JPS59113969A - 大型プレ−トフイン型熱交換器のフラツクスなしろう付け法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般に均−昇温及び均一加熱が困難とされて
いる大型プレートフィン型熱交換器を対象とするフラッ
クスなしろう付は法において、均一なＪＡ温及び加熱状
態を確保することによって良好なろう付はコアを製造す
ることができる方法に関するものである。

ＡＩおよびＡ１合金製品、特に自ｗ１車用熱交換器の分
野では、一定の減圧条件の下でフラックスを用いずにろ
う付けする方法が注目を浴びている。

う付は加熱時の熱膨張率差による酸イ賢破壊が容易であ
ると共に、該破壊によって露呈される金属素地の再酸化
が進行し難く、極めて良好なろう付けが行なわれる。そ
こで当分野に限らず他方面への適用も検討されているが
、上記の効果を得る為にはかな）の高真空状態を確保し
なければならず、従ってまたろう付付けＩＩＡ度へ到達
する迄に相当長時間の加熱が必要となる。その為ろう付
けすべき製品あるいはろう材中に含有されている気化し
易い元素、例えばＭｇ＋Ｚｎ専の気化が促進され、ろう
付は製品の品質が劣化したシろう付は炉の汚染を招くと
いう間軸が発生し、何らかの手段でこれを克服しなけれ
ばならない。

その手段の１つとして、特開昭５８−１２８８５４号公
報が提案されている。該提案に係る方法とは、ろう付は
部品を昇温する工程とろう付は温度に加熱してろう付け
を行なう工程に分けるという基本構成を採用すると共に
、前段の昇温工程を不活性ガス雰囲気中で行なうことに
よってろう付は部品の均一昇温を確保し且つＭｇ専の蒸
発を防止し、次のろう付は工程を高ｐｉ真空下に履くこ
とによって酸化皮膜の除去を行ない、フラックスなしろ
う付は法本来の効果を享受しようとするものである。

この提案方法は、前述の課題を大幅に解決するものとし
て高く評価できるが、その後の本発明者等の研究によれ
ば、更に改善すべき余地が残されていることが分かった
。即ちそれはフラックスなしろう付は法に個有の本質的
な欠点であるが、ろう付は中の雰囲気が直皮の真空とな
る為、ろう材が流れ易くなってろう付は部における必要
ろう材が少なくなる傾向があシ、例えはプレートフィン
型熱交換器のろう付けにおいてはフィレットの形成が却
って急くなるという欠点が第１番に挙げられ、又真空下
での加熱である為輻射加熱に頼る面が多くろう付は工程
における加熱所要時間が相当長くなるという欠点や、ろ
う付は部品の許容クリヤランスが小さく特に大型コアを
良好にろう付けする為には、コア部材間の隙間を最小限
にする必要があシ、各種タイプのフィンに：ｉｉ！ｌｌ
川しなければならない治具条件の設定が非常に厳しいも
のになるという欠点等が挙げられ、前記提案方法はこれ
らの欠点に対応できておらず、特に大型のプレートフィ
ン型熱交換器のろう付けに適用するについては、間鵜の
残る方法と言わざるを得ない。

本発明はこの様な事情に着目してなされたものでおって
、大凰のプレートフィン型熱交換器に適用しても上記の
様な問題を生じないフラックスなしろう付は法の完成を
目的とするものである。

しかして上記目的を達成することのできた本発明のろう
付は法とは、まず前提として、Ｓｉ：６．８〜１８重量
係重量子星に係と記す）Ｍｇ：０．２〜８係 を含有するＡ１合金糸ろう材を用いるものであって、該
ろう材をＡ１またはＡ１合金に適用して大ｆＪ１ｆ）７
Ｖ−）フィン型熱交換器のフラックスナシろう付けを行
なうに当シ、 ろう付は炉内に装入された該熱交換器の内外部に非酸化
性ガスを通じて炉内圧力を大完圧以上とすることＫよ）
、Ｍｇの蒸発を抑えつつ５００℃以上で且つろう付け／
ｆｉｌ以下の中間加熱ｌ晶ｐｉまで強制対流加熱を行な
い、 顔中面加熱ｉ品ＭＫて炉内圧力をいったん１７’ｏｒｒ
以下に減圧し、Ｍｇを蒸発させてろう付は表面および炬
内を清浄化させた後、 し、５７７〜６２υ℃の６９付ｒｒＩＭ反にて強制へと
いう各点に要旨を有するものであシ、減圧によるろう付
は表面及び炉内の清浄化を完了させた後で、炉内圧を１
．５　Ｘ　１０３〜Ｉ　Ｘ　１０−１Ｔｏｒｒに増圧し
、強制対流熱の条件下でろう付けを完成させるという方
法をとっているので、ろう材の流動性が適正に維持され
ると共に加熱所要時間が減少し、又部品組立ての許容ク
リアランスも大きくなシ、これらの総合的影智によシ、
大型製品であるにもかかわらず極めて良好なコアを非常
に効率良く製造することができる様になった。

以下本発明の構成及び作用効果を、好ましい実施態様を
含めて詳述する。

まず本発明で用いるろう材について説明する。

本発明で用いるのはＡ１合金糸ろう材であシ、合金成分
としては、Ａ１の他にＳｉ及びＭｇを必須成分として含
有しなければならない。

Ｓｉ：６．８〜１８％ 融点降下成分として配合され、ろう材の流動性を改善す
る作用を有するが、該作用を実質的なものとして発揮さ
せる為には、少なくとも６．８俤必委である。しかし１
８％を越えると溶融温度が却って上昇頌同に転じ、配合
することの意義を失なう。よって６．８〜１８％と定め
た。

Ｍｇ：０．２〜８％ Ｓｉと同様融点降下成分であシ、ろう相の流動性を向上
させる作用を有するだけでなく、ゲッター材として作用
し、最初の昇温工程と最後のろう付は工程の間における
減圧によって気化し酸化皮膜の破壊を促進するという作
用がある。しかし０．２係未満ではその作用が期待でき
ず、一方８係を越えるとろう付は部の表面着色が激しく
なるので、０．２〜８係の範囲を設定した。

残部は本質的にＡＩと不純物で構成されるが、必要に応
じて他のゲッター材を２％以下の範囲で配合することは
可能であり、その様なゲッター材としてはｔ、ｉ＋Ｂｉ
等を代表的に例示することができる。

一方本発明のろう付は法が適用されるＡＩ又はＡ１合金
製の大型プレートフィン型熱交換器は、材質及び１１＃
造尋において特別の制限を受けないが、一般的にはプレ
ートフィンタイプの熱交換器が対象となる。その大きさ
について、例えば５０ｃｍ”Ｘ２０ｃｔｔｔｈＸ５０ｃ
ｍ’若しくはそれ以上に及ぶもの、又重音については８
５ｋｇ若しくはそれ以上に及ぶものになると、従来の方
法では満足できるコアを製造することが極めて困雌であ
るとされていたが、以下述べていく様な条件が適用され
る本発明においては、不都合なく製造され、本発明の威
力は特に大型構造物のろう付けにおいて如何なく発揮さ
れる。

第１図は本発明の実施に好適なろう付は炉の一例を示す
側面概略図であって、ろう付は炉１の略中央部にはプレ
ートフィン型熱交換器７が取付治具６によって保持固定
され、その上（又は左右）にはヒーター４が取付板５を
介して配設される。

一方熱交換器７を挟んで前後にはファン２ａ、２ｂが対
向して設けられ、夫々モーターｇａ、ｇｂによって回動
する様に構成されている。そしてガス体を循環させる為
の４入管９ａ及び排出管９ｂが各ファン２ａ、２ｂの背
面に接続され、パルプ８ａ。

８ｂ及び循環パイプ１４等との組合わせによってガス体
の循環用閉ループが形成される。従ってファン２ａ　、
　２ｂの回転方向を調整すれは時計方向又は反時計方向
Ｃ図では時計方向）へのガス循環流が形成され、ヒータ
ー４による加熱とも相まって強制対流加熱が行なわれる
ことになる。即ち従来の炉では、減圧下の加熱の場合輻
射熱による加熱を受けるだけであるから、熱交換器を昇
温させる上で極めて長い時間が必要であシ、又常圧下の
通常加熱の場合、該輻射加熱に自然対流加熱が加わって
昇温の為の所要時間は、短編されるが、自然対流の場合
は熱ガスの移動が穏やかであるから囲者な１ＭＭ勾配の
形成が避は難く、結局不均一昇温並びに不均一加熱とい
う状況が発生し、前述の如き色々な問題が現われてくる
。これに対して本発明の強制対流では炉内の／ｌ［勾配
は無視し得る程度であシ、実質的に問題となる様な不均
一昇温や不均一加熱は生じない。同強制対流状況を作る
為の手段は図示例に限定されず、炉外にプロワ−を設け
て炉内のファンを省略することもできるし、又第１図の
場合においてファン２ａ　、２ｂの回転方向を定期的に
逆転させて温度勾配の形成を更に抑制することも本発明
の実施例に含まれる。一方炉ｌには非酸化性ガスの導入
用パイプ１７Ｂと、炉内ガス排気用のパイプ１７ｂが接
続されておシ、非酸化性ガスは、同ガスボンベ１６から
パルプ１６を介して導入され、炉内ガスは真空ポンプ１
８の作動によって排出される。従って炉内の減圧又は増
圧は勿論のこと、炉内ガスのバージ乃至は置換も容易に
行なうことができる。伺第１図のｌＯはクリイオパネル
であシ、分岐ｔ１８ａ、１８ｂを介して循環用閉ループ
に連結され、加熱器１１及び冷凍器１２を内蔵している
から、循環ガスのｍ−の昇温を図ったり、積極的な冷却
を行なうだけでなく、循環ガス中に含まれる不純物例え
ばＭｇ蒸％等の金属蒸気を補足又は排出して炉内や閉ル
ープ内の汚染を防止することもできる。

次に上記装着を用いる場合の例を中心にして本発明のろ
う付は手順を説明する。

ろう付けすべきプレートフィン型熱交換器の組立部品（
以下車に組立部品ということがある）はその表面に酸化
及膜が形成されているが、本発明のフワックスなしろう
付けを行なう場合は、ゲッター材の蒸発によって容易に
破壊・剥離されるので、炉内への装入に先立って予め剥
離しておく様な必要性は無い。即ち酸化皮膜除去処理を
行なわずに直接ろう付は炉へ装入する。以下第２図に示
す圧力操作線（イ９９ロ、ハ・曲）及び温度操作線（Ａ
、Ｂ、Ｃ・・・・・・）に沿って説明するが、上記装入
の直後は、圧力がイ（常任）、／Ｍ　／ｉ’がＡＣ常温
）の状態にある。本発明の昇温工程は非酸化性がス雰囲
完下に行なうものであるから、次の昇温に先立って炉内
のガス置換を行なう必要がある。そこで第１図の真空ボ
ンデ１８を操作し、炉内を第２図の圧力操作線口、ハで
示す様に減圧する。この減圧のに合いは通常Ｉ　Ｘ　ｌ
　Ｏ”’−’〜Ｉ　Ｘ　１０−５Ｔｏｒｒ程度が好まし
く、これＫよって炉内及び組立部品内の不純ガスを排出
する。真空ポンプ１８を停止し、パルプ１５を開き、炉
内に非酸化性ガス（例えはＮ２ガスや希ガス＠）を導入
し、圧力操作線二、ホで示す様に増圧する。同当初炉内
にあった酸素やその他の不純ガスを十分除（為に、上記
の減圧−増圧操作を数回繰シ返すか、非酸化性ガスを導
入しながら少しずつ排気を行なうことが推奨され、最終
的には露点−５０℃以下、酸素濃度５ｐｐｍ以下の雰囲
気に到達することが推奨される。

尚炉内の圧力としては、大気圧に等しいか若しくは大気
圧よシ若干高めにするのが良い。この様な条件下では、
炉内温度を毘めていっても、水分や酸素が不足する為に
酸化皮膜の成長が抑制され、又ゲッター材となるぺＴ！
Ｍｇ等の気化が抑制されるので、安定した品質の熱交換
蕎を得ることができる。昇温の開始は、上記の様な雰囲
気形成が完了するのを待って行なっても良いが、昇温の
初期は酸化を促進する程の高温とはならないので、第２
図に示す如く、昇温しながら雰囲気の調整を行なう様に
すれば、全体の操作所要時間を短縮することができて有
利である。そして昇温の開始と同時に、あるいは炉内温
度がある程度上昇した段階でファン２ａ及び２ｂを回転
させ、炉内に強制対流加熱杖況を形成する。

この段階における昇温の到達目標温度は、５００℃以上
であって且つろう併行温度以下であシ、以下これを中間
加熱温度と称すが、この段階での加熱を上記の様な雰囲
気下で且つ強制対流加熱条件下で行なうことによシ１組
立部品の全体を均一にしかも短時間のうちに昇温させる
ことができる。

そしてこの様にむらのない昇温を行なうことによって、
組立部品に熱歪みを生じることが避けられ又Ｍｇ等の様
に気化し易い成分の蒸発も抑制されろう付けに入る迄の
準備が最高の状態で完了する。

従って中間加熱ＬｌｉｉＪｆが５００℃未満であれば、
ろう付は温度との差が大き過ぎ、準備加熱としてはいさ
さか不十分と言わざるを得ない。又ろう付けが実質的に
始まる温度まで加熱してしまうと、準備工程とろう付は
工程が混同してし着い、それらの工程の間に挿入される
べき減圧工程の効果が享受できず、即ち酸化皮膜の除去
が進まないままでろう付けが進むので、十分なろう付は
強度を確保することができなくなってしまうという問題
がある。

この様な中間加熱は、目標温度に到達するまで一気に遂
行しても良いが、第２図に示す様な途中段階Ｃでいった
ん昇温を停止し、非酸化性ガスを排出して炉内を減圧す
ることができる。即ち前に述べた如く、組立部品表面に
付着している酸化及膜は予備的に剥離せずそのままの状
態で炉内に装入することが多いが、その為組立部品の表
面には色々な不純物が付着乃至吸着されておシ、これら
は最終のろう付は工程が始まる迄に除去しておくことが
望まれ、上述の減圧処理は仁の目的の為に付加されるも
のである。つまり途中段階Ｃ（例えば８００℃前後）Ｋ
７！−ると、前記の付着物や吸着物は除去され易い状態
圧なっておシ、ｌＸｌ０　　’’ｌ’ｏｒｒ前後迄減圧
することによって容易に除去される。但しこの段階で酸
化皮膜まで除去される訳ではない。そして再び非酸化性
ガスを導入し、圧力操作線チ及び同りに沿って元の圧力
まで戻し、引続′＠昇温操作りを続ける。

中間加熱が目標温度Ｅに到達すると、再び真空ポンプ１
８を作動させ、炉内を１　’Ｉ’ｏｒｒ以下まで減圧す
る。この段階では温度がかなシ高くなっているので、１
　’ｌ”Ｏｒ　ｒ以下の減圧によ）ゲッター材であるＭ
ｇ等が蒸発を開始し、素材の表面を覆っている酸化皮膜
を破壊して剥離を促進する。又これ迄の加熱によシ組立
部品や炉材等から発生する不純ガス（０２ｓ　Ｈ２０＋
炭化水素等）も減圧により除去される。しかし１７０ｒ
ｒを越える圧力では、この効果が十分に発揮されず酸化
皮膜の除去が不十分となるので、ろう付は強度も満足で
きないものとなる。尚１７’ｏ　ｒ　ｒ以下の減圧であ
っても、中間加熱温度が５００℃未満では同じ様に満足
な効果が得られない。ところでこの減圧区間（第２図の
ル区間）中、炉内節度は少しずつ変化していてもよ（、
例えば５００℃以上でろう付けｌ直皮迄の間を徐々に昇
温していてもよいが、コアの内外からのＭｇ蒸発程度を
一定に保つ為に（ＩＭ品々質の均一化の為に）、第２図
のＥで示す如く可及的一定温度に保持するのが良いと思
われる。

上記減圧によってろう付は表面及び炉内の清浄化が進行
すると、今度は真空ポンプ１８の作動を中止して再びバ
ルブ１５を開き、炉内に非酸化性ガスを導入して炉内の
圧力を高め、且つ炉内の昇温を開始する。このときの目
標圧力は１．５Ｘ１０３〜Ｉ　Ｘ　１０−１Ｔｏｒｒで
あシ、目標温度は５７７〜６２０℃のろう付は温度であ
る。尚ファン２８゜２ｂは引続き作動させる。昇温区間
Ｆの昇温速度並びに昇圧区間ヲの昇圧速度は、これまで
の諸操作と同様特別の制限は父けない。又ワの圧力はル
の圧力よシ常に高いものでなくてはならない。こうして
圧カワ及び温度Ｇの状態が得られ、しかも強制対流加熱
を継続してお行ば、ろう付けが滑らかに進行し、良好な
コアが得られる。伺このときの圧力がＩ　Ｘ　１０　”
Ｔｏｒｒ未満であれば、たとえ強制対流加熱を施しても
炉内におけるガスの移動量が極めて少なく、実質的には
輻射加熱となるだけであシ、短時間内に均一加熱を行な
うという所期の目的が達成されなくなる。ファン２’ｅ
２ｂを停止すれば当然強制対流加熱効果が得られなくな
るので、組立部品に温度勾配が生じ、均質なろう付けが
行なわれなくなってしまう。又炉内圧力がｌ　Ｘ　１０
　”Ｔｏｒｒ未満であると、ろう付は部におけるろう材
の流動性が良すぎて流れてしまい、フィレットの形成が
却って悪くなるという欠点もあった。他方上限について
は、炉体の耐圧構造及びガス消費量の観点から１．５°
Ｘ　１０３Ｔｏｒｒと定めた。

ろう付は温度を５７７〜６２０℃としたのは、前記ろう
材の溶融温度と熱経済を考慮した上でのこ、とであシ、
６７７℃未満ではろう材の溶−が不十分であり、６２０
℃を越えることは熱経済的に不利である。

賞本宛明のろう付は工程においては、炉内圧力を１．５
Ｘｌｏ３〜ｌＸｌ０″−’Ｔｏｒｒに高めてろう付けを
行なうので、従来の真空ろう付は澄と称される通常のフ
ラックスなしろう付は法と異なってろう付物や炉材等か
らの不純ガスの発生は大巾に抑制されるが、それでも完
全にこれをなくすことができるという訳ではない。しか
し前述の如（クリイオバネルｌＯを併設しておけば、ｗ
Ｉ璽不純物を取除くことが可能であシ、よシ清浄な非酸
化性ガス算囲気を形成することができ、良好なコアを得
ることができる。

本発明は上記の様に構成されているので、以下要約する
様な効果が得られる。

＋１１中間加熱を非酸化性ガスの存在による強制対流加
熱で行なうから、短時間のうちに、しかも均一に昇温を
図ることができる。従ってろう材選択の範囲が広まると
共に、コア内外の温度差を小さくすることができ、その
結果コア各部の熱変形差による部材間のすき間が小さく
なシ、よシ良質のコア材が得られることとなった。

（２）ろう付けの実施直前・に減圧することによシゲッ
ター材を蒸発させる様にしている。このときの温度及び
減圧条件を制御すれば酸化皮膜破壊のむらがなくなり、
良好なコアが得られる。又この段階においても強制対流
を行なえば、ゲッター材の均一蒸発が促進され、更に良
い結果が得られる。

（３）ろう付は段階の圧力を高め、且つ強制対流を行な
っているので、組立状態についての許容クリヤランスが
拡大され、作業性が良くなると共に歩留シが向上する。

次に本発明の詳細な説明する。

１．８％Ｍｎ−ＡｌのＡ１合金板←Ｈ４→：　厚さ０．
６４ｍをコア材とし、一方７．５％５ｉ−１．２係Ｍｇ
−Ａｌのろう材を０．０８　ｍｍ厚さでクラッドしたプ
レージングシート（全体厚さ０．８　ｍｒ　）と、コア
材と同一素材から形成される波型フィンを準備し、これ
らを交互に積層した。それにそれらの両端に、コア材と
同一素材から形成されるサイドバー（６００ｍ”Ｎ６０
０ｔＭｈＸＩ　０００鯖ｌ）を配してなる大型のプレー
トフィン型熱交換器を第１図に示す炉に装入した。そし
てまず常温下にＩ　Ｘ　１０−５Ｔｏｒｒまで減圧し、
次にＮ２ガスを導入しながら、ヒーター４による加熱と
ファン２６゜２ｂの回転を開始した。コアの内外面が６
００℃になった時点で炉内圧を１×１０″ＴＯｒｒまで
下げ−次いで再びＮ２ガスを導入して復圧しながらろう
付は温度迄強制対流加熱を行なった。その結果、フィレ
ット形状の良い大型のプレートフィン型熱交換器を不都
合なしに得ることができた。冷却を含めた全所要時間は
４時間であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施に使用する装置の一例を示す側面
概略図、第２図は圧力及び温度操作線を示すグラフであ
る。 ２・・・ファン ４…ヒータ １０・・・クライオパネル 出願人　　株式会社神戸製鋼所 ＋−−−−一−７−田Ｒ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｓｉ：６．８〜１８重量唸 Ｍｇ：０．２〜８重ｉＪｋ係 を含有するＡ１合台糸ろう材を、ＡＩまたはＡ１合金に
   適用して大型プレートフィン型熱交換器のフラックスな
   しろう付けを行なうに当υ、ろう付は炉内に装入された
   該熱交換器の内外部に非酸化性ガスを通じて炉内圧力を
   大気圧以上とすることによシ、Ｍｇの蒸発を抑えつつ５
   ００℃以上で且つろう付は温度以下の中間加熱ＯＡ度ま
   で強制対流加熱を行ない、 該中間加熱温度にて炉内圧力をいったんｌ’ｌ”ｏｒｒ
   以下に減圧し、Ｍ　ｇを蒸発させてろう付は表面および
   炉内を清浄化させた後、 炉内圧力を１．５Ｘ１０　〜ＩＸＩ　Ｏ”Ｔｏｒｒに増
   圧し、５７７〜６２０℃のろう付は温度にて強制対流加
   熱の条件下でろう付けすることを特徴とする大型プレー
   トフィン型熱交換器のフラックスなしろう付は方法。