐えられない
例（ろう付け継手の破壊等）が起きたりする。 以上に加えて、フイン材のA3004合金自体に含
まれている約１％のMgが、ろう材中のSiの拡散
を助長することはよく知られた事実である。 また、真空中ろう付けなどにおいては、含有
Mgが蒸発する問題があり、このためA3004合金
程度の量にMgが含まれていても、その量は、製
品の強度を向上させる上で余り有効ではない。 そこで本発明は、ろう付け方法により製造され
る超高圧用プレートフイン型熱交換器におけるフ
イン材のA3004合金に起こる問題点、すなわちフ
イン材に対するろう材のSiの過拡散によつて起こ
る、ろう付け継手の強度低下を解消するととも
に、強度と加工性においてA3004合金に匹敵する
フイン材合金を得ようとするものである。 問題点を解決するための手段 上記問題点は、本発明により、熱交換器のフイ
ン材に以下に掲げる組成のアルミニウム合金を使
用することで解決される。 (1) Mn：0.6〜1.5％、Cu：0.1〜1.0％、Mg：0.1
〜0.75％及びSi：0.05％以上0.30％未満を含
み、残りが実質上Alであり、不純物中、特に
Feを0.8％以下としたアルミニウム合金。 (2) Mn：0.6〜1.5％、Cu：0.1〜1.0％、Mg：0.1
〜0.75％及びSi：0.05％以上0.30％未満を含
み、更にTi：0.01〜0.25％、Cr：0.05〜0.25
％、及びＶ：0.01〜0.25％の１種又は２種を含
み、残部が実質上Alであり、不純物中、特に
Feを0.8％以下としたアルミニウム合金。 作 用 前記合金の各成分の作用をその含有量の限定の
根拠と併せて述べる。 Mn：Mnは強度と耐食性を合金に与えるととも
に、ろう付け性を向上させる。0.6％未満で
はこれらの作用はなく、1.5％を越えると巨
大なAl−Mn系化合物が形成されて圧延加工
性を阻害するのでフインの製作に問題があ
る。 Cu：Cuは強度向上の作用がある。0.1％未満では
この作用がなく、1.0％を越えると巨大な金
属間化合物を形成してフイン素材に欠陥を生
じやすい。 Mg：Mgは強度向上の作用が大きい。0.1％未満
はこの作用がなく、0.75％を越えるとろう材
中のSiとMg2Siを形成してSiを著しく消費
し、このためろう付け性を低下させる。 Si：SiはMgと共存したときに強度を高める作用
がある。またろう材と間で生ずる濃度勾配が
緩和されることで、ろう材からのSiの拡散に
よるフイン材への浸入を抑制することにも働
く。その量が0.05％未満ではこれらの作用は
なく、0.3％以上に多くなると融点が低下し
て好ましくない。 Fe：Feは不純物であり、余り大量の含有は好ま
しくないが、0.8％を越えなければ特に素材
欠陥を生ずることはなく、その量により強度
向上と高温下における耐座屈性の働きがあ
る。 Ti：Tiは鋳塊の組織を微細化し、粗大結晶粒の
形成を防止することにより、強度を向上する
作用がある。0.01％未満ではこの作用はな
く、0.25％を越えると素材に表面欠陥を与え
る。 Cr、Ｖ：Cr及びＶは強度を向上する作用があ
る。それぞれ下限量未満ではこの作用はな
く、上限量を越えると巨大な金属間化合物を
形成して表面欠陥を生じやすい。 実施例 第１表に本発明によるフイン材の合金組成を挙
げる。また比較例として、A3003とA3004の合金
組成を併せて示す。
【表】
第１表に示した合金のそれぞれを試料として、
0.5×70mm□の試料上に15mmφ×1.5tのろう材
（Al−10％Si−1.5％Mg）（4004）をのせ、２×
10-5mmHgの高真空中600℃×4hrで加熱すること
の広がり試験を行なつて、その際起こるろう材の
試料への最大浸透深さを調べた。 次に、２×10-5mmHgの高真空中で600℃×4hr
の加熱を行なつた後の各試料について引張試験を
行なつて引張強さを測定した。 以上の試験値を第２表に示す。
0.5×70mm□の試料上に15mmφ×1.5tのろう材
（Al−10％Si−1.5％Mg）（4004）をのせ、２×
10-5mmHgの高真空中600℃×4hrで加熱すること
の広がり試験を行なつて、その際起こるろう材の
試料への最大浸透深さを調べた。 次に、２×10-5mmHgの高真空中で600℃×4hr
の加熱を行なつた後の各試料について引張試験を
行なつて引張強さを測定した。 以上の試験値を第２表に示す。
【表】
【表】
次に、第１表に示した合金をそれぞれ使用して
フインを製作し、このフインを組み込んで第１図
並びに第２図に示すプレートフイン型熱交換器の
小型試験体をつくつた。すなわち、第１図は試験
体の斜視図、第２図はその要部の正図であるが、
ろう材３層を有するセパレータプレート（ブレー
ジングシート）１の間に、高さ６mm、板厚0.5
mm、インチ当りのフイン数17、穴あき率2.5％の
プレーン型フイン２を、590℃×30分、２×10-5
mmHg中でろう付けして製造したものである。 このように第１表の合金ごとにフインを製作し
てこれらフインを組み込んで製造したそれぞれの
試験体について、内圧をかけて破壊試験を行なつ
た。その結果は第３表のとおりであつた。第３表
のフインNo.は第１表の合金No.と対応する。
フインを製作し、このフインを組み込んで第１図
並びに第２図に示すプレートフイン型熱交換器の
小型試験体をつくつた。すなわち、第１図は試験
体の斜視図、第２図はその要部の正図であるが、
ろう材３層を有するセパレータプレート（ブレー
ジングシート）１の間に、高さ６mm、板厚0.5
mm、インチ当りのフイン数17、穴あき率2.5％の
プレーン型フイン２を、590℃×30分、２×10-5
mmHg中でろう付けして製造したものである。 このように第１表の合金ごとにフインを製作し
てこれらフインを組み込んで製造したそれぞれの
試験体について、内圧をかけて破壊試験を行なつ
た。その結果は第３表のとおりであつた。第３表
のフインNo.は第１表の合金No.と対応する。
【表】
発明の効果
実施例の第２表から明らかなように、本発明フ
イン材の合金は、ろう付けの際のSiの拡散量が
A3004合金よりも著しく少ない。また高温加熱を
受けた際の引張強さがA3004合金のそれよりも著
しく大きい。更に第３表から明らかなように、本
発明フイン材を組み込んで、ろう付けにより製造
される熱交換器は、ろう付け部の強度がフインの
破壊強度を越えるほどに十分なものである。（破
壊はフイン部で起こる。） すなわち、本発明のフイン材を使用することに
よつて、熱交換器製造の際、液相状態に長時間あ
るろう材中のSiのフインへの過拡散防止が可能と
なり、これにより長時間のろう付けにより起こ
る、ろう付け継手の強度低下が全くない。 したがつて、本発明フイン材を組み込んだ熱交
換器は、ろう付け部の強度においても、またフイ
ン部の強度においても、フイン材にA3004合金を
用いた熱交換器よりも向上しており、特に破壊圧
力が460Kg／cm2Ｇ以上であることから、設計圧力
が90Kg／cm2Ｇに達する超高圧用プレートフイン型
熱交換器が、ろう付け（特に真空中、N2ガスな
どの不活性ガスを用いた雰囲気中でのフラツクス
レスろう付け）によつて製造可能である。
イン材の合金は、ろう付けの際のSiの拡散量が
A3004合金よりも著しく少ない。また高温加熱を
受けた際の引張強さがA3004合金のそれよりも著
しく大きい。更に第３表から明らかなように、本
発明フイン材を組み込んで、ろう付けにより製造
される熱交換器は、ろう付け部の強度がフインの
破壊強度を越えるほどに十分なものである。（破
壊はフイン部で起こる。） すなわち、本発明のフイン材を使用することに
よつて、熱交換器製造の際、液相状態に長時間あ
るろう材中のSiのフインへの過拡散防止が可能と
なり、これにより長時間のろう付けにより起こ
る、ろう付け継手の強度低下が全くない。 したがつて、本発明フイン材を組み込んだ熱交
換器は、ろう付け部の強度においても、またフイ
ン部の強度においても、フイン材にA3004合金を
用いた熱交換器よりも向上しており、特に破壊圧
力が460Kg／cm2Ｇ以上であることから、設計圧力
が90Kg／cm2Ｇに達する超高圧用プレートフイン型
熱交換器が、ろう付け（特に真空中、N2ガスな
どの不活性ガスを用いた雰囲気中でのフラツクス
レスろう付け）によつて製造可能である。
第１図は本発明のフイン材を組み込んでろう付
けした熱交換器試験体の斜視図、第２図はその要
部の拡大正面図である。 １…セパレータプレート（ブレージングシー
ト）、２…フイン、３…ろう材、４…スペーサバ
ー、５…試験通路、６…ダミー通路。
けした熱交換器試験体の斜視図、第２図はその要
部の拡大正面図である。 １…セパレータプレート（ブレージングシー
ト）、２…フイン、３…ろう材、４…スペーサバ
ー、５…試験通路、６…ダミー通路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Mn：0.6〜1.5％、Cu：0.1〜1.0％、Mg：0.1
〜0.75％及びSi：0.05％以上0.30％未満を含み、
残りが実質上Alであり、不純物中、特にFeを0.8
％以下としたアルミニウム合金からなる、ろう付
けにより製造される超高圧用プレートフイン型熱
交換器のフイン材。 ２ Mn：0.6〜1.5％、Cu：0.1〜1.0％、Mg：0.1
〜0.75％及びSi：0.05％以上0.30％未満を含み、
更にTi：0.01〜0.25％、Cr：0.05〜0.25％、及び
Ｖ：0.01〜0.25％の１種又は２種以上を含み、残
部が実質上Alであり、不純物中、特にFeを0.8％
以下としたアルミニウム合金からなる、ろう付け
により製造される超高圧用プレートフイン型熱交
換器のフイン材。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59104457A JPS60248859A (ja) | 1984-05-25 | 1984-05-25 | 超高圧用プレ−トフイン型熱交換器のフイン材 |
| GB08505883A GB2159175B (en) | 1984-05-25 | 1985-03-07 | Fin stock material |
| US06/709,002 US4673551A (en) | 1984-05-25 | 1985-03-07 | Fin stock material for use in plate fin heat exchanger adapted for superhigh pressure service |
| DE19853518407 DE3518407A1 (de) | 1984-05-25 | 1985-05-22 | Rippenwerkstoff und seine verwendung in plattenwaermeaustauschern mit kuehlrippen, geeignet fuer den hochdruckbetrieb |
| FR8507857A FR2564962B1 (fr) | 1984-05-25 | 1985-05-24 | Materiau de construction a ailettes pour echangeur de chaleur a ailettes en plaques fonctionnant a tres haute pression |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59104457A JPS60248859A (ja) | 1984-05-25 | 1984-05-25 | 超高圧用プレ−トフイン型熱交換器のフイン材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60248859A JPS60248859A (ja) | 1985-12-09 |
| JPS6256941B2 true JPS6256941B2 (ja) | 1987-11-27 |
Family
ID=14381133
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59104457A Granted JPS60248859A (ja) | 1984-05-25 | 1984-05-25 | 超高圧用プレ−トフイン型熱交換器のフイン材 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4673551A (ja) |
| JP (1) | JPS60248859A (ja) |
| DE (1) | DE3518407A1 (ja) |
| FR (1) | FR2564962B1 (ja) |
| GB (1) | GB2159175B (ja) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63186847A (ja) * | 1986-09-02 | 1988-08-02 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | 熱交換器用アルミニウム合金 |
| JPS63206444A (ja) * | 1987-02-23 | 1988-08-25 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | 熱交換器用アルミニウム合金 |
| FR2614901B1 (fr) * | 1987-05-05 | 1992-07-24 | Cegedur | Alliages d'aluminium pour echangeur de chaleur brase |
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