KR20160031833A - 알루미늄 소재 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 알루미늄 소재 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법에 관한 것으로, 직경이 다른 알루미늄 소재 및 구리 소재의 관을 구비하여 구리 소재에 니켈도금을 한 후, 접촉부위에 4000계 알루미늄 합금 소재를 위치시켜 4000계 알루미늄 합금 소재를 용융시켜 소재가 다른 두 종류의 금속을 접합하는 알루미늄 소재 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법 제공한다.

Description

알루미늄 소재 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법{CONNECTING METHOD OF ALUMINUM MATERIAL AND COPPER MATERIAL}
본 발명은 알루미늄 소재 및 구리 소재로 된 이종 관을 서로 접합하는 방법에 관한 것으로 알루미늄 소재의 관과 구리 소재의 관 접합부분에 4000계 알루미늄 합금 부재를 삽입하여 접합할 때, 보다 우수한 접합력을 가질 수 있는 이종 소재의 관 접합방법에 관한 것이다.
일반적으로 냉장고 및 에어컨과 같은 제품에는 내부에는 냉각기능을 수행하기 위한 냉각장치를 구비하고 있는데, 상기와 같은 냉각장치는 응축기에서 증발기로 냉매가 흐르는 일명 모세관이라고 부르는 캐피러리관이 연통 설치되는 한편, 증발기를 순회하고 난 냉매가 압축기로 유입되는 석션관과 연통 설치되며, 상기 압축기에서 토출된 냉매는 다시 응축기를 거친 후 캐피러리관을 거쳐 증발기로 공급되도록 하는 사이클을 가지는 구조이다.
냉각장치는 압축기에서 배출되는 냉매가 고온 고압의 상태로 증발기에 유입될 경우에는 고온의 냉매에 의해 증발기의 냉각효율이 극히 저하되는 문제가 발생하므로 증발기에서 압축기로 저온저압의 냉매를 운반하는 석션관 외측에 캐피러리관을 밀착시켜 상기 캐피러리관을 따라 흐르는 고온고압의 냉매가 석션관에 의해 열교환이 이루어지도록 하여 냉매 온도를 어느 정도 낮추어 증발기로 흐르도록 구성함으로써 냉각효율을 높일 수 있도록 구성하기도 한다.
따라서 종래에는 구리재질로 제작되는 캐피러리관을 역시 구리재질로 제작되는 석션관에 용접 고정하여 열교환이 이루어지도록 하였으나, 최근에는 자원의 부족으로 인해 구리(Cu) 재질로만 배관을 구성할 경우 구리 자체가 고가이고, 또한 자재원가변동이 크며, 수급 조달이 용이하지 않아 냉각장치를 이용하는 제품, 즉 냉장고 및 에어컨 등의 제작비용이 상승되는 문제점을 갖는 것이어서, 근래 들어서는 비교적 저렴하면서도 열전도성과 가공성이 우수한 재질인 알루미늄(Al)을 사용하여 석션관(suction pipe) 등을 제작하려는 노력들이 진행되고 있다.
그런데 석션관을 알루미늄재질로 제작하고, 캐피러리관은 구리재질로 사용하게 되면 이들은 서로 다른 특징을 가지고 있는 이종금속이어서 접착부위의 접합강도가 낮고 쉽게 부식되는 문제점을 갖는다.
또한, 열교환기, 증발기, 및 방열기 등이 구리재질로 제작되었으나 전체 구리로 제작되는 경우 그 무게가 무겁다는 문제가 발생되어 가벼우면서 효율이 높은 알루미늄으로 이들을 제작하기 시작하면서 열교환기, 증발기, 및 방열기 등의 인라인 및 아웃라인 등이 알루미늄 재질이라 관을 이루는 구리 재질로 사용되면서 접합의 어려움이 발생되었다.
이 문제점을 해소하기 위해 이종금속 배관끼리 연결되는 연결부를 밀봉시켜 공기의 유입을 방지하여 부식되지 않도록 이종금속배관 연결부와 알루미늄관 외부를 모두 수축튜브로 피복하여야 하는데, 이 역시 수축튜브 자체가 고가이면서 가열에 필요한 에너지 및 긴 가공시간, 수축튜브를 배관의 겉에 씌우고 이를 다시 가열해야하는 등의 복잡한 단계를 거쳐야만 하는 공정의 단점이 있었다.
이러한 접합부위 및 공정상의 단점들을 해소하기 위해 한국등록특허 제1218072호(등록일:2012.12.27., 명칭: 냉각장치에 있어서 이종금속간 연결부를 구비하는 석션관의 부식방지구조)는 석션관의 주배관으로 사용되는 알루미늄관의 외부면과 상기 알루미늄관의 일측 또는 양측에 공정접합 또는 용접으로 결합되는 구리관 또는 스틸관과 같은 이종금속배관 연결부를 분체도장 또는 전착도장방법 등에 의해 초미세박막을 형성할 수 있도록 도장 처리함으로써 알루미늄관의 표면과 이종금속배관 연결부가 도장층에 의해 밀봉되도록 하였다.
이 역시 이종 소재의 용접 외에 다른 공정이 요구되어 공정이 복잡하다는 문제가 있다.
이와 같이, 원자재 급상승으로 인해 효율이 좋은 알루미늄 소재의 관을 다방면에서 사용하고 있으나 구리 소재의 특징에 적용되는 부분 있어 알루미늄과 구리의 접합은 불가피하다.
또한, 이와 관련 선행기술로는 한국공개특허 제2009-0057451호(공개일:2009.06.05., 구리-알루미늄 얇은 벽 파이프의 비-공융 구조의 용접 이음 및 이의 제조 방법)이 있다.
본 발명은 알루미늄소재와 구리소재의 접합에 있어 접합부분에 부식이 일어나지 않고 내구성이 강화되도록 접합시키는 알루미늄 소재 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법을 제공하기 위한 것으로, 구리 소재의 도금을 하여 알루미늄 소재와의 젖음성을 향상시키는 동시에 접합력을 강화시킬 수 있는 알루미늄 부재를 삽입하여 접합하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 융점이 낮은 4000계열의 알루미늄을 삽입하여 접합함으로써, 용융온도가 낮고 공정이 단축되어 생산성을 향상시킬 수 있는 이종 소재 접합방법을 제공할 수 있는 것이다.
위에서 설명된 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 예시의 목적을 위하여 개시된 것이고, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능한 것으로 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 알루미늄 소재 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법은, 알루미늄 소재와 구리 소재로 이루어진 각각의 이종금속관을 접합하는 방법에 있어서, 알루미늄 및 구리 소재의 관을 각각 준비하는 제1 단계; 상기 알루미늄 소재의 관과 접합되는 구리 소재의 관 접합부분을 니켈 도금하는 제2 단계; 상기 알루미늄 소재의 관 내측부 또는 구리 소재의 관 외측부에 4000계 알루미늄 합금 부재를 위치시키는 제3 단계; 상기 알루미늄 소재의 관 내부에 구리 소재의 관을 삽입하여 예비 관 결합체를 형성하는 제4 단계; 상기 알루미늄 소재의 관, 구리 소재의 관, 및 4000계 알루미늄 합금 부재 결합부에 플럭스를 도포하는 제5 단계; 및 상기 4000계 알루미늄 합금 부재가 녹을 수 있는 온도에서 용융시켜 상기 예비 관 결합체를 접합시키는 제6 단계;로 이루어지되, 상기 제1 단계에서, 상기 알루미늄 소재의 내관의 지름은 상기 구리 소재의 외관 보다 크되, 상기 알루미늄 소재의 내관과 구리 소재의 외관의 지름 차이는 0.5mm 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 달성하기 위한 다른 본 발명의 알루미늄 소재 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법은 구리 소재와 알루미늄 소재로 이루어진 각각의 이종금속관을 접합하는 방법에 있어서, 구리 및 알루미늄 소재의 관을 각각 준비하는 제1 단계; 상기 알루미늄 소재의 관과 접합되는 구리 소재의 관 접합부분을 니켈 도금하는 제2 단계; 상기 구리 소재의 관 내측부 또는 알루미늄 소재의 관 외측부에 4000계 알루미늄 합금 부재를 위치시키는 제3 단계; 상기 구리 소재의 관 내부에 알루미늄 소재의 관을 삽입하여 예비 관 결합체를 형성하는 제4 단계; 상기 알루미늄 소재의 관, 구리 소재의 관, 및 4000계 알루미늄 합금 부재 결합부에 플럭스를 도포하는 제5 단계; 및 상기 4000계 알루미늄 합금 부재가 녹을 수 있는 온도에서 용융시켜 상기 예비 관 결합체를 접합시키는 제6 단계;로 이루어지되, 상기 제1 단계에서, 상기 구리 소재의 관의 지름은 상기 알루미늄 소재의 관 보다 크되, 상기 구리 소재의 내관과 알루미늄 소재의 외관의 지름 차이는 0.5mm이하인 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 달성하기 위한 또 다른 본 발명의 알루미늄 소재 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법은 알루미늄 소재와 구리 소재로 이루어진 각각의 이종금속관을 접합하는 방법에 있어서, 알루미늄 및 구리 소재의 관을 각각 준비하는 제1 단계; 상기 알루미늄 소재의 관과 접합되는 구리 소재의 관 접합부분을 니켈 도금하는 제2 단계; 상기 알루미늄 소재의 관 내측부 또는 구리 소재의 관 외측부에 플럭스 코어드(Flux Cored) 와이어 또는 링을 위치시키는 제3단계; 상기 알루미늄 소재의 관 내부에 구리 소재의 관을 삽입하여 예비 관 결합체를 형성하는 제4 단계; 및 상기 플럭스 코어드(Flux Cored) 와이어 또는 링이 녹을 수 있는 온도에서 용융시켜 상기 예비 관 결합체를 접합시키는 제5 단계;로 이루어지되, 상기 제1 단계에서, 상기 알루미늄 소재의 내관의 지름은 상기 구리 소재의 외관 보다 크되, 상기 알루미늄 소재의 내관과 구리 소재의 외관의 지름 차이는 0.5mm 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 달성하기 위한 또 다른 본 발명의 알루미늄 소재 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법은 구리 소재와 알루미늄 소재로 이루어진 각각의 이종금속관을 접합하는 방법에 있어서, 구리 및 알루미늄 소재의 관을 각각 준비하는 제1 단계; 상기 알루미늄 소재의 관과 접합되는 구리 소재의 관 접합부분을 니켈 도금하는 제2 단계; 상기 구리 소재의 관 내측부 또는 알루미늄 소재의 관 외측부에 플럭스 코어드(Flux Cored) 와이어 또는 링을 위치시키는 제3 단계; 상기 구리 소재의 관 내부에 알루미늄 소재의 관을 삽입하여 예비 관 결합체를 형성하는 제4 단계; 및 상기 플럭스 코어드(Flux Cored) 와이어 또는 링이 녹을 수 있는 온도에서 용융시켜 상기 예비 관 결합체를 접합시키는 제5 단계;로 이루어지되, 상기 제1 단계에서, 상기 구리 소재의 관의 지름은 상기 알루미늄 소재의 관 보다 크되, 상기 구리 소재의 내관과 알루미늄 소재의 외관의 지름 차이는 0.5mm 이하인 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 제 3단계 이전에 알루미늄 소재나 구리 소재의 관의 접합부분을 확관 또는 축관시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2단계의 니켈 도금하는 접합부분은 구리 소재의 관 외주연이나 내주연인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 단계에서, 상기 구리 소재의 관에 도금된 니켈 도금층의 두께는 1 ~ 50㎛ 인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 단계에서, 상기 구리 소재의 관에 도금된 니켈 도금층의 두께는 5 ~ 25㎛ 인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구리 소재의 내관과 알루미늄 소재의 외관의 지름 차이는 0.2mm 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 4000계 알루미늄 합금 부재는 링, 와이어, 및 시트형태인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 관은 중공된 부재로 파이프 또는 플랜지 형태인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플럭스가 용해된 후, 상기 4000계 알루미늄 합금 부재가 용해되어 상기 알루미늄 소재의 관과 상기 구리 소재의 관이 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플럭스는 4000계 알루미늄 합금 부재보다 용융점이 낮은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플럭스는 불소화합물의 혼합물 입자로 입자의 평균크기가 50㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플럭스의 용융온도는 550~600℃인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 4000계 알루미늄 합금 부재의 용융온도는 580~620℃인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 예비 관 결합체 접합은 비산화성 분위기에서 가열하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 링 형태의 직경은 외측에 있는 관 내부에 삽입되는 크기인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 4000계 알루미늄 합금 부재는 4045, 4047, 4145 및 4343 중 어느 하나 인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구리 소재의 관 외주연에 니켈 도금하는 제2 단계와 상기 알루미늄 소재의 관 내측부에 4000계 알루미늄 합금 부재를 위치시키는 제3 단계가 동시에 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구리 소재의 관 내주연에 니켈 도금하는 제2 단계와 상기 알루미늄 소재의 관 외측부에 4000계 알루미늄 합금 부재를 위치시키는 제3단계가 동시에 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 알루미늄 소재의 내관과 구리 소재의 외관의 지름 차이는 0.2mm 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기에서 지름이 큰 소재의 관은 내부에 단턱이 형성되거나, 내부로 갈수록 직경이 작아지게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단턱이 역방향으로 형성되는 경우, 예비 관 결합체 중 내부에 위치한 소재의 인입단을 확관시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 직경이 큰 소재 내측에 직경이 작은 접합할 이종 소재를 삽입하여 접합할 때, 도금층을 형성함으로써 내구성이 강해지고, 직경이 큰 소재 내측에 4000계 알루미늄 합금 부재를 삽입하여 두 소재를 접합함으로써 4000계 알루미늄 합금 부재가 녹으면서 직경이 큰 소재 내측벽과 삽입된 소재 외측벽이 접합되어 접합 면적이 넓어 내구성이 강해지는 효과가 있다.
이와 동시에 낮은 온도에서 알루미늄 소재와 구리 소재의 관을 접합할 수 있어 생산성이 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 종래에 구리로 사용하여 무거운 구성품(열교환기, 증발기, 및 방열기와 같은 구리 소재를 주원료로 사용되었던 부품)들을 알루미늄으로 대체하여 형성한 후 용이하게 구리소재의 관과 접합하여 이용할 수 있어 비용 절감 및 무게 감소의 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 알루미늄 소재 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예 내지 제4 실시예에 따른 접합방법으로 (a) 플랜지 형태의 소재와 파이프 형태의 소재에 대한 접합 및 (b) 파이프 형태의 소재와 파이프 형태의 소재에 대한 접합방법을 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 및 제3 실시예에 따른 접합방법으로 플랜지 형태의 소재와 파이프 형태의 소재에 대한 접합방법을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 및 제4 실시예에 따른 접합방법으로 플랜지 형태의 소재와 파이프 형태의 소재에 대한 접합방법을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 4000계 알루미늄 합금 부재의 형태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 따른 (a)정방향 및 (b)역방향 단턱이 형성된 결합부분의 예시를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예 및 제4 실시예에 따른 알루미늄 소재 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 알루미늄 소재 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법을 나타낸 것으로, 먼저 알루미늄 및 구리 소재의 관을 각각 준비한다(S110). 이때, 도 2의 알루미늄 소재의 관(110)과 같이 다양한 형태로 알루미늄 소재의 관(110) 및 구리 소재의 관(120)은 중공된 부재로 파이프 또는 플랜지 형태일 수 있다.
또한, 알루미늄 소재의 관(110) 및 구리 소재의 관(120)크기는 제1 실시예의 경우, 알루미늄 소재의 내관(110) 지름이 구리 소재의 외관(120)보다 크며, 제2 실시예의 경우, 구리 소재의 내관(120) 지름이 알루미늄 소재의 외관(110)보다 큰 것으로 알루미늄 소재 및 구리 소재의 관(120) 접합부분을 파이프를 확관 또는 축관시켜 결합될 수 있도록 한다.
여기서, 알루미늄 소재 및 구리 소재의 관(110, 120)을 확관 또는 축관하기 위해서는 필요한 치수 형상의 펀치 다이를 제작하여 직경을 크게 또는 작게 가공하여 내부에 단턱이나 테이퍼를 가공한다.
여기서, 확관 또는 축관된 알루미늄 소재의 관(110)과 구리 소재의 관(120) 지름 차이(L)는 0.5mm이하이고, 더욱 바람직하게는 0.2mm 이하이다.
또한, 여기에서 지름이 큰 소재의 관은 내부에 단턱(111)이 형성되거나, 내부로 갈수록 직경이 작아지게 형성될 수 있다.
상기 알루미늄 소재의 관(110)과 접합되는 구리 소재의 관(120) 접합부분을 니켈 도금한다(S120).
이때, 도 3에 나타낸 제1 실시예와 같이 구리 소재의 외관(120)이 알루미늄 소재의 내관(110)보다 작은 경우, 알루미늄 소재의 내관(110)과 접합되는 구리 소재의 외관(120)에 니켈을 도금하여 도금층(121)을 형성하고, 도 4에 나타낸 제2 실시예와 같이 구리 소재의 내관(120)이 알루미늄 소재의 외관(110)보다 큰 경우, 알루미늄 소재의 외관(110)과 접합되는 구리 소재의 내관(120)에 니켈을 도금하여 도금층(121)을 형성한다.
여기서, 구리 소재의 관(120)에 도금된 니켈 도금층(121)의 두께는 1 ~ 50㎛ 이다.
도금층(121)의 두께가 1㎛ 미만이면 니켈의 도금층(121)이 얇아 니켈 도금의 효과가 떨어지며, 50㎛ 초과이면 니켈의 도금층(121)이 필요이상으로 두꺼워 불필요한 재료비 상승으로 이어진다.
도금층(121)의 두께는 5 ~ 25㎛인 것이 더욱 바람직하다.
니켈도금은 전기도금 등의 방법으로 니켈 이온이 함유된 용액에 양극의 소모성 니켈을 준비하고 알루미늄 소재의 관과 접합시킬 구리 소재의 관을 음극에 연결시킨 다음, 도금한 부분을 침지시키거나 용액과 접촉시킨 후 일정한 전류를 흘려주어 도금을 하게 된다.
이와 같이 구리 소재의 관에 니켈을 도금하는 이유는 구리 소재와 알루미늄 소재를 직접 접합하게 되면 용접부분에 Cu2Al3의 θ상이 형성되며, 이러한 θ상은 접합부분의 인성을 매우 열악하게 함은 물론 접합부분이 취약하게 되어 약한 외력으로도 접합부위가 손상되게 되므로 알루미늄과 젖음성이 좋은 니켈을 구리소재의 표면에 일정한 두께로 도금하게 되는 것이다.
알루미늄 소재의 관(110)과 구리 소재의 관 사이에 4000계 알루미늄 합금 부재를 위치시킨다(S130).
여기서, 제1 실시예의 경우 알루미늄 소재의 내관(110)이 구리 소재의 외관(120)보다 크므로, 상기 알루미늄 소재의 관(110) 내측부 또는 구리 소재의 관(120) 외측부에 4000계 알루미늄 합금 부재(130)를 위치시킬 수 있으며, 제2 실시예의 경우 구리 소재의 내관(120)이 알루미늄 소재의 외관(110)보다 크므로 알루미늄 소재의 관(110) 외측부 또는 구리 소재의 관(120) 내측부에 4000계 알루미늄 합금 부재(130)를 위치시킬 수 있다.
또한, 구리 소재의 관(120) 외주연에 니켈 도금하는 경우 상기 알루미늄 소재의 관(110) 내측부에 4000계 알루미늄 합금 부재(130)를 위치시키는 공정을 동시에 진행할 수 있으며, 구리 소재의 관(120) 내주연에 니켈 도금하는 경우, 상기 알루미늄 소재의 관(110) 외측부에 4000계 알루미늄 합금 부재(130)를 위치시키는 공정을 동시에 진행할 수 있다.
4000계 알루미늄 합금 부재(130)는 소재의 내관 또는 외관에 용이하게 위치시키기 위해 링, 와이어, 및 시트형태 중 어느 하나 인 것이 바람직하다.
링 형태인 경우 소재의 내관에 위치시키는 것이 바람직하므로 그 크기는 외측에 있는 관 내부에 삽입되는 크기인 것이 바람직하고, 와이어 또는 시트 형태인 경우 도 5와 같이, 알루미늄 소재 또는 구리 소재의 외관(110, 120)을 둘러쌓아 소재의 내관에 삽입하는 것이 공정상 바람직하다.
여기서, 상기 4000계 알루미늄 합금 부재(130)는 4045, 4047, 4145 및 4343 중 어느 하나 인 것이 바람하나,
상기 알루미늄 소재의 관(110) 내부에 구리 소재의 관(120)을 삽입하여 예비 관 결합체를 형성한다(S140).
이때, 상기 단턱(111)이 도 6(a)와 같이 정방향으로 형성되는 경우 예비 관 결합체를 형성한 후 별도의 공정을 필요하지 않으나, 도 6(b)와 같이 역방향으로 형성되는 경우, 예비 관 결합체 중 내부에 위치한 소재의 인입단을 확관시켜 역방향 단턱에 인입단을 걸리게 형성한다.
상기 알루미늄 소재의 관(110), 구리 소재의 관(110), 및 4000계 알루미늄 합금 부재 결합부(130)에 플럭스(미도시)를 도포한다(S150).
이때, 플럭스는 불소화합물의 혼합물 입자로 입자의 평균 크기는 50㎛이하이며, 불소화합물계 플럭스로, KAlF4, KAlF4·H2O, 및 3Na·AlF3 중 어느 하나인 것이 바람직하며, 플럭스는 4000계 알루미늄 합금 부재 표면에 산화물을 제거하거나 납땜 시 산화물이 생성되는 것을 방지하기 위함이다.
이어, 4000계 알루미늄 합금 부재가 녹을 수 있는 온도에서 용융시켜 상기 예비 관 결합체를 접합시킨다(S160).
이때, 플럭스가 용해된 후, 상기 4000계 알루미늄 합금 부재가 용해되어 상기 알루미늄 소재의 관(110)과 상기 구리 소재의 관(120)이 결합되며, 상기 플럭스는 4000계 알루미늄 합금 부재보다 용융점이 낮다. 플럭스의 용융 온도는 550℃ 내지 600℃로 더욱 바람직하게는 575℃이다.
여기서, 4000계 알루미늄 합금 부재(130)의 용융온도는 플럭스의 용융 온도보다 높은 온도로 580 내지 620℃이다.
이때, 예비 관 결합체 접합은 4000계 알루미늄 합금 부재를 비산화성 분위기를 유지하고 있는 가열로 지그에 장착한 다음 가열로 내부의 온도를 승온시켜 녹을 수 있는 온도에서 2분 내지 12분 동안 유지하여 4000계열의 알루미늄 삽입물을 용융시켜 상기 예비 관 결합체를 접합시킨다.
낮은 온도에서 2분미만으로 용융시간이 짧으면 플럭스나 4000계 알루미늄 합금 부재가 용융되지 않아 접합이 이루어지지 않고, 높은 온도에서 12분을 초과하여 용융시간이 길어지면 플럭스나 4000계 알루미늄이 많이 녹아 손실되는 문제가 발생될 수 있다.
여기서, 용융 시간은 4000계 알루미늄 합금 부재(130)의 실리콘(Si) 함량에 따라 달라질 수 있다.
제1 실시예 및 제2 실시예는 4000계 알루미늄 합금 부재와 플럭스를 별도로 구비한 방법이고, 제3 실시예 및 제4 실시예는 4000계 알루미늄 합금 부재와 플럭스 대신 이를 하나로 형성하되 플럭스 코어드를 이용한 방법을 나타낸다. 제1 실시예 및 제2 실시예와 동일한 내용의 설명은 생략 될 수 있다.
따라서 제1 내지 제4 실시예는 유사하게 진행될 수 있는 공정이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예 및 제4 실시예에 따른 알루미늄 소재 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법을 나타낸 것으로, 먼저 알루미늄 및 구리 소재의 관(110, 120)을 각각 준비한다(S210). 이때, 도 3의 알루미늄 소재의 관(120)과 같이 다양한 형태로 알루미늄 소재의 관(110) 및 구리 소재의 관(120)은 중공된 부재로 파이프 또는 플랜지 형태일 수 있다.
또한, 알루미늄 소재의 관(110) 및 구리 소재의 관(120) 크기는 제3 실시예의 경우, 알루미늄 소재의 내관(110) 지름이 구리 소재의 외관(120)보다 크며, 제4 실시예의 경우, 구리 소재의 내관(120) 지름이 알루미늄 소재의 외관(110)보다 큰 것으로 알루미늄 소재의 관(110) 및 구리 소재의 관(120) 접합부분을 확관 또는 축관시켜 결합될 수 있도록 한다.
여기서, 확관 또는 축관된 알루미늄 소재의 관(110)과 구리 소재의 관 (120)의 지름 차이는 0.5mm이하이다. 여기서, 두 소재의 지름의 차가 0.5 mm이하에서 삽입된 4000계열의 알루미늄 소재가 두 이종소재 사이의 관 공극에 전체에 걸쳐 일정하게 충진되어 결합력이 보다 향상되는 효과가 있다.
더욱 바람직하게는 0.2mm 이하이다.
또한, 여기에서 지름이 큰 소재의 관은 내부에 단턱이 형성되거나, 내부로 갈수록 직경이 작아지게 형성될 수 있다.
상기 알루미늄 소재의 관(110)과 접합되는 구리 소재 관(120)의 접합부분을 니켈 도금한다(S220).
이때, 제3 실시예와 같이 구리 소재의 외관(120)이 알루미늄 소재의 내관(110)보다 작은 경우, 알루미늄 소재의 내관(110)과 접합되는 구리 소재의 외관(120)에 니켈을 도금하고, 제4 실시예와 같이 구리 소재의 내관(120)이 알루미늄 소재의 외관(110)보다 큰 경우, 알루미늄 소재의 외관(110)과 접합되는 구리소재의 내관(120)에 니켈을 도금한다.
여기서, 구리 소재의 관에 도금된 니켈 도금층의 두께는 1 ~ 50㎛ 이나, 더욱 바람직하게는 5 ~ 25㎛이다.
도금층(121)의 두께가 5㎛ 미만이면 니켈의 도금층(121)이 얇아 니켈 도금의 효과가 떨어지며, 25㎛ 초과이면 니켈의 도금층(121)이 필요이상으로 두꺼워 불필요한 재료비 상승으로 이어진다.
상기 알루미늄 소재의 관(110) 내측부 또는 구리 소재의 관(120) 외측부에 플럭스 코어드(Flux Cored) 와이어 또는 링을 위치시킨다(S230).
이때, 플럭스 코어드의 위치는 제1 실시예 및 제2 실시예와 같아 알루미늄 소재의 관(110)과 구리 소재의 관(120) 사이에 위치 될 수 있으며, 플럭스 코어드(130)는 플럭스가 내심으로 구비되어 있고 플럭스를 4000계 알루미늄 합금으로 감싼 형태의 부재이다.
4000계 알루미늄 합금은 4045, 4047, 4145 및 4343 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
상기 알루미늄 소재의 관(110) 내부에 구리 소재의 관(120)을 삽입하여 예비 관 결합체를 형성한다(S240).
이때, 실시예 1 및 실시예 2와 마찬가지로 실시예 3 및 실시예 4 역시 상기 단턱(111)이 도 6(a)와 같이 정방향으로 형성되는 경우 예비 관 결합체를 형성한 후 별도의 공정을 필요하지 않으나, 도 6(b)와 같이 역방향으로 형성되는 경우, 예비 관 결합체 중 내부에 위치한 소재의 인입단을 확관시켜 역방향 단턱에 인입단을 걸리게 형성한다.
상기 플럭스 코어드(Flux Cored, 130) 와이어 또는 링이 녹을 수 있는 온도에서 용융시켜 상기 예비 관 결합체를 접합시킨다(S250).
여기서 플럭스 코어드(130)는 내부의 플럭스가 먼저 용융된 후 외부의 4000계 알루미늄 합금이 용융되면서 접합되며, 플럭스 코어드(130)가 용융되기 위해서는 내심보다 용융온도가 높은 외부의 4000계 알루미늄이 용융될 수 있는 580 내지 620℃의 온도로 2분 내지 12분 이하로 브레이징(brazing)하는 것이 바람직하다.
이때, 플럭스 코어드(130)의 내심은 불소화합물계 플럭스인 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명은 직경이 큰 소재 내측에 직경이 작은 접합할 소재를 삽입하여 접합함으로써 내구성이 강해지고, 직경이 큰 소재 내측에 4000계 알루미늄 합금 부재를 삽입하여 두 소재를 접합함으로써 4000계 알루미늄 합금 부재가 녹으면서 직경이 큰 소재 내측벽과 삽입된 소재 외측벽이 접합되어 접합 면적이 넓어 내구성이 강해지는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 종래에 구리로 사용하여 무거운 구성품(열교환기, 증발기, 및 방열기와 같은 구리 소재를 주원료로 사용되었던 부품)들을 알루미늄으로 대체하여 형성한 후 용이하게 구리 소재의 관과 접합하여 이용할 수 있도록 하여 고가의 구리 대신 알루미늄을 사용함으로써 비용이 절감되고, 알루미늄이 구리보다 밀도가 낮아 구성품의 무게 감소를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
상기와 같은 알루미늄 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
110 : 알루미늄 소재의 관
111 : 단턱
120 : 구리 소재의 관
121 : 도금층
130 : 4000계 알루미늄 합금 부재, 플럭스 코어드

Claims (24)

  1. 알루미늄 소재와 구리 소재로 이루어진 각각의 이종금속관을 접합하는 방법에 있어서,
    알루미늄 및 구리 소재의 관을 각각 준비하는 제1 단계;
    상기 알루미늄 소재의 관과 접합되는 구리 소재의 관 접합부분을 니켈 도금하는 제2 단계;
    상기 알루미늄 소재의 관 내측부 또는 구리 소재의 관 외측부에 4000계 알루미늄 합금 부재를 위치시키는 제3 단계;
    상기 알루미늄 소재의 관 내부에 구리 소재의 관을 삽입하여 예비 관 결합체를 형성하는 제4 단계;
    상기 알루미늄 소재의 관, 구리 소재의 관, 및 4000계 알루미늄 합금 부재 결합부에 플럭스를 도포하는 제5 단계; 및
    상기 4000계 알루미늄 합금 부재가 녹을 수 있는 온도에서 용융시켜 상기 예비 관 결합체를 접합시키는 제6 단계;로 이루어지되,
    상기 제1 단계에서, 상기 알루미늄 소재의 내관의 지름은 상기 구리 소재의 외관 보다 크되, 상기 알루미늄 소재의 내관과 구리 소재의 외관의 지름 차이는 0.5mm 이하인 것을 특징으로 알루미늄 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법.
  2. 구리 소재와 알루미늄 소재로 이루어진 각각의 이종금속관을 접합하는 방법에 있어서,
    구리 및 알루미늄 소재의 관을 각각 준비하는 제1 단계;
    상기 알루미늄 소재의 관과 접합되는 구리 소재의 관 접합부분을 니켈 도금하는 제2 단계;
    상기 구리 소재의 관 내측부 또는 알루미늄 소재의 관 외측부에 4000계 알루미늄 합금 부재를 위치시키는 제3 단계;
    상기 구리 소재의 관 내부에 알루미늄 소재의 관을 삽입하여 예비 관 결합체를 형성하는 제4 단계;
    상기 알루미늄 소재의 관, 구리 소재의 관, 및 4000계 알루미늄 합금 부재 결합부에 플럭스를 도포하는 제5 단계; 및
    상기 4000계 알루미늄 합금 부재가 녹을 수 있는 온도에서 용융시켜 상기 예비 관 결합체를 접합시키는 제6 단계;로 이루어지되,
    상기 제1 단계에서, 상기 구리 소재의 관의 지름은 상기 알루미늄 소재의 관 보다 크되, 상기 구리 소재의 내관과 알루미늄 소재의 외관의 지름 차이는 0.5mm 이하인 것을 특징으로 알루미늄 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법.
  3. 알루미늄 소재와 구리 소재로 이루어진 각각의 이종금속관을 접합하는 방법에 있어서,
    알루미늄 및 구리 소재의 관을 각각 준비하는 제1 단계;
    상기 알루미늄 소재의 관과 접합되는 구리 소재의 관 접합부분을 니켈 도금하는 제2 단계;
    상기 알루미늄 소재의 관 내측부 또는 구리 소재의 관 외측부에 플럭스 코어드(Flux Cored) 와이어 또는 링을 위치시키는 제3단계;
    상기 알루미늄 소재의 관 내부에 구리 소재의 관을 삽입하여 예비 관 결합체를 형성하는 제4 단계; 및
    상기 플럭스 코어드(Flux Cored) 와이어 또는 링이 녹을 수 있는 온도에서 용융시켜 상기 예비 관 결합체를 접합시키는 제5 단계;로 이루어지되,
    상기 제1 단계에서, 상기 알루미늄 소재의 내관의 지름은 상기 구리 소재의 외관 보다 크되, 상기 알루미늄 소재의 내관과 구리 소재의 외관의 지름 차이는 0.5mm 이하인 것을 특징으로 알루미늄 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법.
  4. 구리 소재와 알루미늄 소재로 이루어진 각각의 이종금속관을 접합하는 방법에 있어서,
    구리 및 알루미늄 소재의 관을 각각 준비하는 제1 단계;
    상기 알루미늄 소재의 관과 접합되는 구리 소재의 관 접합부분을 니켈 도금하는 제2 단계;
    상기 구리 소재의 관 내측부 또는 알루미늄 소재의 관 외측부에 플럭스 코어드(Flux Cored) 와이어 또는 링을 위치시키는 제3단계;
    상기 구리 소재의 관 내부에 알루미늄 소재의 관을 삽입하여 예비 관 결합체를 형성하는 제4 단계; 및
    상기 플럭스 코어드(Flux Cored) 와이어 또는 링이 녹을 수 있는 온도에서 용융시켜 상기 예비 관 결합체를 접합시키는 제5 단계;로 이루어지되,
    상기 제1 단계에서, 상기 구리 소재의 관의 지름은 상기 알루미늄 소재의 관 보다 크되, 상기 구리 소재의 내관과 알루미늄 소재의 외관의 지름 차이는 0.5mm 이하인 것을 특징으로 알루미늄 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 단계 이전에 알루미늄 소재나 구리 소재의 관의 접합부분을 확관 또는 축관시키는 것을 특징으로 하는 알루미늄 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 단계의 니켈 도금하는 접합부분은 구리 소재의 관 외주연이나 내주연인 것을 특징으로 하는 알루미늄 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 단계에서, 상기 구리 소재의 관에 도금된 니켈 도금층의 두께는 1 ~ 50㎛ 인 것을 특징으로 하는 알루미늄 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 단계에서, 상기 구리 소재의 관에 도금된 니켈 도금층의 두께는 5 ~ 25㎛ 인 것을 특징으로 하는 알루미늄 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구리 소재의 내관과 알루미늄 소재의 외관의 지름 차이는 0.2mm 이하인 것을 특징으로 알루미늄 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법
  10. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 4000계 알루미늄 합금 부재는 링, 와이어, 및 시트형태인 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법.
  11. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관은 중공된 부재로 파이프 또는 플랜지 형태인 것을 특징으로 하는 알루미늄 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법.
  12. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 플럭스가 용해된 후, 상기 4000계 알루미늄 합금 부재가 용해되어 상기 알루미늄 소재의 관과 상기 구리 소재의 관이 결합되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 플럭스는 4000계 알루미늄 합금 부재보다 용융점이 낮은 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 플럭스는 불소화합물의 혼합물 입자로 입자의 평균크기가 50㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 플럭스의 용융온도는 550~600℃인 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 4000계 알루미늄 합금 부재의 용융온도는 580~620℃인 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법.
  17. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 예비 관 결합체 접합은 비산화성 분위기에서 가열하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법.
  18. 청구항 10 에 있어서,
    상기 링 형태의 직경은 외측에 있는 관 내부에 삽입되는 크기인 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법.
  19. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 4000계 알루미늄 합금 부재는 4045, 4047, 4145 및 4343 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법.
  20. 청구항 1에 있어서,
    상기 구리 소재의 관 외주연에 니켈 도금하는 제2 단계와 상기 알루미늄 소재의 관 내측부에 4000계 알루미늄 합금 부재를 위치시키는 제3 단계가 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법.
  21. 청구항 2에 있어서,
    상기 구리 소재의 관 내주연에 니켈 도금하는 제2 단계와 상기 알루미늄 소재의 관 외측부에 4000계 알루미늄 합금 부재를 위치시키는 제3단계가 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법.
  22. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알루미늄 소재의 내관과 구리 소재의 외관의 지름 차이는 0.2mm 이하인 것을 특징으로 알루미늄 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법.
  23. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기에서 지름이 큰 소재의 관은 내부에 단턱이 형성되거나, 내부로 갈수록 직경이 작아지게 형성되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 단턱이 역방향으로 형성되는 경우, 예비 관 결합체 중 내부에 위치한 소재의 인입단을 확관시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 및 구리 소재의 관을 접합하는 방법.
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