JP2005088062A - Brazing method for stainless steel component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばステンレス部品同士を粉末ろう材によりろう付けするステンレス部品のろう付け方法に関し、詳細には、ろう付け接合部の接合強度を高める技術に関する。 The present invention relates to a method of brazing stainless steel parts, for example, brazing stainless steel parts with a powder brazing material, and more particularly to a technique for increasing the joint strength of a brazed joint.
例えば、ステンレス鋼からなる構成部品より形成される熱交換器(以下、ステンレス熱交換器という)は、チューブやフィンなどの構成部品をろう材によってろう付けすることにより形成されている。ステンレス熱交換器のろう付けには、Cu系(銅系)ろう材に比べて低融点でろう材の広がり性が良好であるなどの利点を有することから、Ni−P系(ニッケル−リン系)ろう材やNi−Cr−P−Si系(ニッケル−クロム−リン−シリカ系)ろう材が広く使用されている。 For example, a heat exchanger (hereinafter referred to as a “stainless steel heat exchanger”) formed of stainless steel components is formed by brazing components such as tubes and fins with a brazing material. The brazing of a stainless steel heat exchanger has advantages such as a low melting point and good spreadability of the brazing material compared to the Cu (copper) brazing material. ) Brazing material and Ni-Cr-P-Si (nickel-chromium-phosphorus-silica) brazing material are widely used.
ところで、Ni(ニッケル)中のP(リン)はろう材の融点を下げ、ろうの流れ性を向上させるため、Pを約6〜11%含むろう材を使用してろう付けするのが一般的である(例えば、特許文献1など参照)。
ところが、Pを6〜11%含むろう材は、ろう付け後のフィレットにP濃度の高い脆化部を作りやすく、接合強度が低いという問題がある。図8(a)は、ろう材としてJIS規格に規定されているBNi6(Ni−11%P)でチューブ101とフィン102をろう付けした部分を拡大して示す図である。この図からわかるように、ろう付け部であるフィレット103に、P濃度が高い脆化部104が形成されていることが判る。
However, a brazing material containing 6 to 11% of P has a problem that an embrittled portion having a high P concentration is easily formed in a fillet after brazing, and bonding strength is low. FIG. 8A is an enlarged view showing a portion where the
ろう材中のP濃度を下げれば、図8(b)に示すように、ろう付け後のフィレット103中の脆化部104の量(面積)は減少させることはできる。しかしながら、脆化部104は、最終凝固層であるため、フィレット103中に僅かに残る。このフィレット103中に残った脆化部104は、フィレット103を横断する形で存在するため、チューブ101とフィン102との接合部の接合強度を低下させる。
If the P concentration in the brazing material is lowered, the amount (area) of the
つまり、前記したろう材を使用した場合、脆化部104がフィレット103を横断して形成されていることから、脆化部104にひびが入ると、フィレット103全体に亘ってひびが進行する。このため、チューブ101とフィン102の接合部では、充分な接合強度を確保することができない。
That is, when the brazing material described above is used, since the
そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、フィレットに脆化部が存在しても接合部の接合強度を充分に確保することのできるステンレス部品のろう付け方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problem, and provides a brazing method for a stainless steel part that can sufficiently secure the bonding strength of the bonded portion even when the brittle portion is present in the fillet. The purpose is to do.
請求項1に記載の発明は、ステンレス部品同士を粉末ろう材によりろう付けするステンレス部品のろう付け方法において、Ni粉末を混合したNi−P系またはNi−Cr−P−Si系の粉末ろう材でろう付けした後、さらにNi−P系またはNi−Cr−P−Si系の粉末ろう材でろう付けすることを特徴とする。
The invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のステンレス部品のろう付け方法であって、前記Ni−P系またはNi−Cr−P−Si系の粉末ろう材に、前記Ni粉末を5〜60重量%混合させたことを特徴とする。 A second aspect of the present invention is the method of brazing a stainless steel part according to the first aspect, wherein the Ni powder is added to the Ni-P-based or Ni-Cr-P-Si-based powder brazing material. It is characterized by mixing ˜60% by weight.
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載のステンレス部品のろう付け方法であって、前記ステンレス部品の接合面に対するろう材の塗布量を、前記接合面における全体積の30〜80%としたことを特徴とする。
The invention according to
請求項1記載の発明によれば、Ni−P系またはNi−Cr−P−Si系の粉末ろう材にNi粉末を混合した粉末ろう材を使用してステンレス部品同士をろう付けすると、脆化部が形成されたNi−P系またはNi−Cr−P−Si系の粉末ろう材からなるフィレットの両脇に、Ni濃度が高く接合強度の高いフィレットが形成されるので、仮に脆化部よりひびが入ったとしてもその両側の接合強度の高いフィレットによってひび割れの進行が防止され、当該接合部の機械的強度を充分に確保することができる。 According to the first aspect of the present invention, when stainless steel parts are brazed to each other by using a powder brazing material in which Ni powder is mixed with Ni-P or Ni-Cr-P-Si based powder brazing material, embrittlement occurs. Since fillets with high Ni concentration and high bonding strength are formed on both sides of a fillet made of Ni-P-based or Ni-Cr-P-Si-based powder brazing material with the portion formed, Even if there is a crack, the progress of cracks is prevented by the fillets having high joint strength on both sides, and the mechanical strength of the joint can be sufficiently secured.
また、本発明によれば、Ni粉末を混合するとろう材の流動性が低下してフィレットはポーラス(孔)になり易くなるが、さらにNi−P系またはNi−Cr−P−Si系の粉末ろう材でろう付けすることによって、一度目のろう付けで出来た隙間(孔)をこの粉末ろう材で埋めることができる。これにより、ステンレス部品同士を強固にろう付けすることができる。 In addition, according to the present invention, when Ni powder is mixed, the fluidity of the brazing material is lowered and the fillet is likely to become porous (holes), but the Ni-P-based or Ni-Cr-P-Si-based powder is also provided. By brazing with the brazing material, the gap (hole) formed by the first brazing can be filled with the powder brazing material. Thereby, stainless steel parts can be firmly brazed.
請求項2記載の発明によれば、Ni−P系またはNi−Cr−P−Si系の粉末ろう材に、Ni粉末を5〜60重量%混合させているので、Ni粉末を混合しない粉末ろう材に比べて大幅に接合強度を高めることができる。 According to the invention described in claim 2, since Ni powder is mixed with Ni-P or Ni-Cr-P-Si powder brazing material in an amount of 5 to 60% by weight, powder brazing without mixing Ni powder. Compared to the material, the bonding strength can be greatly increased.
請求項3記載の発明によれば、ステンレス部品の接合面に対するろう材の塗布量を、該接合面における全体積の30〜80%としたことにより、一度目のろう付けで出来た隙間を、2度目のろう材によって充分に充填させることができる。
According to the invention of
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
[ステンレス部品のろう付け方法]
図1は、Ni粉末を混合したNi−P系またはNi−Cr−P−Si系の粉末ろう材で、ステンレス部品同士をろう付けしたときの工程図である。先ず、図1(a)に示すように、ステンレス鋼からなるステンレス部品1、2の接合面1a、2aに、Ni粉末3を混合した粉末ろう材4を塗布する。
[Method of brazing stainless steel parts]
FIG. 1 is a process diagram when stainless steel parts are brazed to each other with a Ni—P or Ni—Cr—P—Si based powder brazing material mixed with Ni powder. First, as shown in FIG. 1A, a powder brazing
粉末ろう材4としては、例えばNi−P系またはNi−Cr−P−Si系のろう材を用いる。この実施の形態では、Ni−P系またはNi−Cr−P−Si系の粉末ろう材4に対して、Ni粉末3を重量比で5〜60重量%混合する。
As the powder brazing
次に、このステンレス部品1、2を炉内に入れて加熱する。Ni粉末3の融点は、およそ1400℃であり、Ni−P系またはNi−Cr−P−Si系の粉末ろう材4の融点よりも高い。このため、炉内の温度が粉末ろう材4の融点に達すると、図1(b)に示すように、粉末ろう材4のみ溶融する。
Next, the
さらに、加熱を続けると、図1(c)に示すように、Ni粉末3も溶融した粉末ろう材4に溶け込む。そして、ろう付け後に、これらステンレス部品1、2を冷却すると、図1(d)に示すようなフィレット5が形成される。フィレット5は、Ni−P系またはNi−Cr−P−Si系の第1フィレット5aと、この第1フィレット5aを挟んでその両側に形成される第2フィレット5bとからなる。
Further, when the heating is continued, the
第1フィレット5aは、その中央部に接合面方向に延びるP濃度の高い脆化部6と、その上下に接合強度が高いNi濃度の高い部分を有したフィレットからなる。第2フィレット5bは、Ni濃度が高く接合強度の高いフィレットである。
The
このように、本実施の形態では、第1フィレット5aの脆化部6を挟むようにその両側にNi濃度の高い第2フィレット5bが形成されるので、ステンレス部品1、2同士の接合強度を高めることができる。すなわち、Ni粉末3は、凝固時には接合強度が高い初晶となり、接合強度の弱い脆化部6をその両側から保護することで、仮に脆化部6にひびが入ったとしても接合強度の高い第2フィレット5bでこのひびの進行を防止することができる。
Thus, in this Embodiment, since the
しかしながら、接合強度は確保できるものの粉末ろう材4にNi粉末3を混合すると、ろう材の流動性が低下し、フィレット5はポーラスになり易くなる(孔が形成され易くなる)。このNi粉末3を粉末ろう材4に混合させたろう材で熱交換器のろう付けを行うと、気密性の確保が難しい。
However, when Ni
そこで、ステンレス熱交換器をろう付けする場合は、Ni粉末3を混合させないNi−P系またはNi−Cr−P−Si系の粉末ろう材4で再度ろう付けを行う。すなわち、Ni粉末3を混合した粉末ろう材4でステンレス部品1、2をろう付けした後、さらにNi粉末3を混合しない粉末ろう材4(Ni−P系またはNi−Cr−P−Si系の粉末ろう材)でこれらステンレス部品1、2をろう付けする。
Therefore, when brazing a stainless steel heat exchanger, brazing is again performed using a Ni-P-based or Ni-Cr-P-Si-based powder brazing
Ni−P系またはNi−Cr−P−Si系の粉末ろう材4は、流れ性が良いので、一度目のろう付けで出来た隙間に入り込み、この隙間を充填させ気密性を確保する。このとき、隙間が少なすぎると(又は隙間が少なく密であると)、内部にまでろう材が充分に流れないため、Ni粉末3を混合させた粉末ろう材4の塗布量は、ろう付けを行う部分の全体積(ステンレス部品1、2の接合面1a、2a)に対し、30〜80%とする。こうすることで、フィレット5に形成された隙間を充填させて気密性を高めることができると共に、ステンレス部品1、2の接合強度を大幅に向上させることができる。
The Ni—P or Ni—Cr—P—Si based powder brazing
[実験例]
次に、Ni粉末3の添加量(混合量)と引っ張り強度の関係を調べるべく以下のような実験を行った。
[Experimental example]
Next, the following experiment was conducted in order to investigate the relationship between the added amount (mixed amount) of
先ず、図2に示すように、長さ40mm、幅20mmのステンレス鋼からなる平板の先端を、その折り曲げ高さが10mmとなるように直角に折り曲げてテストピース7を作成する。テストピース7は、2枚作成するものとする。次に、その先端を直角に折り曲げた接合部8の接合面8aにろう材を塗布する。ろう材は、BNi6ろう材に、Ni粉末を5〜60%添加したろう材9を使用する。
First, as shown in FIG. 2, a
そして、図3に示すように、これらテストピース7の接合面8a同士を突き合わせた後、テストピース7を炉内に入れて加熱する。次に、ろう付け後のテストピース7を同図中矢印で示す方向に引っ張り、このテストピース7の接合部における引っ張り強度を測定した。
Then, as shown in FIG. 3, after the joining surfaces 8a of these
図4は、そのテストピース7のNi粉末の添加量に対する引っ張り強度を示すグラフである。グラフ中の引っ張り強度は、試験結果をテストピース7の接合幅で割ったものである。
FIG. 4 is a graph showing the tensile strength with respect to the amount of Ni powder added to the
この図4から判るように、Ni粉末の添加量が無い(Ni添加量0%)には、引っ張り強度が10N/mm以下で接合強度を確保することができない。しかしながら、Ni粉末の添加量を5〜60重量%とした場合は、引っ張り強度が大幅に向上しているのが判る。なお、このテストピース7の接合部における断面を調べた結果、ボイドの多いフィレットであることが判った。
As can be seen from FIG. 4, without the addition amount of Ni powder (Ni addition amount 0%), the tensile strength is 10 N / mm or less, and the joining strength cannot be ensured. However, it can be seen that when the amount of Ni powder added is 5 to 60% by weight, the tensile strength is greatly improved. In addition, as a result of examining the cross section in the junction part of this
次に、ろう材塗布量と接合強度の関係を調べるべく以下の実験を行った。 Next, the following experiment was conducted in order to investigate the relationship between the brazing material coating amount and the bonding strength.
試料には、前記したテストピース7を使用し、その接合部8の接合面8aに対するろう材9の塗布量を変化させたときの当該接合部の引っ張り強度を測定した。引っ張り強度の測定方法は、先の実験例と同じである。
The
図5は、そのテストピース7のろう付け体積に対するろう材供給量と引っ張り強度の関係を示すグラフである。グラフ中、斜線で示す部分は、Ni粉末を混合していないBNi6ろう材の接合強度である。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the brazing material supply amount and the tensile strength with respect to the brazing volume of the
この図5から判るように、接合面8aに対するろう材9の塗布量を、この接合面8aにおける全体積の30%以上とすると、Ni粉末を含まないろう材よりも引っ張り強度が高くなっていることが判る。しかしながら、表1に示すように、Ni粉末を添加したろう材9の量が接合面8aにおける全体積の80%までのテストピース7では、その後のろう付け(Ni粉末を含まないNi−P系またはNi−Cr−P−Si系の粉末ろう材でろう付け)で気密を確保することができるが、100%以上ではポーラスな部分が少なすぎてろう材9が充分に流れ込まないために、気密性を確保することができない。
以上のように、ステンレス部品をろう付けするに際しては、Ni−P系またはNi−Cr−P−Si系の粉末ろう材にNi粉末を混合させたろう材でろう付けした後、Ni粉末を含まないNi−P系またはNi−Cr−P−Si系の粉末ろう材で再ろう付けすれば、ポーラスが無く、気密で接合強度の高いろう付けを行うことができる。また、Ni−P系またはNi−Cr−P−Si系の粉末ろう材にNi粉末を5〜60重量%混合させることによって、接合強度を充分に確保することができる。また、ろう付けを行う接合面に対するろう材の塗布量を、該接合面における全体積の30〜80%とすることで、気密性を高めることができる。 As described above, when brazing stainless steel parts, Ni powder is not included after brazing with a brazing material in which Ni powder is mixed with Ni-P or Ni-Cr-P-Si powder brazing material. By re-brazing with a Ni-P or Ni-Cr-P-Si-based powder brazing material, there is no porosity, and brazing with high airtightness and bonding strength can be performed. Further, by mixing 5 to 60% by weight of Ni powder with Ni—P or Ni—Cr—P—Si based powder brazing material, sufficient bonding strength can be ensured. Moreover, airtightness can be improved by making the application quantity of the brazing material with respect to the joint surface which brazes into 30 to 80% of the total volume in this joint surface.
[熱交換器のろう付け方法]
次に、気密性が求められる熱交換器をろう付けする方法について説明する。
[Brazing method of heat exchanger]
Next, a method for brazing a heat exchanger that requires airtightness will be described.
図6および図7は、本発明の方法により製造する熱交換器の一例である。この熱交換器10は、プレート11と、冷却フィン12と、チューブ13と、タンク14と、パイプ15とを備えており、所定間隔に配置した各プレート11の間に冷却フィン12とチューブ13を設けて積層したコアの両端にタンク14を取り付けた構造である。
6 and 7 show an example of a heat exchanger manufactured by the method of the present invention. The
この構成の熱交換器10を製造するには、プレート11の上に冷却フィン12およびチューブ13を配列させた後、これら冷却フィン12およびチューブ13の上にプレート11をさらに載せる。次に、このプレート11の上に、下層の冷却フィン12およびチューブ13の配列向きに対して直交する向きに冷却フィン12およびチューブ13を配列する。これを繰り返してプレート11、冷却フィン12およびチューブ13からなるコアを形成し、そのコアの両端にパイプ15を取り付けたタンク14を仮組する。
In order to manufacture the
そして、少なくともこれらプレート11、冷却フィン12、チューブ13、タンク14およびパイプ15の接合部分にNi粉末を混合させたNi−P系またはNi−Cr−P−Si系の粉末ろう材を塗布した後、この仮組した熱交換器10を炉内に投入し加熱する。この結果、粉末ろう材が溶融し冷却フィン12、チューブ13、タンク14およびパイプ15の各構成部品の接合部分がろう付けされる。
After applying a Ni-P-based or Ni-Cr-P-Si-based powder brazing material in which Ni powder is mixed to at least the joining portion of the
次に、このろう付けされた熱交換器10に、Ni粉末を混合させないNi−P系またはNi−Cr−P−Si系の粉末ろう材を塗布する。そして、この熱交換器10を再度、炉内に投入して加熱する。すると、最初のろう付けでフィレットに形成された隙間に、Ni粉末が混合されていないNi−P系またはNi−Cr−P−Si系の粉末ろう材が充填される。これにより、ポーラスが無く、気密で接合強度の高いろう付けがなされる。
Next, a Ni-P-based or Ni-Cr-P-Si-based powder brazing material not mixed with Ni powder is applied to the brazed
[その他の実施の形態]
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。
[Other embodiments]
Although specific embodiments to which the present invention is applied have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made.
例えば、上述の実施の形態では、ステンレス部品のろう付けの一例として熱交換器を例に挙げて説明したが、気密性を必要とするステンレス部品から構成されるものであれば如何なるものにも本発明の方法を適用することができる。 For example, in the above-described embodiment, a heat exchanger has been described as an example of brazing of a stainless part, but the present invention can be applied to any one that includes a stainless part that requires airtightness. The method of the invention can be applied.
1、2…ステンレス部品
1a、2a…接合面
3…Ni粉末
4…粉末ろう材
5…フィレット
6…脆化部
7…テストピース
DESCRIPTION OF
Claims (3)
Ni粉末(3)を混合したNi−P系またはNi−Cr−P−Si系の粉末ろう材(4)でろう付けした後、さらにNi−P系またはNi−Cr−P−Si系の粉末ろう材(4)でろう付けする
ことを特徴とするステンレス部品のろう付け方法。 In the brazing method for stainless steel parts in which the stainless steel parts (1, 2) are brazed together with the powder brazing material (4),
After brazing with a Ni-P-based or Ni-Cr-P-Si-based powder brazing material (4) mixed with Ni powder (3), Ni-P-based or Ni-Cr-P-Si-based powder A brazing method for stainless steel parts characterized by brazing with a brazing material (4).
前記Ni−P系またはNi−Cr−P−Si系の粉末ろう材(4)に、前記Ni粉末(3)を5〜60重量%混合させた
ことを特徴とするステンレス部品のろう付け方法。 A method for brazing stainless steel parts according to claim 1,
A brazing method for stainless steel parts, characterized in that the Ni powder (3) is mixed in an amount of 5 to 60 wt% with the Ni-P or Ni-Cr-P-Si powder brazing material (4).
前記ステンレス部品(1、2)の接合面(1a、2a)に対するろう材の塗布量を、前記接合面(1a、2a)における全体積の30〜80%とした
ことを特徴とするステンレス部品のろう付け方法。
A method of brazing a stainless steel part according to claim 1 or 2,
The amount of brazing material applied to the joining surfaces (1a, 2a) of the stainless steel parts (1, 2) is 30 to 80% of the total volume of the joining surfaces (1a, 2a). Brazing method.
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