JP6079503B2

JP6079503B2 - アルミニウム製熱交換器のロウ付け方法

Info

Publication number: JP6079503B2
Application number: JP2013173727A
Authority: JP
Inventors: 篤志福西; 昌直古川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2033-08-23
Also published as: JP2015039722A

Description

本発明はアルミニウム製熱交換器のロウ付け方法に関する。

アルミニウム又はアルミニウム合金からなる部材を複数有するアルミニウム製熱交換器がある。このようなアルミニウム製熱交換器では、各部材がロウ付け方法により接合されることがある。

例えば、特許文献１では、アルミニウム製熱交換器全体の温度を、Ｚｎの拡散がおきる温度未満に設定された第１所定温度まで上昇させて、さらに、ロウ付けを行う第２所定温度まで加熱炉内の温度を上昇させるように、加熱炉内の温度を調節して、ロウ付け処理するアルミニウム製熱交換器のロウ付け方法が開示されている。このようなロウ付け方法によれば、Ｚｎを過剰に拡散させることなく、耐食性の低下を抑制することができる。

特開２０１０−０８２６５８号公報

ところで、凸部を有する一方の部材に、他方の部材をロウ付けすることがある。このような場合では、ロウ付け部を形成させると、溶解させたロウ材が凸部の壁側に寄ってしまう。厚みの有るロウ付け部を形成させるために、ロウ付けを複数回又は長時間行う必要が生じる。つまり、厚みのあるロウ付け部を形成すると、Ｚｎがロウ付け部の内部に過剰に拡散してしまい、耐食性が低下することがあった。

本発明は、上記した事情を背景としてなされたものであり、耐食性を維持しつつ、厚みのあるロウ付け部を形成するロウ付け方法を提供することを目的とする。

本発明にかかるアルミニウム製熱交換器のロウ付け方法は、
被溶着部と、前記被溶着部から上方に延びる壁部と、を有する第１母材部と、
第２母材部と、をロウ付けするロウ付け方法であって、
前記第２母材部を前記壁部から離れつつ前記被溶着部に接するように組み付けた後に、前記第２母材部をロウ付けして、ダム部を前記壁部から離れるとともに前記第２母材部の表面上に形成する工程と、
前記壁部と前記ダム部と間にロウ材を供給してロウ付けし、ロウ付け部を形成する工程と、を含む。

このような構成によれば、耐食性を維持しつつ、厚みを有するロウ付け部を形成するアルミニウム製熱交換器のロウ付け方法を提供することができる。

実施の形態１にかかるロウ付け方法を示す模式図である。評価実験についての表である。アルミニウム製熱交換器の要部のＸ線写真である。アルミニウム製熱交換器の要部の断面写真である。

実施の形態１．
次に、図１を参照して実施の形態にかかるロウ付け方法について説明する。

実施の形態１にかかるロウ付け方法に先立って、図１（ａ）に示すように、天板１と、パイプ２と、水温センサブラケット３と、が組み付けられる。天板１と、パイプ２と、水温センサブラケット３とは、例えば、アルミニウム製熱交換器の部品である。パイプ２は、平坦部２２と、平坦部２２から上方に延びる凸部２１と、を有する。天板１は、平坦部２２に載置される。天板１の端部１１が凸部２１の壁部２３から所定の間隔を空けるように、パイプ２が配置されることになる。水温センサブラケット３は、天板１の上に載置されるように組み付けられる。天板１と、パイプ２と、水温センサブラケット３とは、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、Ｚｎを質量％で１％以上含むアルミニウム合金からなると好ましい。

図１（ｂ）に示すように、レーザーを天板１に照射する（プレ照射ステップＳ１）。詳細には、レーザー発振器を用いて、レーザーを天板１に照射する。この照射により、天板１の端部１１を溶融させて、溶融部１２を形成させて、天板１がパイプ２に溶着する。

図１（ｃ）に示すように、ダム部１３を形成する（ダム形成ステップＳ２）。詳細には、ロウ材を溶融部１２又はその周辺に供給しつつ、レーザーをロウ材に照射して、ダム部１３を形成する。ロウ材は、例えば、Ｚｎを含むＡｌ合金からなるとよく、Ｚｎを質量％で１％以上含むＡｌ合金からなると好ましい。ロウ材の材料として、例えば、Ａｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ４０４５、Ａｌ４３４３などの公知のＡｌ合金を使用することができる。

図１（ｄ）に示すように、ロウ付け部１４を形成する（ロウ形成ステップＳ３）。詳細には、ロウ材を凸部２１とダム部１３との間に供給しつつ、レーザーをロウ材に照射する。ダム部１３が凸部２１側に向かって成長して、ロウ付け部１４が形成する。また、天板１及びパイプ２の一部が溶解し、ロウ付け部１４と一体化してもよい。ロウ付け部１４は、例えば、凸部２１と同じ又は同程度の厚みを有する。Ａｌ−Ｚｎ層が、ロウ付け部１４の表面に形成される。Ａｌ−Ｚｎ層は、Ｚｎを質量％で１％以上含むＡｌ合金からなる層である。Ａｌ−Ｚｎ層は、３０μｍ以上の厚みを有すると好ましい。Ａｌ−Ｚｎ層は良好な耐食性を有する。

以上のステップを経ると、良好な耐食性を有するＡｌ−Ｚｎ層に覆われつつ、均等な厚みを有するロウ付け部１４を形成することができる。また、プレ照射により、レーザークリーニング効果と、天板１を溶解してボイド発生を抑制することができる。また、ダム部１３の形成により、溶解したロウ材が凸部２１へ寄ることを抑制し、均等な厚みの有るロウ付け部１４を形成することができる。

評価実験．
次に、図２〜４を参照して、上記した実施の形態１にかかるロウ付け方法を用いて、ロウ付け部をアルミニウム製熱交換器の要部に形成し、これについて評価した結果を説明する。図２は、評価実験についての表である。図３は、アルミニウム製熱交換器の要部のＸ線写真である。図４は、アルミニウム製熱交換器の要部の断面写真である。

ロウ付け部の厚みが１ｍｍ以上となるように、実施の形態１にかかるロウ付け方法を用いて、ロウ付けをアルミニウム製熱交換器の要部に行った。

次に、図２を参照して評価方法について説明する。ロウ付け部の厚みについては、ロウ付け部の断面観察を行うことにより、測定した。また、Ａｌ−Ｚｎ層の厚みについては、ＥＰＭＡ成分分析を行うことにより、測定した。また、ロウ付け部の強度については、ロウ付け部のマイクロビッカース硬さを測定し、評価した。また、ロウ付け部のクラックについて、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）により、測定した。また、ワーク漏れ量については、ロウ付け部を形成した後の全数をエアリーク検査機により測定した。

評価した結果を図２〜４に示した。

図３（ａ）に示すように、ロウ付け部１４を形成する前では、天板１の端部１１及び凸部２１近傍において、いくつかのクラックやボイドが観察された。一方、図３（ｂ）に示すように、ロウ付け部１４を形成した後では、天板１の端部１１及び凸部２１近傍において観察されたクラックやボイドが消失した。

図４に示すように、ロウ付け部の厚みは、各箇所で、例えば、１．３２ｍｍ、１．２１ｍｍと規格値の１ｍｍ以上であった。つまり、ロウ付け部の厚みについては、規格に適合している。また、断面において、ロウ付け部の最大長は、４．１９ｍｍであった。

また、図２に示すように、Ａｌ−Ｚｎ層の厚みは５７μｍと、規格値の３０μｍｍよりも高い値であった。つまり、Ａｌ−Ｚｎ層の厚みは、規格に適合している。

また、ロウ付け部の硬さは１０４ＨＶと、規格値のアルミ母材の硬さ４８．３ＨＶを上回った。ここで、アルミ母材は、天板、パイプである。つまり、ロウ付け部の硬さは、規格に適合している。

また、ロウ付け部を形成した後で検査した全数において、ワーク漏れ量は、−２５〜７７Ｐａ／ｓｅｃの範囲に収まった。ワーク漏れ量についても、規格に適合している。

以上より、規格に適合したロウ付け部を有するアルミニウム製熱交換器が得られた。

１天板、１１端部、１２溶融部、１３ダム部、
１４ロウ付け部、
２パイプ、２１凸部、２２平坦部、２３壁部
Ｓ２ダム形成ステップ、Ｓ３ロウ形成ステップ

Claims

被溶着部と、前記被溶着部から上方に延びる壁部と、を有する第１母材部と、
第２母材部と、をロウ付けするロウ付け方法であって、
前記第２母材部を前記壁部から離れつつ前記被溶着部に接するように組み付けた後に、前記第２母材部をロウ付けして、ダム部を前記壁部から離れるとともに前記第２母材部の表面上に形成する工程と、
前記壁部と前記ダム部と間にロウ材を供給してロウ付けし、ロウ付け部を形成する工程と、を含むアルミニウム製熱交換器のロウ付け方法。