WO2019058651A1 - 配管の接合方法 - Google Patents

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WO2019058651A1
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pipe
solder
expanded
joining
bonding material
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直人 亀田
恭治 高野
裕規 大西
健 畑澤
宗形　修
鶴田　加一
佐藤　勇
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千住金属工業株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L13/00—Non-disconnectible pipe-joints, e.g. soldered, adhesive or caulked joints
    • F16L13/007—Non-disconnectible pipe-joints, e.g. soldered, adhesive or caulked joints specially adapted for joining pipes of dissimilar materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L13/00—Non-disconnectible pipe-joints, e.g. soldered, adhesive or caulked joints
    • F16L13/08—Soldered joints

Definitions

  • the present invention relates to a method of joining piping which is excellent in workability and can reduce joining cost.
  • the cooling device mainly includes a compressor, a condenser, an expansion valve, an evaporator, and piping for supplying a refrigerant to each device.
  • the gaseous refrigerant is compressed by the compressor, and the high-temperature and high-pressure gas after compression passes through the condenser and is liquefied.
  • the liquefied refrigerant passes through the expansion valve and its pressure drops sharply to lower its boiling point.
  • the refrigerant liquefied in the evaporator is vaporized.
  • the vaporized refrigerant is again compressed by the compressor and the above cycle is repeated.
  • the heat absorption when the refrigerant liquefied in the evaporator is vaporized leads the ambient temperature to a low temperature.
  • each apparatus which comprises the above-mentioned cooling device is arrange
  • a method of connecting by welding as described in Patent Document 1 or a method of connecting by brazing as described in Patent Document 2 is adopted as a method of connecting pipes.
  • the process quality is not influenced by the skill level of the operator, and the cylindrical pipe welded portion can be stably held so that the end of the cylindrical pipe can be reliably welded.
  • Patent Document 2 prevents the occurrence of crevice corrosion at the joining portion when brazing a stainless steel pipe and a Cu pipe, and stabilizes the winding of the brazing material to develop a predetermined joining strength.
  • This is a method using a tube whose diameter is reduced in advance at the end of the tube to be the inner tube. By reducing the diameter of the tip of the inner pipe, the clearance between the tip of the inner pipe and the wall surface of the outer pipe is larger than the clearance that is likely to cause crevice corrosion, and crevice corrosion can be suppressed. ing.
  • Patent Document 1 since the invention described in Patent Document 1 performs joining by welding, when joining a Cu pipe and an Fe pipe, different metals are present in the welded portion. Also in the Fe pipe main body, there is a heat affected zone (HAZ) whose structure and characteristics are different from those of the base metal due to the heat history at the time of welding. For this reason, each tube must be selected in consideration of the alloy composition of the welded portion, and various limitations occur such as using a material taking into consideration the characteristics of the welded portion including HAZ for the Fe tube. I will. As a result, the cost is increased. Moreover, when welding a thin pipe which conveys a cooling medium, even if the flange portion is provided to increase the contact area, the pipe may be deformed by the heat at the time of welding, which may cause a bonding failure. .
  • HAZ heat affected zone
  • Patent Document 2 Since the invention described in Patent Document 2 performs joining by brazing, even if it is possible to prevent crevice corrosion in the piping, the skill of the brazing worker is required, and the quality of the joint depends on the skill of the worker. It depends on you. Due to the difference in the degree of proficiency, the pipe temperature may be too high when heating the pipe, or the pipe may be deformed or a void may be generated in the brazing material to cause a refrigerant leak failure. In addition, if the pipe temperature is too low, the brazing material may not permeate into the entire periphery of the gap of the pipe, and a refrigerant leak may occur.
  • An object of the present invention is to provide a method of joining pipes, which can simplify the working process, prevent the deformation of the pipes, and suppress the cost increase.
  • the inventors conducted a study based on a joining method by brazing in order to adopt a joining method using a conventional pipe without using a pipe of a special material from the viewpoint of cost reduction.
  • the pipe temperature is mentioned as a factor depending on the level of skill.
  • the deformation of the piping should not occur from the viewpoint of suppressing the connection failure. Therefore, the inventors focused on joining pipes by soldering which can join metals at a lower temperature than the low temperature brazing material.
  • the present inventors can simplify the work process without depending on the degree of skill by fitting solder of a predetermined shape to one pipe and heating it after inserting it into the other pipe, so that low temperature bonding can be performed.
  • the present invention was made based on these findings, and was finally completed by heating while the solder fitted to one pipe is in contact with the other pipe.
  • the present invention completed by these findings is as follows.
  • solder bonding material is a core solder.
  • the flux is applied to the outer peripheral surface of the end portion of the first pipe and / or the inner peripheral surface of the expanded pipe portion of the second pipe, according to any one of the above (1) to (8) Method of piping.
  • solder bonding material After fitting the solder bonding material to the end of the first pipe and bringing the solder bonding material into contact with the end face of the second pipe, the solder bonding material is slid on the outer peripheral surface of the first pipe, The method according to any one of the above (1) to (10), wherein the first pipe is inserted into the expanded pipe portion of the second pipe.
  • FIG. 1 is a view showing a method of joining pipes according to the present invention
  • FIG. 1 (a) is a side view of a first pipe
  • FIG. 1 (b) is a side view of a second pipe having an expanded pipe portion
  • FIG. 1 (c) is a view showing a process of fitting a solder bonding material to a first pipe
  • FIG. 1 (d) is an end face of a pipe expanding part with a solder bonding material inserted into the second pipe.
  • 1 (e) is a view showing a process of heating a solder bonding material
  • FIG. 1 (f) is a drawing showing a process of heating the solder bonding material to form a first pipe and a second pipe.
  • FIG. 2 is a view showing a first pipe having a flared portion at an end
  • Fig. 2 (a) is a side view
  • Fig. 2 (b) is a partial perspective view in the vicinity of the end.
  • FIG. 3 is a perspective view of a solder bonding material
  • FIG. 3 (a) is a drawing showing a hollow cylindrical solder bonding material
  • FIG. 3 (b) is a drawing showing a ring-shaped solder bonding material.
  • Outline of solder bonding method A method of bonding a pipe according to the present invention includes joining a first pipe and a second pipe having an expanded portion having an inner diameter larger than the outer diameter of the first pipe at an end. It is. As the process, the process of fitting the solder jointing material to the first pipe, the first piping fitted with the solder jointing material is fitted into the expanded pipe portion of the second pipe, and the solder jointing material is in contact with the end face of the expanded pipe part And the process of heating the solder bonding material.
  • FIG. 1 is a view showing a method of joining pipes according to the present invention
  • FIG. 1 (a) is a side view of a first pipe 1
  • FIG. 1 (b) is a side view of a second pipe 2 provided with an expanded pipe portion 2a
  • FIG. 1 (c) is a view showing a process of fitting the solder joint material 3 to the first pipe 1
  • FIG. 1 (c) is a view showing a process of fitting the solder joint material 3 to the first pipe 1
  • FIG. 1 is a view showing a method of joining pipes according to the present invention
  • FIG. 1 (a) is a side view of a first pipe 1
  • FIG. 1 (b) is a side view of a second pipe 2 provided with an expanded pipe portion 2a
  • FIG. 1 (c) is a view showing a process of fitting the solder joint material 3 to the first pipe 1
  • FIG. 1 (d) is a diagram showing how the first pipe 1 is inserted into the second pipe 2 It is a figure which shows the process of making the joining material 3 contact
  • FIG.1 (e) is a figure which shows the process of heating the solder joining material 3
  • FIG.1 (f) is a solder joining
  • FIG. 10 is a partial perspective view showing a state in which the material 3 is heated, solder flows into a gap between the first pipe 1 and the second pipe 2 and both pipes are joined to form a joint 4;
  • the piping used in the present invention may be straight as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), or may be bent at a predetermined angle.
  • the first pipe 1 shown in FIG. 1A is a normal pipe whose end is not specially processed.
  • the second pipe 2 is provided with the expanded pipe portion 2 a at least at one end.
  • the inner diameter of the expanded portion 2 a is larger than the outer diameter of the first pipe 1 so that the end of the first pipe 1 can be inserted.
  • the difference between the outer diameter of the first pipe 1 and the inner diameter of the expanded portion 2a may be such that the solder can fill the gap between the two, and may be about 2 mm.
  • the outer diameter of the portion other than the expanded pipe portion 2 a is preferably equal to or less than the outer diameter of the first pipe 1, and more preferably the same as the outer diameter of the first pipe 1. If the outer diameter of the portion other than the expanded pipe portion 2a is equal to or less than the outer diameter of the first pipe 1, when the first pipe 1 is inserted into the expanded pipe portion 2a, the end of the first pipe 1 at the reduced diameter portion 2c of the expanded pipe portion 2a Since the parts abut and the fitting length of the first pipe 1 to the expanded pipe portion 2a becomes constant, the work becomes easy. Further, the materials of both are not particularly limited, and for example, a Cu tube or an Fe tube containing Fe as a main component may be used. Solder plating may be applied to these pipes.
  • the ring-shaped solder bonding material 3 has a substantially circular cross section in order to form the wire solder in an annular shape, and the contact area with the end face 2 b of the expanded tube portion 2 a is small. For this reason, it may be difficult for molten solder to flow into the gap between the expanded pipe portion 2 a and the first pipe 1.
  • the end of the expanded tube portion 2a is shown in FIG. It is desirable to provide the flared portion 2d as shown in FIG.
  • the width on one side of the flared portion 2d may be appropriately adjusted in accordance with the cross-sectional diameter of the ring-shaped solder bonding material 3 so that the molten solder does not overflow the outer periphery of the expanded portion 2a.
  • the shape of flared portion 2 d in the longitudinal cross section of second pipe 2 be a funnel shape.
  • solder bonding material 3 When the solder bonding material 3 is not a solder, flux may be applied to the outer peripheral surface of the end of the first pipe 1 and / or the inner peripheral surface of the expanded pipe portion 2 a of the second pipe 2. . Alternatively, after the first pipe 1 is inserted into the second pipe 2, flux may be dropped onto the solder bonding material 3.
  • Step of Fitting Solder Joint to First Pipe In the method of joining pipes according to the present invention, first, as shown in FIG. 1 (c), the solder joint 3 is fitted to the end of the first pipe 1. . Since the solder bonding material 3 has a certain size and shape, it is possible to supply a predetermined amount of solder at a low temperature range without requiring a degree of skill like a brazing material.
  • the brazing material joining When a solder having a melting point lower than that of the brazing material is used as a joined body, temperature variations can be reduced.
  • the brazing material joining the brazing material is melted by heating it to a high temperature as high as 1000 ° C using a burner, so that a variation of about 900 to 1100 ° C occurs depending on the degree of proficiency, causing a difference in the quality of the joint
  • the solder may be heated to about 300 to 450 ° C., and even if the degree of skill is low, it is hard to imagine that a temperature error as much as 200 ° C. occurs as in the brazing material. When such a temperature error occurs at the time of soldering, it is difficult to do the soldering itself.
  • brazing is usually difficult to control temperature in a short time because heating is performed using a burner. Even if heating is performed by the high frequency induction heating device, in order to heat to a high temperature as high as 1000 ° C., it is necessary to provide a large power supply device and a large-scale cooling mechanism for cooling the coil, and the workability is inferior. Even the low temperature brazing material must be heated to 500 ° C. or more, and the above problems can not be solved. Furthermore, joining using a brazing material raises costs because it requires high-temperature heating.
  • the bonding method of the present invention since the solder bonding material 3 having a low melting point and a predetermined size is used, the amount of supplied solder is constant, and the variation in heating temperature is small. For this reason, the workability is excellent because no skill level is required as in brazing.
  • the shape of the solder bonding material 3 used in the present invention is preferably a hollow cylindrical shape as shown in FIG. 3 (a).
  • a hollow cylindrical shape it is only necessary to lengthen the solder bonding material 3 when it is desired to increase the amount of solder.
  • the hollow cylindrical solder bonding material 3 can be formed simply by rolling the wire solder and cutting it into a predetermined length and then forming it in an annular shape, it leads to cost reduction.
  • the longitudinal cross section of the solder bonding material 3 is preferably substantially rectangular.
  • the contact area is large, and the molten solder easily flows into the gap between the expanded portion 2a and the first pipe 1, The quality of the joint 4 shown in 1 (f) is stabilized.
  • the solder bonding material 3 has a shape shown in FIG. 3A, it is desirable that the outer diameter of the solder bonding material 3 be substantially the same as the outer diameter of the expanded tube portion 2a. In this case, the molten solder does not overflow onto the outer periphery of the expanded pipe portion 2a.
  • the solder bonding material 3 may have a ring shape as shown in FIG. 3 (b).
  • the wire solder may be cut into a predetermined length and then formed into an annular shape, which can be easily processed and cost can be reduced.
  • the outer diameter may be increased while maintaining the inner diameter in order to increase the amount of solder.
  • a wire solder may be used which is spirally wound with three or less turns. When winding wire solder, according to the contact area of the 1st piping 1 and the 2nd piping 2, the number of turns is suitably adjusted to 2.5 rounds, 2 rounds, etc.
  • the inner diameter of the solder bonding material 3 is preferably substantially the same as the outer diameter of the first pipe 1.
  • the solder joint material 3 is fitted to the first pipe 1 when the inner diameter of the solder joint material 3 is substantially the same as the outer diameter of the first pipe 1, the friction between the solder joint material 3 and the first pipe 1 Thus, the solder bonding material 3 is fixed at a predetermined position of the first pipe 1. As a result, when the first pipe 1 is inserted into the second pipe 2, the solder bonding material 3 does not slide down, and the operation can be facilitated.
  • the solder bonding material 3 is preferably a solder core. If it is not a solder core, flux may be applied to the end of the first pipe 1. Further, when the amount of solder is not sufficient only with the solder bonding material 3, the end of the first pipe 1 may be coated with a preliminary solder.
  • Step of inserting the first pipe fitted with the solder joint material into the expanded pipe portion of the second pipe and bringing the solder joint material into contact with the end face of the expanded pipe portion As shown in FIG. 1 (d) When the first pipe 1 fitted to the end portion is inserted into the expanded pipe portion 2a, first, the solder bonding material 3 abuts on the end face 2b of the expanded pipe portion 2a. Further, when the first pipe 1 is inserted into the expanded pipe portion 2a, only the first pipe 1 is inserted into the expanded pipe portion 2a while the solder bonding material 3 is in contact with the expanded pipe portion 2a. As a result, as shown in FIG. 1E, the end of the first pipe 1 abuts on the reduced diameter portion 2c of the expanded pipe portion 2a.
  • the solder joint material 3 is made of the solder joint material 3 and the first pipe 1 in the state of FIG. It will be fixed without dropping from the first pipe 1 by friction.
  • the solder bonding material 3 abuts on the end face 2b of the expanded pipe portion 2a, the first solder pipe 1 is fitted into the expanded pipe portion 2a while the solder bonding material 3 slides with the outer peripheral surface of the first pipe 1.
  • the solder joint material 3 needs to be in contact with the end face 2b of the expanded portion 2a when the insertion of the first pipe 1 is completed.
  • molten solder may not flow in into the clearance gap between the expanded pipe part 2a and the 1st piping 1, and a joining defect may generate
  • the position of the solder bonding material 3 fitted to the first pipe 1 may be an end of the first pipe 1, and the first pipe 1 is in contact with the reduced diameter portion 2 c of the expanded pipe portion 2 a In such a case, the position may be such that the solder bonding material 3 abuts on the end face 2b of the expanded pipe portion 2a.
  • Heating of the solder bonding material 3 is performed by heating a pipe.
  • the heating of the pipe may be heating by a near infrared lamp (NIR) or heating by a high frequency induction method, and heating by a high frequency induction method is desirable.
  • NIR near infrared lamp
  • the high frequency induction heating method is suitable for joining pipes since the portion corresponding to the coil of the high frequency induction heating device can be locally heated. Since the melting point of the solder is at most about 300 to 450 ° C., the power supply of the high frequency induction heating apparatus can be made compact in size, and the workability is not impaired. Since the heating temperature may be about 300 to 450 ° C., it is not necessary to provide a large cooling mechanism in the coil of the high frequency induction heating device.
  • the heating time is not particularly limited, but may be about 1 to 10 minutes as long as the solder bonding material 3 is melted. Thereby, the cost reduction by heating for a short time can be implement
  • the heating atmosphere is preferably performed in the atmosphere from the viewpoint of workability.
  • the heating temperature may be appropriately adjusted according to the composition of the solder, and may be about 250 to 450 ° C.
  • the control of the heating temperature may be controlled while adjusting the output of the near-infrared lamp or the high-frequency induction heating apparatus using, for example, an infrared thermometer.
  • Example 1 First, prepare an Fe pipe with a length of 100 mm, an outer diameter of 4.0 mm and an inner diameter of 3.0 mm as the first pipe, and a second pipe with a length of 100 mm, a length of the expanded pipe of 15 mm, and an expanded pipe
  • the outer diameter of the section is 4.5 mm
  • the inner diameter of the expanded section is 4.1 mm (one side thickness of the end of the expanded section is 0.2 mm)
  • the outer diameter of tubes other than the expanded section is 3.5 mm
  • the tubes other than the expanded section A Cu tube with an inner diameter of 3.0 mm was prepared.
  • solder joint material rolled the solder wire solder of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy (melting point: 250-300 ° C), and by cutting and ring forming, length 2.0 mm, inner diameter 4 .0 mm, hollow cylinder shape with a thickness of 0.9 mm.
  • the solder jointing material is fitted to the end of the first pipe, the solder jointing material is brought into contact with the end face of the expanded pipe, and the first pipe is inserted into the expanded pipe, and the end of the first pipe is contracted in the expanded pipe It was made to abut on the diameter part. Thereafter, while observing the temperature of the solder bonding material with an infrared camera, the high frequency heating device was used to heat the piping with a heating temperature of 300 ° C. and a heating time of 8 seconds.
  • the joint which is the part where the first pipe is inserted into the second pipe, is rotated by 90 ° around the longitudinal direction of the joined pipe, and the joint made by Dage (nanofocus X-ray microscope model number: XD7600NT Diamond) X-ray transmission observation was performed.
  • the filling rate was measured based on the difference in contrast obtained from the transmission-observed photograph. If 80% or more of the total area of the portion where the outer peripheral surface of the first pipe and the inner peripheral surface of the expanded pipe portion of the second pipe face each other is filled, it is regarded as a pass. In Example 1, the solder filling rate showed 80% or more. In addition, there was no clogging in the pipe due to the solder and no overflow was found in the pipe.
  • Example 2 In Example 1, in place of the Fe pipe used as the first pipe, a Cu pipe having a length of 100 mm, an outer diameter of 4.0 mm, and an inner diameter of 3.0 mm was used, and a second pipe having a length of 100 mm, The expanded tube length is 15 mm, the outer diameter of the expanded tube is 4.5 mm, the inner diameter of the expanded tube is 4.1 mm (one side thickness of the end of the expanded tube is 0.2 mm), the outer diameter of tubes other than the expanded tube is 3.5 mm
  • the pipes were joined in the same manner as in Example 1 except that a Cu pipe having an inner diameter of 2.9 mm other than the expanded pipe portion was used.
  • the solder filling rate showed 80% or more.
  • Example 3 In Example 2, as a solder bonding material, double-rolled (having a diameter of 1.0 mm wire solder wound 720 °) having a cross-sectional diameter of 1.0 mm and an inner diameter of 4.0 mm. Piping was joined in the same manner as in Example 1 except that the one used. As a result, as in Example 1, the solder filling rate showed 80% or more. In addition, there was no clogging in the pipe due to the solder and no overflow was found in the pipe.
  • Example 4 In the second embodiment, a ring-shaped solder having a cross-sectional diameter of 2.2 mm and an inner diameter of 4.0 mm is used as a solder bonding material, and a flare having a single-side width of 1.0 mm at the end of the expanded portion as a second pipe. Pipes were joined in the same manner as in Example 1 except that a machined portion (outer diameter of flared portion: 6.5 mm, flare height: 1.0 mm) was used. As a result, as in Example 1, the solder filling rate showed 80% or more. In addition, there was no clogging in the pipe due to the solder and no overflow was found in the pipe.
  • Example 5 In Example 2, after inserting the first pipe into the second pipe, the pipe was connected in the same manner as in Example 2 except that the flux was dropped between the solder bonding material and the first pipe. As a result, as in Example 2, the solder filling rate showed 80% or more. In addition, there was no clogging in the pipe due to the solder and no overflow was found in the pipe.

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Abstract

作業工程を簡略化でき、配管の変形を防ぎ、接合時のコスト上昇を抑制することができる配管の接合方法を提供する。配管の接合方法は、第一配管１と、第一配管１の外径より大きい内径を有する拡管部２ａを端部に備える第二配管２と、を接合する配管の接合方法である。第一配管１にはんだ接合材３を嵌合し、はんだ接合材３が嵌合された第一配管１を第二配管２の拡管部２ａに嵌入するとともにはんだ接合材３を拡管部２ａの端面２ｂに当接させた後、はんだ接合材３を加熱する。

Description

配管の接合方法
　本発明は、作業性に優れ、接合コストを低減することができる配管の接合方法に関する。
　エアコンや冷蔵庫などの白物家電は冷却装置を備える。冷却装置は、主に、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器、および各装置に冷媒を供給する配管を備える。冷却装置による冷却サイクルとしては、まず、圧縮機で気体冷媒が圧縮され、圧縮後の高温高圧ガスが凝縮器を通過して液化する。液化した冷媒は、膨張弁を通過して圧力が急激に低下することによって沸点が下がる。その後、蒸発器で液化した冷媒は気化する。最後に、気化した冷媒は再度圧縮機で圧縮されて、上記サイクルが繰り返される。この蒸発器で液化した冷媒が気化する際の吸熱により、周囲が低温に導かれる。
　ところで、前述の冷却装置を構成する各機器は、配管が接続された後に白物家電内に配置される。配管の接続方法としては、例えば特許文献１に記載のように溶接により接続する方法や、特許文献２に記載のようにろう付けにより接続する方法が採用されている。
　特許文献１に記載の接合方法は、作業者の熟練度に工程品質が左右されず、円筒配管溶接部を安定して保持することができ、確実に溶接可能なように、円筒配管の端部が互いに面接触するフランジ部を設け、フランジ部を対向配置して溶接する方法である。
　特許文献２に記載の接合方法は、ステンレス管とＣｕ管をろう付け接合する際、接合部における隙間腐食の発生を防止するとともに、ろう材のつき回りを安定化させて所定の接合強度を発現させるため、内側管となる管体の先端に予め縮径加工が施されている管を用いる方法である。内側管の先端に縮径加工が施されていることにより、内側管先端部と外側管内壁面とのクリアランスが隙間腐食を起こしやすいクリアランスよりも大きくなり、隙間腐食を抑制することができる、とされている。
特開２０１５―１５０５９０号公報 特許第６０７５９５８号公報
　しかし、特許文献１に記載の発明は溶接により接合を行うため、Ｃｕ管とＦｅ管を接合する場合、溶接部では互いに異なる金属が存在する。Ｆｅ管本体においても溶接時の熱履歴により組織や特性が母材と異なる溶接熱影響部（Ｈｅａｔ　Ａｆｆｅｃｔｅｄ　Ｚｏｎｅ：ＨＡＺ）が存在する。このため、溶接部の合金組成を考慮して各管が選定されなければならず、また、Ｆｅ管にはＨＡＺを含めた溶接部特性を考慮した材質を用いるなどの種々の制約が発生してしまう。この結果、コストが上昇してしまう。また、冷却媒体を搬送するような細い配管を溶接する場合には、接触面積を増やすためにフランジ部を設けたとしても溶接時の熱により配管が変形する場合があり、接合不良が懸念される。
　特許文献２に記載の発明はろう付けにより接合を行うため、仮に配管に隙間腐食を防ぐことができるとしても、ろう付け作業者の熟練が必要になり、作業者の熟練度によって接合部の品質が左右してしまう。この熟練度の相違により、配管を加熱する際に配管温度が高すぎ配管が変形したり、ろう材内にボイドが発生して冷媒リーク不良が発生する場合がある。また、配管温度が低すぎるとろう材が配管の隙間全周へ浸透せずに冷媒リーク不良が発生する場合がある。
　さらに、両文献に記載の接合方法は、配管を１０００℃以上の高温に加熱する必要があるため、熱エネルギーを費やしコストの上昇を招く。低温ろう材を用いてろう付けを行ったとしても、ろう材を溶融するために配管を５００℃以上の高温に加熱する必要がある。このように、いずれの方法を用いたとしても、作業の熟練度や接合時のコスト上昇を招いてしまう。近年では、白物家電の省スペース化も要求されていることから配管径が小さくなり、前述の問題点が表面化している。
　本発明の課題は、作業工程を簡略化でき、配管の変形を防ぎ、コスト上昇を抑制することができる配管の接合方法を提供することである。
　発明者らは、コスト低減の観点から、特殊な材質の配管を用いずに従来の配管を用いた接合方法を採用するため、ろう付けによる接合方法に基づいて検討を行った。ろう付け方法の場合、配管温度が熟練度により左右される因子として挙げられる。また、配管の変形は接続不良を抑制する観点からあってはならない。そこで、発明者らは、低温ろう材よりもさらに低温で金属を接合することができるはんだ付けにより配管を接合することに着目した。
　ここで、ろう付けの場合、前述のように熟練度により配管温度が左右されて接合不良が発生する懸念がある。ろう材の代わりにはんだを用いた場合、加熱温度が低温であるためにろう材と比較して相対的に配管温度のバラツキが低減されることから、熟練度の寄与度を抑えることができると考えられる。ただ、配管温度のバラツキが低下したとしても、供給するはんだ量が多すぎるとはんだが溢れる懸念があり、一方、はんだ量が少なすぎるとはんだが浸透せずに接合不良が発生する懸念がある。このため、単にはんだを用いたとしても、ろう付けにおける熟練度による品質バラツキを十分に抑制するには至らない。
　そこで、本発明者らは、所定形状のはんだを一方の配管に嵌合し、他方の配管に嵌入した後に加熱することによって、熟練度に左右されることなく作業工程を簡略化でき、低温接合により配管の変形を防ぐとともにコスト上昇を抑制する知見を得た。この際、はんだが被接合配管の端面から離れた状態で加熱すると接合不良になる場合がある知見も得られた。本発明はこれらの知見に基づいてなされたものであり、一方の配管に嵌合されたはんだが他方の配管と当接した状態で加熱することによって、ようやく完成した。
　これらの知見により完成された本発明は次の通りである。
　（１）第一配管と、第一配管の外径より大きい内径を有する拡管部を端部に備える第二配管と、を接合する配管の接合方法であって、第一配管にはんだ接合材を嵌合し、はんだ接合材が嵌合された第一配管を第二配管の拡管部に嵌入するとともにはんだ接合材を拡管部の端面に当接させた後、はんだ接合材を加熱することを特徴とする配管の接合方法。
　（２）はんだ接合材が中空円筒形状である、上記（１）に記載の配管の接合方法。
　（３）はんだ接合材の断面が略矩形状である、上記（２）に記載の配管の接合方法。
　（４）はんだ接合材の外径が拡管部の外径と略同一である、上記（１）～上記（３）のいずれか１項に記載の配管の接合方法。
　（５）はんだ接合材がリング形状である、上記（１）に記載の配管の接合方法。
　（６）はんだ接合材は線はんだが３周以下の巻回数で巻回されてなる、上記（１）に記載の配管の接合方法。
　（７）はんだ接合材はやに入りはんだである、上記（１）～上記（６）のいずれか１項に記載の配管の接合方法。
　（８）拡管部の端部にはフレア加工部が設けられている、上記（１）～上記（７）のいずれか１項に記載の配管の接合方法。
　（９）第一配管の端部の外周面、及び／又は第二配管の拡管部の内周面にフラックスが塗布されている、上記（１）～上記（８）のいずれか１項に記載の配管の接合方法。
　（１０）第一配管および第二配管が各々Ｃｕ管またはＦｅ管である、上記（１）～上記（９）のいずれか１項に記載の配管の接合方法。
　（１１）はんだ接合材を第一配管の端部に嵌合し、はんだ接合材を第二配管の端面に当接させた後、はんだ接合材を第一配管の外周面と摺動させながら、第一配管を第二配管の拡管部に嵌入する、上記（１）～上記（１０）のいずれか１項に記載の配管の接合方法。
図１は本発明に係る配管の接合方法を示す図であり、図１（ａ）は第一配管の側面図であり、図１（ｂ）は拡管部を備える第二配管の側面図であり、図１（ｃ）は第一配管にはんだ接合材を嵌合する工程を示す図であり、図１（ｄ）は第二配管に第一配管を嵌入するとともにはんだ接合材を拡管部の端面に当接させる工程を示す図であり、図１（ｅ）ははんだ接合材を加熱する工程を示す図であり、図１（ｆ）は、はんだ接合材を加熱して第一配管と第二配管の隙間にはんだが流れ込み両配管を接合して接合部を形成した状態を示す部分透視図である。 図２は端部にフレア加工部を有する第一配管を示す図であり、図２（ａ）は側面図であり、図２（ｂ）は端部近傍の部分斜視図である。 図３ははんだ接合材の斜視図であり、図３（ａ）は中空円筒形状のはんだ接合材を示す図であり、図３（ｂ）はリング形状のはんだ接合材を示す図である。
　１．はんだ接合方法の概要
　本発明に係る配管の接合方法は、第一配管と、第一配管の外径より大きい内径を有する拡管部を端部に備える第二配管と、を接合する配管の接合方法である。工程としては、第一配管にはんだ接合材を嵌合する工程、はんだ接合材が嵌合された第一配管を第二配管の拡管部に嵌入するとともにはんだ接合材を拡管部の端面に当接させる工程、はんだ接合材を加熱する工程の３工程である。
　以下、図を用いて詳述する。
　図１は本発明に係る配管の接合方法を示す図であり、図１（ａ）は第一配管１の側面図であり、図１（ｂ）は拡管部２ａを備える第二配管２の側面図であり、図１（ｃ）は第一配管１にはんだ接合材３を嵌合する工程を示す図であり、図１（ｄ）は第二配管２に第一配管１を嵌入するとともにはんだ接合材３を拡管部２ａの端面２ｂに当接させる工程を示す図であり、図１（ｅ）ははんだ接合材３を加熱する工程を示す図であり、図１（ｆ）は、はんだ接合材３を加熱して第一配管１と第二配管２の隙間にはんだが流れ込み両配管を接合して接合部４を形成した状態を示す部分透視図である。
　２．配管
　本発明で用いる配管は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように直線状のものを使用してもよく、所定の角度に曲がったものを使用してもよい。図１（ａ）に示す第一配管１は端部に特殊加工が施されていない通常の配管である。第二配管２は、図１（ｂ）に示すように、端部の少なくとも一方に拡管部２ａを備える。拡管部２ａの内径は、第一配管１の端部を嵌入可能なように、第一配管１の外径より大きい。第一配管１の外径と拡管部２ａの内径との差は、はんだが両者の隙間を充填可能な程度でよく、２ｍｍ程度でよい。
　第二配管２において、拡管部２ａ以外の部分の外径は、第一配管１の外径以下であることが望ましく、第一配管１の外径と同一であることがより望ましい。拡管部２ａ以外の部分の外径が第一配管１の外径以下であると、第一配管１を拡管部２ａに嵌入した場合、拡管部２ａの縮径部２ｃで第一配管１の端部が当接し、第一配管１の拡管部２ａへの嵌入長さが一定になるために作業が容易になる。また、両者の材質は特に限定されることはなく、例えばＣｕ管やＦｅを主成分とするＦｅ管であればよい。これらの配管にははんだめっきが施されていてもよい。
　また、後述するリング形状のはんだ接合材３を用いる場合、はんだ量を稼ぐために太い線はんだを用いる必要があるが、これは溶融はんだの溢れの原因になる場合がある。また、リング形状のはんだ接合材３は線はんだを環状に形成するために断面が略円形状となり、拡管部２ａの端面２ｂとの接触面積が小さい。このため、溶融はんだが拡管部２ａと第一配管１との隙間に流れ難い場合がある。これらの観点から、略円形状である断面の直径が拡管部２ａの片側厚さより大きい線はんだで形成されたリング形状のはんだ接合材３を用いる場合、拡管部２ａの端部には、図２に示すように、フレア加工部２ｄを備えることが望ましい。フレア加工部２ｄを備えることによって、溶融はんだが拡管部２ａの外周に溢れることを抑制するとともに拡管部２ａと第一配管１との隙間に流れやすくなる。フレア加工部２ｄの片側幅は、溶融はんだが拡管部２ａの外周に溢れないように、リング形状のはんだ接合材３の断面直径に応じて適宜調整すればよい。
　さらに、リング形状のはんだ接合材３を用いた場合に溶融はんだが溢れないようにするため、第二配管２の縦断面におけるフレア加工部２ｄの形状は漏斗形状であることが望ましい。これは、第二配管２の縦断面における拡管部２ａの形状も同様である。
　はんだ接合材３がやに入りはんだではない場合には、第一配管１の端部の外周面、及び／又は第二配管２の拡管部２ａの内周面にフラックスを塗布していてもよい。また、第一配管１を第二配管２に嵌入した後、はんだ接合材３にフラックスを滴下してもよい。
　これらの配管を用いた配管の接合方法を以下に詳述する。
　３．第一配管にはんだ接合材を嵌合する工程
　本発明に係る配管の接合方法では、まず、図１（ｃ）に示すように、第一配管１の端部にはんだ接合材３を嵌合する。はんだ接合材３は一定の大きさおよび形状を有するため、ろう材のように熟練度を必要とせずに所定量のはんだを低温域で供給することができる。
　ろう材より低融点のはんだを接合体として用いる場合、温度のバラツキを低減することができる。ろう材の接合では、通常バーナーを用いて１０００℃もの高温に加熱してろう材を溶融するため、熟練度によっては９００～１１００℃程度のバラツキが発生し、接合部の品質に差が生じてしまう場合がある。一方、はんだは３００～４５０℃程度に加熱すればよく、熟練度が低い場合であってもろう材のように２００℃もの温度誤差が生じることは考え難い。はんだ付け時にこのような温度誤差が生じると、そもそもはんだ付けを行うこと自体が困難である。
　温度計を用いて加熱温度を制御したとしても、ろう付けは通常バーナーを用いて加熱するために短時間での温度制御が困難である。高周波誘導加熱装置で加熱するとしても、１０００℃もの高温に加熱するためには大きな電源装置とコイルを冷却するための大掛かりな冷却機構を備える必要があり、作業性が劣る。低温ろう材であっても５００℃以上に加熱をしなければならず、上記の問題を解決するには至らない。さらには、ろう材を用いた接合は高温加熱を必須とするためにコスト上昇を招く。
　一方、本発明の接合方法では、融点が低く所定の大きさのはんだ接合材３を用いるため、はんだの供給量が一定であり、加熱温度のバラツキが少ない。このため、ろう付けのように熟練度を要しないために作業性が優れる。
　本発明で用いるはんだ接合材３の形状は、図３（ａ）に示すように中空円筒形状であることが望ましい。中空円筒形状であれば、はんだ量を増やしたい場合にはんだ接合材３を長くするだけでよい。また、中空円筒形状のはんだ接合材３は、線はんだを圧延して、所定の長さに切断後、環状に形成するだけで形成できるため、コスト低減に繋がる。
　図３（ａ）に示す中空円筒形状の場合、はんだ接合材３の縦断面は略矩形状であることが望ましい。この場合、拡管部２ａの端面２ｂとはんだ接合材３の端面３ａとが面で当接するために接触面積が大きく、溶融はんだが拡管部２ａと第一配管１との隙間に流れ込みやすくなり、図１（ｆ）に示す接合部４の品質が安定する。はんだ接合材３が図３（ａ）の形状の場合、はんだ接合材３の外径が拡管部２ａの外径と略同一であることが望ましい。この場合、溶融はんだが拡管部２ａの外周に溢れ出ることがない。
　また、はんだ接合材３は、図３（ｂ）に示すようにリング形状であってもよい。線はんだを所定の長さに切断後、環状に形成するだけでよく、加工が容易でコストも低減することができる。リング形状の場合、はんだ量を稼ぐためには、内径を維持したまま外径を大きくしてもよい。もしくは線はんだを３周以下の巻回数で螺旋状に巻回したものを用いてもよい。線はんだを巻回する場合、第一配管１と第二配管２の接触面積に応じて、巻き数を２．５周や２周などに適宜調整する。
　リング形状のはんだ接合材３を用いる場合、はんだ接合材３の断面の直径に応じて図２に示すようにフレア加工部２ｄが施された第二配管２を用いることが望ましい。
　また、はんだ接合材３の内径は、第一配管１の外径と略同一であることが望ましい。本発明では、はんだ接合材３を加熱する際、はんだの自重を利用して、拡管部２ａと第一配管１との隙間に溶融はんだを流し込むことが望ましい。このため、図１（ｄ）～図１（ｆ）に示すように、配管の接合時には、第二配管２の上方から第一配管１を拡管部２ａに嵌入することが望ましい。したがって、はんだ接合材３の内径が第一配管１の外径と略同一であると、はんだ接合材３を第一配管１に嵌合した際、はんだ接合材３と第一配管１との摩擦によりはんだ接合材３が第一配管１の所定の位置で固定される。この結果、第一配管１を第二配管２に嵌入する際にはんだ接合材３が滑り落ちることがなく、作業を容易にすることができる。
　はんだ接合材３はやに入りはんだであることが望ましい。やに入りはんだでなければ、第一配管１の端部にフラックスを塗布すればよい。また、はんだ接合材３だけでははんだ量が十分ではない場合には、第一配管１の端部に予備はんだを被覆しておいてもよい。
　４．はんだ接合材が嵌合された第一配管を第二配管の拡管部に嵌入するとともにはんだ接合材を拡管部の端面に当接させる工程
　図１（ｄ）に示すように、はんだ接合材３が端部に嵌合された第一配管１を拡管部２ａに嵌入すると、まず、はんだ接合材３が拡管部２ａの端面２ｂに当接する。さらに第一配管１を拡管部２ａに嵌入すると、はんだ接合材３が拡管部２ａと当接した状態で、第一配管１だけが拡管部２ａ内に嵌入される。この結果、図１（ｅ）に示すように、第一配管１の端部は拡管部２ａの縮径部２ｃと当接する。
　前述のようにはんだ接合材３の内径が第一配管１の外径と略同一である場合、図１（ｄ）の状態において、はんだ接合材３がはんだ接合材３と第一配管１との摩擦で第一配管１から落下せずに固定されることになる。この場合、はんだ接合材３が拡管部２ａの端面２ｂに当接した後、はんだ接合材３が第一配管１の外周面と摺動しながら第一配管１を拡管部２ａに嵌入することになる。
　本発明に係る配管の接合方法では、図１（ｅ）に示すように、第一配管１の嵌入完了時にはんだ接合材３が拡管部２ａの端面２ｂと当接している必要がある。当接していない場合、溶融はんだが拡管部２ａと第一配管１との隙間に流れ込まない場合があり、接合不良が発生する場合がある。本発明では、第一配管１に嵌合するはんだ接合材３の位置は、第一配管１の端部であってもよく、第一配管１が拡管部２ａの縮径部２ｃと当接した場合にはんだ接合材３が拡管部２ａの端面２ｂと当接するような位置であってもよい。
　５．はんだ接合材を加熱する。
　はんだ接合材３を加熱すると、はんだが拡管部２ａと第一配管１との隙間に流れ込み、第一配管１と第二配管２とが図１（ｆ）に示すように接合し、接合部４を形成する。
　はんだ接合材３の加熱は、配管を加熱することによって行われる。配管の加熱は、近赤外線ランプ（ＮＩＲ）による加熱や高周波誘導方式による加熱が挙げられ、高周波誘導方式による加熱が望ましい。
　高周波誘導加熱方式では、高周波誘導加熱装置のコイルに対応する部分を局所的に加熱することができるため、配管の接合には好適である。はんだの融点はせいぜい３００～４５０℃程度であるため、高周波誘導加熱装置の電源をコンパクトなサイズにすることができ、作業性が損なわれることがない。加熱温度は３００～４５０℃程度でよいので、高周波誘導加熱装置のコイルに大掛かりな冷却機構を設ける必要がない。
　加熱時間は特に制限されないが、はんだ接合材３が溶融すればよく、１～１０分程度でよい。これにより、短時間加熱によるコスト低減を実現することができる。加熱雰囲気は作業性の観点から大気中で行うことが望ましい。加熱温度は、はんだの組成に応じて適宜調整すればよく、２５０～４５０℃程度でよい。加熱温度の制御は、例えば、赤外線温度計を用いて、近赤外線ランプや高周波誘導加熱装置の出力を調整しながら制御してもよい。
　本発明の効果を立証するため、下記により配管を接合した。
　１．実施例１
　まず、第一配管として、長さが１００ｍｍ、外径が４．０ｍｍ、内径が３．０ｍｍのＦｅ管を準備し、第二配管として、長さが１００ｍｍ、拡管部の長さが１５ｍｍ、拡管部の外径が４．５ｍｍ、拡管部の内径が４．１ｍｍ（拡管部端面の片側厚さは０．２ｍｍ）、拡管部以外の管の外径が３．５ｍｍ、拡管部以外の管の内径が３．０ｍｍのＣｕ管を準備した。
　はんだ接合材は、Ｓｎ－３．０Ａｇ－０．５Ｃｕはんだ合金（融点：２５０～３００℃）のやに入り線はんだを圧延し、切断および環形成により、長さが２.０ｍｍ、内径が４．０ｍｍ、厚さが０．９ｍｍの中空円筒形状とした。
　このはんだ接合材を第一配管の端部に嵌合し、はんだ接合材を拡管部の端面に当接させるとともに第一配管を拡管部に嵌入し、第一配管の端部を拡管部の縮径部に当接させた。その後、赤外線カメラによりはんだ接合材の温度を観察しながら、高周波加熱装置で加熱温度を３００℃、加熱時間を８秒として配管を加熱した。
　接合した管の長手方向を軸として９０°ずつ回転させて、第一配管が第二配管に嵌入している部分である接合部を、Ｄａｇｅ社製（ナノフォーカスＸ線顕微鏡　型番：ＸＤ７６００ＮＴ　Ｄｉａｍｏｎｄ）を用い、Ｘ線透過観察を行った。透過観察した写真から得られるコントラストの差に基づいて充填率を測定した。第一配管の外周面と第二配管の拡管部の内周面が対向する部分の全面積の８０％以上が充填されていれば合格とした。実施例１では、はんだ充填率は８０％以上を示した。また、はんだによる配管内詰まりがなく、配管外溢れも見られなかった。
　２．実施例２
　実施例１において、第一配管として用いたＦｅ管の代わりに、長さが１００ｍｍ、外径が４．０ｍｍ、内径が３．０ｍｍのＣｕ管を用い、第二配管として、長さが１００ｍｍ、拡管部長さが１５ｍｍ、拡管部の外径が４．５ｍｍ、拡管部の内径が４．１ｍｍ（拡管部端面の片側厚さは０．２ｍｍ）、拡管部以外の管の外径が３．５ｍｍ、拡管部以外の管の内径が２．９ｍｍのＣｕ管を用いた他は、実施例１と同様に配管を接合した。その結果、実施例１と同様に、はんだ充填率は８０％以上を示した。また、はんだによる配管内詰まりがなく、配管外溢れも見られなかった。
　３．実施例３
　実施例２において、はんだ接合材として、断面の直径が１．０ｍｍ、内径が４．０ｍｍである２重巻（直径が１．０ｍｍの線はんだを７２０°巻回したことを表す。）されたものを用いた他は、実施例１と同様に配管を接合した。その結果、実施例１と同様に、はんだ充填率は８０％以上を示した。また、はんだによる配管内詰まりがなく、配管外溢れも見られなかった。
　４．実施例４
　実施例２において、はんだ接合材として、断面の直径が２．２ｍｍ、内径が４．０ｍｍのリング形状のものを用い、第二配管として、拡管部の端部に片側幅が１．０ｍｍのフレア加工部（フレア加工部の外径：６．５ｍｍ、フレア高さ１．０ｍｍ）を設けたものを用いた他は、実施例１と同様に配管を接合した。その結果、実施例１と同様に、はんだ充填率は８０％以上を示した。また、はんだによる配管内詰まりがなく、配管外溢れも見られなかった。
　５．実施例５
　実施例２において、第一配管を第二配管に嵌入後、はんだ接合材と第一配管との間にフラックスを滴下した他は、実施例２と同様に配管を接合した。その結果、実施例２と同様に、はんだ充填率は８０％以上を示した。また、はんだによる配管内詰まりがなく、配管外溢れも見られなかった。
１　第一配管、２　第二配管、２ａ　拡管部、２ｂ　拡管部の端面、２ｃ　拡管部の縮径部、２ｄ　フレア加工部、３　はんだ接合材、３ａ　はんだ接合材の端面、４　接合部
 

Claims (11)

  1. 　第一配管と、前記第一配管の外径より大きい内径を有する拡管部を端部に備える第二配管と、を接合する配管の接合方法であって、
    　前記第一配管にはんだ接合材を嵌合し、前記はんだ接合材が嵌合された第一配管を前記第二配管の前記拡管部に嵌入するとともに前記はんだ接合材を前記拡管部の端面に当接させた後、前記はんだ接合材を加熱することを特徴とする配管の接合方法。
  2. 　前記はんだ接合材が中空円筒形状である、請求項１に記載の配管の接合方法。
  3. 　前記はんだ接合材の断面が略矩形状である、請求項２に記載の配管の接合方法。
  4. 　前記はんだ接合材の外径が前記拡管部の外径と略同一である、請求項１～３のいずれか１項に記載の配管の接合方法。
  5. 　前記はんだ接合材がリング形状である、請求項１に記載の配管の接合方法。
  6. 　前記はんだ接合材は線はんだが３周以下の巻回数で巻回されてなる、請求項１に記載の配管の接合方法。
  7. 　前記はんだ接合材はやに入りはんだである、請求項１～６のいずれか１項に記載の配管の接合方法。
  8. 　前記拡管部の端部にはフレア加工部が設けられている、請求項１～７のいずれか１項に記載の配管の接合方法。
  9. 　前記第一配管の端部の外周面、及び／又は前記第二配管の前記拡管部の内周面にフラックスが塗布されている、請求項１～８のいずれか１項に記載の配管の接合方法。
  10. 　前記第一配管および前記第二配管が各々Ｃｕ管またはＦｅ管である、請求項１～９のいずれか１項に記載の配管の接合方法。
  11. 　前記はんだ接合材を前記第一配管の端部に嵌合し、前記はんだ接合材を前記第二配管の端面に当接させた後、前記はんだ接合材を前記第一配管の外周面と摺動させながら、前記第一配管を前記第二配管の前記拡管部に嵌入する、請求項１～１０のいずれか１項に記載の配管の接合方法。
     
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