WO2014076949A1 - Ａｌ合金管の接合体、ならびに、これを用いた熱交換器 - Google Patents

Ａｌ合金管の接合体、ならびに、これを用いた熱交換器 Download PDF

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WO2014076949A1
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WO
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fillet
sacrificial layer
alloy
straight portion
tube
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PCT/JP2013/006682
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English (en)
French (fr)
Inventor
広田　正宣
横山　昭一
高橋　正敏
康人 原
良行 大谷
謙介 森
洋一 兒島
Original Assignee
パナソニック株式会社
株式会社Uacj
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/0008—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
    • B23K1/0012—Brazing heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/084—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from aluminium or aluminium alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/04—Fastening; Joining by brazing

Definitions

  • the present invention relates to a joined body of an Al alloy pipe in which the corrosion resistance of a joined portion obtained by brazing is improved, and a heat exchanger in which this joined body and a fin material are combined.
  • Aluminum heat exchangers for automobiles including radiators, condensers, evaporators, etc., have been manufactured and used for the purpose of weight reduction.
  • air conditioning equipment such as air conditioners
  • copper pipes are used from the viewpoint of cost, and aluminum pipes are not used.
  • the price of copper has risen, and aluminum has become more cost-effective than copper, and heat exchangers for air conditioning equipment that use aluminum instead of copper for piping are drawing attention.
  • heat exchangers for home air conditioners have conventionally joined copper tube straight parts and aluminum fins by mechanical expansion. After joining the straight part of the tube and the fin, one end of the straight end part is further expanded by flaring, and the end of the other U-shaped part called the R-bend is inserted and joined by torch brazing. Is produced.
  • heat exchangers for automobiles, etc. there are two-layer clad materials with a surface coated with a pure Al material having a purity of 99.0% or more, clad materials with an Al-1% Zn material, and thermal spray materials with a surface sprayed with pure Zn. Used. Thereby, pure Al, Al-1% Zn, and pure Zn coated on the surface act as a sacrificial anode layer to prevent penetration due to corrosion. By applying these to heat exchangers for home air conditioners, it has been found that penetration due to corrosion of the straight portion of the tube, the R bend portion not in contact with the fins, and the bent portion of the tube can be prevented.
  • reference numeral 1 is a flare portion of the pipe material whose end is expanded
  • 2 is a straight portion of the pipe material inserted into the flare portion 1
  • 3 is a sacrificial anode material preferentially corroded in the brazing portion
  • 4 is an inner pipe
  • Reference numeral 5 denotes a brazing filler fillet
  • reference numeral 7 denotes a pipe joint joined by the fillet 5.
  • the joint portion of the aluminum tube body is surrounded by a sleeve provided with a brazing filler metal layer or a solder layer and then heat-joined. Can be considered.
  • the length of the joint portion is increased, so that the time until leakage through can be extended, but the preferential corrosion of the sacrificial material cannot be completely prevented.
  • the sleeve is connected to the joint portion, which leads to an increase in the number of parts and the number of man-hours, resulting in an increase in cost.
  • the aluminum pipes are torch brazed using a brazing material added with 1.0 to 2.0% of Zn.
  • a brazing material added with 1.0 to 2.0% of Zn.
  • a method of preventing preferential corrosion by integrating the brazing filler fillet and the Al—Zn sacrificial layer at the joint is conceivable.
  • the corrosion rate of the brazing filler fillet itself also increases, which may not contribute to the improvement of the corrosion resistance of the joint itself.
  • the present invention has been made as a result of earnest research in view of the above problems, and is a joined body obtained by brazing, which prevents preferential corrosion of the brazed part and causes penetration leakage of the brazed part.
  • the present invention provides an Al alloy joined body excellent in corrosion resistance, and a heat exchanger in which the joined body and a fin material are combined.
  • the present invention according to claim 1, wherein a plurality of Al alloy tubes each having either a straight portion or a flare portion at both ends are used, and one Al alloy tube having an Al-Zn sacrificial layer on the outer surface of the inner tube is provided.
  • a joined body in which a plurality of Al alloy pipes are brazed by fitting the part and the flare part of the other Al alloy pipe In the state before brazing, there is a portion where the Al-Zn sacrificial layer is not provided on the outer surface of the straight portion, In the state after brazing, a fillet that is in contact with the outer surface of the straight portion and the inner surface of the flare portion is formed, and the portion where the Al-Zn sacrificial layer is not provided on the outer surface of the straight portion that is in contact with the fillet It was set as the joined body of the Al alloy pipe characterized by being.
  • the present invention according to claim 2, wherein a plurality of Al alloy tubes each having either a straight portion or a flare portion at both ends are used, and one Al alloy tube having an Al—Zn sacrificial layer on the outer surface of the inner tube is provided.
  • a joined body in which a plurality of Al alloy pipes are brazed by fitting the part and the flare part of the other Al alloy pipe In the state before brazing, there is a portion where the Al-Zn sacrificial layer is not provided on the outer surface of the straight portion, In the state after brazing, a fillet that is in contact with the outer surface of the straight portion and the inner surface of the flare portion is formed, and the portion where the Al-Zn sacrificial layer is not provided on the outer surface of the straight portion that is in contact with the fillet And the fillet end that contacts the outer surface of the straight portion on the flare tip end side in the tube axis direction of the fillet is in contact with the end of the Al—Zn sacrificial layer on
  • the present invention according to claim 3, wherein a plurality of Al alloy tubes each having either a straight portion or a flare portion at both ends are used, and one Al alloy tube having an Al—Zn sacrificial layer on the outer surface of the inner tube is provided.
  • a joined body in which a plurality of Al alloy pipes are brazed by fitting the part and the flare part of the other Al alloy pipe In the state before brazing, there is a portion where the Al-Zn sacrificial layer is not provided on the outer surface of the straight portion, In the state after brazing, a fillet that is in contact with the outer surface of the straight portion and the inner surface of the flare portion is formed, and the portion where the Al-Zn sacrificial layer is not provided on the outer surface of the straight portion that is in contact with the fillet Yes, In the state after brazing, a fillet that is in contact with the outer surface of the straight portion and the inner surface of the flare portion is formed, and the portion where the Al-Zn sacrificial layer
  • the present invention according to claim 4, wherein a plurality of Al alloy tubes each having either a straight portion or a flare portion at both ends are used, and one Al alloy tube having an Al—Zn sacrificial layer on the outer surface of the inner tube is provided.
  • a joined body in which a plurality of Al alloy pipes are brazed by fitting the part and the flare part of the other Al alloy pipe In the state before brazing, there is a portion where the Al-Zn sacrificial layer is not provided on the outer surface of the straight portion, In the state after brazing, a fillet that is in contact with the outer surface of the straight portion and the inner surface of the flare portion is formed, and the portion where the Al-Zn sacrificial layer is not provided on the outer surface of the straight portion that is in contact with the fillet Yes, In the state after brazing, a fillet that is in contact with the outer surface of the straight portion and the inner surface of the flare portion is formed, and the portion where the Al-Zn sacrificial layer
  • Mn 0.8 to 1.6 mass%
  • Cu 0.1 to 0.8 mass %
  • Si less than 0.7% by mass
  • Fe less than 0.7% by mass
  • Zn 0.5 to 5.0% by mass on the outer surface of the inner tube
  • An Al—Zn sacrificial layer comprising the balance of Al and inevitable impurities is provided.
  • the Zn concentration at the bonding interface between the fillet and the outer surface of the straight portion where the Al—Zn sacrificial layer is not provided is 0.2 mass%. Less than.
  • a heat exchanger in which the joined body of the Al alloy pipe according to any one of claims 1 to 6 and the fin material are joined is 0.2 mass%.
  • a joined body obtained by brazing the preferential corrosion of the brazed portion is prevented more than the conventional Al alloy joined body, and the joined body of the Al alloy pipe excellent in the corrosion resistance of the joined portion, and A heat exchanger in which the joined body and the fin material are combined is provided, and these have remarkable industrial effects.
  • junction part which shows the joining method which concerns on this invention. It is sectional drawing of the junction part which shows the electric potential state at the time of the priority corrosion of a sacrificial anode layer generating. It is sectional drawing of the junction part which shows progress of the priority corrosion of a sacrificial anode layer typically. It is sectional drawing of the joined body which shows typically the 1st form of the junction part in this invention. It is sectional drawing of the joined body which shows typically the 2nd form of the junction part in this invention. It is sectional drawing of the joined body which shows typically the 3rd form of the junction part in this invention. It is a cross-section part of the junction which shows the preferential corrosion of the sacrificial anode layer in a prior art.
  • the present inventors have a phenomenon in which the Al—Zn sacrificial layer preferentially corrodes at the joint and leads to penetration leakage.
  • the mechanism was examined. Specifically, as shown in FIG. 1, a torch brazing material 5 is used by inserting a straight portion 2 of the other Al alloy pipe into a flare portion 1 of one Al alloy pipe whose end is expanded by flaring. Then, the case where both pipes were joined by torch brazing was examined.
  • the layer 3 formed on the outer surface of the inner tube 4 of the flare portion 1 and the straight portion 2 represents an Al—Zn sacrificial layer.
  • the phenomenon that leads to the penetration leakage in the Al alloy pipe provided with the Al—Zn sacrificial layer is that the natural potential of the Al—Zn sacrificial layer 3 at the joint 7 is different between the torch brazing material 5 and the Al alloy pipe. This is because it is more basic than the inner tube 4.
  • the vertical axis of the graph indicates an arbitrary distance in the radial direction from the axial center of the straight portion 2 of the Al alloy tube, and the natural potential indicates the relative potential of each part.
  • the Al—Zn sacrificial layer 31 other than the joint 7 in the straight portion 2 of the Al alloy tube disappears.
  • the Al—Zn sacrificial layer 32 at the joint 7 of the straight portion 2 of the Al alloy pipe is preferentially corroded by the action of the natural potential difference between the torch brazing material 5 and the Al—Zn sacrificial layer 3. Turned out to be.
  • an Al alloy tube in which an Al—Zn sacrificial layer is provided on the outer surface of an inner tube made of an Al alloy is used.
  • a cladding layer, a Zn sprayed layer, a Zn plating layer, a Zn substitution treatment layer, or the like is used as the Al—Zn sacrificial layer.
  • a fitting part is produced by fitting the straight part 2 to the flare part 1 for all of the plurality of Al alloy tubes.
  • a fitting part is joined by brazing, such as a torch brazing, one by one or at a time.
  • a plurality of Al alloy tubes whose both end portions are flare portions and a plurality of Al alloy tubes whose both end portions are straight portions In this case, one straight portion of the fourth Al alloy tube is fitted to one flare portion of the third Al alloy tube, and then the other straight portion of the fourth Al alloy tube is connected to the first straight portion. 5 is fitted to one flare portion of the Al alloy tube, and this is repeated in sequence, and the straight portion 2 is fitted to the flare portion 1 for all of the plurality of Al alloy tubes to produce a fitting body. And a fitting part is joined by brazing, such as a torch brazing, one by one or at a time. Furthermore, these two forms may be mixed.
  • a fillet 5 that contacts the outer surface of the straight portion 2 and the inner surface of the flare portion 1 is provided.
  • 51 is an end face on the tip side of the flare portion 1 in the tube axis direction of the fillet 5
  • 511 is a portion where 51 is in contact with the outer surface of the straight portion 2.
  • 51 is referred to as a fillet end surface
  • 511 is referred to as a fillet end portion.
  • the Al—Zn sacrificial layer 3 is not provided in a predetermined portion on the fillet end face 51 side of the straight portion 2 that is not fitted in the flare portion 1.
  • the fillet end portion 511 is in contact with the end portion 33 on the fillet end surface 51 side of the Al—Zn sacrificial layer 3 provided on the outer surface of the straight portion 2 that is not fitted into the flare portion 1.
  • the fillet end 511 and the end 33 of the Al—Zn sacrificial layer are in contact with each other, so that the fillet 5 is protected by the Al—Zn sacrificial layer 3 and the corrosion resistance of the joint is further improved.
  • the strength of the joint 7 may be reduced due to corrosion around the fillet end 511. .
  • the fillet end portion 511 exists in a portion where the Al—Zn sacrificial layer 3 is not provided in the third embodiment where the Al—Zn sacrificial layer 3 is not provided. There is a possibility that the corrosion resistance of the fillet is lowered. Therefore, this first embodiment is preferred.
  • how to provide the Al—Zn sacrificial layer 3 in the first embodiment is not particularly limited, but the Al—Zn sacrificial layer 3 on the surface of the Al alloy tube in contact with the fillet 5 of the joint 7 is not limited.
  • a part of the Al—Zn sacrificial layer 3 on the surface of the tube material in contact with the fillet 5 by a method of mechanically removing a part or all of the material before brazing or an etching process using chemicals such as caustic soda. Alternatively, it is preferable to remove everything before brazing.
  • the Al—Zn sacrificial layer in contact with the fillet 5 is subjected to a treatment such as masking at the bonding location before the manufacturing process for coating Zn. A part or all of 3 may be omitted.
  • Form in which the fillet end exists on the surface of the Al—Zn sacrificial layer (second form) As shown in FIG. 5, the fillet 5 that contacts the outer surface of the straight portion 2 and the inner surface of the flare portion 1 is also provided in the second embodiment.
  • the Al—Zn sacrificial layer 3 is not provided on a part of the straight portion 2 that is inserted into the flare portion 1.
  • the fillet end portion 511 is present on the surface of the Al—Zn sacrificial layer 3 provided on the outer surface of the straight portion 2 that is not fitted into the flare portion 1.
  • the Al—Zn sacrificial layer is not provided on the outer surface of the straight portion in contact with the fillet, but such a portion is a straight portion in contact with the fillet. Or at least part of the outer surface of the surface. Note that, in the first embodiment and the second embodiment, when there is a portion where the Al—Zn sacrificial layer is not provided over the whole, both have the same configuration.
  • how to provide the Al—Zn sacrificial layer 3 is not particularly limited, and the same method as in the first embodiment as described above is used.
  • the installation range of the Al—Zn sacrificial layer 3 as follows. That is, the length in which the fillet 5 and the Al—Zn sacrificial layer 3 provided on the outer surface of the straight portion 2 are continuously in contact with each other along the tube axis direction from the fillet end portion 511 in the tube axis direction of the fillet 5.
  • the total length 6 is less than 60%. If it is less than 60%, the strength of the joint 7 can be maintained after the preferential corrosion is stopped by the Al—Zn sacrificial layer 3 in contact with the fillet 5.
  • the strength of the joint portion 7 cannot be maintained after the preferential corrosion by the Al—Zn sacrificial layer 3 is stopped, and there is a possibility that it breaks due to the pressure of the refrigerant flowing in the inner pipe.
  • the content is less than 60%, 0% is also included.
  • the Al—Zn sacrificial layer is not provided over the entire outer surface of the straight portion in contact with the fillet.
  • the fillet end exists in a portion where the Al—Zn sacrificial layer 3 is not provided (third form)
  • the fillet 5 that contacts the outer surface of the straight portion 2 and the inner surface of the flare portion 1 is also provided in the third embodiment.
  • the Al—Zn sacrificial layer is not provided on the outer surface of the straight portion in contact with the fillet. Such a portion is in contact with the fillet. It is at least a part of the outer surface of the straight portion, and may extend over the entire surface.
  • how to provide the Al—Zn sacrificial layer 3 is not particularly limited, and the same method as in the first embodiment as described above is used.
  • the installation range of the dissociated portion of the Al—Zn sacrificial layer 3 is expressed as follows. That is, the distance along the tube axis direction between the end of the Al—Zn sacrificial layer on the side where the fillet is not formed and the end of the fillet at the ends of the Al—Zn sacrificial layer at both ends of the dissociated portion is expressed as follows.
  • the total length along the tube axis direction is less than 60%. That is, in the partial view surrounded by the upper left square line in FIG. 6, the end portion on the fillet end face 51 side of the Al—Zn sacrificial layer 3 provided on the outer surface of the straight portion 2 that is not inserted into the flare portion 1.
  • the distance along the tube axis direction between 33 and the fillet end portion 511 is less than 60% with respect to the overall length 6 along the tube axis direction of the fillet 5. If it is less than 60%, preferential corrosion of the Al—Zn sacrificial layer 3 can be prevented, and corrosion due to pitting corrosion of the straight portion 2 other than the joint 7 can be prevented. On the other hand, if it is 60% or more, the sacrificial anticorrosive effect on the surface of the straight portion 2 other than the joint portion 7 cannot be exhibited, and corrosion due to pitting corrosion of the straight portion 2 proceeds and may penetrate at an early stage. Note that when the content is less than 60%, 0% is also included.
  • the Al—Zn sacrificial layer is not provided over the entire outer surface of the straight portion in contact with the fillet. Furthermore, because the dissociated portion from which the sacrificial layer has been removed is exposed, brazing can be performed while visually confirming the dissociated portion even in a brazing method in which the brazing material penetration amount such as hand brazing is likely to vary. The brazing material can be reliably turned to the gap.
  • the Zn concentration at the joining interface between the fillet 5 and the outer surface of the Al alloy pipe straight portion 2 where the Al—Zn sacrificial layer is not provided Is preferably less than 0.2% by mass. This Zn concentration may be 0% by mass. When the surface Zn concentration at the bonding interface is 0.2% by mass or more, corrosion proceeds preferentially from the Zn layer at the bonding interface, and there is a possibility that penetration may occur early.
  • This alloy composition contains Mn: 0.8 to 1.6% by mass, Cu: 0.1 to 0.8% by mass, Si: less than 0.7% by mass, Fe: less than 0.7% by mass, An alloy whose balance is made of Al and inevitable impurities is preferable. The role of each alloy element will be described below.
  • Mn is an element that greatly contributes to strength improvement. If the amount is less than 0.8% by mass, the effect is not sufficient. If the amount exceeds 1.6% by mass, the workability is lowered, and cracks and breaks tend to occur during processing.
  • Cu is an element that contributes to improving the strength by dissolving in an aluminum alloy. Further, when the fillet is in contact with the inner tube without the Al—Zn sacrificial layer at the joint, Cu in the inner tube diffuses in the fillet direction during torch brazing. Accordingly, the natural potential of the fillet portion becomes noble and the corrosion resistance is improved. If it is less than 0.1% by mass, the effect is not sufficient, and if it exceeds 0.8% by mass, the corrosion resistance decreases.
  • Si, Fe: Si and Fe are often mixed as impurities, but may be contained within the above concentration range. However, if the Si content is 0.7% by mass or more, the workability of the alloy is lowered, cracks and breaks are likely to occur during processing, and the corrosion resistance is lowered. With respect to Fe as well, if the content is 0.7% by mass or more, the corrosion resistance decreases.
  • Al—Zn Sacrificial Layer The Al—Zn sacrificial layer provided on the outer surface of the inner tube preferably contains 0.5% to 5.0% by mass of Zn, and the balance is preferably made of Al and inevitable impurities. Below, the role of Zn element is demonstrated. It should be noted that it is preferable to provide an Al—Zn sacrificial layer on the entire surface of the Al alloy tube to be joined, except where not provided as described above.
  • Zn is an element that contributes to improving the corrosion resistance. If the amount is less than 0.5% by mass, the effect is not sufficient. If the amount exceeds 5.0% by mass, the corrosion rate becomes too high, and the corrosion resistance is not improved.
  • Si and Fe may be mixed as impurities.
  • Si if it is less than 0.7 mass%, you may contain. However, if it is 0.7% by mass or more, the workability of the alloy is lowered, cracks and breaks are liable to occur during processing, and the corrosion resistance is lowered.
  • Fe may be contained as long as it is less than 0.7% by mass. However, if it is 0.7% by mass or more, the corrosion resistance is lowered.
  • the clad layer thickness is preferably 50 ⁇ m to 300 ⁇ m. If the clad layer thickness is less than 50 ⁇ m, the sacrificial anticorrosive effect of the clad layer may not be sufficiently exhibited in the R bend part or U bend part, and the penetrating life may be shortened.
  • Zn diffuses in the inner tube direction in the heat treatment process of the inner tube material and the clad material.
  • the diffusion distance of Zn is not particularly limited. However, when the diffusion distance is less than 50 ⁇ m, the sacrificial anticorrosive effect of the Al—Zn sacrificial layer is not sufficiently exhibited, and there is a possibility of penetrating early.
  • the spraying amount, the plating amount, and the Zn substitution amount are preferably 11 to 18 g / m 2 . If it is less than 11 g / m 2 , a sufficient sacrificial anode effect cannot be obtained, and if it exceeds 18 g / m 2 , the effect is saturated.
  • Torch brazing material in the present invention, is not particularly limited, but an Al-Si based alloy such as JIS 4045 or 4047 is preferably used.
  • Al alloy tube is produced as follows. Here, the case where the Al—Zn sacrificial layer is a cladding layer will be described. First, a combination billet is manufactured by covering the outer surface of a cylindrical inner tube with a skin sleeve serving as a cladding layer. The thickness of the skin sleeve is selected so as to obtain a desired cladding layer thickness. Next, the combined billet is soaked at 350 ° C. to 600 ° C. in a heating furnace.
  • the combination billet is inserted between the die and the ramnose and inserted into the container, and a mandrel having an outer diameter larger than the inner diameter of the core material is press-fitted with the die and the ramnose fixed, and the inner diameter of the inner pipe is expanded. Expel the air between the inner tube and skin. Further, the mandrel is fixed at a predetermined position, the hollow system is advanced, the combination billet is pushed out through a die, and a seamless hollow tube material is obtained. Finally, an Al alloy clad tube having a predetermined outer diameter and inner diameter is produced through a drawing process.
  • an inner tube is produced by extrusion molding, and a Zn sprayed layer is formed on the outer surface by thermal spraying, a Zn plated layer is formed by plating, or a Zn substituted treated layer is formed by a Zn substituted treated layer. May be formed.
  • Torch brazing The other Al alloy tube with the flux applied to the joint is inserted into the flare portion of one Al alloy tube with one end expanded. Next, a torch brazing material is placed at the joint, and both pipes are brazed and joined by torch brazing using a torch such as propane, air, or torch.
  • a torch such as propane, air, or torch.
  • the flux a fluoride-based flux or a cesium-based flux can be used.
  • a general method can be used for the torch brazing method.
  • the torch brazing condition is maintained for 3-8 seconds after reaching 600 ° C.
  • this time is less than 3 seconds, heat does not spread uniformly to the torch brazing part, so that the brazing material cannot completely erode the sacrificial material.
  • it exceeds 8 seconds the erosion of the brazing will become severe, and a smooth joint surface cannot be formed, resulting in poor brazing.
  • the brazing temperature is less than 600 ° C., the brazing is not sufficiently dissolved and brazing becomes incomplete. Therefore, the brazing condition was defined as holding for 3 to 8 seconds after reaching 600 ° C. (preferably at 600 to 645 ° C.).
  • a heat exchanger according to the present invention is obtained by joining the joined body of the above-described Al alloy pipe and the fin material.
  • the fin material JISA1200 alloy, JISA1100 alloy or the like is used.
  • the shape of the fin hole (burring shape) into which the joined body of the Al alloy pipe is inserted can be formed into a shape in which the joined body of the fin and the Al alloy pipe is brought into close contact.
  • a jig for expanding the pipe is pushed into the inside of the pipe, and the joined body of the Al alloy pipe is expanded and brought into close contact with the fin hole.
  • heat exchangers are manufactured by connecting Al alloy tubes with expanded tubes together with expanded U-tube components of the same structure, placing wire brazing at the joint, and torch brazing. Is done.
  • a core hollow billet of 148 mm ⁇ which is a cylindrical core material (outer diameter 370 mm, inner diameter 80 mm, length 9 mm) is used as the inner tube, and the outer shell material is used as the Al—Zn sacrificial layer.
  • the composition of each component is shown in Tables 1 and 2. After heating the outer shell material to 495 ° C., the outer shell material was covered on the outside of the core hollow billet at room temperature to obtain a two-layer clad hollow billet.
  • a two-layer clad hollow billet is indirectly extruded at 460 ° C. to form an extruded tube having an outer diameter of 45 mm and a wall thickness of 4.0 mm, and this extrusion tube is repeatedly subjected to drawing to form two layers having an outer diameter of 7 mm and a wall thickness of 0.8 mm.
  • a clad tube was obtained.
  • a part of the Al—Zn sacrificial layer 3 on the inner tube surface was mechanically removed in advance before brazing to form the first form.
  • contact in the form of the joint refers to this first form, and the fillet end, which is a part in contact with the outer surface of the straight part of the end face on the flare tip end side in the tube axis direction of the fillet, is straight. It means that it contacts the end of the Al—Zn sacrificial layer on the outer surface of the part.
  • overlap in the form of the joint means a form in which there is no portion where the Al—Zn sacrificial layer is not provided on the outer surface of the straight part in contact with the fillet.
  • the installation range in Tables 1 and 2 is that the fillet and the Al—Zn sacrificial layer provided on the outer surface of the straight portion are along the tube axis direction with respect to the overall length (B) along the tube axis direction of the fillet.
  • one tube material was expanded by flaring in the same manner as the actual heat exchanger joint, and the straight portion of the other tube material was inserted into the flared portion.
  • a joined specimen was prepared by torch brazing the joint using a wire brazing material (heating for 5 seconds after reaching 600 ° C.).
  • a corrosion test was conducted for 2000 hours in order to evaluate the corrosion resistance of the joint.
  • the evaluation method is to perform a pressure test of the joint specimen after the test, further observe the cross section of the joint, and if leak leakage occurs due to the pressure test, and / or the joint penetrates by corrosion in the cross section observation. “X” (failed) was assigned, and “ ⁇ ” (passed) was indicated when no leak leakage occurred in the pressure resistance test and the joint did not penetrate due to corrosion from cross-sectional observation.
  • the content of each element, the Zn concentration at the joining interface, and the form of the joined portion are within the ranges specified in the present invention.
  • the bending workability of the joint part and the corrosion resistance of the non-joint part and the joint part were good.
  • the content of each element, the Zn concentration at the joining interface, and the form of the joined portion are within the ranges specified in the present invention.
  • the bending workability of the joint part and the corrosion resistance of the non-joint part and the joint part were good.
  • the heat exchanger provided by the present invention which is an Al alloy tube joined body, and a combination of the joined body and the fin material, prevents the preferential corrosion of the brazed part and is excellent in the corrosion resistance of the joined part.

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Abstract

本発明は、内管の外表面に犠牲層を備えたＡｌ合金管のストレート部と他方のＡｌ合金管のフレア部とを嵌合して複数のＡｌ合金管をろう付けした接合体、及びこれを用いた熱交換器であって、ろう付け前において、ストレート部の外表面において犠牲層が設けられていない部分があり、ろう付け後において、ストレート部の外表面とフレア部の内表面に接するフィレットが形成されており、フィレットに接するストレート部の外表面において犠牲層が設けられていない部分があることにより、ろう付けすることによって得られる接合部の耐食性を向上させるという効果を奏する。

Description

Ａｌ合金管の接合体、ならびに、これを用いた熱交換器
　本発明は、ろう付けすることによって得られる接合部の耐食性を向上させたＡｌ合金管の接合体、ならびに、この接合体とフィン材とを組み合わせた熱交換器に関する。
　ラジエータ、コンデンサ、エバポレータ等をはじめとする自動車用アルミニウム製熱交換器は軽量化を目的として製造、使用されてきた。また、エアコンなどの空調設備においては、コスト面の観点から銅製の配管が使用されており、アルミニウム製配管は使用されていなかった。しかしながら、近年になって銅の価格高騰から銅よりもアルミニウムの方がコスト面で優れる情勢となり、銅に替わってアルミニウムを配管に使用した空調設備用の熱交換器が注目されている。
　家庭用エアコンの熱交換器は、従来は銅製のチューブのストレート部とアルミニウム製のフィン材を機械的拡管によって接合していた。チューブのストレート部とフィンを接合した後、ストレート端部の片方をフレア加工でさらに拡管、Ｒベンドと呼ばれる他方のＵ字部品の管材端部を挿入して、トーチろう付によって接合し熱交換器を作製するものである。
　チューブをアルミニウム合金に置き換えた熱交換器では、従来の銅製の熱交換器と比較して、高温多湿下で発生する孔食形態の腐食の問題が生じる。チューブのストレート部やフィンと接していないＲベンド部及びチューブの曲げ部の管材内面においては、フロンガスなどの気体を冷媒に使用するために腐食の懸念は無いが、外面では高温多湿の条件に曝された場合に、表面に孔食が発生し、それが進行すると貫通してしまう事故に繋がる可能性がある。
　自動車用熱交換器などでは、表面に純度９９．０％以上の純Ａｌ材を被覆した２層クラッド材、Ａｌ－１％Ｚｎ材を被覆したクラッド材、表面に純Ｚｎを溶射した溶射材が用いられる。これにより、表面に被覆された純Ａｌ、Ａｌ－１％Ｚｎ、純Ｚｎが犠牲陽極層として作用し、腐食による貫通を防止している。これらを家庭用エアコン用の熱交換器に応用することで、チューブのストレート部やフィンと接していないＲベンド部及びチューブの曲げ部の腐食による貫通を防止できることが判明した。
　しかしながら、表面に犠牲陽極材を用いたクラッド管や溶射管では、チューブのストレート部とＲベンド部間のトーチろう付部の接合部において、腐食による貫通漏れが発生する問題が生じた。図７に示すように、表面に設けた犠牲陽極層がトーチろう付部のろう材フィレットよりも腐食による溶解が発生しやすく、この部分が優先的に腐食してしまうことにより発生する。また、Ｚｎ溶射管の場合には、ろう材フィレットにＺｎ濃化層が形成されることによって腐食による貫通が発生する。図７において、１は端部が拡管された管材のフレア部、２はフレア部１に挿入された管材のストレート部、３はろう付部において優先的に腐食した犠牲陽極材、４は内管、５はろう材フィレット、７はフィレット５によって接合されている管材の接合部である。
　このような接合部の腐食を防止する手段として、特許文献１に記載のように、アルミニウム管体の接合部を、内側にろう材層又ははんだ層を設けたスリーブによって囲繞した後に加熱接合することが考えられる。この方法では接合部分の長さが長くなることで貫通漏れまでの時間を延ばすことができるが、犠牲材の優先腐食を完全に防止することはできない。またこの方法を用いると、接合部分にスリーブを接続するため、部品点数及び工数の増加につながりコストが増加する問題がある。
　また、接合部の腐食を防止する他の手段として、特許文献２及び３に記載のように、Ｚｎを１．０～２．０％添加したろう材を用いて、アルミニウム管同士をトーチろう付によって接合し、接合部のろう材フィレットとＡｌ－Ｚｎ犠牲層を一体化させて優先腐食を防止する方法が考えられる。しかしながら、Ａｌ－Ｚｎ犠牲層の優先腐食を防止できても、ろう材フィレット自体の腐食速度も増加させてしまうため、接合部自体の耐食性の向上に寄与できない可能性がある。
特開昭５８－１６３５７２号公報 特開２０１０－２２１２５６号公報 特開２０１０－２４０６９６号公報
　本発明は上記課題に鑑み、鋭意研究を行った結果なされたもので、ろう付けすることによって得られる接合体であって、ろう付部の優先腐食を防止してろう付部の貫通漏れが発生しない耐食性に優れたＡｌ合金接合体、ならびに、この接合体とフィン材とを組み合わせた熱交換器を提供するものである。
　本発明は請求項１において、両端部がストレート部又はフレア部のいずれかからなる複数のＡｌ合金管を用い、内管の外表面にＡｌ-Ｚｎ犠牲層を備えた一方のＡｌ合金管のストレート部と他方のＡｌ合金管のフレア部とを嵌合して複数のＡｌ合金管をろう付けした接合体であって、
　ろう付け前の状態において、前記ストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分があり、
　ろう付け後の状態において、前記ストレート部の外表面とフレア部の内表面に接するフィレットが形成されており、当該フィレットに接するストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分があることを特徴とするＡｌ合金管の接合体とした。
　本発明は請求項２において、両端部がストレート部又はフレア部のいずれかからなる複数のＡｌ合金管を用い、内管の外表面にＡｌ-Ｚｎ犠牲層を備えた一方のＡｌ合金管のストレート部と他方のＡｌ合金管のフレア部とを嵌合して複数のＡｌ合金管をろう付けした接合体であって、
　ろう付け前の状態において、前記ストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分があり、
　ろう付け後の状態において、前記ストレート部の外表面とフレア部の内表面に接するフィレットが形成されており、当該フィレットに接するストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分があり、前記フィレットの管軸方向におけるフレア部先端側でストレート部の外表面と接するフィレット端部が、ストレート部の外表面のＡｌ-Ｚｎ犠牲層の端部に接していることを特徴とするＡｌ合金管の接合体とした。
　本発明は請求項３において、両端部がストレート部又はフレア部のいずれかからなる複数のＡｌ合金管を用い、内管の外表面にＡｌ-Ｚｎ犠牲層を備えた一方のＡｌ合金管のストレート部と他方のＡｌ合金管のフレア部とを嵌合して複数のＡｌ合金管をろう付けした接合体であって、
　ろう付け前の状態において、前記ストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分があり、
　ろう付け後の状態において、前記ストレート部の外表面とフレア部の内表面に接するフィレットが形成されており、当該フィレットに接するストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分があり、
　ろう付け後の状態において、前記ストレート部の外表面とフレア部の内表面に接するフィレットが形成されており、当該フィレットに接するストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分があり、前記フィレットの管軸方向におけるフレア部先端側でストレート部の外表面と接するフィレット端部が、ストレート部の外表面のＡｌ-Ｚｎ犠牲層の表面に接しており、前記フィレット端部からフィレットとストレート部の外表面に設けたＡｌ-Ｚｎ犠牲層とが管軸方向に沿って連続して接している長さが、フィレットの管軸方向に沿った全体長さの６０％未満であることを特徴とするＡｌ合金管の接合体とした。
　本発明は請求項４において、両端部がストレート部又はフレア部のいずれかからなる複数のＡｌ合金管を用い、内管の外表面にＡｌ-Ｚｎ犠牲層を備えた一方のＡｌ合金管のストレート部と他方のＡｌ合金管のフレア部とを嵌合して複数のＡｌ合金管をろう付けした接合体であって、
　ろう付け前の状態において、前記ストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分があり、
　ろう付け後の状態において、前記ストレート部の外表面とフレア部の内表面に接するフィレットが形成されており、当該フィレットに接するストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分があり、
　ろう付け後の状態において、前記ストレート部の外表面とフレア部の内表面に接するフィレットが形成されており、当該フィレットに接するストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分があり、前記フィレットの管軸方向におけるフレア部先端側でストレート部の外表面と接するフィレット端部が、ストレート部の外表面のＡｌ-Ｚｎ犠牲層の設けられていない部分において内管の表面に接しており、前記Ａｌ-Ｚｎ犠牲層の設けられていない部分の両端にあるＡｌ-Ｚｎ犠牲層の端部のうちフィレットの形成されていない側のＡｌ-Ｚｎ犠牲層端部と前記フィレット端部との管軸方向に沿った距離が、フィレットの管軸方向に沿った全体長さの６０％未満であることを特徴とするＡｌ合金管の接合体とした。
　本発明は請求項５では請求項１～４のいずれか一項において、前記Ａｌ合金管の内管が、Ｍｎ：０．８～１．６質量％、Ｃｕ：０．１～０．８質量％、Ｓｉ：０．７質量％未満、Ｆｅ：０．７質量％未満を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなり、当該内管の外表面にＺｎ：０．５～５．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられているものとした。
　本発明は請求項６では請求項１～５のいずれか一項において、前記フィレットとストレート部のＡｌ-Ｚｎ犠牲層の設けられていない外表面との接合界面におけるＺｎ濃度を０．２質量％未満とした。更に本発明の請求項７では、請求項１～６のいずれか一項に記載のＡｌ合金管の接合体とフィン材とを接合した熱交換器とした。
　本発明により、ろう付けすることによって得られる接合体であって、従来のＡｌ合金接合体よりもろう付部の優先腐食が防止され、接合部の耐食性に優れるＡｌ合金管の接合体、ならびに、この接合体とフィン材とを組み合わせた熱交換器が提供され、これらは工業上顕著な効果を奏する。
本発明に係る接合方法を示す断面図である。 犠牲陽極層の優先腐食が発生する際の電位状態を示す接合部の断面図である。 犠牲陽極層の優先腐食の進行を模式的に示す接合部の断面図である。 本発明における接合部の第１形態を模式的に示す接合体の断面図である。 本発明における接合部の第２形態を模式的に示す接合体の断面図である。 本発明における接合部の第３形態を模式的に示す接合体の断面図である。 従来技術における犠牲陽極層の優先腐食を示す接合部の断面部である。
Ａ．貫通漏れ現象のメカニズム
　本発明者らは、Ａｌ－Ｚｎ犠牲層を設けたＡｌ合金管をトーチろう付けによって接合した場合に、接合部においてＡｌ－Ｚｎ犠牲層が優先腐食して貫通漏れに至る現象についてメカニズムを検討した。具体的には図１に示すように、端部をフレア加工にて拡管した一方のＡｌ合金管のフレア部１に他方のＡｌ合金管のストレート部２を挿入して、トーチろう材５を用いてトーチろう付けによって両管を接合する場合について検討した。ここで、フレア部１、ストレート部２の内管４の外面に形成された層３は、Ａｌ－Ｚｎ犠牲層を表す。
　Ａｌ－Ｚｎ犠牲層を設けたＡｌ合金管において貫通漏れに至る現象は、図２に示すように、接合部７においてＡｌ－Ｚｎ犠牲層３の自然電位が、トーチろう材５及びＡｌ合金管の内管４より卑であることに起因する。図２において、グラフの縦軸は、Ａｌ合金管のストレート部２の軸中心から半径方向への任意距離を示し、自然電位は、各部位の相対的な電位を示す。そして、図３に模式的に示すように、腐食が進行した腐食中期では、Ａｌ合金管のストレート部２における接合部７以外のＡｌ－Ｚｎ犠牲層３１が消失する。更に腐食が進行した腐食後期では、トーチろう材５とＡｌ－Ｚｎ犠牲層３の自然電位差の作用によって、Ａｌ合金管のストレート部２の接合部７におけるＡｌ－Ｚｎ犠牲層３２が優先的に腐食することが判明した。
　本発明者らは、鋭意研究の結果、このトーチろう付部で発生するＡｌ－Ｚｎ犠牲層の優先腐食を防止する根本的対策として、Ａｌ－Ｚｎ犠牲層を設けたＡｌ合金管における貫通漏れに対しては、接合部７にＡｌ－Ｚｎ犠牲層を存在させない部分を設けることが有効であることを見出した。
　本発明においては、Ａｌ合金からなる内管の外表面にＡｌ－Ｚｎ犠牲層を設けたＡｌ合金管が用いられる。Ａｌ－Ｚｎ犠牲層としては、クラッド層、Ｚｎ溶射層、Ｚｎめっき層、Ｚｎ置換処理層等が用いられる。
Ｂ．接合体の形態
　両端部がストレート部２又はストレート部２からなる複数のＡｌ合金管を用いてこれらを接合するものである。図４に示すように、一方の端部をフレア部１とし他方の端部をストレート部２としたＡｌ合金管を複数用いて、第１のＡｌ合金管のストレート部２を第２のＡｌ合金管のフレア部１に嵌合させ、次いで、第２のＡｌ合金管のストレート部２を第３のＡｌ合金管のフレア部１に嵌合させる。これを順次繰り返して、複数のＡｌ合金管の全てについてストレート部２をフレア部１に嵌合させて嵌合体を作製する。そして、嵌合部分を順次又は一挙にトーチろう付け等のろう付けによって接合して接合体とするものである。
　また、これに代わって、両端部がフレア部からなる複数のＡｌ合金管と、両端部がストレート部からなる複数のＡｌ合金管を用いることもできる。この場合には、第３のＡｌ合金管の一方のフレア部に第４のＡｌ合金管の一方のストレート部を嵌合し、次いで、この第４のＡｌ合金管の他方のストレート部を、第５のＡｌ合金管の一方のフレア部に嵌合し、これを順次繰り返して、複数のＡｌ合金管の全てについてストレート部２をフレア部１に嵌合させて嵌合体を作製する。そして、嵌合部分を順次又は一挙にトーチろう付け等のろう付けによって接合して接合体とするものである。更に、これら二つの形態が混在した形態としても良い。
Ｃ．接合部の形態
　次に、接合部の具体的な形態について説明する。
Ｃ－１．フィレット端部がＡｌ-Ｚｎ犠牲層の端部に接している形態（第１形態）
　図４に示すように、この第１形態では、ストレート部２の外表面とフレア部１の内表面に接するフィレット５が設けられる。図中において５１は、フィレット５の管軸方向におけるフレア部１先端側の端面であり、５１１は、５１がストレート部２の外表面と接する部位である。以下において、５１をフィレット端面、５１１をフィレット端部と記す。また、フレア部１内に嵌入されていないストレート部２のうちフィレット端面５１側の所定部分には、Ａｌ-Ｚｎ犠牲層３が設けられていない。そして、フィレット端部５１１は、フレア部１内に嵌入されていないストレート部２の外表面に設けられたＡｌ-Ｚｎ犠牲層３のフィレット端面５１側の端部３３と接している。この第１形態では、フィレットに接するストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分を存在させるが、このような部分は、フィレットに接するストレート部の外表面の少なくとも一部であり、全体にわたってもよい。このように、Ａｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分が全体にわたっている場合には、一部の場合に比べてＡｌ-Ｚｎ犠牲層除去の加工が容易になる。このことは、第２、３形態においても同様である。
　この第１形態では、フィレット端部５１１とＡｌ－Ｚｎ犠牲層の端部３３が接していることにより、フィレット５がＡｌ－Ｚｎ犠牲層３によって防食され接合部の耐食性がさらに向上する。後述するところの、フィレット端部５１１がＡｌ－Ｚｎ犠牲層３の表面に存在している第２形態では、フィレット端部５１１の周辺が腐食することで接合部７の強度が低下するおそれがある。また、同じく後述するところの、フィレット端部５１１がＡｌ-Ｚｎ犠牲層３が設けられていない部分に存在している第３形態では、Ａｌ-Ｚｎ犠牲層３の設けられていない部分に存在するフィレットの耐食性が低下するおそれがある。従って、この第１実施様態が好ましい。
　また、この第１形態においてＡｌ－Ｚｎ犠牲層３をどのように設けるのかについては特に制限されるものではないが、接合部７のフィレット５に接するＡｌ合金管表面のＡｌ－Ｚｎ犠牲層３の一部又は全てをろう付前にあらかじめ機械的に除去する方法や、苛性ソーダなどをはじめとする化学薬品を用いたエッチング処理などによって、フィレット５と接する管材表面のＡｌ－Ｚｎ犠牲層３の一部又は全てをろう付前にあらかじめ除去しておくのが好ましい。また、Ｚｎ溶射管やＺｎめっきした管、Ｚｎ置換処理を施した管材であれば、Ｚｎを被覆する製造工程前に接合該当箇所にマスキングなどの処理を施し、フィレット５に接するＡｌ－Ｚｎ犠牲層３の一部又は全てを設けないようにしても良い。
Ｃ－２．フィレット端部がＡｌ-Ｚｎ犠牲層の表面に存在している形態（第２形態）
　図５に示すように、この第２形態においても、ストレート部２の外表面とフレア部１の内表面に接するフィレット５が設けられる。この形態では、ストレート部２のうちフレア部１内に嵌入されている部分の一部には、Ａｌ-Ｚｎ犠牲層３が設けられていない。そして、フィレット端部５１１は、フレア部１内に嵌入されていないストレート部２の外表面に設けられたＡｌ-Ｚｎ犠牲層３の表面に存在している。この第２形態においても上記第１形態と同様に、フィレットに接するストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分を存在させるが、このような部分は、フィレットに接するストレート部の外表面の少なくとも一部であり、全体にわたってもよい。なお、第１形態及び第２形態において、全体にわたってＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分が存在する場合には両者は同じ形態となる。
　また、この第２形態においてもＡｌ－Ｚｎ犠牲層３をどのように設けるのかについては特に制限されるものではなく、上述のような第１形態におけるのと同様の方法が用いられる。
　この第２形態においては、Ａｌ－Ｚｎ犠牲層３の設置範囲について、以下のように設定するのが好ましい。すなわち、フィレット端部５１１からフィレット５とストレート部２の外表面に設けたＡｌ-Ｚｎ犠牲層３とが管軸方向に沿って連続して接している長さが、フィレット５の管軸方向に沿った全体長さ６に対して、６０％未満とするものである。６０％未満であれば、フィレット５と接するＡｌ－Ｚｎ犠牲層３による優先腐食の停止後において、接合部７の強度が維持できる。６０％以上では、Ａｌ－Ｚｎ犠牲層３による優先腐食の停止後において接合部７の強度が維持できず、内管を流れる冷媒の圧力で破断するおそれがある。なお、６０％未満とすることにより０％も含まれ、この場合は、フィレットに接するストレート部の外表面全体にわたってＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない。
Ｃ－３．フィレット端部がＡｌ-Ｚｎ犠牲層３の設けられていない部分に存在している形態（第３形態）
　図６に示すように、この第３形態においても、ストレート部２の外表面とフレア部１の内表面に接するフィレット５が設けられる。この形態では、ストレート部２の一部にＡｌ-Ｚｎ犠牲層３が設けられていない部分（乖離部分）があり、フィレット端部５１１は、この乖離部分において内管４と接している。この第３形態においても上記第１、２形態と同様に、フィレットに接するストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分を存在させるが、このような部分は、フィレットに接するストレート部の外表面の少なくとも一部であり、全体にわたってもよい。
　また、この第３形態においてもＡｌ－Ｚｎ犠牲層３をどのように設けるのかについては特に制限されるものではなく、上述のような第１形態におけるのと同様の方法が用いられる。
　この第３形態においては、Ａｌ-Ｚｎ犠牲層３の乖離部分の設置範囲について、以下のように設定するのが好ましい。すなわち、乖離部分の両端にあるＡｌ-Ｚｎ犠牲層の端部のうちフィレットが形成されていない側のＡｌ-Ｚｎ犠牲層端部とフィレット端部との管軸方向に沿った距離を、フィレットの管軸方向に沿った全体長さの６０％未満とするものである。すなわち、図６の左上の四角線で囲まれた部分図において、フレア部１内に嵌入されていないストレート部２の外表面に設けられたＡｌ-Ｚｎ犠牲層３のフィレット端面５１側の端部３３とフィレット端部５１１との管軸方向に沿った距離を、フィレット５の管軸方向に沿った全体長さ６に対して、６０％未満とするものである。６０％未満であれば、Ａｌ－Ｚｎ犠牲層３の優先腐食も防止でき、また接合部７以外のストレート部２の孔食による腐食も防止できる。一方、６０％以上では、接合部７以外のストレート２部表面の犠牲防食効果が発揮できず、ストレート部２の孔食による腐食が進行し、早期に貫通してしまう可能性がある。なお、６０％未満とすることにより０％も含まれ、この場合は、フィレットに接するストレート部の外表面全体にわたってＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない。
　更に、犠牲層が除去された乖離部分が露出している構成により、手ろう付けのようなろう材浸透量がバラツキ易いろう付け方法においても、乖離部分を目視確認しながらろう付けができるため、乖離部分に確実にろう材を回すことができる。
Ｄ．フィレットとＡｌ合金管との接合界面
　本発明に係るＡｌ合金管の接合体では、フィレット５とＡｌ合金管ストレート部２のＡｌ－Ｚｎ犠牲層が設けられていない外表面との接合界面におけるＺｎ濃度が０．２質量％未満であることが望ましい。このＺｎ濃度は０質量％であってもよい。接合界面の表面Ｚｎ濃度が０．２質量％以上では、接合界面のＺｎ層から優先的に腐食が進行し、早期に貫通してしまうおそれがある。
Ｅ．内管
　次に、Ａｌ合金管の内管の合金組成について述べる。この合金組成は、Ｍｎ：０．８～１．６質量％、Ｃｕ：０．１～０．８質量％、Ｓｉ：０．７質量％未満、Ｆｅ：０．７質量％未満を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる合金が好ましい。以下に、前記各合金元素の役割について説明する。
Ｍｎ：
　Ｍｎは、強度向上に大きく寄与する元素である。０．８質量％未満では、その効果が十分でなく、１．６質量％を超えると加工性が低下し、加工時に割れや破断が生じ易くなる。
Ｃｕ：
　Ｃｕは、アルミニウム合金中に固溶して強度を向上させるのに寄与する元素である。また、接合部においてフィレットがＡｌ－Ｚｎ犠牲層の無い内管と接している場合、トーチろう付の際に内管のＣｕがフィレット方向に拡散する。それよってフィレット部の自然電位が貴化し耐食性が向上する。０．１質量％未満ではその効果が十分でなく、０．８質量％を超えると耐食性が低下する。
Ｓｉ、Ｆｅ：
　Ｓｉ及びＦｅは不純物として混入することが多いが、上記の濃度範囲であれば含有していてもかまわない。しかしながら、Ｓｉの含有量が０．７質量％以上では、合金の加工性が低下し、加工時に割れや破断が生じ易くなり、また耐食性が低下する。Ｆｅについても含有量が０．７質量％以上では耐食性が低下する。
Ｆ．Ａｌ－Ｚｎ犠牲層
　内管の外表面に設けられたＡｌ-Ｚｎ犠牲層は、Ｚｎ：０．５～５．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からのが好ましい。以下に、Ｚｎ元素の役割について説明する。なお、上述のように敢えて設けない箇所を除いて、接合すべきＡｌ合金管の全表面には、Ａｌ－Ｚｎ犠牲層を設けるのが好ましい。
Ｚｎ：
　Ｚｎは、耐食性を向上させるのに寄与する元素である。０．５質量％未満ではその効果が十分でなく、５．０質量％を超えると腐食速度が大きくなり過ぎてしまい、耐食性の向上に寄与しない
　Ｚｎの他に、不純物としてＳｉやＦｅが混入する場合がある。Ｓｉにおいては、０．７質量％未満であれば含有してもかまわない。しかしながら、０．７質量％以上では、合金の加工性が低下し、加工時に割れや破断が生じ易くなり、また耐食性が低下する。Ｆｅにおいても、０．７質量％未満であれば含有していてもかまわない。しかしながら、０．７質量％以上では耐食性が低下する。
　Ａｌ－Ｚｎ犠牲層がクラッド層の場合、クラッド層厚さは、５０μｍ～３００μｍとするのが好ましい。クラッド層厚さが５０μｍ未満であると、Ｒベンド部やＵベンド部においてクラッド層の犠牲防食効果が十分に発揮されず貫通寿命が短くなる場合がある。
　また、内管材料とクラッド材の熱処理工程においてＺｎが内管方向へ拡散する。本発明では、このＺｎの拡散距離については特に限定されるものではない。しかしながら、拡散距離が５０μｍ未満であると、Ａｌ-Ｚｎ犠牲層の犠牲防食効果が十分に発揮されず早期に貫通するおそれがある。
　Ａｌ－Ｚｎ犠牲層がＺｎ溶射層、Ｚｎめっき層、Ｚｎ置換処理層の場合、溶射量、めっき量、Ｚｎ置換量は、１１～１８ｇ／ｍ２とするのが好ましい。１１ｇ／ｍ２未満では、十分な犠牲陽極効果が得られず、１８ｇ／ｍ２を超えてもその効果は飽和してしまうからである。
Ｇ．トーチろう材
　本発明において、ろう付に用いるろう材の合金組成については特に限定されるものではないが、ＪＩＳ４０４５や４０４７などのＡｌ－Ｓｉ系合金が好適に用いられる。
Ｈ．Ａｌ合金管の作製
　Ａｌ合金管は以下のようにして作製される。ここでは、Ａｌ－Ｚｎ犠牲層がクラッド層の場合について説明する。まず、円筒状の内管の外面にクラッド層となる皮材スリーブを被せて、組み合わせビレットを作製する。所望のクラッド層厚さになるように、皮材スリーブの厚さを選定する。次いで、組み合わせビレットを加熱炉で３５０℃～６００℃に均熱する。次いで、組み合わせビレットをダイスとラムノーズ間に狭持してコンテナ内に挿入し、ダイスとラムノーズを固定した状態で芯材内径より大きな外径をもつマンドレルを圧入し、内管の内径を拡管して内管と皮材間の空気を追い出す。更に、マンドレルを所定の位置に固定して、ホローシステムを前進させダイスを通して組み合わせビレットを押し出し、継ぎ目無しの中空管材とするものである。最後に、抽伸工程を経て所定の外径と内径を有するＡｌ合金クラッド管を作製する。
　これに代わって、押し出し成形によって内管を作製し、その外面に溶射によってＺｎ溶射層を形成しても、めっきによってＺｎめっき層を形成しても、或いは、Ｚｎ置換処理層によってＺｎ置換処理層を形成しても良い。
Ｉ．トーチろう付け
　一端を拡管した一方のＡｌ合金管のフレアー部に、接合部にフラックスを塗布した他方のＡｌ合金管を挿入する。次いで、接合部にトーチろう材を配置し、プロパン・エアー・トーチ等のトーチを用いたトーチろう付けによって両管をろう付け接合する。フラックスには、フッ化物系フラックス、セシウム系フラックスを用いることができる。このように、トーチろう付け方法は、一般的な方法を用いることができる。
　トーチろう付けの条件は、６００℃に到達してから３～８秒保持される。この時間が３秒未満の場合には、トーチろう付け部に均一に熱がいきわたらないため、ろう材が犠牲材を完全に侵食できない。一方、８秒を超えるとろうの侵食が激しくなり円滑な接合面が形成できなくなり、ろう付け性が劣る。また、ろう付け温度が６００℃未満であると、ろうの溶解が不十分でろう付けが不完全となる。従ってろう付け条件は、６００℃に到達してから（好ましくは６００～６４５℃で）３～８秒保持と規定した。
Ｊ．熱交換器の作製
　本発明に係る熱交換器は、上述のＡｌ合金管の接合体とフィン材とを接合することによって得られる。フィン材としては、ＪＩＳＡ１２００合金やＪＩＳＡ１１００合金等が用いられる。これらの合金を用いることでＡｌ合金管の接合体を入れるフィン穴の形状（バーリング形状）を、フィンとＡｌ合金管の接合体を密着させる形状に成型できる。これらＡｌ合金管の接合体とフィン材と組み合わせて、拡管用の治具を管内部に押し込み、Ａｌ合金管の接合体を広げフィン穴と密着させ接合する。この後に、拡管用の治具を入れたＡｌ合金管同士を、拡管した同構成のＵ字管の部品でつなぎ、接合部にワイヤーろうを配置してトーチろう付けすることによって熱交換器が製造される。
　次に本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。
本発明例１～１８及び比較例１９～２７
　まず、上記第１形態の例について説明する。各種評価には外径φは７ｍｍ、全肉厚ｔは０．８ｍｍ、クラッド率は２０％、すなわちクラッド厚さは１６０μｍの２層クラッド管を用いた。
　まず、２層クラッド管の製造法の実施例について説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。本発明例の２層クラッドの中空ビレットには、内管として円筒状芯材（外径３７０ｍｍ、内径８０ｍｍ、長さ９ｍｍ）である１４８ｍｍφの芯材中空ビレットを、Ａｌ－Ｚｎ犠牲層として外皮材を用いた。各成分組成を表１、２に示す。外皮材を４９５℃に加熱後、常温の芯材中空ビレットの外側に外皮材を被せ、２層クラッドの中空ビレットを得た。２層クラッドの中空ビレットを４６０℃で間接押出し、外径４５ｍｍ、肉厚４．０ｍｍの押出管とし、この押出管に引抜加工を繰返し施して、外径７ｍｍ、肉厚０．８ｍｍの２層クラッド管を得た。なお、内管表面のＡｌ－Ｚｎ犠牲層３の一部を、ろう付前にあらかじめ機械的に除去して第１形態を形成した。表１で、接合部の形態における「接触」とはこの第１形態を指し、フィレットの管軸方向におけるフレア部先端側の端面のストレート部の外表面と接する部位であるフィレット端部が、ストレート部の外表面のＡｌ-Ｚｎ犠牲層の端部に接していることを意味する。また、表２で接合部の形態における「重複」とは、フィレットに接するストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分が存在しない形態を意味する。また、表１、２の設置範囲とは、フィレットの管軸方向に沿った全体長さ（Ｂ）に対する、フィレットとストレート部の外表面に設けたＡｌ-Ｚｎ犠牲層とが管軸方向に沿って接している長さ（Ａ）の比を意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　これらの管を用いて、実際の熱交換器の接合部分と同じように、一方の管材をフレア加工で拡管し、このフレア部に他方の管材のストレート部を挿入した。次いで、ワイヤーろう材を用いて接合部分をトーチろう付して（６００℃に到達してから５秒間加熱）接合体試験片を作製した。
　このようにして作製した各試験片の特性を、以下の（ａ）～（ｃ）の試験により評価した。
（ａ）非接合部の曲げ加工性を評価するために，曲げ加工を行った際の非接合部の状態を目視で観察した。目視による観察で不具合の無いものを「○」（合格）、割れや破断などの不具合があったものを「×」（不合格）とした。
（ｂ）非接合部の耐食性を評価するために、腐食試験を２０００時間行った。評価方法は、試験後に光学顕微鏡観察により非接合部の最大孔食深さを測定し、２０００時間で貫通しているものを「×」（不合格）、貫通していないものを「○」（合格）とした。
（ｃ）接合部の耐食性を評価するために、腐食試験を２０００時間行った。評価方法は、試験後に接合試験片の耐圧試験を行い、さらに接合部の断面観察を行い、耐圧試験によるリーク漏れが生じている場合、及び／又は、断面観察で接合部が腐食で貫通しているものを「×」（不合格）とし、耐圧試験でリーク漏れが生じておらず、かつ、断面観察から接合部が腐食で貫通していない場合を「○」（合格）とした。
　評価結果を、表１、２に示す。
　表１に示すように、本発明例１～１８の接合体では、各元素の含有量、接合界面におけるＺｎ濃度、ならびに、接合部の形態を本願発明にて規定した範囲内であるため、非接合部の曲げ加工性、非接合部及び接合部の耐食性が良好であった。
　これに対して表２に示すように、比較例１９～２７では、フィレットに接するストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分が存在しなかったため、非接合部の曲げ加工性、非接合部及び接合部の耐食性の少なくともいずれかが不合格であった。
本発明例２８～４８及び比較例４９～６４
　次に、上記第２形態の例について説明する。評価に用いた材料及び形状、材料の製造方法、ろう付方法、ならびに、評価方法は第１形態と同じである。また、内管表面のＡｌ－Ｚｎ犠牲層の一部を、ろう付前にあらかじめ機械的に除去して第２形態を形成した。
　なお、表３、４で、接合部の形態における「重複」とはこの第２形態を指し、フィレットの管軸方向におけるフレア部先端側の端面のストレート部の外表面と接する部位であるフィレット端部が、ストレート部の外表面のＡｌ-Ｚｎ犠牲層の表面に接していることを意味する。また、表３、４の設置範囲とは、フィレットの管軸方向に沿った全体長さ（Ｂ）に対する、フィレット端部からフィレットとストレート部の外表面に設けたＡｌ-Ｚｎ犠牲層とが管軸方向に沿って連続して接している長さ（Ａ）の比を意味する。
表１、２におけるのと同じである。結果を表３、４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表３に示すように、本発明例２８～４８の接合体では、各元素の含有量、接合界面におけるＺｎ濃度、ならびに、接合部の形態を本願発明にて規定した範囲内としたため、非接合部の曲げ加工性、非接合部及び接合部の耐食性が良好であった。
　これに対して表４に示すように、比較例４９～６４では、フィレットに接するストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分が存在するものの、設置範囲が６０％を超えていたため、非接合部の曲げ加工性、非接合部及び接合部の耐食性の少なくともいずれかが不合格であった。
本発明例６５～８５及び比較例８６～１０１
　更に、上記第３形態の例について説明する。評価に用いた材料及び形状、材料の製造方法、ろう付方法、ならびに、評価方法は第１形態及び第２形態と同じである。また、内管表面のＡｌ－Ｚｎ犠牲層の一部を、ろう付前にあらかじめ機械的に除去して第３形態を形成した。
　なお、表５、６で、接合部の形態における「乖離」とはこの第３形態を指し、フィレットの管軸方向におけるフレア部先端側の端面のストレート部の外表面と接する部位であるフィレット端部が、ストレート部の外表面のＡｌ-Ｚｎ犠牲層の乖離部分においてＡｌ合金管の内管の表面に接していることを意味する。また、表５、６で「設置範囲」とは、フィレットの管軸方向に沿った全体長さ（Ｂ）に対する、乖離部分の両端にあるＡｌ-Ｚｎ犠牲層の端部のうちフィレットが形成されていない側のＡｌ-Ｚｎ犠牲層端部とフィレット端部との管軸方向に沿った距離（Ａ）の比を意味する。結果を表５、６に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　表５に示すように、本発明例６５～８５の接合体では、各元素の含有量、接合界面におけるＺｎ濃度、ならびに、接合部の形態が本願発明にて規定した範囲内であるため、非接合部の曲げ加工性、非接合部及び接合部の耐食性が良好であった。
　これに対して表６に示すように、比較例８６～１０１では、フィレットに接するストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分が存在するものの、設置範囲が６０％を超えていたため、非接合部の曲げ加工性、非接合部及び接合部の耐食性の少なくともいずれかが不合格であった。
　本発明により提供される、Ａｌ合金管の接合体、この接合体とフィン材とを組み合わせた熱交換器は、ろう付部の優先腐食が防止され、接合部の耐食性に優れる。
　１・・・フレア部
　２・・・ストレート部
　３・・・クラッド層、Ｚｎ溶射層、Ｚｎめっき層、Ｚｎ置換処理層
　３１・・・Ａｌ－Ｚｎ犠牲層
　３２・・・Ａｌ－Ｚｎ犠牲層
　３３・・・Ａｌ-Ｚｎ犠牲層のフィレット端面側の端部
　４・・・内管
　５・・・トーチろう材、ろう材フィレット
　５１・・・フィレットの管軸方向におけるフレア部先端側の端面
　５１１・・・フィレットの管軸方向におけるフレア部先端側の端面がストレート部の外表面と接する部位
　６・・・フィレットの管軸方向に沿った全体長さ
　７・・・接合部

Claims (7)

  1. 　両端部がストレート部又はフレア部のいずれかからなる複数のＡｌ合金管を用い、内管の外表面にＡｌ-Ｚｎ犠牲層を備えた一方のＡｌ合金管のストレート部と他方のＡｌ合金管のフレア部とを嵌合して複数のＡｌ合金管をろう付けした接合体であって、
    　ろう付け前の状態において、前記ストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分があり、
    　ろう付け後の状態において、前記ストレート部の外表面とフレア部の内表面に接するフィレットが形成されており、当該フィレットに接するストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分があることを特徴とするＡｌ合金管の接合体。
  2. 　両端部がストレート部又はフレア部のいずれかからなる複数のＡｌ合金管を用い、内管の外表面にＡｌ-Ｚｎ犠牲層を備えた一方のＡｌ合金管のストレート部と他方のＡｌ合金管のフレア部とを嵌合して複数のＡｌ合金管をろう付けした接合体であって、
    　ろう付け前の状態において、前記ストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分があり、
    　ろう付け後の状態において、前記ストレート部の外表面とフレア部の内表面に接するフィレットが形成されており、当該フィレットに接するストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分があり、前記フィレットの管軸方向におけるフレア部先端側でストレート部の外表面と接するフィレット端部が、ストレート部の外表面のＡｌ-Ｚｎ犠牲層の端部に接していることを特徴とするＡｌ合金管の接合体。
  3. 　両端部がストレート部又はフレア部のいずれかからなる複数のＡｌ合金管を用い、内管の外表面にＡｌ-Ｚｎ犠牲層を備えた一方のＡｌ合金管のストレート部と他方のＡｌ合金管のフレア部とを嵌合して複数のＡｌ合金管をろう付けした接合体であって、
    　ろう付け前の状態において、前記ストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分があり、
    　ろう付け後の状態において、前記ストレート部の外表面とフレア部の内表面に接するフィレットが形成されており、当該フィレットに接するストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分があり、
    　ろう付け後の状態において、前記ストレート部の外表面とフレア部の内表面に接するフィレットが形成されており、当該フィレットに接するストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分があり、前記フィレットの管軸方向におけるフレア部先端側でストレート部の外表面と接するフィレット端部が、ストレート部の外表面のＡｌ-Ｚｎ犠牲層の表面に接しており、前記フィレット端部からフィレットとストレート部の外表面に設けたＡｌ-Ｚｎ犠牲層とが管軸方向に沿って連続して接している長さが、フィレットの管軸方向に沿った全体長さの６０％未満であることを特徴とするＡｌ合金管の接合体。
  4. 　両端部がストレート部又はフレア部のいずれかからなる複数のＡｌ合金管を用い、内管の外表面にＡｌ-Ｚｎ犠牲層を備えた一方のＡｌ合金管のストレート部と他方のＡｌ合金管のフレア部とを嵌合して複数のＡｌ合金管をろう付けした接合体であって、
    　ろう付け前の状態において、前記ストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分があり、
    　ろう付け後の状態において、前記ストレート部の外表面とフレア部の内表面に接するフィレットが形成されており、当該フィレットに接するストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分があり、
    　ろう付け後の状態において、前記ストレート部の外表面とフレア部の内表面に接するフィレットが形成されており、当該フィレットに接するストレート部の外表面においてＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられていない部分があり、前記フィレットの管軸方向におけるフレア部先端側でストレート部の外表面と接するフィレット端部が、ストレート部の外表面のＡｌ-Ｚｎ犠牲層の設けられていない部分において内管の表面に接しており、前記Ａｌ-Ｚｎ犠牲層の設けられていない部分の両端にあるＡｌ-Ｚｎ犠牲層の端部のうちフィレットの形成されていない側のＡｌ-Ｚｎ犠牲層端部と前記フィレット端部との管軸方向に沿った距離が、フィレットの管軸方向に沿った全体長さの６０％未満であることを特徴とするＡｌ合金管の接合体。
  5. 　前記Ａｌ合金管の内管が、Ｍｎ：０．８～１．６質量％、Ｃｕ：０．１～０．８質量％、Ｓｉ：０．７質量％未満、Ｆｅ：０．７質量％未満を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなり、当該内管の外表面にＺｎ：０．５～５．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるＡｌ-Ｚｎ犠牲層が設けられている、請求項１～４のいずれか一項に記載のＡｌ合金管の接合体。
  6. 　前記フィレットとストレート部のＡｌ-Ｚｎ犠牲層の設けられていない外表面との接合界面におけるＺｎ濃度が０．２質量％未満である、請求項１～５のいずれか一項に記載のＡｌ合金管の接合体。
  7. 　請求項１～６のいずれか一項に記載のＡｌ合金管の接合体とフィン材とを接合した熱交換器。
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