JPH1058162A - Metallurgical joining without solder - Google Patents
Metallurgical joining without solderInfo
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- JPH1058162A JPH1058162A JP24111396A JP24111396A JPH1058162A JP H1058162 A JPH1058162 A JP H1058162A JP 24111396 A JP24111396 A JP 24111396A JP 24111396 A JP24111396 A JP 24111396A JP H1058162 A JPH1058162 A JP H1058162A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はハンダ無しの冶金的接合
の改良に関し、特に銅およびアルミニウムチューブ間の
冶金的接合を行うための新しい方法および装置に関す
る。FIELD OF THE INVENTION This invention relates to improvements in solderless metallurgical bonding, and more particularly to a new method and apparatus for making metallurgical bonding between copper and aluminum tubes.
【０００２】銅とアルミニウム間の冶金的接合あるいは
結合を生成するのに必要な要因は良く知られている。例
えば、その金属が共に接合される領域あるいは点に於い
てはその金属の両方に最少の酸化物しかあってはならな
いと云うことがこの分野に於いては知られている。同様
に、その金属が接合される総ての点に於いて極めて近接
するように機械的な圧力が必要であると云う点も知られ
ている。最後に２つの金属間に冶金的結合を与えるため
には銅およびアルミニウムの境界部分を適切な温度に加
熱することが必要であると云うということも知られてい
る。The factors required to create a metallurgical bond or bond between copper and aluminum are well known. For example, it is known in the art that both metals must have a minimum of oxides in the area or point where the metals are joined together. Similarly, it is known that mechanical pressure is required to be very close at all points where the metal is joined. Finally, it is also known that it is necessary to heat the copper and aluminum interface to a suitable temperature in order to provide a metallurgical bond between the two metals.
【０００３】現在の所、銅とアルミニウム間の冶金的結
合を与えるための方法は幾つか知られている。例えば、
日本の特開昭５４−１３３４５０は銅およびアルミニウ
ムのチューブあるいはパイプを一緒に突き合わせ溶接す
る技術を開示している。この方法はある種の突き合わせ
溶接接合を形成するためにこれらのチューブの端部間に
生じる機械的圧力および摩擦熱を利用している。さら
に、米国特許第３，６３３，２６６は銅およびアルミニ
ウムチューブ間の接合を画成する表面にハンダのコーテ
ィングを必要とするプロセスを開示している。この加熱
およびこれらチューブの一方に対する他方の相対的なは
め込み方向への加圧移動はハンダコーティング上の酸化
物膜をバラバラにし、そして銅およびアルミニウムチュ
ーブの外側および内側表面間の一体化を容易にする。こ
の結果として生じた接合は、この２つの金属間の表面を
画成している接合上に位置するハンダの固体膜を有して
いる。また同様に、銅およびアルミニウムのシートが結
合されたシート材料を生成するために一緒に圧延加圧出
来ることも示唆されてきた。このシート材料から銅およ
びアルミニウムの結合されたチューブが引き抜き加工さ
れる。しかしこのプロセスは高価でありかつ時間のかか
る操作を必要とする。[0003] At present, several methods are known for providing a metallurgical bond between copper and aluminum. For example,
Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-133450 discloses a technique for butt-welding copper and aluminum tubes or pipes together. This method utilizes the mechanical pressure and frictional heat created between the ends of these tubes to form some sort of butt weld joint. Further, U.S. Pat. No. 3,633,266 discloses a process that requires a solder coating on the surface defining the joint between the copper and aluminum tubes. This heating and pressure movement in the direction of inlay relative to one of the tubes relative to the other breaks up the oxide film on the solder coating and facilitates integration between the outer and inner surfaces of the copper and aluminum tubes. . The resulting joint has a solid film of solder located on the joint defining the surface between the two metals. It has also been suggested that copper and aluminum sheets could be rolled together to produce a bonded sheet material. The combined tube of copper and aluminum is drawn from the sheet material. However, this process is expensive and requires time-consuming operations.
【０００４】上で説明した銅およびアルミニウムチュー
ブ間の金属接合を与える技術および方法は、銅およびア
ルミニウム間に均一でかつ線状の冶金的接合あるいは結
合を与えることが出来なかった。例えば、突き合わせ溶
接のプロセスでは、接合の厚みが銅およびアルミニウム
のチューブの幅あるいは壁の厚みに制限されている。従
って十分な溶接領域を与えるために種々のスエージング
加工技術を使って壁の幅あるいは厚みを増すことがしば
しば必要である。しかし突き合わせ溶接プロセスを使う
時に利用出来る溶接の領域は、通常幅方向に０．０７５
インチ以下である。突き合わせ溶接に先立ってしっかり
としたあるいは厚いチューブ壁を生成するためには付加
的な製造ステップが必要であり、そのようなステップは
追加の装置を必要とし、時間がかかりかつ非常に高価で
ある。The techniques and methods for providing a metal bond between copper and aluminum tubes described above have failed to provide a uniform and linear metallurgical bond or bond between copper and aluminum. For example, in the butt welding process, the thickness of the joint is limited to the width or wall thickness of the copper and aluminum tubes. Accordingly, it is often necessary to increase the width or thickness of the wall using various swaging techniques to provide a sufficient weld area. However, the area of welding available when using the butt welding process is typically 0.075
Less than an inch. Producing solid or thick tube walls prior to butt welding requires additional manufacturing steps, which require additional equipment, are time consuming, and are very expensive.
【０００５】アルミニウムおよび銅のチューブ間のハン
ダコーティングを堆積するために必要なステップの多く
は除かれているが、アルミニウムチューブのスエージン
グ加工による準備および亜鉛あるいはアルミニウムおよ
びまたは銅チューブあるいは銅チューブ単独を使う時の
超音波洗浄は時間を要し、かつ高価な操作である。ハン
ダコーティングの冶金的接合を完成するための従来のプ
ロセスは、銅およびアルミニウムの接合のためにその接
合あるいはチューブ端を溶融した亜鉛中に垂直に浸漬す
る必要がある。即ち、製造中の部品の方向付けについて
の自由度が制限されるプロセスである。最後に、突き合
わせ溶接接合の結果チューブ中にバリが生成しまた超音
波洗浄プロセス中でのハンダコーティングあるいは鉛の
使用はしばしばそのチューブの内側に残骸を取り残すこ
とになり、これは熱交換器の動作中にそのコンプレッサ
ーの突然の故障を引き起こすことになる。Many of the steps required to deposit a solder coating between aluminum and copper tubes have been eliminated, but the preparation of the aluminum tubes by swaging and the use of zinc or aluminum and / or copper tubes or copper tubes alone. Ultrasonic cleaning when used is a time consuming and expensive operation. Conventional processes for completing a metallurgical bond of a solder coating require that the bond or tube end be vertically immersed in molten zinc for bonding of copper and aluminum. That is, it is a process that limits the degree of freedom in orienting the part during manufacture. Finally, burr formation in the tubing as a result of the butt weld joint and the use of solder coating or lead during the ultrasonic cleaning process often leaves debris inside the tubing, which can lead to heat exchanger operation. During that will cause a sudden failure of the compressor.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明の一つの目的
は、銅およびアルミニウムチューブあるいはパイプ間に
ハンダ無しの冶金的接合を与えることである。One object of the present invention is to provide a solderless metallurgical bond between copper and aluminum tubes or pipes.
【０００７】本発明のさらにもう一つの目的は銅および
アルミニウムチューブあるいはパイプ間に均一でかつ線
状の冶金的接合を与えることである。Yet another object of the present invention is to provide a uniform and linear metallurgical bond between copper and aluminum tubes or pipes.
【０００８】本発明のさらにもう一つの目的は、種類の
異なるチューブあるいはパイプ間に冶金的接合を与える
ことである。It is yet another object of the present invention to provide a metallurgical bond between different types of tubes or pipes.
【０００９】本発明のさらにもう一つの目的は、銅およ
びアルミニウムチューブ間に冶金的接合を与える新規な
方法を提供することである。Yet another object of the present invention is to provide a novel method for providing a metallurgical bond between copper and aluminum tubes.
【００１０】本発明のさらにもう一つの目的は、銅およ
びアルミニウムチューブ間にハンダ無しの冶金的接合を
形成する新規な方法を提供することである。[0010] Yet another object of the present invention is to provide a novel method of forming a solderless metallurgical bond between copper and aluminum tubes.
【００１１】本発明のさらにもう一つの目的は、銅およ
びアルミニウムチューブあるいはパイプ間に冶金的接合
を与えるための新規な装置を提供することである。Yet another object of the present invention is to provide a novel apparatus for providing a metallurgical bond between copper and aluminum tubes or pipes.
【００１２】本発明のさらにもう一つの目的は、銅およ
びアルミニウムチューブ間にフラックス不要の冶金的接
合を与えることである。Yet another object of the present invention is to provide a fluxless metallurgical bond between copper and aluminum tubes.
【００１３】本発明のさらにもう一つの目的は、銅およ
びアルミニウムチューブ間に銅およびアルミニウムの共
融混合物を含む線形の冶金的接合を提供することであ
る。It is yet another object of the present invention to provide a linear metallurgical joint between a copper and aluminum tube that includes a eutectic mixture of copper and aluminum.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明は銅およびアルミ
ニウムチューブ間の冶金的接合およびそのような冶金的
接合を形成するための方法に関する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a metallurgical bond between copper and aluminum tubes and a method for forming such a metallurgical bond.
【００１５】銅およびアルミニウムチューブ間に線形の
冶金的接合を形成するためのプロセスはその外径が約
０．１００〜１．００インチの銅のチューブあるいはパ
イプを使用することを含んでいる。この銅チューブはそ
の一端にスエージング加工を施し、約０．２５〜１．０
０インチの長さに対して約1/2 〜３０度のテーパーが与
えられている。銅チューブが接合されるアルミニウムチ
ューブあるいはパイプは通常、銅チューブのスエージ加
工された先端部分の仕上がった外側の直径より大きな内
側の直径を有している。このアルミニウムチューブは銅
のチューブと接合するためチューブ上に角ばった端部を
残して所定の長さにカットされている。アルミニウムは
銅よりもその引張り強度が低い、従ってアルミニウムの
チューブは銅のチューブより簡単に変形する。The process for forming a linear metallurgical bond between copper and aluminum tubes involves the use of copper tubes or pipes having an outer diameter of about 0.100-1.00 inches. This copper tube is subjected to a swaging process at one end, and is about 0.25 to 1.0.
A taper of about 1/2 to 30 degrees is provided for a length of 0 inches. The aluminum tube or pipe to which the copper tube is joined typically has an inner diameter that is greater than the finished outer diameter of the swaged tip of the copper tube. The aluminum tube is cut to a predetermined length leaving a square end on the tube for joining with the copper tube. Aluminum has a lower tensile strength than copper, so aluminum tubes deform more easily than copper tubes.
【００１６】本発明の望ましい実施例に於いては、銅お
よびアルミニウムチューブ間に線形の冶金的接合を完成
しかつ与えるためにその接合部分でアルミニウムチュー
ブを広げるためにスエージ加工された銅チューブの端部
がアルミニウムチューブ中へ挿入されることを提案して
いる。このアルミニウムチューブは油および汚れの無い
状態に保たれかつ締め付け手段あるいはブロック中に位
置決めされており、そして銅チューブのテーパー付きの
表面に極めて近接する位置に移動される。このテーパー
付きの表面はスエージ加工が施されそしてこの銅チュー
ブをアルミニウムチューブと接合する直前に汚れの無い
乾燥したかつ酸素の無い表面を与えるように１あるいは
複数の手段、例えば化学的に、機械的に、あるいは超音
波を使って酸化物が洗浄される。この銅チューブは所定
の長さにカットされかつ誘導加熱コイルを通して挿入さ
れかつストッパーによって止められている取り付けブラ
ケット上に保持される。In a preferred embodiment of the present invention, the ends of a swaged copper tube to spread the aluminum tube at the joint to complete and provide a linear metallurgical bond between the copper and aluminum tubes. It is proposed that the part be inserted into an aluminum tube. The aluminum tube is kept free of oil and dirt and is positioned in a clamping means or block and is moved to a position very close to the tapered surface of the copper tube. The tapered surface is swaged and one or more means, such as chemically, mechanically, to provide a clean, dry and oxygen-free surface immediately prior to joining the copper tube to the aluminum tube. The oxides are cleaned either by using ultrasonic waves or by using ultrasonic waves. The copper tubing is cut to length and inserted through an induction heating coil and held on a mounting bracket that is stopped by a stopper.
【００１７】この誘導加熱コイルはテーパー付きの銅端
部およびそれに直ぐ連なるアルミニウムの端部の廻りに
配置されているので、銅チューブ部分がアルミニウムチ
ューブの端部に係合すると、加熱コイルの大部分は銅チ
ューブ部分を包囲することになる。誘導加熱コイルはそ
の熱がチューブに与えられ出来るだけ早く９００度Ｆを
越える温度に達するように励磁される。そのチューブが
そのような高温に達すると、アルミニウムチューブおよ
びそのクランプされたフォルダーはピストン部材によっ
て一定の力で銅チューブ上に押し込まれる。このアルミ
ニウムチューブが銅チューブのスエージ加工された端部
の囲りに位置決めされかつはめ込まれると、誘導加熱コ
イルは遮断される。短い冷却期間が与えられた後、この
接合されたチューブは解除されそして装置から取り出さ
れる。The induction heating coil is located around the tapered copper end and the end of the aluminum immediately following it, so that when the copper tube portion engages the end of the aluminum tube, most of the heating coil Will surround the copper tube section. The induction heating coil is energized to reach a temperature above 900 ° F. as soon as the heat is applied to the tube. When the tube reaches such a high temperature, the aluminum tube and the clamped folder are pushed with constant force onto the copper tube by the piston member. When the aluminum tube is positioned and fitted around the swaged end of the copper tube, the induction heating coil is shut off. After a brief cooling period, the joined tubing is released and removed from the device.
【００１８】銅およびアルミニウムチューブ間の完成さ
れた接合あるいは結合について分散型のＸ線分光器を使
った化学的な分析が行われた。この分析および試験の結
果、これらのチューブ間には銅およびアルミニウムチュ
ーブ間に金属間結合を与える金属間層と思われる層が形
成されていることが判明した。この金属間層あるいは結
合は約６０〜７０％のアルミニウムおよび約４０〜３０
％の銅およびアルミニウムの共融混合物であると信じら
れる。そしてこの共融混合物は約１０１８度Ｆの共融形
成温度を有している。Chemical analysis was performed on the completed joint or bond between the copper and aluminum tubes using a dispersive X-ray spectrometer. As a result of this analysis and test, it was found that a layer was formed between these tubes, which was considered to be an intermetallic layer that provided an intermetallic bond between the copper and aluminum tubes. The intermetallic layer or bond is about 60-70% aluminum and about 40-30% aluminum.
% Eutectic mixture of copper and aluminum. The eutectic has a eutectic forming temperature of about 1018 ° F.
【００１９】この銅およびアルミニウムチューブ間の金
属間共融混合物層の厚みは、銅およびアルミニウムチュ
ーブ間の接合の開口部間の距離に依存して約０．０００
２〜０．００１０インチの間である。この金属間共融混
合物層はチューブの長さに関して軸方向に線形の接合を
与えるために銅およびアルミニウムチューブ間の接合の
はめ込み線形長さの実質的に全体に亙って伸びている。
このようにして得られた結合は、銅−アルミニウム冶金
的接合を含む突き合わせ溶接およびハンダよりも高い引
張り強度を有するより強い結合を与えることが出来る。The thickness of the intermetallic eutectic layer between the copper and aluminum tubes is about 0.000, depending on the distance between the openings of the joint between the copper and aluminum tubes.
Between 2 and 0.0010 inches. This intermetallic eutectic layer extends over substantially the entire inset linear length of the bond between the copper and aluminum tubes to provide a linear bond axially with the length of the tube.
The bond obtained in this way can provide a stronger bond with higher tensile strength than butt welding and solder, including copper-aluminum metallurgical bonding.
【００２０】本発明はアルミニウムおよび銅の共融混合
物である金属間結合を与えることによって銅およびアル
ミニウム間の接合の近接および近接性を最大にする方法
を提供する。The present invention provides a method for maximizing the proximity and proximity of the bond between copper and aluminum by providing an intermetallic bond that is a eutectic mixture of aluminum and copper.
【００２１】さらに本発明の方法によって金属の表面の
酸化物は最少にされる。一般的に洗浄された銅チューブ
あるいはパイプの急速な電気的加熱によって酸化物の無
い層が生じる。また同様に銅チューブ上へのアルミニウ
ムチューブのはめ込み方向への移動の際に、形成された
総てのアルミニウム酸化物はアルミニウムチューブ内側
あるいは外側表面から機械的にはがされそして取り除か
れる。その結果、銅の酸化物の無い層と係合しかつ接触
するためアルミニウムの酸化物の無い層が露出する。Further, oxides on the surface of the metal are minimized by the method of the present invention. Generally, rapid electrical heating of a cleaned copper tube or pipe produces an oxide-free layer. Also, during movement of the aluminum tube onto the copper tube in the direction of insertion, any aluminum oxide formed is mechanically peeled off and removed from the inner or outer surface of the aluminum tube. As a result, the aluminum oxide-free layer is exposed to engage and contact the copper oxide-free layer.
【００２２】その他のおよびさらに重要な本発明の目的
は、以下の説明および請求項から明らかとなるであろ
う。そしてそれらは添付した図面に示されている。そし
て添付した図面は、例示として、本発明の望ましい一実
施例およびその原理をおよびこれらの原理が適用されて
いる最良のモードと我々が今考えるものを示している。
同一あるいは均等な原理を与える本発明のその他の実施
例も同様に利用することが出来、かつ本発明の範囲から
逸脱しない限りは当業者の必要に応じて成される構造的
な変更も可能である。[0022] Other and more important objects of the invention will become apparent from the following description and claims. And they are shown in the attached drawings. The accompanying drawings illustrate by way of illustration, a preferred embodiment of the invention and its principles, and what we now consider as the best mode of application of these principles.
Other embodiments of the invention giving the same or equivalent principles may be used as well, and structural changes may be made as needed by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. is there.
【００２３】[0023]
【実施例】本発明の理解を容易にするために、その望ま
しい実施例が添付図面に示されている。以下の説明と共
にこれらを検討すれば、本発明、その構成、動作および
多くの効果が直ちに理解され認められるであろう。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS To facilitate an understanding of the present invention, preferred embodiments thereof are shown in the accompanying drawings. Considering these together with the following description, the invention, its configuration, operation and many advantages will be readily understood and appreciated.
【００２４】さてここでは図面全体に亙って同じあるい
は同様な部分を示すために同じ数字が使われている。図
１〜８には、本発明の一実施例による銅およびアルミニ
ウムチューブ間に冶金的接合を形成するための装置およ
び方法が概略的に図示されている。銅チューブあるいは
パイプ１２とアルミニウムチューブあるいはパイプ１４
間に線形の冶金的接合１０（図８）を形成するための方
法が以下で説明される。この銅チューブあるいはパイプ
１２は望ましくは約０．１００〜１．００インチ間の外
径を有しており、この銅チューブの端部１３（図６）は
スエージ加工された部分１６を有しており、この部分は
この銅チューブの長手方向の軸に対して銅チューブの端
部１３から約1/2 〜３０度の間の角度にテーパーが付け
られている。このスエージ加工された部分１６は図６に
示すように、銅チューブあるいはパイプの端部１３から
約０．２５〜１．００インチの間伸びている。スエージ
加工され、脱グリース処理され、かつ脱酸化物処理され
たこの突出部あるいはチューブ１２はこのチューブを取
り囲みかつこの銅チューブ１２に対して軸方向に相対的
に可動な誘導加熱コイル１８内に取り付けられている。
この銅の突出部あるいはチューブ１２は誘導加熱コイル
１８を通して挿入されているピン１７上に取り付けら
れ、そしてストッパー（図示せず）と係合して止められ
ている。The same numbers are used herein to indicate the same or similar parts throughout the drawings. 1 to 8 schematically illustrate an apparatus and method for forming a metallurgical bond between copper and aluminum tubes according to one embodiment of the present invention. Copper tube or pipe 12 and aluminum tube or pipe 14
A method for forming a linear metallurgical joint 10 (FIG. 8) therebetween is described below. The copper tube or pipe 12 desirably has an outer diameter of between about 0.100 and 1.00 inches, and the end 13 (FIG. 6) of the copper tube has a swaged portion 16. This portion tapers at an angle between about 1/2 to 30 degrees from the end 13 of the copper tube with respect to the longitudinal axis of the copper tube. The swaged portion 16 extends between about 0.25 and 1.00 inches from the end 13 of the copper tube or pipe, as shown in FIG. The swaged, degreased and deoxidized protrusion or tube 12 is mounted in an induction heating coil 18 which surrounds the tube and is axially movable relative to the copper tube 12. Have been.
This copper protrusion or tube 12 is mounted on a pin 17 inserted through an induction heating coil 18 and is engaged and stopped by a stopper (not shown).
【００２５】アルミニウムチューブあるいはパイプ１４
は所定の長さに一般的に直交するあるいは角ばった端部
１５を残してカットされている。アルミニウムチューブ
１４はオイルの無い出来るだけきれいな状態に保持され
ており、かつチューブの掴み部材あるいはクランプ手段
２２中に位置決めされており、このクランプ手段２２は
このアルミニウムチューブを銅チューブのスエージ加工
された端部と軸方向に並ぶようにしっかりと係合し、か
つ保持している。図２に示すように、アルミニウムチュ
ーブの端部１５は次にクランプ手段２２によって銅チュ
ーブのテーパーのついたスエージ加工された部分１６と
係合するように著しく近接した位置に軸方向に移動され
る。Aluminum tube or pipe 14
Are cut leaving a generally orthogonal or angular end 15 at a predetermined length. The aluminum tube 14 is kept as clean as possible without oil and is positioned in a tube gripper or clamping means 22 which clamps the aluminum tube to the swaged end of the copper tube. It is firmly engaged and held so as to be axially aligned with the part. As shown in FIG. 2, the end 15 of the aluminum tube is then axially moved by the clamping means 22 to a position significantly adjacent to engage the tapered swaged portion 16 of the copper tube. .
【００２６】次に誘導加熱コイル１８が誘導加熱コイル
１８の大部分が銅チューブを取り巻きそれを加熱するよ
うに銅チューブのスエージ加工された端部１６の囲りに
移動されかつ位置決めされる。誘導加熱コイル１８の主
要な部分をアルミニウムチューブの端部ではなく銅パイ
プのテーパーの付いた端部の囲りに位置決めすることが
重要である。それは加熱の大半が銅チューブに対して行
なわれねばならないからである。銅およびアルミニウム
チューブの相対的な質量に対して裕度が維持されねばな
らない。例えば、薄い壁の銅チューブは希望する温度に
到達するために少しの熱しか必要としない。従って図３
に示す本発明の実施例による場合よりも加熱コイル中へ
の挿入のサイクルを短くすべきである。アルミニウムチ
ューブおよび銅チューブの重量および壁厚についての種
々のその他の組み合わせについても、加熱コイル中にお
けるチューブの配置によって対応出来る。加熱コイルが
この２つのチューブを出来るだけ早く９００度Ｆを越え
る温度に加熱した後、アルミニウムチューブが図４の矢
印の方向に掴み部材２２に係合しているピストン部材２
５によって一定の力で銅のチューブ上に押し込まれある
いははめ込まれる。アルミニウムチューブが銅チューブ
上に押し込まれそして誘導加熱コイルが切られると、可
塑状あるいは液状の冶金的接合部を完成するために固体
化するように数秒間の短い冷却期間が与えられる。その
後、図５に示すように、掴み部材２２は解除され接合さ
れた銅およびアルミニウムのチューブが装置から取り出
される。The induction heating coil 18 is then moved and positioned around the swaged end 16 of the copper tube such that most of the induction heating coil 18 surrounds and heats the copper tube. It is important that the major portion of the induction heating coil 18 be located around the tapered end of the copper pipe rather than at the end of the aluminum tube. This is because most of the heating must be done on the copper tube. Tolerance must be maintained for the relative mass of the copper and aluminum tubes. For example, thin-walled copper tubes require little heat to reach the desired temperature. Therefore, FIG.
The cycle of insertion into the heating coil should be shorter than in the case of the embodiment of the present invention shown in FIG. Various other combinations of aluminum tube and copper tube weights and wall thicknesses can be accommodated by the placement of the tubes in the heating coil. After the heating coil heats the two tubes as soon as possible to a temperature above 900 ° F., the aluminum tube engages the gripping member 22 in the direction of the arrow in FIG.
5 pushes or fits over the copper tube with a constant force. When the aluminum tube is pushed over the copper tube and the induction heating coil is cut, a short cooling period of a few seconds is provided to solidify to complete the plastic or liquid metallurgical joint. Thereafter, as shown in FIG. 5, the gripping member 22 is released and the joined copper and aluminum tubes are removed from the device.
【００２７】図８は銅およびアルミニウムチューブ間に
線形の冶金的接合を完成するため、銅チューブ１２のス
エージ加工された部分１６の囲りをアルミニウムチュー
ブの端部１５が包囲する係合状態を示す拡大図である。
本発明の望ましい実施例から直ぐに理解出来るように、
銅およびアルミニウムチューブ間に望ましい冶金的な結
合を与えるために銅チューブ上にアルミニウムチューブ
をはめ込む方向に移動する際、アルミニウムチューブを
連続して広げるように銅のチューブがアルミニウムチュ
ーブ中に挿入されることが目論まれている。接合される
チューブの円形状はより硬い金属の規則的なスエージ加
工を可能にし、銅チューブのより鍛造可能な金属、即ち
アルミニウムチューブ中へのはめ込みを可能にする。銅
チューブ端の特別なテーパー構造は銅チューブがアルミ
ニウムチューブ中に押し込まれるにつれて、アルミニウ
ムのチューブが連続してその径を拡大するように働く。FIG. 8 shows the engagement with the end 15 of the aluminum tube surrounding the swaged portion 16 of the copper tube 12 to complete a linear metallurgical bond between the copper and aluminum tubes. It is an enlarged view.
As can be readily understood from the preferred embodiment of the present invention,
The copper tubing is inserted into the aluminum tubing so as to continually spread the aluminum tubing when moving in the direction of fitting the aluminum tubing over the copper tubing to provide the desired metallurgical bond between the copper and aluminum tubing. Is being planned. The circular shape of the tubes to be joined allows for the regular swaging of harder metals and allows the fitting of copper tubes into more forgeable metals, ie aluminum tubes. The special taper at the end of the copper tube serves to continuously increase the diameter of the aluminum tube as the copper tube is pushed into the aluminum tube.
【００２８】しかし上記とは逆の手順、即ちアルミニウ
ムチューブを拡大されているスエージ加工された銅チュ
ーブ中に挿入することも本発明の範囲の中にある。この
場合には、銅チューブのテーパーの付いた広がった端部
はアルミニウムチューブが銅チューブ中に押し込まれる
につれてアルミニウムチューブの径が連続して縮少する
方向に働く。本発明による新規な接合を達成するため
に、チューブ端部の加熱を制御するために銅およびアル
ミニウムチューブの端部の相対的な寸法および形状を手
直しして開示した装置を使うことも可能である。However, it is within the scope of the present invention to perform the reverse procedure, ie, to insert an aluminum tube into an enlarged swaged copper tube. In this case, the tapered widened end of the copper tube acts in such a way that the diameter of the aluminum tube continuously decreases as the aluminum tube is pushed into the copper tube. To achieve the novel joints according to the present invention, it is possible to use the disclosed apparatus with a modified relative size and shape of the ends of the copper and aluminum tubes to control the heating of the tube ends. .
【００２９】分散型のＸ線分光器を使った銅およびアル
ミニウムチューブ間の完成された冶金的結合について行
った分析はチューブ間の金属間層が銅およびアルミニウ
ムチューブ間の金属間結合を与えていることを示した。
この金属間層の結合は約６０％〜７０％のアルミニウム
および約４０％〜３０％の銅を含む銅およびアルミニウ
ムの共融混合物であることが観察された。望ましい銅お
よびアルミニウムの共融混合物は約６７％のアルミニウ
ムと約３３％の銅である。このような共融混合物から生
じた冶金的接合は約１０１８度Ｆの共融形成温度を有し
ている。Analysis performed on the completed metallurgical bond between copper and aluminum tubes using a dispersive X-ray spectrometer showed that the intermetallic layer between the tubes provided an intermetallic bond between the copper and aluminum tubes. That was shown.
This intermetallic bond was observed to be a eutectic mixture of copper and aluminum with about 60% to 70% aluminum and about 40% to 30% copper. A desirable eutectic mixture of copper and aluminum is about 67% aluminum and about 33% copper. The metallurgical bond resulting from such a eutectic has a eutectic forming temperature of about 1018 degrees Fahrenheit.
【００３０】銅およびアルミニウムチューブ間の金属間
共融混合物層の厚みはアルミニウムおよび銅チューブ間
の接合部の開口間の距離に依存して約０．０００２〜
０．００１０インチの間であることが観察された。さら
に分析の結果は、この金属間共融混合物層はチューブ部
材間の軸方向の線形冶金的接合を与えるように銅および
アルミニウムチューブ間の接合の線形長さ全体に亙って
伸びていることが観察された。The thickness of the intermetallic eutectic layer between the copper and aluminum tubes can be from about 0.0002 to about 0.0002, depending on the distance between the openings of the joint between the aluminum and copper tubes.
It was observed to be between 0.0010 inches. Further analysis shows that this intermetallic eutectic layer extends over the entire linear length of the joint between the copper and aluminum tubes to provide an axial linear metallurgical joint between the tube members. Was observed.
【００３１】熱交換器産業で最も一般的に行われる銅お
よびアルミニウムの冶金的な接合に関連して本発明およ
びプロセスについて説明してきたが、アルミニウムをア
ルミニウムに接合することあるいは異なる種類の金属例
えばアルミニウムをスチールに結合することも本発明の
範囲にある。Although the present invention and process have been described in connection with the metallurgical joining of copper and aluminum most commonly performed in the heat exchanger industry, joining aluminum to aluminum or a different type of metal, such as aluminum Is also within the scope of the present invention.
【００３２】[0032]
【発明の効果】本発明はアルミニウムおよび銅の共融混
合物である金属間の結合を与えるために銅およびアルミ
ニウムチューブ間の接合の近接あるいは近接性を最大限
にする方法を提供する。このような接合は銅およびアル
ミニウムチューブ間にこれらのチューブの接合について
公知であった突き合わせ溶接およびハンダコーティング
によるものよりもより高い引張り強度を有するより強力
な結合を与える。The present invention provides a method for maximizing the proximity or proximity of the joint between copper and aluminum tubes to provide a bond between metals that are eutectic mixtures of aluminum and copper. Such a joint provides a stronger bond between copper and aluminum tubes with higher tensile strength than by butt welding and solder coating known for joining these tubes.
【００３３】銅およびアルミニウムチューブ間にこれら
の冶金的接合を生成する際の本発明による装置および方
法はあらゆる長さおよびあらゆる方向、例えば垂直方向
あるいは水平方向の銅およびアルミニウムチューブの接
合に利用出来る。さらに、本発明による冶金的接合は鉛
を使用せず、従って熱交換器動作中にコンプレッサーが
後になって故障する原因となるチューブ中へのくずの混
入と云う問題を解消し、同時に従来のプロセスを使った
時に生じていたバリおよび再度のドリル掛けの問題をも
除去出来る。The apparatus and method according to the invention in producing these metallurgical joints between copper and aluminum tubes can be used for joining copper and aluminum tubes of any length and any direction, for example, vertical or horizontal. Furthermore, the metallurgical joint according to the invention does not use lead, thus eliminating the problem of debris in the tubes, which would cause the compressor to later fail during the operation of the heat exchanger, while at the same time reducing the conventional process. It can also remove the burr and re-drilling problems that occurred when using.
【図１】銅およびアルミニウムチューブ間に冶金的な結
合を完成するための装置の概略図であって、ここでは本
発明に従って銅チューブが加熱部材中に位置決めされて
いる。FIG. 1 is a schematic view of an apparatus for completing a metallurgical bond between copper and aluminum tubes, wherein the copper tubes are positioned in a heating member according to the present invention.
【図２】誘導加熱コイル中への銅チューブの位置決めお
よび掴み部材中に位置決めされかつクランプされたアル
ミニウムチューブを示す概略図であって、本発明に従っ
てアルミニウムチューブ端部が銅チューブのスエージ加
工された端部と係合するように軸方向に位置決めされて
いる。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating positioning of a copper tube in an induction heating coil and an aluminum tube positioned and clamped in a gripping member, wherein the aluminum tube end has been swaged in accordance with the present invention. It is axially positioned to engage the end.
【図３】本発明に従って誘導加熱コイルが銅チューブの
スエージ加工された端部およびアルミニウムチューブの
端部の囲りに位置決めされ、そして励磁される様子を示
す概略図。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an induction heating coil positioned and energized around a swaged end of a copper tube and an end of an aluminum tube in accordance with the present invention.
【図４】本発明に従って誘導加熱コイルが切られ、そし
てアルミニウムチューブを銅チューブのスエージ加工さ
れた表面上に一定の力で押し込むため、掴み部材によっ
てアルミニウムチューブを銅チューブの軸方向に前進お
よび移動させる様子を示す概略図である。FIG. 4 shows that the induction heating coil is cut off according to the invention and the aluminum tube is advanced and moved in the axial direction of the copper tube by means of a gripping member in order to push the aluminum tube onto the swaged surface of the copper tube with a constant force. It is the schematic which shows a mode that it is made to do.
【図５】本発明に従ってアルミニウムチューブの掴み部
材からの解除および銅およびアルミニウムチューブ間の
完成した冶金的接合部の取り出しを可能とするため誘導
加熱コイルをその最初の休止位置にもどす様子を示して
いる概略図。FIG. 5 illustrates the return of the induction heating coil to its initial rest position to allow release of the aluminum tube from the gripping member and removal of the completed metallurgical joint between the copper and aluminum tube in accordance with the present invention. Schematic diagram.
【図６】本発明に従ったアルミニウムチューブの端部と
係合する前の銅チューブのスエージ加工された端部の軸
方向の並びを示す拡大断面図である。FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing the axial alignment of the swaged end of the copper tube before engaging the end of the aluminum tube according to the present invention.
【図７】本発明に従った冶金的接合部の加熱および接合
前のスエージ加工された銅チューブ上へのアルミニウム
チューブのカットされた端部の係合を示す拡大断面図で
ある。FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing the heating of a metallurgical joint and the engagement of the cut end of the aluminum tube on the swaged copper tube prior to joining according to the present invention.
【図８】本発明の一実施例による銅チューブおよびアル
ミニウムチューブ間に生じる冶金的接合を示す拡大断面
図である。FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view illustrating metallurgical bonding that occurs between a copper tube and an aluminum tube according to one embodiment of the present invention.
１０ 線形冶金的接合 １２ 銅チューブ １３ 銅チューブ端部 １４ アルミニウムチューブ １５ 角ばったアルミニウムチューブ端部 １６ スエージ加工された銅チューブの端部 １７ ピン １８ 誘導加熱コイル ２２ クランプ手段 ２５ ピストン部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Linear metallurgical joining 12 Copper tube 13 Copper tube end 14 Aluminum tube 15 Squared aluminum tube end 16 Swaged end of copper tube 17 Pin 18 Induction heating coil 22 Clamping means 25 Piston member
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２３Ｋ 103:18 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Agency reference number FI Technical display location // B23K 103: 18
Claims (17)
接合する方法に於いて：第１および第２の管状部材を互
いに軸方向に並んだ位置に取り付けること；第１および
第２の管状部材の端部を突き合せ関係に位置決めするこ
と；上記第１および第２の管状部材の端部を少なくとも
その冶金的接合の共融温度にまで加熱すること；上記第
１および第２の管状部材のいずれか一方を他方の部材に
対して上記部材の一方の外表面と上記部材の他方の内表
面間をプレスばめし、上記管状部材間に線状に伸びる接
合を与えるようにはめ込み方向に移動すること；および
上記接合された管状部材の端部を上記管状部材間に線状
の冶金的接合を与えるように冷却することから成る方
法。1. A method for metallurgically joining between first and second tubular members: attaching the first and second tubular members in axially aligned positions with each other; Positioning the ends of the tubular members in abutting relationship; heating the ends of the first and second tubular members to at least the eutectic temperature of the metallurgical joint; the first and second One of the tubular members is press-fitted to the other member between one outer surface of the member and the other inner surface of the member so as to provide a linearly extending bond between the tubular members. And cooling the ends of the joined tubular members to provide a linear metallurgical bond between the tubular members.
は銅でありかつ上記第１および第２の管状部材の他方は
アルミニウムである請求項１の方法。2. The method of claim 1 wherein one of said first or second tubular members is copper and the other of said first and second tubular members is aluminum.
部材に対して軸方向に並んだ位置に取り付けるステップ
に先立って上記銅の管状部材の端部に隣接した外表面に
テーパーを与えるために上記銅の管状部材の端部をスエ
ージング加工をするステップをさらに有する請求項２の
方法。3. The method of claim 2, wherein the step of attaching the copper tubular member to the aluminum tubular member in an axially juxtaposed position includes tapering an outer surface adjacent an end of the copper tubular member. 3. The method of claim 2, further comprising the step of swaging the end of the copper tubular member.
に先立って上記銅の管状部材のテーパー付きの外表面を
脱酸素処理をするステップをさらに有する請求項３の方
法。4. The method of claim 3 further comprising the step of deoxygenating the tapered outer surface of said copper tubular member prior to attaching said copper tubular member.
移動は所定の一定の力で行われる請求項１の方法。5. The method according to claim 1, wherein the movement of the tubular members in the direction of their insertion is performed with a predetermined constant force.
８度Ｆである請求項１の方法。6. The eutectic temperature of the metallurgical joint is about 101.
2. The method of claim 1, wherein the angle is 8 degrees F.
ムである請求項１の方法。7. The method of claim 1, wherein the first and second tubular members are aluminum.
異なる金属である請求項１の方法。8. The method of claim 1 wherein said first and second tubular members are different types of metal.
よびスチールである請求項８の方法。9. The method of claim 8 wherein said different metals are aluminum and steel.
ブ間の冶金的接合であって、その冶金的接合はその長手
方向に約０．２５〜１．００インチ伸びておりかつ約６
０〜７０％のアルミニウムと４０〜３０％の銅を含んで
いる冶金的接合。10. A metallurgical bond between a copper tube and an aluminum tube, wherein the metallurgical bond extends about 0.25 to 1.00 inches in its longitudinal direction and about 6 inches.
Metallurgical joints containing 0-70% aluminum and 40-30% copper.
ューブの外径よりも大きな内径を有する請求項１０の冶
金的接合。11. The metallurgical joint of claim 10, wherein said aluminum tube has an inner diameter greater than an outer diameter of said copper tube.
スエージ加工された部分を有する請求項１０の冶金的接
合。12. The metallurgical joint of claim 10 wherein said copper tube has a swaged portion adjacent its end.
２〜０．００１インチの間である請求項１０の冶金的接
合。13. The metallurgical joint has a thickness of about 0.000.
11. The metallurgical joint of claim 10, which is between 2 and 0.001 inches.
銅の含有量が約３３％である請求項１０の冶金的接合。14. The above aluminum content of about 67%
11. The metallurgical joint of claim 10, wherein the copper content is about 33%.
のチューブの軸方向中心線に対して1/2 〜３０度の角度
が付けられている請求項１２の冶金的接合。15. The metallurgical joint of claim 12, wherein said swaged portion is angled from 1/2 to 30 degrees with respect to the axial centerline of said copper tube.
接合を行う装置に於いて：上記第１の管状部材を受け入
れかつ取り付けるような構造に配置された取り付け部
材；取り付けられた第１の管状部材を軸方向に並ぶよう
に第２の管状部材を受け入れかつ取り付ける構造に配置
された掴み部材であって、この掴み部材は係合関係にあ
る第１および第２の管状部材の端部を位置決めするよう
に軸方向に移動可能に構成されており；上記第１の管状
部材の少なくとも外側の管状表面を加熱する構造に配置
されている加熱部材；および上記第１あるいは第２の管
状部材の一方の外表面と上記部材の他方の内表面間では
め込みのプレスばめを行い、両者間に冶金的接合を与え
るように上記掴み部材と上記取り付けられた管状部材を
一定の力で軸方向に移動する駆動手段から成る装置。16. An apparatus for making a metallurgical joint between first and second tubular members: a mounting member arranged to receive and mount the first tubular member; the first attached member. A gripping member arranged in a configuration for receiving and attaching a second tubular member such that the second tubular member is axially aligned with the second tubular member, the gripping member being an end of the first and second tubular members in an engaged relationship. A heating member configured to heat at least an outer tubular surface of the first tubular member; and the first or second tubular member. A press fit is performed between one outer surface of the member and the other inner surface of the member, and the gripping member and the attached tubular member are axially pressed with a constant force so as to provide a metallurgical bond therebetween. Moved to A device comprising moving drive means.
た管状部材をその装置から解除する構造に配置されてい
る請求項１６の装置。17. The apparatus of claim 16, wherein said gripping members are arranged in a configuration to release the joined tubular members from the device after forming the joint.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24111396A JPH1058162A (en) | 1996-08-23 | 1996-08-23 | Metallurgical joining without solder |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24111396A JPH1058162A (en) | 1996-08-23 | 1996-08-23 | Metallurgical joining without solder |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1058162A true JPH1058162A (en) | 1998-03-03 |
Family
ID=17069485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24111396A Pending JPH1058162A (en) | 1996-08-23 | 1996-08-23 | Metallurgical joining without solder |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1058162A (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009072820A (en) * | 2007-09-24 | 2009-04-09 | Mitsubishi Electric Corp | Joined body, joining method and joining apparatus of copper tube with aluminum tube, and fluid circuit device |
| WO2010024261A1 (en) * | 2008-08-27 | 2010-03-04 | 新日本製鐵株式会社 | Liquid phase diffusion bonding pipe joint and manufacturing method therefor |
| WO2013084433A1 (en) * | 2011-12-09 | 2013-06-13 | パナソニック株式会社 | Heat exchanger for air conditioner |
| KR101419300B1 (en) * | 2012-08-30 | 2014-07-17 | 국방과학연구소 | Metal-Composite Bonding Apparatus |
| CN109175562A (en) * | 2018-09-13 | 2019-01-11 | 湖北汽车工业学院 | A kind of copper aluminum dissimilar metal TIG soldering processes |
| KR20220102913A (en) * | 2021-01-14 | 2022-07-21 | (주)가을디자인휀스개발 | Pipe pressing apparatus for fence |
-
1996
- 1996-08-23 JP JP24111396A patent/JPH1058162A/en active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009072820A (en) * | 2007-09-24 | 2009-04-09 | Mitsubishi Electric Corp | Joined body, joining method and joining apparatus of copper tube with aluminum tube, and fluid circuit device |
| EP2332686A4 (en) * | 2008-08-27 | 2017-04-05 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Liquid phase diffusion bonding pipe joint and manufacturing method therefor |
| EP2332686A1 (en) * | 2008-08-27 | 2011-06-15 | Nippon Steel Corporation | Liquid phase diffusion bonding pipe joint and manufacturing method therefor |
| JP4782242B2 (en) * | 2008-08-27 | 2011-09-28 | 新日本製鐵株式会社 | Liquid phase diffusion bonded pipe joint and manufacturing method thereof |
| JP2011189409A (en) * | 2008-08-27 | 2011-09-29 | Nippon Steel Corp | Liquid phase diffusion bonding pipe joint and manufacturing method therefor |
| US8955887B2 (en) | 2008-08-27 | 2015-02-17 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Liquid phase diffusion bonded pipe joint |
| WO2010024261A1 (en) * | 2008-08-27 | 2010-03-04 | 新日本製鐵株式会社 | Liquid phase diffusion bonding pipe joint and manufacturing method therefor |
| WO2013084433A1 (en) * | 2011-12-09 | 2013-06-13 | パナソニック株式会社 | Heat exchanger for air conditioner |
| JPWO2013084433A1 (en) * | 2011-12-09 | 2015-04-27 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Air conditioner heat exchanger |
| KR101419300B1 (en) * | 2012-08-30 | 2014-07-17 | 국방과학연구소 | Metal-Composite Bonding Apparatus |
| CN109175562A (en) * | 2018-09-13 | 2019-01-11 | 湖北汽车工业学院 | A kind of copper aluminum dissimilar metal TIG soldering processes |
| CN109175562B (en) * | 2018-09-13 | 2020-10-30 | 湖北汽车工业学院 | TIG brazing process for copper-aluminum dissimilar metal |
| KR20220102913A (en) * | 2021-01-14 | 2022-07-21 | (주)가을디자인휀스개발 | Pipe pressing apparatus for fence |
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