KR20000035425A

KR20000035425A - 납땜 조립체 및 제조 방법

Info

Publication number: KR20000035425A
Application number: KR1019990050085A
Authority: KR
Inventors: 쉐로에데그레고리티.; 잘루제크매튜제이.; 그라브게리에이.; 에반스티모씨반
Original assignee: 제이. 알. 드로우일래드; 포드 글로벌 테크놀로지스, 인크.; 레빈 에드워드 엘.; 알코아, 인크
Priority date: 1998-11-12
Filing date: 1999-11-12
Publication date: 2000-06-26
Also published as: JP2000197964A; EP1004386A1

Abstract

본 발명의 납땜 조립체 및 그 제조 방법은 코어 재료, 합성 피복재 및 이 합성 피복재 내에 기계적으로 밀착된 플럭스로 이루어진 적어도 하나의 제1 구성 요소와, 상기 합성 피복재에 인접하게 배치된 적어도 하나의 제2 구성 요소를 포함하며, 적어도 하나의 제1 구성 요소와 적어도 하나의 제2 구성 요소는 납땜 공정 중에 함께 접합된다.

Description

납땜 조립체 및 제조 방법 {BRAZED ASSEMBLY AND METHOD OF MAKING SAME}

본 발명은 일반적으로 납땜 조립체에 관한 것으로, 특히 열 교환기와 같은 납땜 조립체 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

열 교환기와 같은 납땜 조립체를 제공하는 것은 공지되어 있다. 이러한 열 교환기는 응축기, 증발기, 가열기 코어 및 냉각기일 수도 있다. 일반적으로, 열 교환기는 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 재료로 제조되어 감긴 핀을 갖추고 엇갈리게 배치된 튜브 또는 판을 갖는다. 이러한 열 교환기의 대부분은 외부 납땜 또는 내부 납땜 또는 양자의 조합을 필요로 한다. 이전에는, 열 교환기는 진공 용광로에서 납땜되었다. 최근에는, "제어된 대기중 납땜(controlled atmosphere brazing, CAB)"으로 알려진 공정이 부식 방지 플럭스와 함께 사용되었다. CAB 납땜은 향상된 생산량, 저렴한 용광로 유지 요건 및 납땜 공정의 높은 강건성(robustness)으로 인해 진공 용광로에 비해 선호되었다.

또한, 알루미늄 열 교환기를 제조하기 위해 현재 필요한 CAB 납땜은 플루오라이드(fluoride)계 혼합물인 플럭스 처리 촉매의 사용을 필요로 한다는 것이 알려져있다. 종래의 알루미늄 열 교환기에서의 이러한 플럭스 처리 촉매의 사용은, 천연 산화 알루미늄(Al₂O₃)의 분해 및 붕괴를 촉진시키고 알루미늄 열 교환기 위에 산화 마그네슘(MgO)이 형성되는 것을 억제하므로 정합 구성 요소들 사이에 용융 피복층의 전착(wetting)을 촉진시킨다. 알루미늄 열 교환기에 필요한 구성 요소의 형성은 여러 가지의 형성 오일(증발성 오일을 포함함)을 사용한다. 오일은 플럭스 알루미늄 납땜 시트 접촉면을 오염시킴으로써 플럭스 처리 촉매의 효과를 감소시킨다. 플럭스 처리 촉매제는 표면을 관통할 수 없으므로 플럭스와 용융 충진재 양자의 모세관 작용을 억제하여 납땜을 방해한다. 열 교환기가 플럭스 처리 촉매제와 함께 납땜되기 전에, 이러한 오일이 표면으로부터 제거되는 것이 바람직하다. 당해 기술 분야에서 공지된 통상적인 제거 방법은, 예를 들어 물에 의한 오일 제거, 열에 의한 오일 제거, 증기에 의한 오일 제거 또는 용제에 의한 오일 제거를 사용하는 에칭 및/또는 세척을 포함한다. 이러한 것을 하기 위해, 개별적인 구성 요소들은 통상 잔류 오일을 제거하기 위해 처리가 되며, 또한 플럭스 처리될 수도 있다. 다음, 형성된 부품들은 조립되며 표면 상에 여전히 남아 있는 오일을 제거하는 처리가 된다. 플럭스의 인가는 결합제와 함께 또는 결합제 없이 운반체, 통상 물 또는 알코올 내에 플럭스를 부유시키고, 열 교환기의 외부에 플럭스를 인가하고, 납땜을 방해할 수도 있는 과도한 운반체를 제거하기 위해 열 교환기를 완전히 건조시켜서 미리 조립된 열 교환기 구성 요소에 플럭스를 인가함으로써 이루어진다.

CAB 납땜은 양호하게 작용하지만, 열 교환기의 구성 요소가 조립 전에 잔류 오일의 세척을 필요로 하며, 완성된 조립체의 전체적인 플럭스 처리 전에 플럭스 처리해야만 하며, 납땜 전에 완성된 조립체의 건조시켜야만 한다는 단점이 있다. 또한, CAB 납땜은 열 교환기의 플럭스 처리가 비용이 많이 들고 시간 소모적이고 상당한 작업 공간과 처리 시간을 필요로 한다는 단점이 있다.

도1은 본 발명에 따른 납땜 조립체의 단면도.

도2는 본 발명에 따른 납땜 조립체용 납땜 시트를 제조하는 방법의 개략 정면도.

도3은 본 발명에 따른 도1의 납땜 조립체를 제조하는 방법의 단계의 순서도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 열 교환기 조립체

12 : 튜브

13 : 시트

14 : 코어 재료

15 : 피복재

16, 18 : 표면

19 : 플럭스

20 : 터뷸레이터

22 : 호퍼

24 : 압연 코팅기

26 : 열원

28 : 롤러

29 : 윤활제

30 : 분사기

32 : 권취 휘일

따라서, 본 발명은 코어 재료, 합성 피복재 및 이 합성 피복재 내에 기계적으로 밀착된 플럭스로 이루어진 적어도 하나의 제1 구성 요소와, 합성 피복재에 인접하게 배치된 적어도 하나의 제2 구성 요소를 포함하는 납땜 조립체이며, 적어도 하나의 제1 구성 요소와 적어도 하나의 제2 구성 요소는 납땜 공정 중에 함께 접합된다.

또한, 본 발명은 코어 재료, 합성 피복재 및 이 합성 피복재 내에 기계적으로 밀착된 플럭스로 이루어진 적어도 하나의 제1 구성 요소를 제공하는 단계를 포함하는 납땜 조립체를 제조하는 방법이다. 또한, 이 방법은 적어도 하나의 제2 구성 요소를 제공하는 단계와, 적어도 하나의 제1 구성 요소 및 제2 구성 요소를 조립하는 단계와, 납땜 공정을 사용하여 적어도 하나의 제1 구성 요소 및 제2 구성 요소를 함께 접합하는 단계를 포함한다.

본 발명의 하나의 이점은 플럭스가 합성 피복재 내에 기계적으로 밀착되어 있으므로 조립 전에 플럭스 처리 촉매를 가하지 않고도 납땜 조립체의 플럭스 납땜을 허용하여 산화층의 해체를 촉진시킨다는 것이다. 본 발명의 다른 하나의 이점은 납땜 조립체의 합성 피복재 내에 기계적으로 밀착된 플럭스가 제조 플랜트에서 플럭스 처리의 사용을 제거하므로 제조하기에 저렴하고 시간이 덜 소모된다는 것이다. 본 발명의 또 다른 하나의 이점은 이 방법이 납땜 재료가 달라붙는 롤러를 형성 오일로 코팅하는 성능을 제공하므로 조립 중에 그리고 조립 후에 납땜 합금을 세척할 필요성이 없다는 것이다. 본 발명의 또 다른 하나의 이점은 이 방법이 간단하고 재료의 준비에서부터 최종 제품까지의 현재 공정을 10 단계에서 4 단계로 감소시킨다는 것이다. 본 발명의 또 다른 하나의 이점은 이 방법이 현재의 세척 및 플럭스 처리 작업에 사용되는 장비를 제거함으로써 보다 작은 작업 공간을 소모하고 조립에서 최종 제품까지의 시간을 감소시킨다. 본 발명의 또 다른 하나의 이점은 제조 중에 보다 많은 융통성을 위해 산소 함유량을 증가시키는 강건성과 성능이다.

본 발명의 다른 특징과 이점은 첨부 도면과 함께 이하의 설명을 읽으면 보다 잘 이해될 수 있으므로 쉽게 알 수 있을 것이다.

도1을 참조하면, 본 발명에 따른 납땜 조립체의 일 실시예가 도시되어 있다. 처음에, 당업자라면, 본 발명은 열 교환기 조립체(10)의 실시예에서 개시되었지만 납땜을 필요로 하는 다른 형태의 조립체에 사용될 수도 있음을 알게 될 것이다. 이 실시예에서, 열 교환기 조립체(10)는 자동차(도시 안됨)와 같은 차량의 공기 조화 시스템(도시 안됨)의 응축기이다. 열 교환기 조립체(10)는 평행한 유동 응축기, 꾸불꾸불한 증발기, 가열기 코어, 트랜스미션 오일 냉각기일 수도 있다.

열 교환기 조립체(10)는 적어도 하나의 제1 구성 요소를 포함한다. 제1 구성 요소는 적어도 하나의, 양호하게는 다수의 튜브(12)이다. 각각의 튜브(12)는 종방향으로 연장되며, 일반적으로 직사각형이다. 다른 실시예에서, 제1 구성 요소는 판, 시트 또는 호일(foil)의 형태일 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 제1 구성 요소는 튜브, 불규칙한 형상, 와이어 로드(rod) 또는 바아(bar) 형태의 연장부일 수도 있다.

각각의 튜브(12)는 코어 재료(14) 및 그 위의 합성 피복재(15, 도2)의 단일 시트(13)로부터 제조된다. 코어 재료(14)는 알루미늄 협회의 1XXX 내지 8XXX 시리즈의 알루미늄 합금 및 양호하게는 3XXX, 5XXX 및 6XXX 시리즈의 알루미늄 합금으로부터 선택된 알루미늄계 재료로 제조된다. 다른 실시예에서, 코어 재료(14)는 구리(copper)계 재료로 제조된다. 또 다른 실시예에서, 코어 재료(14)는 니켈(nickel)계 재료로 제조된다. 또 다른 실시예에서, 코어 재료는 철(iron)계 재료로 제조된다.

합성 피복재(15)는 코어 재료(14)의 융점보다 낮은 융점을 갖는 금속이다. 합성 피복재(15)는 알루미늄 협회의 4XXX 시리즈의 알루미늄을 포함하며, 당해 기술 분야에서 공지된 바와 같이 피복 유동성 및 전착성을 제공하기 위해 합금 요소로서 리튬(lithium), 또는 마그네슘(magnesium) 등을 함유할 수도 있다. 합성 피복재(15)는 내부 표면(16) 및 외부 표면(18)을 형성하기 위해 코어 재료(14)의 적어도 하나의 측면, 양호하게는 양 측면 상에 배치된다. 정확한 합금이 본 발명을 실시하는데 결정적이지 않음을 알게 될 것이다.

또한, 시트(13)는 내부 표면(16)과 외부 표면(18)의 적어도 하나 내에, 양호하게는 양자 내에 기계적으로 밀착된 플럭스(19)를 가진다. 플럭스(19)는 합성 피복재(15)의 융점과 동일하거나 이보다 작은 융점을 갖는 재료, 양호하게는 플루오라이드(F)계 재료이다. 선택적으로, 플럭스(19)는 클로라이드(chloride) 또는 다른 할로겐(halogen) 함유 재료일 수도 있다. 양호하게는, 플럭스(19)는 포타슘(K), 알루미늄(Al), 세슘(Cs), 소듐(Na) 및 리튬(Li) 중 적어도 하나와 혼합된 플루오라이드(F)를 포함한다. 양호하게는, 플럭스(19)는 KAlF₄와 K₃AlF₆의 50 대 50 혼합물인 "노콜록(Nocolok)"으로 알려진 포타슘 알루미늄 플루오라이드 형태이다. LiF 및/또는 CsF와 같은 다른 플럭스 및 KAlF₄와 K₃AlF₆플럭스 화합물과 혼합된 이들 플럭스의 혼합물이 사용될 수도 있다. LiF 및 CsF 플럭스는 고성능의 마그네슘 코어 재료를 사용을 허용함을 알 수 있을 것이다. 또한, 시트(13)는 전술한 방법에 의해 플럭스(19)를 시트(13)의 표면(16, 18)들 중 어느 하나 내에 또는 양자 내에 기계적으로 밀착시키기 위해 냉간 압연에 의해 제조됨을 알 수 있을 것이다.

열 교환기 조립체(10)는 제1 구성 요소에 인접하게 배치된 적어도 하나의 제2 구성 요소를 포함한다. 이 실시예에서, 열 교환기 조립체(10)는 내부 표면(16)에 인접한 각각의 튜브(12) 내에 배치된 터뷸레이터(20, turbulator)와 같은 제2 구성 요소를 포함한다. 터뷸레이터(20)는 일련의 파동 형상으로 종방향 및 횡방향으로 연장된다. 터뷸레이터(20)는 열을 전달하기 위해 튜브(12)를 통하는 유동을 해산시킨다. 다른 실시예에서, 열 교환기 조립체(10)는 외부 표면(18)에 인접하게 배치된 핀(도시 안됨)과 같은 제2 구성 요소를 포함한다. 핀은 일련의 파동 형상으로 종방향 및 횡방향으로 연장된다. 또 다른 실시예에서, 제2 구성 요소는 튜브, 불규칙한 형상, 와이어 로드 또는 바아 형태의 연장부일 수도 있다.

제2 구성 요소는 알루미늄 협회의 1XXX 내지 8XXX 시리즈의 알루미늄 합금 및 양호하게는 3XXX, 4XXX, 5XXX 및 6XXX 시리즈의 알루미늄 합금으로부터 선택된 알루미늄계 재료로 제조된다. 다른 실시예에서, 제2 구성 요소는 구리(copper)계 재료로 제조된다. 또 다른 실시예에서, 제2 구성 요소(14)는 니켈(nickel)계 재료로 제조된다. 또 다른 실시예에서, 제2 구성 요소는 철(iron)계 재료로 제조된다.

본 발명에 따른, 납땜 시트를 제조하는 방법은 도2에 예시되어 있다. 이 방법은 플럭스(19)를 시트(13)에 인가하는 단계를 포함한다. 플럭스(19)는 플럭스 호퍼(22) 내로 공급되어 인가될 수 있으며, 종래의 정전 장치에 의해 건조되거나 운반체를 사용하여 전착될 수 있다. 플럭스(19)가 시트(13)에 인가된 후, 이 방법은 플럭스(19)로 시트(13)를 코팅하는 단계를 포함한다. 코팅 단계는 한 쌍의 롤러(24) 사이에서 플럭스(19)로 시트(13)를 압연 코팅함으로써 이루어진다. 이 방법은 열을 사용하여 플럭스(19)의 운반체를 건조시키는 단계를 포함한다. 건조 단계는 열원(26)으로부터의 열을 사용하여 건조 상태에서 시트를 건조시킴으로써 이루어지며, 여기에서 플럭스(19)의 운반체는 증발되어 시트(13)의 표면 상에는 플럭스(19)만이 남는다. 압연 코팅 및 건조 단계는 정전 분사가 사용된다면 제거됨을 알 수 있을 것이다.

이 방법은 시트(13)의 두께를 감소시키는 단계 및 플럭스(19)를 시트(13)의 합성 피복재(15) 내에 기계적으로 밀착시키거나 결합시키는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 플럭스(19)는 합성 피복재(15)가 없는 시트(13)의 경우 코어 재료(14) 내에 기계적으로 밀착될 수도 있다. 감소 단계는 플럭스(19)를 부가하기 전에 시트(13)의 두께를 냉간 압연 밀의 롤러(28)들 사이에서 그 두께의 1 퍼센트(1%) 내지 30 퍼센트(30%)로 감소시킴으로써 이루어지며, 이에 의해 더 견고한 플럭스(19)가 시트(13)의 표면(16, 18) 내에 기계적으로 밀착되도록 한다. 감소 단계는 하나 이상의 감소 중에 이루어진다.

또한, 이 방법은 플럭스(19)가 롤러(28)에 달라붙는 것을 방해하거나 방지하기 위해 롤러(28)를 코팅하는 단계를 포함한다. 코팅 단계는 플럭스(19)가 롤러(28)의 표면에 달라붙지 못하게 하기 위하여 실리콘 주형 제거 형태 또는 식물성 오일 형태의 윤활제(29)를 롤러(28) 상에 분사기(30)로 분사함으로써 이루어진다. 이 방법은 납땜 시트를 권취 휘일(32) 상에 코일로 감는 단계를 포함한다. 정전 플럭스 처리는 압연 코팅기(24)와 열원(26)의 필요성을 제거함을 알 수 있을 것이다.

선택적으로, 감소 단계는 열간 압연을 통해 이루어질 수도 있다. 열간 압연이 선택되면, 감소량은 1 퍼센트(1%) 내지 30 퍼센트(30%)를 초과할 것이다.

기계적으로 밀착된 플럭스 납땜 시트는 열 교환기 조립체(10)를 제조하는데 사용되는 시트(13)의 내부 표면 및 외부 표면(16, 18) 중 어느 하나 위에 또는 양자 위에 플럭스(19)를 제공한다. 그 결과, 증발기 판, 중간 냉각기, 다른 밀폐 공간의 알루미늄 열 교환기의 구성 요소들과 같은 구성 요소는 제작 및 조립 전에 내부 표면 상에 존재하는 플럭스를 가질 것이므로 제조 플랜트에서의 플럭스 처리 작업을 제거한다. 압연 밀 공정은 당해 기술 분야에서 통상적이며 공지된 것임을 알 수 있을 것이다. 또한, 플럭스(19)를 코어 재료(14)의 합성 피복재(15) 내에 기계적으로 밀착시키는 방법은 기계적으로 변형될 수 있는 미리 플럭스 처리된 납땜 시트를 제조함을 알 수 있을 것이다.

도3을 참조하면, 본 발명에 따른 방법은 납땜 조립체를 위해 제공된다. 이 실시예에서, 열 교환기 조립체(10)는 기계적으로 밀착된 플럭스 납땜 시트를 사용하여 제조된다. 이 방법은 블록(34)에서 시트(13)를 제공하고 블록(36)에서 플럭스(19)를 시트(13)에 인가함으로써 시작된다. 이 방법은 블록(38)에서 플럭스(19)를 시트(13) 내에 기계적으로 밀착시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 블록(40)에서 기계적으로 밀착된 플럭스 납땜 시트를 제공하는 단계를 포함한다. 다음, 이 방법은 블록(42)에서 열 교환기 조립체(10)의 구성 요소를 형성 및 조립하는 단계를 포함한다. 형성 단계는 종래의 공지된 방법과 장치에 의해 열 교환기 조립체(10)의 구성 요소들을 스탬핑하고 압연함으로써 이루어진다. 납땜 시트는 튜브, 헤더, 측면 지지부 및 핀과 같은 여러 가지 형상으로 스탬핑되고 압연되고 절단된다. 이 단계에서 사용될 수도 있는 형성 윤활제 형태의 증발성 오일은 중량 및 경량의 윤활제를 모두 포함하며, 시트 상에 잔류 표면 막을 남긴다. 조립 단계는 종래의 공지된 방법 및 장치에 의해 열 교환기 조립체(10)의 구성 요소들을 조립함으로써 이루어진다. 증발성 오일은 당해 기술 분야에서 통상적이며 공지된 것임을 알 수 있을 것이다.

이 방법은 블록(44)에서 납땜 공정을 사용하여 열 교환기 조립체(10)의 구성 요소를 함께 연결하는 단계를 포함한다. 열 교환기 조립체(10)를 연결하기 위해, 터뷸레이터(20)는 CAB 납땜 공정을 사용하여 튜브(12)에 연결된다. CAB 납땜 공정 중에, 합성 피복재(15) 내의 플럭스(19)는 550℃ 부근에서 액화되며 내부 표면(16) 상의 천연 산화 알루미늄(Al₂O₃) 층을 분해하고 화학적으로 감소시켜서, 용융된 피복재 층이 내부 표면(16)에 전착되게 한다. 이러한 전착은 산화층을 계속 분산시키는 매개를 제공하며 합성 피복재(15)가 조인트 사이로 유동하게 하여 땜납(46)이 생성되도록 한다(도1). CAB 납땜 공정은 당해 기술 분야에서 통상적이며 공지된 것임을 알 수 있을 것이다. 또한, 판과 다기관(도시 안됨)은 증발기와 중간 냉각기에 대해 CAB 납땜을 허용하기 위해 플럭스(19)를 합성 피복재(15) 내에 밀착시킬 수도 있다.

선택적으로, 이 방법은 블록(48)에서 열 교환기 조립체(10)로부터 잔류 오일을 제거하는 단계를 최적으로 포함할 수도 있다. 제거 단계는 특정 시간과 온도에서 알칼라인계 용제와 같은 수성 용제를 열 교환기 조립체(10)에 분사하거나 또는 특정 시간, 온도 및 농도에서 알칼라인계 용제 내로 열 교환기 조립체(10)를 침지시킴으로써 이루어진다. 다음, 열 교환기 조립체(10)는 오븐(도시 안됨) 내에서 열적으로 건조된다. 선택적으로, 열 교환기 조립체(10)는 종래의 수성 세척제를 사용하여 세척될 수도 있다. 다음, 이 방법은 전술한 블록(44)과 유사한 블록(50)에서 열 교환기 조립체(10)를 납땜하는 단계를 포함한다.

따라서, 이 방법은 조립 플랜트에서 기계적으로 밀착되어 미리 플럭스 처리된 납땜 시트를 사용하여 최소 3개의 단계로 완제품을 제조한다. 이 방법은 조립 플랜트에서 수성 세척뿐만 아니라 플럭스 처리 작업에 대한 필요성을 제거하며, 증발성 오일의 가능한 유해 작용이 제거된다. 기계적으로 밀착된 납땜 시트는 플럭스(19)를 피복재 시트(13) 내에 직접 합체시킴으로써 보다 강건한 납땜 공정을 제공하므로, 미리 조립된 알루미늄 납땜 조립체에 플럭스를 인가할 필요성이 없다.

본 발명은 예시적인 방식으로 설명되었다. 사용된 용어가 제한적이 아닌 설명적인 특성의 단어가 되도록 의도된 것임을 알 수 있을 것이다.

본 발명의 여러 수정과 변형은 앞에서 개시한 것의 관점에서 가능하다. 그러므로, 첨부된 특허 청구 범위의 영역 내에서, 본 발명은 특별하게 설명된 것이 아닌 것으로 실시될 수도 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 납땜 조립체에 의하면, 플럭스가 합성 피복재 내에 기계적으로 밀착되어 있으므로 조립 전에 플럭스 처리 촉매를 인가하지 않고도 납땜 조립체의 플럭스 납땜을 허용하여 산화층의 해체를 촉진시키며, 납땜 조립체의 합성 피복재 내에 기계적으로 밀착된 플럭스가 제조 플랜트에서 플럭스 처리의 사용을 제거하므로 제조하기에 저렴하고 시간이 덜 소모되며, 납땜 재료가 달라붙는 롤러를 형성 오일로 코팅하는 성능을 제공하므로 조립 중에 그리고 조립 후에 납땜 합금을 세척할 필요성이 없으며, 현재의 세척 및 플럭스 처리 작업에 사용되는 장비를 제거함으로써 보다 작은 작업 공간을 소모하고 제조 중에 보다 많은 융통성을 위해 산소 함유량을 증가시키는 강건성과 성능을 제공하는 효과가 있다.

Claims

납땜 조립체에 있어서,

코어 재료, 합성 피복재 및 이 합성 피복재 내에 기계적으로 밀착된 플럭스로 이루어진 적어도 하나의 제1 구성 요소와, 상기 합성 피복재에 인접하게 배치된 적어도 하나의 제2 구성 요소를 포함하며,

적어도 하나의 제1 구성 요소와 적어도 하나의 제2 구성 요소는 납땜 공정 중에 함께 접합되는

것을 특징으로 하는 납땜 조립체.
제1항에 있어서, 상기 납땜 조립체는 열 교환기 조립체로 구성되는 것을 특징으로 하는 납땜 조립체.