JP2018158371A - Heat exchanger and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱交換器およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a heat exchanger and a manufacturing method thereof.
従来の熱交換器として、特許文献1に開示されたものがある。この熱交換器は、積層された複数の冷却管を備えている。複数の冷却管のそれぞれは、隣り合う冷却管同士の間に隙間を有している。この隙間に冷却対象物が配置される。
As a conventional heat exchanger, there is one disclosed in
従来の熱交換器の製造方法として、真空環境下で、フラックスレスで、ろう付け接合を行うものが特許文献2に開示されている。これは、ろう材にMgを添加しておくことで、ろう材層の表面に存在する酸化皮膜をMgによって破壊する。これにより、フラックスを用いなくても、良好なろう付けを可能とする方法である。
As a conventional method for producing a heat exchanger,
本発明者は、真空環境下ではなく、酸素の濃度が大気中の酸素の濃度よりも低い低酸素濃度環境下のろう付けにおいて、フラックスレスでろう付け接合することができるアルミニウム合金製の熱交換器の製造方法を検討した。具体的には、Mgを含むAl−Si合金で構成されたろう材層を芯材層にクラッドしたクラッド材を用いたろう付けを検討した。ここでいう低酸素濃度環境下とは、真空引きを行わずに、不活性ガスを充填する等の手段により、酸素の濃度を大気中の酸素の濃度よりも低くした環境のことである。 The present inventor has disclosed a heat exchange made of an aluminum alloy that can be brazed in a fluxless manner in brazing in a low oxygen concentration environment in which the oxygen concentration is lower than the oxygen concentration in the atmosphere, not in a vacuum environment. The manufacturing method of the vessel was examined. Specifically, brazing using a clad material obtained by clad a brazing material layer composed of an Al—Si alloy containing Mg on a core material layer was examined. The term “low oxygen concentration environment” as used herein refers to an environment in which the concentration of oxygen is made lower than the concentration of oxygen in the atmosphere by means such as filling with an inert gas without evacuation.
しかし、低酸素濃度環境下では、ろう材層の表面の近くに存在するMgが酸化して、Mgの酸化皮膜(MgO)が形成される。このため、Mgの酸化皮膜とAlの酸化皮膜(Al2O3)の両方の酸化皮膜またはMgの酸化皮膜が存在する。このような酸化皮膜がろう付けを阻害するため、ろう付け接合をすることができない。 However, under a low oxygen concentration environment, Mg present near the surface of the brazing material layer is oxidized to form an Mg oxide film (MgO). For this reason, both an oxide film of Mg and an oxide film of Al (Al 2 O 3 ) or an oxide film of Mg exist. Since such an oxide film inhibits brazing, brazing cannot be performed.
本発明は上記点に鑑みて、熱交換器を製造する際に、低酸素濃度環境下で、フラックスレスでのろう付け接合を可能とすることを目的とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to enable fluxless brazing joining in a low oxygen concentration environment when manufacturing a heat exchanger.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、
アルミニウム合金製の熱交換器の製造方法であって、
熱交換器を構成する第1部材(11、12)と第2部材とを用意する用意工程と、
用意された第1部材と第2部材とを組み付ける組み付け工程と、
組み付けられた第1部材と第2部材とをろう付け接合するろう付け工程とを有し、
用意工程においては、第1部材として、積層材(30)を用意し、
積層材は、芯材層(31)に対して、中間層(32)とろう材で構成された表層(33)とが順に積層されており、
表層は、アルミニウム−シリコン合金で構成され、
中間層は、マグネシウムと、ビスマスとを含有するアルムニウム合金で構成され、
芯材層は、アルミニウム合金で構成され、
組み付け工程においては、積層材の表層側を接合相手側として、第1部材と第2部材とを組み付け、
ろう付け工程においては、酸素の濃度が大気中の酸素の濃度よりも低い低酸素濃度環境下であって、大気圧下または大気圧よりも高い圧力下で、かつ、第1部材と第2部材のそれぞれの表面にフラックスを塗布しない状態で、ろう付け接合する。
In order to achieve the above object, the invention described in
A method for manufacturing a heat exchanger made of aluminum alloy,
A preparation step of preparing the first member (11, 12) and the second member constituting the heat exchanger;
An assembling step of assembling the prepared first member and second member;
A brazing step of brazing and joining the assembled first member and the second member;
In the preparation step, a laminated material (30) is prepared as the first member,
In the laminated material, the intermediate layer (32) and the surface layer (33) made of the brazing material are sequentially laminated on the core material layer (31),
The surface layer is composed of an aluminum-silicon alloy,
The intermediate layer is made of an aluminum alloy containing magnesium and bismuth,
The core material layer is made of an aluminum alloy,
In the assembling step, the first member and the second member are assembled with the surface layer side of the laminated material as the joining counterpart side,
In the brazing step, the first member and the second member are in a low oxygen concentration environment where the oxygen concentration is lower than the oxygen concentration in the atmosphere, and under atmospheric pressure or higher than atmospheric pressure. Brazing and joining are performed without applying flux to each surface.
また、請求項2に記載の発明は、
アルミニウム合金製の熱交換器の製造方法であって、
熱交換器を構成する第1部材(11、12)と第2部材とを用意する用意工程と、
用意された第1部材と第2部材とを組み付ける組み付け工程と、
組み付けられた第1部材と第2部材とをろう付け接合するろう付け工程とを有し、
用意工程においては、第1部材として、積層材(70)を用意し、
積層材は、芯材層(71)に対して、ろう材で構成された中間層(72)とろう材で構成された表層(73)とが順に積層されており、
表層は、アルミニウム−シリコン合金で構成され、
中間層は、マグネシウムと、ビスマスとを含有するアルムニウム−シリコン合金で構成され、
芯材層は、アルミニウム合金で構成され、
組み付け工程においては、積層材の表層側を接合相手側として、第1部材と第2部材とを組み付け、
ろう付け工程においては、酸素の濃度が大気中の酸素の濃度よりも低い低酸素濃度環境下であって、大気圧下または大気圧よりも高い圧力下で、かつ、第1部材と第2部材のそれぞれの表面にフラックスを塗布しない状態で、ろう付け接合する。
The invention according to
A method for manufacturing a heat exchanger made of aluminum alloy,
A preparation step of preparing the first member (11, 12) and the second member constituting the heat exchanger;
An assembling step of assembling the prepared first member and second member;
A brazing step of brazing and joining the assembled first member and the second member;
In the preparation step, a laminated material (70) is prepared as the first member,
In the laminated material, an intermediate layer (72) composed of a brazing material and a surface layer (73) composed of a brazing material are sequentially laminated on the core material layer (71),
The surface layer is composed of an aluminum-silicon alloy,
The intermediate layer is made of an aluminum-silicon alloy containing magnesium and bismuth,
The core material layer is made of an aluminum alloy,
In the assembling step, the first member and the second member are assembled with the surface layer side of the laminated material as the joining counterpart side,
In the brazing step, the first member and the second member are in a low oxygen concentration environment where the oxygen concentration is lower than the oxygen concentration in the atmosphere, and under atmospheric pressure or higher than atmospheric pressure. Brazing and joining are performed without applying flux to each surface.
請求項1および請求項2に記載の発明によれば、表層ではなく中間層にマグネシウム(Mg)が添加されているため、積層材の表面でのMgの酸化皮膜の形成を抑制できる。さらに、ろう付け接合のための加熱における昇温時に、中間層中のビスマス(Bi)が他の成分よりも先に溶融する。表層全体が溶融状態になるまでは、溶融したBiが、Mgの積層材の表面への拡散を抑制する。このため、ろう付け時におけるMgの酸化皮膜の形成を抑制できる。そして、表層全体が溶融状態となったときに、Mgが積層材の表面に向けて拡散することによって、積層材の表面に存在する酸化皮膜を破壊する。 According to the first and second aspects of the invention, since magnesium (Mg) is added to the intermediate layer, not the surface layer, formation of an oxide film of Mg on the surface of the laminated material can be suppressed. Furthermore, bismuth (Bi) in the intermediate layer melts before other components at the time of temperature rise in heating for brazing joining. Until the entire surface layer is in a molten state, the melted Bi suppresses the diffusion of Mg to the surface of the laminated material. For this reason, formation of the oxide film of Mg at the time of brazing can be suppressed. When the entire surface layer is in a molten state, Mg diffuses toward the surface of the laminated material, thereby destroying the oxide film existing on the surface of the laminated material.
したがって、本発明によれば、低酸素濃度環境下で、フラックスレスでのろう付け接合が可能となる。 Therefore, according to the present invention, fluxless brazing can be performed in a low oxygen concentration environment.
また、請求項6に記載の発明は、
アルミニウム合金製の熱交換器の製造方法であって、
熱交換器を構成する第1部材(13)と第2部材と第3部材とを用意する用意工程と、
用意された第1部材と第2部材と第3部材とを組み付ける組み付け工程と、
組み付けられた第1部材と第2部材と第3部材とをろう付け接合するろう付け工程とを有し、
用意工程においては、第1部材として、積層材(40)を用意し、
積層材は、中間層(41)の両面のそれぞれに対して、ろう材で構成された第1表層(42)とろう材で構成された第2表層(43)とが積層されており、
第1表層と第2表層のそれぞれは、アルミニウム−シリコン合金で構成され、
中間層は、マグネシウムと、ビスマスとを含有するアルムニウム合金で構成され、
組み付け工程においては、第1表層が第2部材に接するとともに、第2表層が第3部材に接するように、第1部材と第2部材と第3部材とを組み付け、
ろう付け工程においては、酸素の濃度が大気中の酸素の濃度よりも低い低酸素濃度環境下であって、大気圧下または大気圧よりも高い圧力下で、かつ、第1部材と第2部材と第3部材とのそれぞれの表面にフラックスを塗布しない状態で、ろう付け接合する。
The invention according to
A method for manufacturing a heat exchanger made of aluminum alloy,
A preparation step of preparing a first member (13), a second member, and a third member constituting the heat exchanger;
An assembling step of assembling the prepared first member, second member and third member;
A brazing step of brazing and joining the assembled first member, second member, and third member;
In the preparation step, a laminated material (40) is prepared as the first member,
The laminated material has a first surface layer (42) composed of a brazing material and a second surface layer (43) composed of a brazing material laminated on each of both surfaces of the intermediate layer (41),
Each of the first surface layer and the second surface layer is made of an aluminum-silicon alloy,
The intermediate layer is made of an aluminum alloy containing magnesium and bismuth,
In the assembly process, the first member, the second member, and the third member are assembled such that the first surface layer contacts the second member and the second surface layer contacts the third member,
In the brazing step, the first member and the second member are in a low oxygen concentration environment where the oxygen concentration is lower than the oxygen concentration in the atmosphere, and under atmospheric pressure or higher than atmospheric pressure. And the third member are brazed and joined in a state where no flux is applied.
請求項6に記載の発明によれば、第1、第2表層ではなく中間層にマグネシウム(Mg)が添加されているため、積層材の両側の表面でのMgの酸化皮膜の形成を抑制できる。さらに、ろう付け接合のための加熱における昇温時に、中間層中のビスマス(Bi)が他の成分よりも先に溶融する。第1、第2表層全体が溶融状態になるまでは、溶融したBiが、Mgの積層材の両側の表面への拡散を抑制する。このため、ろう付け時におけるMgの酸化皮膜の形成を抑制できる。そして、第1、第2表層の全体が溶融状態となったときに、Mgが積層材の両側の表面に向けて拡散することによって、積層材の両側の表面に存在する酸化皮膜を破壊する。 According to the sixth aspect of the invention, since magnesium (Mg) is added to the intermediate layer instead of the first and second surface layers, formation of Mg oxide films on the surfaces on both sides of the laminated material can be suppressed. . Furthermore, bismuth (Bi) in the intermediate layer melts before other components at the time of temperature rise in heating for brazing joining. Until the entire first and second surface layers are in a molten state, the melted Bi suppresses diffusion to the surfaces on both sides of the Mg laminate. For this reason, formation of the oxide film of Mg at the time of brazing can be suppressed. When the entire first and second surface layers are in a molten state, Mg diffuses toward the surfaces on both sides of the laminated material, thereby destroying the oxide film present on the surfaces on both sides of the laminated material.
したがって、本発明によれば、低酸素濃度環境下で、フラックスレスでのろう付け接合が可能となる。 Therefore, according to the present invention, fluxless brazing can be performed in a low oxygen concentration environment.
また、請求項9に記載の発明は、請求項1ないし8のいずれか1つに記載の発明において、
前記第1部材は、内部に内部空間を形成する空間形成部材の少なくとも一部を構成するものであり、
前記ろう付け工程では、前記第1部材と前記第1部材の接合相手の部材とが、前記空間形成部材の内部空間と前記空間形成部材の外部空間とを隔てた状態で、ろう付け接合されることを特徴とする。
The invention according to claim 9 is the invention according to any one of
The first member constitutes at least a part of a space forming member that forms an internal space therein,
In the brazing step, the first member and a member to which the first member is joined are brazed and joined in a state in which the internal space of the space forming member and the external space of the space forming member are separated. It is characterized by that.
ここで、外部空間の方が内部空間よりも広い。このため、外部空間に存在する酸素の方が内部空間に存在する酸素よりも多い。第1部材にBiが含まれていない場合、第1部材の表面のうちの外部空間側に形成される酸化皮膜は、第1部材の表面のうちの内部空間側に形成される酸化皮膜よりも厚くなる。 Here, the external space is wider than the internal space. For this reason, there are more oxygens existing in the external space than oxygen existing in the internal space. When Bi is not contained in the first member, the oxide film formed on the outer space side of the surface of the first member is more than the oxide film formed on the inner space side of the surface of the first member. Become thicker.
これによれば、溶融したBiによって、外部空間から第1部材の表面への酸素の移動を抑制することができる。このため、第1部材の外部空間側において、酸化皮膜の形成を抑制できる。第1部材の外部空間側と内部空間側とのそれぞれに形成される酸化皮膜の厚さを同じ厚さに近づけることができる。この結果、第1部材と第2部材とを良好にろう付け接合することができる。 According to this, the movement of oxygen from the external space to the surface of the first member can be suppressed by the melted Bi. For this reason, formation of an oxide film can be suppressed on the external space side of the first member. The thicknesses of the oxide films formed on the outer space side and the inner space side of the first member can be made close to the same thickness. As a result, it is possible to satisfactorily braze and join the first member and the second member.
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.
(第1実施形態)
図1に示すように、本実施形態の熱交換器1は、冷却対象物としての電子部品2を冷却するものであり、積層された複数のチューブ3を備える積層型熱交換器である。図1中のチューブ積層方向は、複数のチューブ3の積層方向であり、チューブ長手方向は、1つのチューブ3の長手方向である。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the
1つのチューブ3は、チューブ積層方向の厚さが薄い扁平形状である。1つのチューブ3は、チューブ積層方向に直交する一方向をチューブ長手方向として延びている。隣り合う2つのチューブ3は、電子部品2を間に挟むための隙間空間S1を有するように、互いに離れて配置されている。隣り合う2つのチューブ3は、チューブ長手方向の一端側と両端側のそれぞれに位置する連通部材4を介して接続されている。複数のチューブ3のうちチューブ積層方向の端部に位置するチューブ3には、導入管5と排出管6とが接続されている。導入管5は、複数のチューブ3へ冷媒を導入するためのものである。排出管6は、複数のチューブ3から冷媒を排出するためのものである。
One
隣り合う2つのチューブ3の間に電子部品2が挟まれている。チューブ3の外面3aは、電子部品2と接触している。すなわち、チューブ3は、電子部品2に対して熱伝導可能に接続されている。電子部品2は、扁平形状である。電子部品2は、自動車用インバータの一部を構成する半導体モジュールである。半導体モジュールは、大電力を制御する半導体素子、すなわち、パワー素子を内蔵している。
An
冷媒が導入管5から複数のチューブ3のそれぞれに分配される。冷媒が複数のチューブ3を流れる。このとき、冷媒と電子部品2との間で熱交換が行われることで、電子部品2が冷却される。熱交換後の冷媒は、排出管6から外部へ排出される。
The refrigerant is distributed from the
図2に示すように、1つのチューブ3は、一対の外殻プレート11、12と、中間プレート13と、インナーフィン14、15とを有する。
As shown in FIG. 2, one
一対の外殻プレート11、12は、チューブ3の外殻を構成している。一対の外殻プレート11、12は、両者の間に空間を形成している。中間プレート13は、一対の外殻プレート11、12の間に配置されている。中間プレート13は、一対の外殻プレート11、12の間の空間を2つの冷媒流路に区画している。外殻プレート11と中間プレート13との間にインナーフィン14が配置されている。外殻プレート12と中間プレート13との間にインナーフィン15が配置されている。インナーフィン14、15は、冷媒と電子部品2との間の熱交換を促進させるものである。
The pair of
一対の外殻プレート11、12の外周縁部において、一対の外殻プレートが中間プレートを挟んだ状態で、外殻プレート11、12と中間プレート13とがろう付け接合されている。このため、外殻プレート11、12と中間プレート13とを接合するフィレット21、22が形成されている。本実施形態では、外殻プレート11、12が第1部材に相当し、中間プレート13が第2部材に相当する。
At the outer peripheral edge of the pair of
同様に、外殻プレート11、12とインナーフィン14、15とがろう付け接合されている。このため、外殻プレート11、12とインナーフィン14、15とを接合するフィレット23、24が形成されている。本実施形態では、外殻プレート11、12が第1部材に相当し、インナーフィン14、15が第2部材に相当する。
Similarly, the
同様に、中間プレート13とインナーフィン14、15とがろう付け接合されている。このため、中間プレート13とインナーフィン14、15とを接合するフィレット25、26が形成されている。本実施形態では、中間プレート13が第1部材に相当し、インナーフィン14とインナーフィン15とが、それぞれ、第2部材と第3部材とに相当する。
Similarly, the
次に、本実施形態の熱交換器1の製造方法について説明する。
Next, the manufacturing method of the
熱交換器1の製造方法は、用意工程と、組み付け工程と、ろう付け工程とを順に行うものである。
The manufacturing method of the
用意工程は、熱交換器1を構成する各構成部材を用意する工程である。用意工程においては、チューブ3を構成する各構成部材と、導入管5と、排出管6とを用意する。チューブ3を構成する各構成部材は、一対の外殻プレート11、12と、中間プレート13と、インナーフィン14、15である。
The preparation step is a step of preparing each constituent member constituting the
組み付け工程は、用意された各構成部材を組み付ける工程である。組み付け工程においては、一対の外殻プレート11、12と、中間プレート13と、インナーフィン14、15とを組み付けて仮組状態のチューブ3を形成する。このとき、一対の外殻プレート11、12と、中間プレート13と、インナーフィン14、15とは、仮固定される。さらに、複数のチューブ3と、導入管5と、排出管6とを組み付けて、仮組状態の熱交換器1を形成する。このとき、隣り合うチューブ3同士は仮固定される。
The assembly process is a process of assembling each prepared component member. In the assembling step, the pair of
ろう付け工程は、組み付けられた各構成部材をろう付け接合する工程である。ろう付け工程においては、仮組状態の熱交換器1を加熱する。すなわち、組み付けられた各構成部材を加熱する。これにより、各構成部材同士をろう付け接合して一体化させる。
The brazing step is a step of brazing and joining the assembled components. In the brazing process, the
ろう付け工程においては、各構成部材の周囲の酸素濃度が大気中の酸素濃度よりも低い低酸素環境下で、各構成部材を加熱する。このために、仮組状態の熱交換器1を加熱炉の内部へ配置する。加熱炉の内部に不活性ガスを充填した状態で、熱交換器1を加熱する。不活性ガスとしては、窒素が用いられる。この加熱では、加熱炉の内部の空気圧を大気圧と同じ、または、大気圧よりも高くする。これにより、後述するMg等の添加物の蒸発を防ぐことができる。また、この加熱では、加熱炉の内部の真空引きを行わない。この加熱では、各構成部材の表面にフラックスを塗布しない状態とする。
In the brazing step, each component is heated in a low oxygen environment where the oxygen concentration around each component is lower than the oxygen concentration in the atmosphere. For this purpose, the
また、この加熱では、加熱炉の炉内温度を常温からろう材の溶融温度(600℃付近)まで上昇させる(昇温過程)。その後、一定の温度で所定時間保持する(保持過程)。その後、熱交換器を冷却する。 In this heating, the furnace temperature of the heating furnace is raised from the normal temperature to the melting temperature of the brazing material (around 600 ° C.) (temperature raising process). Thereafter, it is held at a constant temperature for a predetermined time (holding process). Thereafter, the heat exchanger is cooled.
ろう付け工程の後、接合された熱交換器1の隙間空間S1に電子部品2を配置する。これにより、図1に示す熱交換器1が製造される。
After the brazing process, the
本実施形態では、用意工程において、ろう付け接合前の状態における一対の外殻プレート11、12として、図3に示すように、芯材層31に対して中間層32と表層33とが順に積層された積層材、すなわち、クラッド材30を用意する。クラッド材とは、2種類以上の異なる金属を貼り合わせた板状部材のことである。
In the present embodiment, in the preparation step, as shown in FIG. 3, the
芯材層31は、芯材、すなわち、母材で構成されており、Al−Mn系合金で構成されている。母材は、ろう材によってろう付け接合される材料である。Al−Mn系合金としては、日本工業規格(JIS)の材料記号が3000番台のアルミニウム合金が挙げられる。中間層32は、母材で構成されており、マグネシウムとビスマスとを含有するアルミニウム合金(Al−Mg−Bi系合金)で構成されている。表層33は、ろう材で構成されており、アルミニウム−シリコン合金(Al−Si系合金)で構成されている。
The
以下、中間層32と表層33についてより具体的に説明する。
Hereinafter, the
中間層32は、Mg(マグネシウム)の添加量(含有量)が0.1%以上5.0%以下であり、Bi(ビスマス)の添加量(含有量)が0.01%以上2.0%以下であるアルミニウム合金である。Mg、Biの添加量を示す数値(%)は、中間層32を構成するアルミニウム合金全体に対するMg、Biの質量%(mass%)を示している。
The
Mgの添加量を0.1%以上とすることで、Mgが表層に拡散して、酸化膜破壊効果を生じさせることができる。Mgの添加量が多いほど、機械的特性を向上できる。しかし、添加量が多くなりすぎると、エロージョンが発生しやすくなったり、部品成形時の加工性が低下したりする。エロージョンとは、アルミニウム合金母材の溶融ろう材への溶解とろう材成分の母材への拡散のことである。そこで、Mgの添加量を5.0%以下とすることで、エロージョンの発生を抑制でき、部品成形時の加工性の低下を抑制できる。また、Biの添加量を0.01%以上2.0%以下とすることで、後述の実施例に示す通り、良好なろう付性が得られる。 By making the addition amount of Mg 0.1% or more, Mg diffuses into the surface layer, and an oxide film destruction effect can be produced. The mechanical properties can be improved as the amount of Mg added increases. However, if the amount added is too large, erosion is likely to occur, and the workability at the time of component molding is reduced. Erosion is the dissolution of an aluminum alloy base material into a molten brazing material and the diffusion of brazing material components into the base material. Therefore, by setting the amount of Mg to be 5.0% or less, generation of erosion can be suppressed, and deterioration of workability during component molding can be suppressed. Moreover, favorable brazing property is acquired as shown in the below-mentioned Example by making Bi addition amount into 0.01% or more and 2.0% or less.
表層33は、Si(シリコン)の添加量(含有量)が5%以上13.0%以下のアルミニウム合金である。Siの添加量を示す数値(%)は、表層33を構成するアルミニウム合金全体に対するSiの質量%(mass%)を示している。Siの添加量を5.0%以上13.0%以下とするのは、Al−Si合金を亜共晶の範囲内とするためであり、Siの添加量が13.0%を超えると初晶Siが出て、エロージョンリスクが大きくなるからである。
The
また、用意工程においては、中間プレート13として、図4に示すように、中間層41の両面のそれぞれに対して、第1表層42と第2表層43とが積層されたクラッド材40を用意する。中間層41は、母材で構成されており、Al−Mn−Mg−Bi系合金で構成されている。第1表層42と第2表層43のそれぞれは、ろう材で構成されており、Al−Si系合金で構成されている。本実施形態では、クラッド材40が、積層材に相当する。なお、以下では、第1、第2表層42、43を、単に、表層42、43とも呼ぶ場合がある。
In the preparation step, as the
中間層41を構成するアルミニウム合金に含有されるMgとBiの含有量は、クラッド材30の中間層32と同じである。第1、第2表層42、43を構成するアルミニウム合金に含有されるSiの含有量は、クラッド材30の表層33と同じである。
The contents of Mg and Bi contained in the aluminum alloy constituting the
また、用意工程においては、インナーフィン14、15として、図5に示すように、Al−Mn系合金、Al−Mn−Mg系合金またはAl−Mn−Mg−Bi系合金の単層(すなわち、芯材)で構成された単層部材50を用意する。
In the preparation step, as the
そして、組み付け工程においては、クラッド材30の表層33が接合相手に接するように、クラッド材30の表層33側を接合相手側として組み付ける。すなわち、外殻プレート11、12を構成するクラッド材30の表層33側を中間プレート13側として、外殻プレート11、12と中間プレート13とを組み付ける。同様に、クラッド材30の表層33側をインナーフィン14、15側として、外殻プレート11、12とインナーフィン14、15とを組み付ける。
In the assembling process, the
中間プレート13とインナーフィン14、15との組み付けにおいては、クラッド材40の第1表層42がインナーフィン14に接するとともに、第2表層43がインナーフィン15に接するように、中間プレート13とインナーフィン14、15とを組み付ける。
In assembling the
次に、ろう付け工程について説明する。ろう付け工程においては、加熱炉の炉内温度を常温からろう材の溶融温度まで上昇させる(昇温過程)。その後、一定の温度で所定時間保持する(保持過程)。その後、熱交換器を冷却する。 Next, the brazing process will be described. In the brazing step, the furnace temperature of the heating furnace is raised from room temperature to the melting temperature of the brazing material (temperature raising process). Thereafter, it is held at a constant temperature for a predetermined time (holding process). Thereafter, the heat exchanger is cooled.
まず、外殻プレート11、12を構成するクラッド材30のろう付けのメカニズムについて説明する。
First, the mechanism of brazing of the
加熱前では、図6に示すように、表層33の表面にAlの酸化皮膜(Al2O3)61が存在する。表層33には、Mgが含まれていないので、表層33の最表面にMgの酸化皮膜は存在しない。
Before heating, an Al oxide film (Al 2 O 3 ) 61 exists on the surface of the
昇温過程において、450℃以上になると、中間層32中のBi成分が溶け始める。Biは、Al−Si合金よりも融点が低い。このため、Biは、Al−Si合金よりも先に溶融する。溶融状態のBi、すなわち、Biの融液は、表層33の表面側に移動する。
When the temperature rises to 450 ° C. or higher in the temperature raising process, the Bi component in the
温度が上昇して540℃以上になると、図7に示すように、Bi単体の融液の層であるBi融液層62が、酸化皮膜61と表層33の間に形成される。さらに、BiとMgの融液の層であるBiMg融液層63が、酸化皮膜61と表層33の間に形成される。
When the temperature rises to 540 ° C. or higher, a Bi melt layer 62, which is a Bi melt layer, is formed between the
このように、酸化皮膜61よりも内側で、Bi融液層62およびBiMg融液層63が表層33を覆っている。このため、中間層32から表層33の表面へのMgの拡散が阻止される。よって、表層33の表面でのMgの酸化皮膜の形成が抑制される。
Thus, the Bi melt layer 62 and the BiMg melt layer 63 cover the
温度が上昇してろう材の溶融温度になると、図8に示すように、表層33が溶融(液化)して融液となる。このろう材の融液にBi融液層62とBiMg融液層63のそれぞれの融液が混ざることで、表層33の表面に向けてMgが拡散する。Mgによって酸化皮膜61が破壊される。これにより、良好なろう付けが可能となる。
When the temperature rises to the melting temperature of the brazing material, as shown in FIG. 8, the
そして、冷却過程において、融液が凝固することで、外殻プレート11、12と中間プレート13との接触部が接合されるとともに、外殻プレート11、12とインナーフィン14、15との接触部が接合される。すなわち、図2に示すように、外殻プレート11、12と中間プレート13とのろう付け接合部にフィレット21、22が形成されるとともに、外殻プレート11、12とインナーフィン14、15とのろう付け接合部にフィレット23、24が形成される。フィレット21、22、23、24は、Bi、Mg、Siを含有するアルミニウム合金で構成されている。
In the cooling process, the melt is solidified so that the contact portions between the
中間プレート13を構成するクラッド材40のろう付けのメカニズムは、外殻プレート11、12を構成するクラッド材30と同じである。表層33、42、43で生じる現象は同じであるため、図6、7、8において、表層に符号33、42、43を付している。
The mechanism of brazing of the
すなわち、昇温過程において、450℃以上になると、中間層41中のBi成分が溶け始める。
That is, when the temperature rises to 450 ° C. or higher in the temperature raising process, the Bi component in the
温度が上昇して540℃以上になると、図7に示すように、Biの融液からなるBi層62が、酸化皮膜61と第1、第2表層42、43の間に形成される。このため、第1、第2表層42、43の表面へのMgの拡散が阻止される。
When the temperature rises to 540 ° C. or higher, a Bi layer 62 made of a Bi melt is formed between the
温度が上昇してろうの溶融温度以上になると、図8に示すように、第1、第2表層42、43が溶融して融液となる。このろう材の融液にBiの融液(すなわち、Bi融液層62とBiMg融液層63)が混ざることで、第1、第2表層42、43の表面に向けてMgが拡散する。Mgによって酸化皮膜61が破壊される。これにより、良好なろう付けが可能となる。
When the temperature rises to be equal to or higher than the melting temperature of the wax, as shown in FIG. 8, the first and second surface layers 42 and 43 are melted to become a melt. By mixing the melt of Bi with the melt of Bi (that is, the Bi melt layer 62 and the BiMg melt layer 63), Mg diffuses toward the surfaces of the first and second surface layers 42 and 43. The
そして、冷却過程において、融液が凝固することで、中間プレート13とインナーフィン14、15の接触部が接合される。すなわち、図2に示すように、中間プレート13とインナーフィン14、15とのろう付け接合部にフィレット25、26が形成される。フィレット25、26は、Bi、Mg、Siを含有するアルミニウム合金で構成されている。
In the cooling process, the melt is solidified to join the contact portions of the
このように、本実施形態では、クラッド材30、40の表層33、42、43ではなく、中間層32、41にMgが添加されている。このため、加熱前における表層33、42、43の表面でのMgの酸化皮膜の形成を抑制できる。さらに、ろう付けのための加熱昇温時に、中間層32、41中のBiが他の成分よりも先に溶融する。溶融したBiが、Mgの表面への拡散を抑制する。このため、加熱昇温時におけるMgの酸化皮膜の形成を抑制できる。そして、表層33、42、43全体が溶融状態となったときに、Mgが表層33、42、43の表面側に拡散することによって、酸化皮膜61が破壊される。すなわち、ろう材が溶融するまでは、Bi融液が表層33、42、43の表面へのMgの拡散を抑制する。ろう材が溶融したときに、Mgの酸化膜破壊効果が得られる。
As described above, in this embodiment, Mg is added to the
これにより、本実施形態によれば、低酸素環境下において、フラックスレスで、良好にろう付け接合することができる。 Thereby, according to this embodiment, it can be satisfactorily brazed and joined in a fluxless manner in a low oxygen environment.
また、本実施形態では、外殻プレート11、12として、クラッド材30を用いている。外殻プレート11、12は、中間プレート13とろう付け接合されることで、中間プレート13との間に空間を形成する。したがって、外殻プレート11、12と中間プレート13は、内部に内部空間を形成する空間形成部材である。外殻プレート11、12は、この空間形成部材の一部を構成している。このため、ろう付け工程では、外殻プレート11、12と、その接合相手の部材である中間プレート13とが、外殻プレート11、12と中間プレート13の間の内部空間と外殻プレート11、12と中間プレート13の外側の外部空間とを隔てた状態で、ろう付け接合される。
In the present embodiment, the
ここで、外部空間の方が内部空間よりも広い。このため、外部空間に存在する酸素の方が内部空間に存在する酸素よりも多い。クラッド材30にBiが含まれていない場合、クラッド材30の表面のうちの外部空間側に形成される酸化皮膜は、クラッド材30の表面のうちの内部空間側に形成される酸化皮膜よりも厚くなる。
Here, the external space is wider than the internal space. For this reason, there are more oxygens existing in the external space than oxygen existing in the internal space. When Bi is not contained in the
これに対して、本実施形態では、クラッド材30の中間層32にBiが含まれている。これにより、加熱時に、溶融したBiによって、外部空間からクラッド材30の表面への酸素の移動を抑制することができる。このため、クラッド材30の表面のうちの外部空間側において、酸化皮膜の形成を抑制できる。換言すると、クラッド材30の外部空間側と内部空間側とのそれぞれに形成される酸化皮膜の厚さを同じ厚さに近づけることができる。この結果、外殻プレート11、12と中間プレート13とを、良好にろう付け接合することができる。
On the other hand, in this embodiment, Bi is contained in the
(第2実施形態)
図9に示すように、本実施形態は、第1実施形態に対して、クラッド材30の中間層32を構成するアルミニウム合金の組成が異なる。芯材層31、表層33を構成するアルミニウム合金の組成は、第1実施形態のクラッド材30と同じである。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 9, the present embodiment differs from the first embodiment in the composition of the aluminum alloy constituting the
本実施形態では、中間層32は、Al−Mg−Bi−Zn系合金で構成されている。Znの添加量は、添加材として判別できる0.02%を下限値とし、それ以上であることが好ましい。また、Znの添加量は、中間層32が犠牲層として効果を発揮することができる6%を上限値とし、それ以下であることが好ましい。犠牲層とは、芯材層31に対して優先的に腐食することで、芯材層31の腐食を抑制する機能を果たす層である。6%以上添加された場合、材料の耐食性が著しく低下する。なお、Znの添加量を示す数値(%)は、中間層32を構成するアルミニウム合金全体に対するZnの質量%(mass%)を示している。
In the present embodiment, the
本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。 Also in this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained.
(第3実施形態)
図10に示すように、本実施形態は、第1実施形態に対して、クラッド材30の表層33を構成するアルミニウム合金の組成が異なる。芯材層31、中間層32を構成するアルミニウム合金の組成は、第1実施形態のクラッド材30と同じである。
(Third embodiment)
As shown in FIG. 10, the present embodiment differs from the first embodiment in the composition of the aluminum alloy constituting the
本実施形態では、表層33は、Al−Si−Zn系合金で構成されている。Znの添加量は、添加材として判別できる0.02%を下限値とし、それ以上であることが好ましい。また、Znの添加量は、表層33が犠牲層として効果を発揮することができる6%を上限値とし、それ以下であることが好ましい。6%以上添加された場合、材料の耐食性が著しく低下する。なお、Znの添加量を示す数値(%)は、表層33を構成するアルミニウム合金全体に対するZnの質量%(mass%)を示している。
In the present embodiment, the
本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。 Also in this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained.
(第4実施形態)
図11に示すように、本実施形態は、第1実施形態に対して、クラッド材30の芯材層31を構成するアルミニウム合金の組成が異なる。中間層32、表層33を構成するアルミニウム合金の組成は、第1実施形態のクラッド材30と同じである。
(Fourth embodiment)
As shown in FIG. 11, this embodiment differs in the composition of the aluminum alloy which comprises the
本実施形態では、芯材層31は、Al−Mn−Mg系合金で構成されている。このように、芯材層31にMgが添加されていてもよい。本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。なお、第2、第3実施形態においても、本実施形態と同様に、芯材層31にMgが添加されていてもよい。
In the present embodiment, the
(第5実施形態)
本実施形態は、第1実施形態に対して、中間プレート13、インナーフィン14、15のそれぞれとして用いる部材が異なる。
(Fifth embodiment)
The present embodiment differs from the first embodiment in the members used as the
本実施形態では、用意工程において、中間プレート13として、図5に示す単層部材50を用意する。インナーフィン14、15として、図4に示すクラッド材40を用意する。本実施形態においても、第1実施形態と同様に、中間プレート13とインナーフィン14、15とが良好にろう付け接合される。
In the present embodiment, the
なお、本実施形態では、外殻プレート11、12を構成するクラッド材30と、中間プレート13を構成する単層部材50とがろう付け接合される。この場合であっても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
In the present embodiment, the
(第6実施形態)
本実施形態は、第1実施形態のクラッド材30に替えて、図12に示すクラッド材70を用いる。すなわち、本実施形態では、用意工程において、ろう付け接合前の状態における一対の外殻プレート11、12として、芯材層71に中間層72と表層73とが順に積層されたクラッド材70を用意する。
(Sixth embodiment)
In the present embodiment, a
芯材層71は、第1実施形態のクラッド材30の芯材層31と同じである。中間層72は、ろう材で構成されており、マグネシウムとビスマスとを含有するアルミニウム−シリコン合金(Al−Si−Mg−Bi系合金)で構成されている。表層73は、ろう材で構成されており、アルミニウム−シリコン合金(Al−Si系合金)で構成されている。本実施形態では、クラッド材70が積層材に相当する。
The
このように、クラッド材70は、2層のろう材層を有する。2層のろう材層のうち内側のろう材層である中間層72に、マグネシウムとビスマスとが含有されている。クラッド材70のろう付けのメカニズムは、第1実施形態のクラッド材30と同じである。図6、7、8中の表層33が、本実施形態のクラッド材70の表層73に対応する。よって、本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
Thus, the
(第7実施形態)
図13に示すように、本実施形態は、第6実施形態に対して、クラッド材70の中間層72を構成するアルミニウム合金の組成が異なる。芯材層71、表層73を構成するアルミニウム合金の組成は、第6実施形態のクラッド材70と同じである。
(Seventh embodiment)
As shown in FIG. 13, this embodiment differs in the composition of the aluminum alloy which comprises the intermediate |
本実施形態では、第2実施形態と同様に、中間層72を構成するアルミニウム合金に、Znが添加されている。すなわち、中間層72は、Al−Si−Mg−Bi−Zn系合金で構成されている。Znの添加量は、第2実施形態と同じである。本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
In the present embodiment, Zn is added to the aluminum alloy constituting the
(第8実施形態)
図14に示すように、本実施形態は、第6実施形態に対して、クラッド材70の表層33を構成するアルミニウム合金の組成が異なる。芯材層71、中間層72を構成するアルミニウム合金の組成は、第6実施形態のクラッド材70と同じである。
(Eighth embodiment)
As shown in FIG. 14, this embodiment differs in the composition of the aluminum alloy which comprises the
本実施形態では、第3実施形態と同様に、表層73を構成するアルミニウム合金に、Znが添加されている。すなわち、表層73は、Al−Si−Zn系合金で構成されている。Znの添加量は、第3実施形態と同様である。本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
In the present embodiment, Zn is added to the aluminum alloy constituting the
(第9実施形態)
図15に示すように、本実施形態は、第6実施形態に対して、クラッド材70の芯材層71を構成するアルミニウム合金の組成が異なる。中間層72、表層73を構成するアルミニウム合金の組成は、第6実施形態のクラッド材70と同じである。
(Ninth embodiment)
As shown in FIG. 15, this embodiment differs in the composition of the aluminum alloy which comprises the
本実施形態では、第4実施形態と同様に、芯材層71を構成するアルミニウム合金に、Mgが添加されている。すなわち、芯材層71は、Al−Mn−Mg系合金で構成されている。本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。なお、第7、第8実施形態においても、本実施形態と同様に、芯材層71にMgが添加されていてもよい。
In the present embodiment, similarly to the fourth embodiment, Mg is added to the aluminum alloy constituting the
(他の実施形態)
(1)第1−第4実施形態では、クラッド材30の表層33を構成するアルミニウム合金には、Biが含まれていないが、図16、17、18、19に示すように、Biが含まれていてもよい。
(Other embodiments)
(1) In the first to fourth embodiments, Bi is not included in the aluminum alloy constituting the
図16に示すクラッド材30では、表層33は、Al−Si−Bi系合金で構成されている。芯材層31、中間層32を構成するアルミニウム合金の組成は、図3に示す第1実施形態のクラッド材30と同じである。
In the
図17に示すクラッド材30では、表層33は、Al−Si−Bi系合金で構成されている。芯材層31、中間層32を構成するアルミニウム合金の組成は、図9に示す第2実施形態のクラッド材30と同じである。
In the
図18に示すクラッド材30では、表層33は、Al−Si−Bi−Zn系合金で構成されている。芯材層31、中間層32を構成するアルミニウム合金の組成は、図10に示す第3実施形態のクラッド材30と同じである。
In the
図19に示すクラッド材30では、表層33は、Al−Si−Bi系合金で構成されている。芯材層31、中間層32を構成するアルミニウム合金の組成は、図11に示す第4実施形態のクラッド材30と同じである。図11および図19に示すクラッド材30において、芯材層31を構成するアルミニウム合金のMgの含有量は、0.02質量%以上3.0質量%以下であることが好ましい。これにより、後述する実施例に示すように、エロージョンの発生を回避することができる。
In the
図16−19のいずれの場合においても、表層33を構成するアルミニウム合金のBiの含有量は、0.01質量%以上1.0質量%以下であることが好ましい。これにより、後述する実施例に示すように、良好なろう付けが可能となる。
In any case of FIGS. 16 to 19, the Bi content of the aluminum alloy constituting the
(2)第6−第9実施形態では、クラッド材70の表層73を構成するアルミニウム合金には、Biが含まれていないが、図20、21、22、23に示すように、Biが含まれていてもよい。
(2) In the sixth to ninth embodiments, Bi is not included in the aluminum alloy constituting the
図20に示すクラッド材70では、表層73は、Al−Si−Bi系合金で構成されている。芯材層71、中間層72を構成するアルミニウム合金の組成は、図12に示す第6実施形態のクラッド材70と同じである。
In the
図21に示すクラッド材70では、表層73は、Al−Si−Bi系合金で構成されている。芯材層71、中間層72を構成するアルミニウム合金の組成は、図13に示す第7実施形態のクラッド材70と同じである。
In the
図22に示すクラッド材70では、表層73は、Al−Si−Bi−Zn系合金で構成されている。芯材層71、中間層72を構成するアルミニウム合金の組成は、図14に示す第8実施形態のクラッド材70と同じである。
In the
図23に示すクラッド材70では、表層73は、Al−Si−Bi系合金で構成されている。芯材層71、中間層72を構成するアルミニウム合金の組成は、図15に示す第9実施形態のクラッド材70と同じである。
In the
図20−23のいずれの場合においても、表層33を構成するアルミニウム合金のBiの含有量は、0.01質量%以上1.0質量%以下であることが好ましい。これにより、良好なろう付けが可能となる。
20-23, the content of Bi in the aluminum alloy constituting the
(3)第1実施形態では、図4に示すように、クラッド材40の第1、第2表層42、43を構成するアルミニウム合金には、Biが含まれていないが、図24に示すように、Biが含まれていてもよい。図24に示すクラッド材40では、第1、第2表層42、43のそれぞれは、Al−Si−Bi系合金で構成されている。中間層41を構成するアルミニウム合金の組成は、図4に示す第1実施形態のクラッド材40と同じである。
(3) In the first embodiment, as shown in FIG. 4, the aluminum alloy constituting the first and second surface layers 42 and 43 of the
(4)上記各実施形態において、クラッド材30の表層33、クラッド材70の表層73およびクラッド材40の第1、第2表層42、43のそれぞれを構成するアルミニウム合金に、他の元素が含まれていてもよい。
(4) In each of the above embodiments, the aluminum alloy constituting each of the
(5)上記各実施形態において、クラッド材30の中間層32、クラッド材70の中間層72およびクラッド材40の中間層41のそれぞれを構成するアルミニウム合金に、他の元素が含まれていてもよい。
(5) In each of the above embodiments, the aluminum alloy constituting each of the
(6)第1−第4実施形態および他の実施形態(1)では、クラッド材30の芯材層31を構成するアルミニウム合金は、Al−Mn系合金またはAl−Mn−Mg系合金であったが、さらに他の元素が含まれていてもよく、Mnの替わりに他の元素が含まれていてもよい。同様に、第1、第5実施形態および他の実施形態(3)では、クラッド材40の中間層41を構成するアルミニウム合金は、Al−Mn−Mg−Bi系合金であったが、さらに他の元素が含まれていてもよく、Mnの替わりに他の元素が含まれていてもよい。同様に、第6−第9実施形態および他の実施形態(2)では、クラッド材70の芯材層71を構成するアルミニウム合金は、Al−Mn系合金またはAl−Mn−Mg系合金であったが、さらに他の元素が含まれていてもよく、Mnの替わりに他の元素が含まれていてもよい。
(6) In the first to fourth embodiments and the other embodiment (1), the aluminum alloy constituting the
(7)上記各実施形態では、チューブ3は、中間プレート13を有していたが、中間プレート13を有していなくてもよい。一対の外殻プレート11、12同士がろう付け接合されることで、1つのチューブ3が形成されていてもよい。この場合、一対の外殻プレート11、12を構成するクラッド材30同士が接合される。2つのクラッド材30は、どちらも表層33を接合の相手側とされる。
(7) In each of the above embodiments, the
(8)上記各実施形態では、外殻プレート11、12としてクラッド材30またはクラッド材70を用いたが、これに限定されない。熱交換器を構成する他の構成部材としてクラッド材30またはクラッド材70を用いてもよい。この場合、互いにろう付けされるアルミニウム合金製の2つの部材のうち少なくとも一方がクラッド材30またはクラッド材70で構成されていればよい。表層33側を接合の相手側として、クラッド材30またはクラッド材70を相手側の部材と接触させた状態で加熱する。
(8) In each of the above embodiments, the
また、クラッド材30に替えて、クラッド材30の芯材層31側にさらに他の層が積層された積層材を用いてもよい。同様に、クラッド材70に替えて、クラッド材70の芯材層71側にさらに他の層が積層された積層材を用いてもよい。
Further, instead of the
また、第1実施形態では、中間プレート13としてクラッド材40を用い、第5実施形態では、インナーフィン14、としてクラッド材40を用いたが、これに限定されない。熱交換器を構成する他の構成部材としてクラッド材40を用いてもよい。この場合、互いにろう付けされるアルミニウム合金製の2つの部材のうち少なくとも一方がクラッド材40で構成されていればよい。また、第1実施形態のクラッド材30と同様に、空間形成部材の一部として、クラッド材40を用いることもできる。これによっても、加熱時に、中間層41から溶融したBiによって、外部空間からクラッド材40の表面への酸素の移動を抑制することができる。このため、クラッド材40の表面のうちの外部空間側において、酸化皮膜の形成を抑制できる。よって、空間形成部材を良好にろう付け接合することができる。
In the first embodiment, the
(9)本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能であり、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。 (9) The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed within the scope described in the claims, and includes various modifications and modifications within the equivalent range. Further, the above embodiments are not irrelevant to each other, and can be combined as appropriate unless the combination is clearly impossible. In each of the above-described embodiments, it is needless to say that elements constituting the embodiment are not necessarily essential unless explicitly stated as essential and clearly considered essential in principle. Yes. Further, in each of the above embodiments, when numerical values such as the number, numerical value, quantity, range, etc. of the constituent elements of the embodiment are mentioned, it is clearly limited to a specific number when clearly indicated as essential and in principle. The number is not limited to the specific number except for the case. In each of the above embodiments, when referring to the material, shape, positional relationship, etc. of the constituent elements, etc., unless otherwise specified, or in principle limited to a specific material, shape, positional relationship, etc. The material, shape, positional relationship, etc. are not limited.
以下、本発明の実施例について説明する。
(実施例1−11および比較例1−3)
表1、2、3に示す実施例1−11および比較例1−3のクラッド材30のろう付け性について評価した。実施例1−11のクラッド材30は、図3に示す第1実施形態のクラッド材30に対応する。実施例1−11および比較例1−3のクラッド材30のそれぞれは、中間層32がAl−Mg−Bi系合金である。これらのクラッド材30は、中間層32を構成するアルミニウム合金のBi、Mgの添加量が異なり、表層33を構成するアルミニウム合金の組成が同じである。
Examples of the present invention will be described below.
(Example 1-11 and Comparative Example 1-3)
The brazing properties of the
表1、2、3において、中間層32の各成分の添加量の単位は質量%(mass%)であり、アルミニウム合金の残部は、Alと不可避的不純物である。表層33は、Siの添加量が10.0質量%、残部がAlと不可避的不純物であるアルミニウム合金(10Si−Al)である。芯材層31は、Al−Mn系合金である。クラッド材30のろう付け接合の相手部材として、ろう材を含まないアルミニウム合金で構成された部材を用いた。
In Tables 1, 2, and 3, the unit of the added amount of each component of the
所定の形状に加工されたクラッド材30と相手部材とを組み付けた後、低酸素濃度環境下であって、大気圧下で、フラックスを用いずに、ろう付けした。このろう付け方法は、第1実施形態の説明の通りである。具体的には、加熱炉の内部を窒素ガスで充填した状態で、加熱炉の内部温度をろう材の溶融温度まで上昇させて、一定の温度で所定時間保持した後、クラッド材30および相手部材を冷却した。
After assembling the
ろう付け性の評価については、フィレットの大きさに基づいて行った。ろう付け性の評価結果は、表1、2、3に示される通りである。表中の○は、ろう付け性が良好であったことを示す。表中の◎は、ろう付け性が特に良好であったことを示す。すなわち、表中の◎は、フラックスを用いた従来のノコロック法によってろう付け接合した場合に形成されるフィレットと同等の大きさのフィレットが形成されたことを示す。表中の×は、ろう付け性が不良であったことを示す。 The brazing property was evaluated based on the fillet size. The evaluation results of brazing properties are as shown in Tables 1, 2, and 3. A circle in the table indicates that the brazing property was good. ◎ in the table indicates that the brazing property was particularly good. That is, ◎ in the table indicates that a fillet having the same size as the fillet formed when brazed by the conventional nocollock method using a flux is formed. X in the table indicates that the brazability was poor.
表1、2、3に示すように、Biの添加量が0.01%、1.0%、2.0%のいずれのときも、Mgの添加量が0.1%以上5.0%以下のとき、ろう付け性が良好であった。なお、表には示していないが、Biの添加量が2.0%よりも多い場合では、Mgの添加量に関わらず、ろう付け性が悪かった。また、Mgの添加量が5%を超えたものは、部品成形時の加工性が低下した。これらのことから、中間層32において、Biの添加量は0.01%以上2.0%以下であり、Mgの添加量が0.1%以上5.0%以下であることが好ましい。
As shown in Tables 1, 2, and 3, when the addition amount of Bi is 0.01%, 1.0%, or 2.0%, the addition amount of Mg is 0.1% or more and 5.0%. The brazing property was good at the following times. Although not shown in the table, when the addition amount of Bi is more than 2.0%, the brazing property is poor regardless of the addition amount of Mg. Moreover, when the added amount of Mg exceeded 5%, the workability at the time of molding the parts was lowered. For these reasons, in the
また、表2に示すように、Biの添加量が1.0%のときであって、Mgの添加量が0.2%、3.0%のとき、ろう付け性が特に良好であった。したがって、Biの添加量は1.0%であって、Mgの添加量は0.2%以上3.0%以下であることがより好ましい。 Further, as shown in Table 2, when the addition amount of Bi was 1.0% and the addition amount of Mg was 0.2% and 3.0%, the brazing property was particularly good. . Therefore, the addition amount of Bi is 1.0%, and the addition amount of Mg is more preferably 0.2% or more and 3.0% or less.
(比較例4−7)
表4に示す比較例4−7のクラッド材のろう付け性について評価した。ろう付け方法およびろう付け性の評価方法は、実施例1−11と同じである。比較例4−7のクラッド材は、中間層32にBiが添加されていない点が実施例1−3および比較例1のクラッド材30と異なる。表層33を構成するアルミニウム合金の組成は、実施例1−3および比較例1のクラッド材30と同じである。
(Comparative Example 4-7)
The brazing property of the clad material of Comparative Example 4-7 shown in Table 4 was evaluated. The brazing method and the brazing property evaluation method are the same as those in Example 1-11. The clad material of Comparative Example 4-7 is different from the clad
表4に示すように、比較例4−7のクラッド材は、いずれも、ろう付け性が悪かった。 As shown in Table 4, all of the clad materials of Comparative Examples 4-7 had poor brazing properties.
(実施例12−22よび比較例8−10)
表5、6、7に示す実施例12−22および比較例8−10のクラッド材30のろう付け性について評価した。ろう付け方法およびろう付け性の評価方法は、実施例1−11と同じである。実施例12−22および比較例8−10のクラッド材30は、表層33がAl−Si−Bi系合金であり、表層33にBiが添加されている点が、実施例1−11および比較例1−3のクラッド材30と異なる。実施例12−22のクラッド材30は、図16に示す他の実施形態(1)のクラッド材30に対応する。実施例12−22および比較例8−10のクラッド材30のそれぞれは、中間層32を構成するアルミニウム合金のBi、Mgの添加量が異なり、表層33を構成するアルミニウム合金の組成が同じである。
(Examples 12-22 and Comparative Example 8-10)
The brazing properties of the
表5、6、7において、中間層32の各成分の添加量の単位は質量%(mass%)であり、アルミニウム合金の残部は、Alと不可避的不純物である。表層33は、Biの添加量が0.1質量%、Siの添加量が10.0質量%、残部がAlと不可避的不純物であるアルミニウム合金(0.1Bi−10Si−Al)である。芯材層31は、Al−Mn系合金である。
In Tables 5, 6, and 7, the unit of addition amount of each component of the
表5、6、7に示すように、Biの添加量が0.01%、1.0%、2.0%のいずれのときも、Mgの添加量が0.1%以上5.0%以下のとき、ろう付け性が良好であった。なお、表には示していないが、Biの添加量が2.0%よりも多い場合では、Mgの添加量に関わらず、ろう付け性が悪かった。また、Mgの添加量が5%を超えたものは、部品成形時の加工性が低く、ろう付け前の成形品に割れが生じていた。これらのことから、中間層32において、Biの添加量は0.01%以上2.0%以下であり、Mgの添加量が0.1%以上5.0%以下であることが好ましい。
As shown in Tables 5, 6, and 7, when the addition amount of Bi is 0.01%, 1.0%, or 2.0%, the addition amount of Mg is 0.1% or more and 5.0%. The brazing property was good at the following times. Although not shown in the table, when the addition amount of Bi is more than 2.0%, the brazing property is poor regardless of the addition amount of Mg. Moreover, when the added amount of Mg exceeded 5%, the workability at the time of component molding was low, and the molded product before brazing was cracked. For these reasons, in the
また、表5に示すように、Biの添加量が0.01%であって、Mgの添加量が0.1%、0.5%のとき、ろう付け性が特に良好であった。したがって、Biの添加量は0.01%であって、Mgの添加量は0.1%以上0.5%以下であることがより好ましい。 Further, as shown in Table 5, when the addition amount of Bi was 0.01% and the addition amount of Mg was 0.1% and 0.5%, the brazing property was particularly good. Therefore, the addition amount of Bi is 0.01%, and the addition amount of Mg is more preferably 0.1% or more and 0.5% or less.
また、表6、7に示すように、Biの添加量が1.0%、2.0%のいずれのときも、Mgの添加量が0.2%、3.0%のとき、ろう付け性が特に良好であった。したがって、Biの添加量は1.0%以上2.0%以下であって、Mgの添加量は0.2%以上3.0%以下であることがより好ましい。
Moreover, as shown in Tables 6 and 7, when the addition amount of Bi is 1.0% or 2.0%, the addition amount of Mg is 0.2% or 3.0%. The property was particularly good. Therefore, the addition amount of Bi is 1.0% or more and 2.0% or less, and the addition amount of Mg is more preferably 0.2% or more and 3.0% or less.
(実施例23−25および比較例11)
表8に示す実施例23−25および比較例11のクラッド材30のろう付け性について評価した。ろう付け方法およびろう付け性の評価方法は、実施例1−11と同じである。実施例23−25のクラッド材30は、実施例12−22のクラッド材30と同様に、図16に示す他の実施形態(1)のクラッド材30に対応する。実施例23−25および比較例11のクラッド材30のそれぞれは、表層33がAl−Si−Bi系合金であって、表層33を構成するアルミニウム合金のBiの添加量が異なり、Siの添加量が同じである。中間層32を構成するアルミニウム合金の組成は同じである。なお、図8では、実施例2の評価結果も示している。
(Examples 23-25 and Comparative Example 11)
The brazing properties of the clad
表8において、各成分の添加量の単位は質量%(mass%)であり、アルミニウム合金の残部は、Alと不可避的不純物である。中間層32は、Mgの添加量が0.5質量%、Biの添加量が0.01質量%、残部がAlと不可避的不純物であるアルミニウム合金(0.5Mg−0.01Bi−Al)である。
In Table 8, the unit of addition amount of each component is mass% (mass%), and the balance of the aluminum alloy is Al and inevitable impurities. The
表8に示すように、Biの添加量が0.01%、0.1%、1.0%のとき、ろう付け性が良好であった。したがって、表層33において、Biの添加量は0.01%以上1.0%以下が好ましい。また、Biの添加量が0.01%、0.1%のとき、ろう付け性が特に良好であった。したがって、表層33において、Biの添加量は0.01%以上0.1%以下がより好ましい。
As shown in Table 8, when the addition amount of Bi was 0.01%, 0.1%, and 1.0%, the brazing property was good. Therefore, in the
(実施例26−31および比較例12、13)
表9、10に示す実施例26−31および比較例12、13のクラッド材30のろう付け時におけるエロージョンの発生の有無について評価した。ろう付け方法は、実施例1−11と同じである。エロージョンの発生の有無の評価は、ろう付後断面の組織観察を行った。実施例26−31のクラッド材30は、図19に示す他の実施形態(1)のクラッド材30に対応する。実施例26−31および比較例12、13のクラッド材30のそれぞれは、中間層32のMgの添加量または芯材層31のMgの添加量が異なる。
(Examples 26-31 and Comparative Examples 12 and 13)
The presence or absence of erosion during the brazing of the
表9、10において、中間層32の各成分の添加量の単位は質量%(mass%)であり、アルミニウム合金の残部は、Alと不可避的不純物である。芯材層31は、Al−Mn−Mg系合金であり、芯材層のMgの添加量の単位は質量%(mass%)である。表層33は、Biの添加量が0.1質量%、Siの添加量が10.0質量%、残部がAlと不可避的不純物であるアルミニウム合金(0.1Bi−10Si−Al)である。
In Tables 9 and 10, the unit of the added amount of each component of the
表9、10に示すように、芯材層31のMgの添加量が0.02%、0.2%、3.0%のとき、エロージョンは発生していなかった。したがって、芯材層31において、Mgの添加量は、0.02%以上3.0%以下が好ましい。
As shown in Tables 9 and 10, erosion did not occur when the amount of Mg added to the
なお、表1−表8の結果は、中間層32に含まれるBi成分とMg成分によって得られたと考えられる。したがって、上記した実施例に限られず、中間層32に、他の成分が含まれる場合においても、表1−表8と同様の結果が得られると考えられる。表9の結果についても同様である。
In addition, it is thought that the results of Table 1 to Table 8 were obtained by the Bi component and the Mg component included in the
また、第1実施形態等のクラッド材40の表層42、43と中間層41とが、クラッド材30の表層33と中間層32と同様の組成を有する場合においても、表1−表8と同様の結果が得られると考えられる。
Further, when the surface layers 42 and 43 of the
また、上述の通り、第6−9実施形態等のクラッド材70は、中間層72がSiを含有する点が、第1−4実施形態等のクラッド70と異なるだけである。したがって、中間層72がSiを含有する点を除いて、クラッド材70の表層73と中間層72とが、クラッド材30の表層33と中間層32と同様の組成を有する場合においても、表1−表9と同様の結果が得られると考えられる。
Further, as described above, the
11 外殻プレート
12 外殻プレート
13 中間プレート
30、70 クラッド材
31、71 芯材層
32、72 中間層
33、73 表層
11
Claims (10)
前記熱交換器を構成する第1部材(11、12)と第2部材とを用意する用意工程と、
用意された前記第1部材と前記第2部材とを組み付ける組み付け工程と、
組み付けられた前記第1部材と前記第2部材とをろう付け接合するろう付け工程とを有し、
前記用意工程においては、前記第1部材として、積層材(30)を用意し、
前記積層材は、芯材層(31)に対して、中間層(32)とろう材で構成された表層(33)とが順に積層されており、
前記表層は、アルミニウム−シリコン合金で構成され、
前記中間層は、マグネシウムと、ビスマスとを含有するアルムニウム合金で構成され、
前記芯材層は、アルミニウム合金で構成され、
前記組み付け工程においては、前記積層材の前記表層側を接合相手側として、前記第1部材と前記第2部材とを組み付け、
前記ろう付け工程においては、酸素の濃度が大気中の酸素の濃度よりも低い低酸素濃度環境下であって、大気圧下または大気圧よりも高い圧力下で、かつ、前記第1部材と前記第2部材のそれぞれの表面にフラックスを塗布しない状態で、ろう付け接合する熱交換器の製造方法。 A method for manufacturing a heat exchanger made of aluminum alloy,
A preparation step of preparing a first member (11, 12) and a second member constituting the heat exchanger;
An assembling step of assembling the prepared first member and the second member;
A brazing step of brazing and joining the assembled first member and the second member;
In the preparation step, a laminate (30) is prepared as the first member,
The laminated material has an intermediate layer (32) and a surface layer (33) made of a brazing material, which are sequentially laminated with respect to the core material layer (31).
The surface layer is made of an aluminum-silicon alloy,
The intermediate layer is made of an aluminum alloy containing magnesium and bismuth,
The core layer is made of an aluminum alloy,
In the assembly process, the first member and the second member are assembled with the surface layer side of the laminated material as a bonding counterpart side,
In the brazing step, the oxygen concentration is a low oxygen concentration environment lower than the oxygen concentration in the atmosphere, the atmospheric pressure or the pressure higher than the atmospheric pressure, and the first member and the The manufacturing method of the heat exchanger which brazes and joins in the state which does not apply | coat a flux to each surface of a 2nd member.
前記熱交換器を構成する第1部材(11、12)と第2部材とを用意する用意工程と、
用意された前記第1部材と前記第2部材とを組み付ける組み付け工程と、
組み付けられた前記第1部材と前記第2部材とをろう付け接合するろう付け工程とを有し、
前記用意工程においては、前記第1部材として、積層材(70)を用意し、
前記積層材は、芯材層(71)に対して、ろう材で構成された中間層(72)とろう材で構成された表層(73)とが順に積層されており、
前記表層は、アルミニウム−シリコン合金で構成され、
前記中間層は、マグネシウムと、ビスマスとを含有するアルムニウム−シリコン合金で構成され、
前記芯材層は、アルミニウム合金で構成され、
前記組み付け工程においては、前記積層材の前記表層側を接合相手側として、前記第1部材と前記第2部材とを組み付け、
前記ろう付け工程においては、酸素の濃度が大気中の酸素の濃度よりも低い低酸素濃度環境下であって、大気圧下または大気圧よりも高い圧力下で、かつ、前記第1部材と前記第2部材のそれぞれの表面にフラックスを塗布しない状態で、ろう付け接合する熱交換器の製造方法。 A method for manufacturing a heat exchanger made of aluminum alloy,
A preparation step of preparing a first member (11, 12) and a second member constituting the heat exchanger;
An assembling step of assembling the prepared first member and the second member;
A brazing step of brazing and joining the assembled first member and the second member;
In the preparation step, a laminate (70) is prepared as the first member,
In the laminated material, an intermediate layer (72) composed of a brazing material and a surface layer (73) composed of a brazing material are sequentially laminated on the core material layer (71),
The surface layer is made of an aluminum-silicon alloy,
The intermediate layer is composed of an aluminum-silicon alloy containing magnesium and bismuth,
The core layer is made of an aluminum alloy,
In the assembly process, the first member and the second member are assembled with the surface layer side of the laminated material as a bonding counterpart side,
In the brazing step, the oxygen concentration is a low oxygen concentration environment lower than the oxygen concentration in the atmosphere, the atmospheric pressure or the pressure higher than the atmospheric pressure, and the first member and the The manufacturing method of the heat exchanger which brazes and joins in the state which does not apply | coat a flux to each surface of a 2nd member.
前記熱交換器を構成する第1部材(13)と第2部材と第3部材とを用意する用意工程と、
用意された前記第1部材と前記第2部材と前記第3部材とを組み付ける組み付け工程と、
組み付けられた前記第1部材と前記第2部材と前記第3部材とをろう付け接合するろう付け工程とを有し、
前記用意工程においては、前記第1部材として、積層材(40)を用意し、
前記積層材は、中間層(41)の両面のそれぞれに対して、ろう材で構成された第1表層(42)およびろう材で構成された第2表層(43)が積層されており、
前記第1表層と前記第2表層のそれぞれは、アルミニウム−シリコン合金で構成され、
前記中間層は、マグネシウムと、ビスマスとを含有するアルムニウム合金で構成され、
前記組み付け工程においては、前記第1表層が前記第2部材に接するとともに、前記第2表層が前記第3部材に接するように、前記第1部材と前記第2部材と前記第3部材とを組み付け、
前記ろう付け工程においては、酸素の濃度が大気中の酸素の濃度よりも低い低酸素濃度環境下であって、大気圧下または大気圧よりも高い圧力下で、かつ、前記第1部材と前記第2部材と前記第3部材とのそれぞれの表面にフラックスを塗布しない状態で、ろう付け接合する熱交換器の製造方法。 A method for manufacturing a heat exchanger made of aluminum alloy,
A preparation step of preparing a first member (13), a second member, and a third member constituting the heat exchanger;
An assembling step of assembling the prepared first member, the second member, and the third member;
A brazing step of brazing and joining the assembled first member, the second member, and the third member;
In the preparation step, a laminate (40) is prepared as the first member,
The laminated material has a first surface layer (42) composed of a brazing material and a second surface layer (43) composed of a brazing material laminated on each of both surfaces of the intermediate layer (41),
Each of the first surface layer and the second surface layer is made of an aluminum-silicon alloy,
The intermediate layer is made of an aluminum alloy containing magnesium and bismuth,
In the assembling step, the first member, the second member, and the third member are assembled such that the first surface layer is in contact with the second member and the second surface layer is in contact with the third member. ,
In the brazing step, the oxygen concentration is a low oxygen concentration environment lower than the oxygen concentration in the atmosphere, the atmospheric pressure or the pressure higher than the atmospheric pressure, and the first member and the The manufacturing method of the heat exchanger which brazes and joins in the state which does not apply | coat a flux to each surface of a 2nd member and the said 3rd member.
前記ろう付け工程では、前記第1部材と前記第1部材の接合相手の部材とが、前記空間形成部材の内部空間と前記空間形成部材の外部空間とを隔てた状態で、ろう付け接合される請求項1ないし8のいずれか1つに記載の熱交換器の製造方法。 The first member constitutes at least a part of a space forming member that forms an internal space therein,
In the brazing step, the first member and a member to which the first member is joined are brazed and joined in a state in which the internal space of the space forming member and the external space of the space forming member are separated. The manufacturing method of the heat exchanger as described in any one of Claim 1 thru | or 8.
前記熱交換器を構成する第1部材(11、12、13)と、
前記熱交換器を構成し、前記第1部材と接合された第2部材と、
前記第1部材と第2部材とのろう付け接合部に形成されたフィレット(21、22、23、24、25、26)とを備え、
前記フィレットは、ビスマスと、マグネシウムと、シリコンとを含有するアルミニウム合金で構成されている熱交換器。 A heat exchanger made of aluminum alloy,
A first member (11, 12, 13) constituting the heat exchanger;
A second member constituting the heat exchanger and joined to the first member;
A fillet (21, 22, 23, 24, 25, 26) formed at a brazed joint between the first member and the second member;
The fillet is a heat exchanger made of an aluminum alloy containing bismuth, magnesium, and silicon.
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