TWI650196B - 金屬接合管材及金屬管接合方法 - Google Patents

Abstract

一種金屬接合管材及金屬管接合方法。該金屬接合管材包含一第一金屬管、一第二金屬管、一金屬的接合件，以及一接合填料。該第一金屬管包括一個第一管部。該第二金屬管包括一個第二管部。該接合件包括彼此相反的一個插設於該第一管部中的第一端部與一個插設於該第二管部中的第二端部。該接合填料主要由金屬構成，位於該第一管部與該第一端部間、該第二管部與該第二端部間，以及該第一管部與該第二管部間。以金屬構成的該接合填料，能提高該第一金屬管、該第二金屬管與該結合件間的接合強度，且較不會有受紫外線影響而失去接合能力之疑慮。

Description

金屬接合管材及金屬管接合方法

本發明是有關於一種以兩根金屬管接合而成的金屬接合管材及其相關之接合技術，特別是指一種金屬接合管材及金屬管接合方法。

參閱圖1，一種習知的金屬接合管材1，包括左右設置的一個第一金屬管11與一個第二金屬管12、一個穿設在該第一金屬管11與該第二金屬管間的接合件13，以及一個填充於該第一金屬管11、該第二金屬管12及該接合件13間的接合膠14。此種金屬接合管材1，因該接合膠14久經太陽照射會老化及脆化而失去接合該第一金屬管11、該第二金屬管12及該接合件13的能力，故該金屬接合管材1存在有構件分離的使用安全疑慮，有待改善。

本發明的第一目的，在於提供一種能夠克服先前技術的至少一個缺點的金屬接合管材。

該金屬接合管材包含一個第一金屬管、一個第二金屬管、一個接合件，以及一種接合填料。

該第一金屬管包括一個第一管部。該第二金屬管包括 一個第二管部。該接合件主要由金屬構成，並包括彼此相反的一個插設於該第一管部中的第一端部與一個插設於該第二管部中的第二端部。該接合填料主要由金屬構成，並位於該第一管部與該第一端部間、該第二管部與該第二端部間，以及該第一管部與該第二管部間。

該金屬接合管材的功效在於：該接合填料主要以金屬構成，能在接合時與該第一金屬管、該第二金屬管及該接合件的金屬成分反應並因而提高接合強度，且該接合填料不易因紫外線照射老化脆化而失去接合能力，故該金屬接合管材同時具有較佳的接合強度及較高的使用安全性之雙重特點。

本發明的第二目的，在於提供一種能夠克服先前技術的至少一個缺點金屬管接合方法。

該金屬管接合方法包含：步驟A：提供一個第一金屬管、一個第二金屬管、一個主要由金屬構成的接合件，以及一種主要由金屬構成的接合填料；步驟B：將該接合件的兩相反端分別穿設進該第一金屬管與該第二金屬管中，並使該接合填料位於該第一金屬管與該接合件間，以及該第二金屬管與該接合件間；步驟C：加熱使該接合填料熔化後冷卻。

該金屬管接合方法的功效在於：能製得前述具有接合強度強及使用安全性高之金屬接合管材，具有產業利用價值，且能 促進產業發展。

2‧‧‧第一金屬管

21‧‧‧第一管部

211‧‧‧第一環面

212‧‧‧第一管圍面

213‧‧‧第一管道

3‧‧‧第二金屬管

31‧‧‧第二管部

311‧‧‧第二環面

312‧‧‧第二管圍面

313‧‧‧第二管道

4‧‧‧接合件

41‧‧‧第一端部

411‧‧‧第一端圍面

42‧‧‧第二端部

421‧‧‧第二端圍面

5‧‧‧接合填料

61‧‧‧提供材料步驟

62‧‧‧材料組合步驟

63‧‧‧超音波加熱步驟

本發明其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一個習知的金屬接合管材的一個不完整的剖視圖；圖2是本發明金屬接合管材的一個實施例1的一個不完整的側視圖；圖3是該實施例1沿長度方向剖切的一個不完整的剖視圖；圖4是該實施例1沿寬度方向剖切的一個不完整的剖視圖；圖5是用以製造該實施例1一個金屬管接合方法的一個步驟流程圖；及圖6是該金屬管接合方法的一個材料組合步驟的示意圖。

在實施方式被詳細描述前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

《實施例1》

參閱圖2、圖3及圖4，本發明金屬接合管材的一個實施例1，包含左右間隔但彼此相向的一個第一金屬管2與一個第二金屬管3、一個穿設在該第一金屬管2與該第二金屬管3中的接合件4， 以及一個設置在該第一金屬管2與該第二金屬管3及該接合件4間的接合填料5。

該第一金屬管2為7050鋁合金金屬管，並包括一個朝向該第二金屬管3的第一管部21。該第一管部21具有一個朝向該第二金屬管3的第一環面211，以及一個由該第一環面211往遠離該第二金屬管3的方向延伸並界定出一個第一管道213的第一管圍面212。

該第二金屬管3為7050鋁合金金屬管，並包括一個朝向該第一管部21的第二管部31。該第二管部31具有一個朝向該第一金屬管2的第二環面311，以及一個由該第二環面311往遠離該第一金屬管2的方向延伸並界定出一個第二管道313的第二管圍面312。

該接合件4為6061鋁合金管材，呈空心圓柱狀且長度為50mm，並包括彼此相反的一個第一端部41與一個第二端部42。該第一端部41穿設在該第一管道213中，並具有一個與該第一管圍面212相間隔第一端圍面411。該接合件4的該第二端部42穿設在該第二管道313中，並具有一個與該第二管圍面312相間隔的第二端圍面421。

該接合填料5設置在該第一管部21與該接合件4間、該第二管部31及該接合件4間，以及該第一管部21與該第二管部31間。更精確地說，該接合填料5是位於該第一管部21的該第一管圍面212與該第一端圍面411間、該第二管部31的該第二管圍面312 與該第二端圍面421間，以及該第一管部21的該第一環面211與該第二管部31的該第二環面311間。該接合填料5包括8wt%的鋅(Zn)、3wt%的銦(In)、4wt%的鈦(Ti)、0.1wt%的稀土金屬，以及餘量的錫(Sn)，且該接合填料5的熔點為約為200℃。以該稀土金屬的總重為100wt%，該稀土金屬包含77.82wt%的鑭(La)、16.84wt%的鐠(Pr)、3.24wt%的鈰(Ce)，2.1wt%的釹(Nd)。

《拉力測試》

將實施例1以拉力測試機進行測試，將該第一金屬管2與該第二金屬管3分離時之拉力記錄於表1當中，並計算該金屬接合管材的接合強度。所述的接合強度(pa)=拉力(N)/接合面積(m²)。所述的接合面積包含該第一管圍面212、該第一端圍面411與該接合填料5的重疊面積、該第二管圍面312、該第二端圍面421與該接合填料5的重疊面積，以及該第一環面211、該第二環面311與該接合填料5的重疊面積。

《剪力測試》

取兩片不同材質鋁合金之試片，將實施例1所使用的接合填料5熔接於該等試片之間，並以拉伸測試機測試計算該等試片的接合強度。所述的接合強度(pa)=拉力(N)/接合面積(m²)。剪力測試中所使用的鋁合金型號雖與拉力測試所使用鋁合金型號不同，但主要成分均含鋁及鎂而有相似的性質。剪力測試中所使用的 鋁合金型號，記錄於表1中。

《實施例2、3》

實施例2、3與該實施例1類似，不同的地方在於實施例2、3所使用的接合填料5之組成與該實施例1所使用的接合填料5之組成有所不同。由於以金屬組成的該接合填料5如要完整填充於接合面上較花時間，為了節省測試時間，實施例2、3將僅透過剪力測試瞭解該接合填料5對於鋁合金的接合能力。實施例2、3所使用的接合填料5的剪力測試的測試結果記錄於表1中。

《比較例1》

比較例1與該實施例1同樣均採用材質為7050鋁合金之該第一金屬管2與該第二金屬管3，以及材質為6061鋁合金的該接合件4，並採用習知已接合膠膠合之方式製成。測試比較例1的接合強度，記錄於表1中。

從表1可以看出，使用主要以金屬構成的該接合填料5的實施例1，接合強度明顯優於比較例1，因此本實施例確實具有較佳的接合強度。此外，實施例1至3的所使用的接合填料5的熔點均約為200℃，而能透過如下所述的一個金屬管接合方法以無高溫焊接的方式製得，故不會有醜陋的魚鱗紋外觀，也不會有因高處理而影響該第一金屬管2與該第二金屬管3的問題。

《金屬管接合方法》

參閱圖3、圖5及圖6，前述之金屬接合管材是以包含如下步驟的金屬管接合方法製得：一個提供材料步驟61、一個材料組合步驟62，以及一個超音波加熱步驟63。

於該提供材料步驟61中，是提供如前所述的該第一金屬管2、該第二金屬管3、該接合件4，以及呈膜狀的該接合填料5。

於該材料組合步驟62中，是將該接合填料5裹覆設置在該接合件4的外表面，再將該接合件4連同該接合填料5穿設進該第一金屬管2的該第一管部21與該第二金屬管3的該第二管部31中，而使該接合填料5位於該第一管部21與該接合件4間，以及該第二管部31與該接合件4間。

該超音波加熱步驟63，是以超音波震盪該第一金屬管2與該第二金屬管3的連接處，使該接合填料5熔化。熔化的該接合填料5，將由該第一金屬管2與該接合件4間及該第二金屬管3與該接合件4間，移動至該第一金屬管2與該第二金屬管3間，填充於該第一環面211及該第二環面311間。加熱完畢後待該接合填料5冷卻，即製得金屬接合管材。

在本發明的其他實施態樣中，該接合件4也可為實心圓柱，本說明書的各實施例僅是其中一種重量較輕且節省成本的實施態樣。此外，在本發明的其他實施態樣中，該第一金屬管2與該第二金屬管3的剖面也不以圓環狀為限，也可以呈橢圓狀或扁圓狀。

本發明所使用的該接合填料5，約在200℃即熔化，無需高溫加熱硬焊，因此具有不會因高溫熱處理而影響成品性質的問題，也不會使成品因熱處理而氧化。本發明所使用的超音波加熱，能在震盪時破壞該第一金屬管2與該第二金屬管3表面的氧化物，利於接合填料5附著於該第一金屬管2及該第二金屬管3的表面，並因此增加接合強度。

綜上所述，本發明金屬接合管材及金屬管接合方法的功效在於：該接合填料5主要以金屬構成，能在接合時與該第一金屬管2、該第二金屬管3及該接合件5的金屬成分反應並因而提高接合強度，且該接合填料5不易因紫外線照射老化脆化而失去接合能力，故該金屬接合管材同時具有較佳的接合強度及較高的使用安全性之雙重特點。該金屬管接合方法則能製得前述具有接合強度強及使用安全性高之金屬接合管材，具有產業利用價值，並能促進產業發展。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

Claims (6)

1. 一種金屬接合管材，包含：一個第一金屬管，包括一個第一管部；一個第二金屬管，包括一個第二管部；一個接合件，主要由金屬構成，並包括彼此相反的一個插設於該第一管部中的第一端部與一個插設於該第二管部中的第二端部；及一種接合填料，主要由金屬構成，並位於該第一管部與該第一端部間、該第二管部與該第二端部間，以及該第一管部與該第二管部間；其中，該第一管部具有一個朝向該第二金屬管的第一環面，以及一個界定出一第一管道的第一管圍面，該第二管部具有一個朝向該第一金屬管的第二環面，以及一個界定出一第二管道的第二管圍面，該接合件的該第一端部穿設在該第一管道中，並具有一個位於該第一管圍面內側的第一端圍面，該接合件的該第二端部穿設在該第二管道中，並具有一個位於該第二管圍面內側的第二端圍面，該接合填料熔接於該第一管圍面與該第一端圍面間、該第二管圍面與該第二端圍面間，以及該第一環面與該第二環面間。
2. 如請求項1所述的金屬接合管材，其中，該接合填料包括5wt%~30wt%的鋅、0.1wt%~10wt%的金屬組分、1wt%~10wt%的鈦、0.01wt%~1wt%的稀土金屬，以及餘量的錫，該金屬組分選自於鉍及銦所組成的群體的其 中至少一種。
3. 一種金屬管接合方法，包含：步驟A：提供一個第一金屬管、一個第二金屬管、一個主要由金屬構成的接合件，以及一種主要由金屬構成的接合填料；步驟B：將該接合件的兩相反端分別穿設進該第一金屬管與該第二金屬管中，並使該接合填料位於該第一金屬管與該接合件間，以及該第二金屬管與該接合件間；及步驟C：加熱使該接合填料熔化後冷卻；其中，於該步驟B中，是將該接合填料設置在該接合件的外表面，再將該接合件連同該接合填料穿設進該第一金屬管與該第二金屬管中，而使該接合填料位於該第一金屬管與該接合件間，以及該第二金屬管與該接合件間。
4. 如請求項3所述的金屬管接合方法，其中，在該步驟A中，是提供呈膜狀的該接合填料，於該步驟B中，是將該接合填料裹覆設置在該接合件的外表面。
5. 如請求項4所述的金屬管接合方法，其中，在該步驟C中，是以超音波加熱該接合填料使該接合填料熔化。
6. 如請求項5所述的金屬管接合方法，其中，該接合填料包括5wt%~30wt%的鋅、0.1wt%~10wt%的金屬組分、1wt%~10wt%的鈦、0.01wt%~1wt%的稀土金屬，以及餘量的錫，該金屬組分選自於鉍及銦所組成的群體的其中至少一種。