JP2747343B2 - アルミニウム材のろう付方法 - Google Patents

アルミニウム材のろう付方法

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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明はアルミニウム材のろう付方法、例えばろう
付仕様によるアルミニウム製熱交換器の製造に好適に用
いられるアルミニウム材のろう付方法に関する。
なお、この明細書において、アルミニウムの語はその
合金を含む意味で用いる。
従来の技術 例えば、自動車用ラジエーター、カークーラー用エバ
ポレーター、コンデンサーその他電機、機械用のアルミ
ニウム製熱交換器やアルミニウム製の自動車用給気マニ
ホルド等をろう付によって製作する場合、真空ろう付の
場合を除き、フッ化物系フラックスを用いて熱交換器構
成部材をろう付接合する方法が多く用いられている。
従来、かかるフラックスろう付を行う場合、まずフッ
化物系フラックスを水または溶剤中に懸濁させたのち、
この懸濁液を、接合すべきアルミニウム材の表面にスプ
レー法、シャワー法、浸漬法等により塗布し、次いでこ
れを予熱乾燥して水分を蒸発除去し、しかるのち非酸化
性雰囲気中で所定温度に加熱し、接合用ろう材を溶融し
てろう付を行っていた。
発明が解決しようとする課題 しかし、この方法では懸濁液の塗布作業や塗布後の乾
燥作業が必要であり、生産性が良くなかった。しかも、
アルミニウム接合部材が複雑な形状な場合には、自動フ
ラックス塗布が困難で、作業員が直接ハケ等で塗布する
必要があり、作業性が良くなかった。また、乾燥のため
の乾燥炉が必要であることから設備が大型化する欠点も
あった。さらに懸濁液の温度管理や塗布量の管理が面倒
でもあった。さらにまた、アルミニウム材へのフラック
ス付着量が概して多いため、ろう付炉内が汚染されると
か炉中で溶融したフラックスが滴下して炉内に蓄積され
る事態を生じ、このため炉のクリーニング、ホーバーホ
ールの頻度を置くせざるを得ないという問題もあった。
さらにはまた、フラックスを塗布してろう付を行うと、
ろう付後のアルミニウム材の表面にフラックスが残留し
て灰色ないし白色のシミを生じ、色調ムラを呈して外観
体裁を損うばかりかその後の表面処理を妨げるという問
題もあった。しかもこの残留したフラックスはアルミニ
ウム材の表面に固着しており、その除去は甚だ困難であ
った。
そこで、本出願人は先に、かかる問題を一挙に解決し
うるアルミニウム材のろう付方法として、ろう付炉内を
フッ化物ガスを含む雰囲気に調整し、該雰囲気中でアル
ミニウム接合部材を所定温度に加熱し、接合用ろう材を
溶融してろう付を行う方法を提案した(特願平1−2179
55号)。このろう付方法は、ろう付炉内のフッ化物ガス
が良好なフラックス作用を発揮するため、フラックス懸
濁液の塗布を全く不要となしうる画期的なものであった
が、次のような欠点を有することが判明した。即ち、ろ
う付のためには一定の時間が必要であり、このため特に
連続炉等の場合にはろう付炉の容量が大きく設定されて
いることから、ろう付炉内をフッ化物ガス含有雰囲気と
する上記方法では、フッ化物ガスの使用量が多くならざ
るを得ないという欠点があった。また、従来の懸濁液塗
布方式に較べて、ろう付炉内に持ち込まれるフラックス
量ははるかに少なくなり、従ってろう付炉の汚染や損傷
の頻度は格段に少なくなるものの、経時的な蓄積による
汚染や損傷は依然これを完全には免れ得ないというよう
な欠点もあった。
この発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたもの
で、懸濁液の塗布から生ずる一連の問題を解消しうるの
はもとより、フッ化物ガスの使用量を少なくできかつフ
ラックスによるろう付炉の汚染等の問題をも改善したア
ルミニウム材のろう付方法の提供を目的とするものであ
る。
課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、この発明は、ろう付前
に、フッ化物ガスを含む雰囲気中にアルミニウム接合部
材を保持することにより前処理を行い、その後に実質的
にフッ化物ガスを含まない通常の雰囲気中でろう付を行
うことで良好なろう付を行い得ることを見出し、かかる
知見に基いてこの発明を完成しえたものである。
即ち、この発明は、前処理炉内をフッ化物ガスを含む
雰囲気に調整し、該雰囲気中にアルミニウム接合部材を
保持することにより前処理を行ったのち、この前処理済
みのアルミニウム接合部材を、実質的にフッ化物ガスを
含まない雰囲気に調整したろう付炉内に搬入し、該ろう
付炉内で所定温度に加熱し、接合用ろう材を溶融してろ
う付を行うことを特徴とするものである。
まず、前処理炉内の雰囲気について説明すると、フッ
化物ガスはフラックス作用即ち接合部の酸化皮膜を除去
して次工程でのろう付時にろう材の濡れ性、流動性を向
上させる作用を発揮し、良好なろう付を実現する役割を
果すものである。ここに、フッ化物ガスはフッ素と他の
元素との化合物のガス化したものをいうが、その具体的
組成は特に限定されることはない。しかし、前処理段階
でアルミニウムのろう材が溶融すると次段のろう付炉で
のろう付を行えないため、ろう材の融点以下でガス化す
るものを用いる必要がある。例えばKAlF4ガスとかHFな
どを好適に用いうる。かかるフッ化物ガスは1種類のガ
スを用いても良く、あるいは複数種類のフッ化物ガスの
混合物でも良い。フッ化物ガスを含む前処理炉内の雰囲
気は非酸化性雰囲気とするのが良い。一般的にはN2、A
r、Heガス等の不活性ガス雰囲気にフッ化物ガスが含ま
れた雰囲気とする。かかる炉内雰囲気の温度は、ろう材
の融点以下でかつフッ化物ガスがガス状態を保持しうる
温度以上例えば500〜600℃に保持しておく必要がある。
雰囲気中のフッ化物ガスの含有量は良好なフラックス作
用を発揮させるためには0.1〜10000ppm程度に設定する
のが良い。0.1ppm未満では少なすぎて良好なフラックス
作用を発揮できない虞れがあり、10000ppmを超えてもフ
ラックス効果が飽和し、却って経済的な無駄となる。特
に好ましくは1〜500ppmが良い。また前処理炉内の雰囲
気中に水分や酸素は存在しないのが望ましいが、H2O:10
000ppm程度以下、O2:10000ppm程度以下の混入量であれ
ばろう付性にほとんど影響を与えることはない。H2Oが1
0000ppmを超えるとKAlF4ガス等が発生しない虞れがあ
り、O2が10000ppmを超えるとアルミニウム材の表面酸化
膜が厚くなりろう付に不具合を生じる虞れがある。
前処理炉内の雰囲気をフッ化物ガスを含む雰囲気に調
整するための手段は特に限定されないが、例えば、炉外
で不活性ガスとフッ化物ガスを混入したのち、この混合
ガスを前処理炉内に導入する方法を挙げうる。この場
合、常温で液体あるいは固体のフッ化物は予め加熱ガス
化しておくことが必要である。また、不活性ガスの流量
は、フッ化物ガスを均一に撹拌するため、炉内流速とし
て0.1〜10cm/secに設定するのが良い。
上記のようにしてフッ化物ガス含有雰囲気に調整した
前処理炉に、アルミニウム接合部材を搬入して該雰囲気
中に保持することにより前処理を行う。前処理の時間は
1分程度で良い。
上記前処理を終えたアルミニウム接合部材は、次いで
これをろう付炉に搬入する。ろう付炉の雰囲気はフッ化
物ガスを実質的に含まない例えばN2ガス雰囲気等の不活
性ガス雰囲気に調整する。ここに、「実質的に」とは不
可避的に微量のフッ化物ガスが含まれる場合を許容する
趣旨である。この雰囲気中でアルミニウム接合部材より
も融点の低いアルミニウムろう材を用いて580〜620℃程
度の温度に加熱することによりろう材を溶融し、良好な
ろう付接合が達成される。このように、前処理段階でフ
ッ化物ガス含有雰囲気中にアルミニウム接合部材を保持
するだけで良好なろう付が達成できるのは、おそらくは
前処理の段階でフッ化物ガスがフラックス作用を発揮し
てアルミニウム接合部材の表面酸化膜が既に除去されて
いるからと考えられる。なお、ろう材にはSi含有量約4.
5〜13.5wt%程度のAl−Si系合金が用いられるのが普通
であり、該ろう材は作業性の点から、通常、接合される
べき部材の少なくとも一方のアルミニウム材にクラッド
して使用されるのが望ましい。
また、前処理炉とろう付炉との関係はこの発明の効果
に影響を及ぼす事項ではなく、第1図に示すような連続
式に構成しても良く、第2図に示すようなバッチ式に構
成しても良い。第1図の連続式のものにおいて、(1)
は前処理炉、(2)はろう付炉、(3)は不活性ガス供
給器、(4)はフッ化物ガス発生器であり、フッ化物ガ
スは不活性ガスに混入されて前処理炉(1)へ導入され
るものとなされている。(5)はアルミニウム接合部材
であり、アルミニウム接合部材(5)はコンベア等で前
処理炉(1)からろう付炉(2)へと連続的に搬入され
るものとなされている。またろう付炉(2)に供給され
る不活性ガスの圧力により、前処理炉(1)からのろう
付炉(2)へのフッ化物ガスの混入が防止されるものと
なされている。一方、第2図に示すバッチ式のものにお
いて、(1′)は前処理炉、(2′)はろう付炉、
(3′)(3″)は不活性ガス供給器、(4′)はフッ
化物ガス発生器、(5′)はアルミニウム接合部材であ
り、前処理炉(1′)で前処理されたアルミニウム接合
部材は一旦取出されたのち、別途ろう付炉(2′)に搬
入されるものとなされている。この場合、前処理を終え
たアルミニウム接合部材(5′)はろう付炉(2′)に
搬入されるまでの間、表面酸化皮膜の形成を可及的抑制
すべく非酸化性雰囲気中で取扱われるのが望ましい。
発明の効果 この発明は上述の次第で、前処理炉内をフッ化物ガス
を含む雰囲気に調整し、該雰囲気中にアルミニウム接合
部材を保持することにより前処理を行ったのち、前処理
済みのアルミニウム接合部材を、実質的にフッ化物ガス
を含まない雰囲気に調整したろう付炉内に搬入し、該ろ
う付炉内で所定温度に加熱し、接合用ろう材を溶融して
ろう付を行うことを特徴とするものである。従って、ま
ず、従来法のようなアルミニウム接合部材への懸濁液の
塗布の必要から生ずる不都合をすべて解決しうる。即
ち、懸濁液の塗布工程、塗布後の乾燥工程が一切不要と
なるから、ろう付工程の簡略化を図ることができ生産性
を向上しうる。しかも、乾燥炉が不要となるから設備の
小型化を図りうる。しかもまた、繁雑な懸濁液の温度管
理や塗布量の管理等を不要となしえ、ろう付作業全体の
効率化を図りうる。さらに、フラックスとして作用する
フッ化物ガスの量は、従来の塗布方式の場合のフラック
ス量に較べてはるかに少量で良いから、前処理炉内の汚
染が少なく、しかも溶融したフラックスが炉内に滴下し
て炉内に蓄積される事態も生じないから、クリーニン
グ、ホーバーホールの頻度が少なくて済む。さらには、
塗布法による場合に較べてろう付後におけるアルミニウ
ム材表面へのフラックスの残留がはるかに少なくなるか
ら、シミや色むらのない清浄で外観体裁に優れかつその
後の表面処理を妨げない高品質のろう付品の提供が可能
となる。
加えてこの発明では、フッ化物ガスを含む雰囲気の前
処理炉で前処理を行ったのち、フッ化物ガスを含まない
雰囲気のろう付炉でろう付を行うものであるから、ろう
付時間とは無関係に前処理時間を設定することができる
とともに、連続炉等にあっては前処理炉の大きさをろう
付炉よりも小さく設定でき、従ってろう付炉をフッ化物
ガス含有雰囲気とする場合に較べてフッ化物ガスの使用
量をさらに少なくでき低コストのろう付が可能となる。
しかも、ろう付炉に対してはフッ化物ガスを使用しない
から、ろう付炉の汚損、損傷を招く虞れは全くなく、ろ
う付炉のクリーニング等はこれを不要となしえ、僅かに
ろう付炉よりも簡易な前処理のクリーニング等で済むこ
ととなり、作業性、経済性等の面で有利となしうる。
実 施 例 次にこの発明の実施例を示す。
(実施例1) 前処理炉としての電気炉に、N2ガス及びArガスととも
に590℃で加熱ガス化したKAlF430ppmを導入した。
次に、肉厚0.8mmのA1100押出しチューブ材と、A3003
合金を心材としAl−10%Si合金を皮材としたクラッド率
15%、厚さ0.145mmの両面ブレージングシートよりなる
フィン材とをコルゲート型熱交換器に組立て、この組立
物を上記前処理炉へ搬入し1分間保持した。
次に、上記組立物を前処理炉から取出したのち、直ち
に、N2ガス及びArガスの混合雰囲気に調整したろう付炉
へ搬入し、615℃で5分間加熱してろう付を行った。な
お、前処理炉、ろう付炉ともに炉内の水分量は110ppm、
O2濃度は26ppmであった。
(実施例2) 前処理炉内にN2ガスにHFガス200ppmを混合して導入し
た。この前処理炉に実施例1と同じ組立物を搬入し1分
間保持したのち、直ちに、N2ガス雰囲気に調整したろう
付炉へ搬入し、実施例1と同一条件でろう付を行った。
なお、前処理炉、ろう付炉ともに炉内の水分量は50pp
m、O2濃度は10ppmであった。
(実施例3) 前処理炉内にN2ガスを導入するとともに、加熱ガス化
したKAlF4100ppmとHFガス90ppmを混合導入した。この前
処理炉に実施例1と同じ組立物を搬入し1分間保持した
のち、直ちに、N2ガス雰囲気に調整したろう付炉へ搬入
し、実施例1と同一条件でろう付を行った。なお、前処
理炉、ろう付炉ともに炉内の水分量は200ppm、O2濃度は
15ppmであった。
(比較例1) AlF3とKFとの共晶錯体化合物からなるフラックスを水
に懸濁させて5wt%懸濁液を作成した。そして、この懸
濁液中に実施例1と同じ組立物を浸漬してフラックスを
塗布したのち乾燥した。
次いで、上記フラックス塗布組立物を直ちに水分量10
0ppm、O2濃度5ppmのN2ガス雰囲気のろう付炉に搬入し、
615℃で5分間加熱してろう付を行った。
(比較例2) フラックス懸濁液を3%とした以外は比較例1と同様
にしてろう付を行った。
上記により得た各ろう付品につき、ろう付性、外観状
態を目視観察するとともに、表面処理性の評価を行っ
た。表面処理性は、各ろう付品の平板部にスプレー塗装
を施したのち、塗膜面に1mm角のマス目をけがいてテー
プ剥離試験を実施し塗膜の残ったマス目の数で評価した
(碁盤目試験)。それらの結果を第1表に示す。
以上の結果から、本発明によれば少量のフッ化物ガス
にもかかわらず良好なろう付が達成されたばかりか、得
られたろう付品はその表面状態も良好であることを確認
しえた。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図はいずれもこの発明を実施する一例とし
てのろう付設備の概略構成を示すブロック図である。 (1)(1′)……前処理炉、(2)(2′)……ろう
付炉、(5)(5′)……アルミニウム接合部材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒井 智子 大阪府堺市海山町6丁224番地 昭和ア ルミニウム株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−142065(JP,A) 特開 平3−138082(JP,A) 特開 平3−138081(JP,A) 特開 平3−114663(JP,A) 特開 昭64−87058(JP,A) 特開 平3−146265(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】前処理炉内をフッ化物ガスを含む雰囲気に
    調整し、該雰囲気中にアルミニウム接合部材を保持する
    ことにより前処理を行ったのち、この前処理済みのアル
    ミニウム接合部材を、実質的にフッ化物ガスを含まない
    雰囲気に調整したろう付炉内に搬入し、該ろう付炉内で
    所定温度に加熱し、接合用ろう材を溶融してろう付を行
    うことを特徴とするアルミニウム材のろう付方法。
  2. 【請求項2】フッ化物ガスがKAlF4ガス、HFガスの1種
    または2種である請求項1に記載のアルミニウム材のろ
    う付方法。
  3. 【請求項3】前処理炉内のフッ化物ガスの含有量が0.1
    〜10000ppmである請求項1または2に記載のアルミニウ
    ム材のろう付方法。
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