JP3822199B2 - Joint structure of dissimilar metal pipes - Google Patents
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Description
本発明は、異種金属管の接合技術に関し、特に、自動車用エアコンの冷媒回路に用いられるアルミニウム合金製配管とステンレス鋼製の振動吸収管との接合技術に関する。 The present invention relates to a joining technique for dissimilar metal pipes, and more particularly to a joining technique for aluminum alloy piping and stainless steel vibration absorbing pipes used in a refrigerant circuit of an automobile air conditioner.
近年、車体の軽量化を目的として自動車用エアコンの冷媒回路の配管にはアルミニウム合金製配管が使用されているが、コンプレッサ等で発生する振動が配管を共振させ騒音を引き起こすおそれがある。そこで、配管の共振を抑制するために、従来はゴムと樹脂とからなる複合ホースが配管の途中に組み込まれて使用されていた。 In recent years, aluminum alloy pipes have been used for the refrigerant circuit pipes of automobile air conditioners for the purpose of reducing the weight of the vehicle body, but vibrations generated by a compressor or the like may resonate the pipes and cause noise. Therefore, in order to suppress the resonance of the pipe, conventionally, a composite hose made of rubber and resin has been used in the middle of the pipe.
ところで、自動車用のエアコンの冷媒として、オゾン層の破壊物質であるフロンに代えてHFC134aが多く用いられている。しかし、このHFC134aは、オゾン破壊係数は零であるが、地球温暖化係数が高く温暖化促進の原因となりつつある。このため、HFC134a代替物質として、温暖化係数の小さい、自然系冷媒であるCO2冷媒を使用することが推奨されつつある。 By the way, HFC134a is frequently used as a refrigerant for air conditioners for automobiles in place of Freon, which is a depleting substance of the ozone layer. However, this HFC134a has an ozone depletion coefficient of zero, but has a high global warming potential and is becoming a cause of promotion of global warming. For this reason, it is being recommended to use a CO 2 refrigerant, which is a natural refrigerant having a low global warming potential, as a substitute for HFC134a.
ところが、CO2冷媒を使用する場合、冷媒回路配管内の流体温度がHFC134a冷媒の120〜140℃に対し170〜180℃となるとともに、圧力もHFC134a冷媒の2〜3MPaに対し15〜20MPaとなる。 However, when CO 2 refrigerant is used, the fluid temperature in the refrigerant circuit piping is 170 to 180 ° C. with respect to 120 to 140 ° C. of the HFC 134a refrigerant, and the pressure is 15 to 20 MPa with respect to 2 to 3 MPa of the HFC 134a refrigerant. .
このため、従来のようなゴムと樹脂とからなる複合ホースではこのような高温高圧仕様には耐えられないため、代わってステンレス鋼製の蛇腹を有する振動吸収管が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、このステンレス鋼製の振動吸収管は、管壁が金属製であるため従来のゴムと樹脂とからなる複合ホースに比して格段に優れた対ガス透過性を有し、冷媒を外に漏らすことがない。したがって、このステンレス鋼製の振動吸収管はCO2冷媒のみならず、現状のHFC134a冷媒等に対しても冷媒の外気への漏洩量をゼロに近付ける目的で使用が進められている。 For this reason, a conventional composite hose made of rubber and resin cannot withstand such a high temperature and high pressure specification, and a vibration absorbing tube having a stainless steel bellows has been proposed instead (for example, a patent) Reference 1). In addition, this stainless steel vibration absorption tube has a gas permeability that is far superior to a conventional composite hose made of rubber and resin because the tube wall is made of metal. There is no leakage. Therefore, this stainless steel vibration absorption tube is being used not only for CO 2 refrigerant but also for the current HFC134a refrigerant and the like in order to bring the amount of leakage of the refrigerant to the outside air close to zero.
ところが、この振動吸収管を冷媒回路に組み込む際には以下の問題がある。すなわち、振動吸収管の蛇腹部分は、加工性、強度、耐食性、および経済性の観点から現状ではステンレス鋼が用いられている。一方、冷媒回路配管をステンレス鋼に変更すると、この配管が接続されるコンプレッサ等の機器がアルミニウム合金製であることから、これらの機器との接続が困難になることに加え、車体の軽量化を阻害し、またコストアップとなるので、現状のアルミニウム合金を用いることが望ましい。したがって、ステンレス鋼製の振動吸収管とアルミニウム合金製の配管とを接合する必要がある。しかしながら、これらの金属製のパイプ同士を単に機械的に嵌合させたり、螺合させたりする方法によっては、信頼性のある高強度かつ高気密性を有する接合部を得ることは非常に難しい。また、アルミニウム合金とステンレス鋼とを溶接やロウ付けで接合すると、接合部に脆い金属間化合物が生成しやすいために、この場合も信頼性のある高強度かつ高気密性を有する接合部を得ることは非常に困難である。 However, there are the following problems when incorporating the vibration absorbing tube into the refrigerant circuit. In other words, stainless steel is currently used for the bellows portion of the vibration absorbing tube from the viewpoint of workability, strength, corrosion resistance, and economy. On the other hand, if the refrigerant circuit piping is changed to stainless steel, equipment such as a compressor to which the piping is connected is made of an aluminum alloy, so that connection with these devices becomes difficult, and the weight of the vehicle body is reduced. Since it hinders and increases the cost, it is desirable to use the current aluminum alloy. Therefore, it is necessary to join a stainless steel vibration absorbing pipe and an aluminum alloy pipe. However, it is very difficult to obtain a reliable joint having high strength and high airtightness by simply mechanically fitting or screwing these metal pipes together. In addition, when an aluminum alloy and stainless steel are joined by welding or brazing, a brittle intermetallic compound is likely to be formed at the joint. In this case as well, a reliable joint having high strength and high airtightness is obtained. It is very difficult.
なお、鉄系材料とアルミニウムとの接合方法として、鉄系材料からなる母材の表面に荒加工を施して凹凸を形成した後、アルミニウム層を仮形成し、このアルミニウム層を表面側から押圧しながら、高周波加熱することにより、Fe−Alの金属間化合物からなる拡散層を形成する方法が開示されている(特許文献2参照)。 As a method of joining the iron-based material and aluminum, after roughing the surface of the base material made of the iron-based material to form irregularities, an aluminum layer is temporarily formed, and this aluminum layer is pressed from the surface side. However, a method of forming a diffusion layer made of an Fe-Al intermetallic compound by high-frequency heating has been disclosed (see Patent Document 2).
しかしながら、この方法は金属間化合物からなる拡散層を形成することによって母材表面の耐磨耗性や平滑度を向上させることを目的とするものであり、金属間化合物を形成する限り信頼性のある高強度かつ高気密性を有する接合部は得られない。 However, this method is intended to improve the wear resistance and smoothness of the surface of the base material by forming a diffusion layer made of an intermetallic compound, and is reliable as long as an intermetallic compound is formed. A joint having a certain high strength and high airtightness cannot be obtained.
上記においては、Fe系材料とAl系材料との接合に関してのみ説明したが、Fe系材料とTi系材料、Fe系材料とCu系材料の接合等の場合にも脆い金属間化合物を生成しやすいため同様の問題点がある。このため、異種金属管を確実に接合できる信頼性の高い接合技術の開発が切望されていた。
本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであって、強度および気密性に優れた信頼性の高い異種金属管の接合構造を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of this condition, Comprising: It aims at providing the joining structure of the reliable dissimilar metal tube excellent in intensity | strength and airtightness.
請求項1に記載の発明は、Fe系材料とAl系材料のそれぞれからなる2本の異種金属管の接合構造であって、これらの異種金属管が、二層金属クラッド板から形成された接続金具を介して接合され、前記二層金属クラッド板を構成する2種類の異種金属の材質が、前記2本の異種金属管とそれぞれ同種の材質であって、前記二層金属クラッド板を構成するFe系材料の厚さが当該二層金属クラッド板の全体厚さの15〜35%であり、前記接続金具が、前記二層金属クラッド板に穴フランジ加工を施すことにより、先端が開口した筒状の立ち上げ部を有するフランジ状に形成されたものであって、前記立ち上げ部の立ち上げ高さが、当該立ち上げ部の内径の1.0倍以上であり、前記2本の異種金属管を、前記立ち上げ部の外周面側と内周面側とにそれぞれ分けて、前記同種の材質の金属同士が接触するように嵌挿し、これら同種の材質の金属同士が接触する部分のみを溶接またはロウ付けにより接合したものであること、を特徴とする異種金属管の接合構造である。
The invention according to
請求項2に記載の発明は、前記接続金具が、前記二層金属クラッド板に穴フランジ加工を施して先端が開口した筒状の立ち上げ部を形成したのち、この立ち上げ部の根元近傍を切断することにより筒状に形成されたものである請求項1に記載の異種金属管の接合構造である。
According to a second aspect of the present invention, after the connecting metal fitting is formed with a cylindrical rising portion having a tip opened by subjecting the double-layer metal clad plate to hole flange processing, the vicinity of the root of the rising portion is formed. 2. The dissimilar metal tube joining structure according to
請求項3に記載の発明は、前記穴フランジ加工が、前記二層金属クラッド板を深絞り加工した後にその先端部を開口したものである請求項1または2に記載の異種金属管の接合構造である。
The invention according to
請求項4に記載の発明は、前記穴フランジ加工が、前記二層金属クラッド板を深絞り加工した後にその先端部に下孔を開け、その後にバーリング加工を施すものである請求項1または2に記載の異種金属管の接合構造である。 According to a fourth aspect of the present invention, in the hole flange processing, after the deep drawing of the double-layered metal clad plate, a pilot hole is opened at the tip, and thereafter burring is performed. It is the joining structure of the dissimilar metal pipe described in 1.
請求項5に記載の発明は、前記穴フランジ加工が、前記二層金属クラッド板に予め下孔を開けた後にバーリング加工を施すものである請求項1に記載の異種金属管の接合構造である。
The invention according to
本発明は上記のように構成されているので、接続金具の素材として二層金属クラッド板を用いたことにより異種金属間はクラッドにより物理的に強固に接合されており、かつ同種の金属間のみを溶接またはロウ付けにより溶融接合できるため脆い金属間化合物の生成を抑制しつつ、強度および気密性に優れた信頼性の高い異種金属管の接合構造を提供することが可能となった。また、このような強度および気密性に優れた信頼性の高いステンレス鋼管とアルミニウム合金管との接合構造の提供によって、自動車用エアコンにCO2冷媒を用いることができるようになり、地球環境への負荷の低減と、車体の軽量化とを両立させることが可能となった。 Since the present invention is configured as described above, by using a double-layer metal clad plate as a material for the connection fitting, the dissimilar metals are physically firmly joined by the clad, and only between the same kind of metals. Therefore, it is possible to provide a highly reliable dissimilar metal pipe joint structure excellent in strength and airtightness while suppressing the formation of brittle intermetallic compounds. In addition, the provision of a highly reliable stainless steel pipe and aluminum alloy pipe with excellent strength and airtightness makes it possible to use a CO 2 refrigerant in an automotive air conditioner. It has become possible to achieve both a reduction in load and a reduction in weight of the vehicle body.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[実施形態1]
図1に、本発明の実施の形態に係る異種金属管の接合構造を示す。図において、符号1および2は異種金属管としてのステンレス鋼管およびアルミニウム合金管をそれぞれ示し、符号3は接続金具を示す。
[Embodiment 1]
FIG. 1 shows a joining structure of dissimilar metal tubes according to an embodiment of the present invention. In the figure,
接続金具3を形成する穴フランジ加工として、まずバーリング加工を用いた例を説明する。接続金具3は例えば以下のように形成する。ステンレス鋼とアルミニウム合金からなる二層金属クラッド板(以下、単に「クラッド板」ともいう。)を適当な大きさに切り出した切り板、またはスリッタコイルとし、この切り板またはスリッタコイルに予め下孔を開け、その後にバーリング加工を施して先端が開口した筒状の立ち上げ部4を形成する。そして、外周部をブランキング等により円形状に打ち抜くことにより、立ち上げ部4を有し、外周部が円環状のフランジ部5からなるフランジ状の接続金具3が形成できる。本例は、立ち上げ部4の外周面側4aがステンレス鋼で内周面側4bがアルミニウム合金となるようにバーリング加工したものである。
As a hole flange process for forming the connection fitting 3, an example using a burring process will be described first. The connection fitting 3 is formed as follows, for example. A double-layer metal clad plate made of stainless steel and an aluminum alloy (hereinafter also simply referred to as “clad plate”) is formed into a cut plate or slitter coil cut out to an appropriate size, and a pilot hole is previously formed in the cut plate or slitter coil. Is opened, and then a burring process is performed to form a cylindrical rising
そして、異種金属管であるステンレス鋼管1およびアルミニウム合金管2を、接続金具3の立ち上げ部4の外周面側4aと内周面側4bとにそれぞれ分けて、同種の材質の金属同士が接触するように嵌挿する。具体的には、先ずステンレス鋼管1内に接続金具3の立ち上げ部4をフランジ5のない側から奥まで差し込み、次いでこの接続金具3の立ち上げ部4内にそのフランジ部5側からアルミニウム合金管2を差し込む。これにより、ステンレス鋼管1の内面は立ち上げ部4の外周面側4aのステンレス鋼と接触し、アルミニウム合金管2の外面は立ち上げ部4の内周面側4bのアルミニウム合金と接触することとなる。
Then, the
その後、上記同種の材質の金属同士が接触する部分のみを溶接またはロウ付けにより接合する。 Thereafter, only the portions where the metals of the same kind are in contact with each other are joined by welding or brazing.
例えば、ステンレス鋼管1の内面と立ち上げ部4の外周面側4aとの接合は、ステンレス鋼管1の外面側からその周全体をレーザ溶接することにより行うことができる。レーザ溶接は、ステンレス鋼管1の外表面からその溶接部9のステンレス鋼管1の肉厚全部を溶かした上、さらに内部の立ち上げ部4の外周面側4aのステンレス鋼の一部をも溶かすような条件で瞬時かつ局部的に行うことが望ましい。これにより、ステンレス鋼管1と立ち上げ部4の外周面側4aのステンレス鋼とを、金属間化合物の生成を抑制しつつ溶融接合できるため強固な接合が得られる。また、ステンレス鋼管1の周全体をレーザ溶接することにより、ステンレス鋼管1内面と立ち上げ部4の外周面側4aとの間に隙間がなくなりシール性(気密性)を確保できる。なお、レーザ溶接熱は、瞬時かつ局部的に入熱できる上に、立ち上げ部4内周面側4bの熱伝導性に優れたアルミニウム合金を通して速やかに放散されるためステンレス鋼4aとアルミニウム合金4bとの接触面で金属間化合物が形成されるおそれはない。ただし、レーザ溶接の深さをあまりにも深くしすぎるとこのアルミニウム合金が熱影響を受けて材質が劣化するおそれがあるため、ステンレス鋼同士の接合強度が十分得られる範囲で適宜調節することが望ましい。
For example, the inner surface of the
また、アルミニウム合金管2の外面と立ち上げ部4の内周面側4bのアルミニウム合金との接合は、例えばフランジ部5の付け根部5aの周全体をレーザ溶接で短時間に高温で隅肉溶接をすること、または比較的低温でロウ付けすることにより行えばよい。これにより、アルミニウム合金管2の外面と立ち上げ部4の内周面側4bのアルミニウム合金とを、金属間化合物の生成を抑制して、シール性を確保しつつ強固に接合できる。
In addition, the joining of the outer surface of the
上記例では、接続金具3を構成する二層金属クラッド板は異種金属管の材質と同じステンレス鋼とアルミニウム合金からなるものとしたが、必ずしも異種金属管と同一の材質のものに限られず、同種の材質のものでよい。ここで異種金属管と同種の材質とは、ベースとなる金属成分が異種金属管と同じであり、異種金属管と溶接またはロウ付けしても脆い金属間化合物を形成しない乃至は形成しても微量であり実質的に影響のないものをいう。ここにベースとなる金属成分とは、ステンレス鋼の場合はFeであり、アルミニウム合金の場合はAlである。 In the above example, the two-layer metal clad plate constituting the connection fitting 3 is made of the same stainless steel and aluminum alloy as the material of the dissimilar metal tube, but is not necessarily limited to the same material as the dissimilar metal tube. It may be of the material. Here, the same kind of material as the dissimilar metal tube means that the base metal component is the same as that of the dissimilar metal tube, and even if it is welded or brazed to the dissimilar metal tube, a brittle intermetallic compound is not formed or formed. It is a trace amount that has virtually no effect. The metal component used as a base here is Fe in the case of stainless steel, and Al in the case of an aluminum alloy.
したがって、上記例においてはクラッド板を構成するステンレス鋼はステンレス鋼管と異なる材質(鋼種)としてもよく(例えば、ステンレス鋼管がSUS304のとき、クラッド板のステンレス鋼をSUS430とする)、場合によってはステンレス鋼に代えて普通鋼を用いることもでき、バーリング加工による加工性、溶接性(ロウ付け性)、強度等を考慮して適宜選択しうるものである。 Therefore, in the above example, the stainless steel constituting the clad plate may be made of a material (steel type) different from the stainless steel pipe (for example, when the stainless steel pipe is SUS304, the clad plate stainless steel is SUS430). Ordinary steel can be used instead of steel, and can be appropriately selected in consideration of workability by burring, weldability (brazing property), strength, and the like.
また、クラッド板を構成するアルミニウム合金はアルミニウム合金管と異なる材質としてもよく(例えば、アルミニウム合金管がA5052のとき、クラッド板のアルミニウム合金をA1100とする)、場合によってはアルミニウム合金に代えて純アルミニウムを用いることもでき、バーリング加工による加工性、溶接性(ロウ付け性)、強度等を考慮して適宜選択しうるものである。 Further, the aluminum alloy constituting the clad plate may be made of a material different from that of the aluminum alloy tube (for example, when the aluminum alloy tube is A5052, the aluminum alloy of the clad plate is A1100). Aluminum can also be used and can be appropriately selected in consideration of workability by burring, weldability (brazing property), strength, and the like.
クラッド板の全体厚さは、接合部を過度に大きくしないために薄い方が好ましいが、バーリング加工による加工性、溶接性(ロウ付け性)、強度等を考慮して適宜調整することが望ましい。 The overall thickness of the clad plate is preferably thin so as not to make the joint portion excessively large. However, it is desirable that the clad plate is appropriately adjusted in consideration of workability by burring, weldability (brazing property), strength, and the like.
また、クラッド板を構成する各異種金属の厚さの比率も、バーリング加工による加工性、溶接性(ロウ付け性)、強度等を考慮して適宜調整し得るものである。なお上記実施形態1のように、異種金属の材質の組合せがFe系材料とAl系材料との組合せである場合は、二層金属クラッド板を構成するFe系材料の厚さが当該二層金属クラッド板の全体厚さの15〜35%とすることが好ましい。35%を超えると、加工性に優れるAl系材料の割合が少なすぎてバーリング加工(または後述の深絞り加工)の際に立ち上げ部4の立ち上げ高さを十分に確保できない可能性があり、一方15%未満ではFe系材料の割合が少なすぎてバーリング加工(または後述の深絞り加工)の際に立ち上げ部4のFe系材料が薄くなり切断されるおそれがあるためである。
Also, the ratio of the thicknesses of the dissimilar metals constituting the clad plate can be appropriately adjusted in consideration of workability by burring, weldability (brazing property), strength, and the like. In addition, when the combination of the dissimilar metals is a combination of the Fe-based material and the Al-based material as in the first embodiment, the thickness of the Fe-based material constituting the double-layer metal clad plate is the same as the double-layer metal. It is preferable to be 15 to 35% of the total thickness of the clad plate. If it exceeds 35%, the proportion of the Al-based material that is excellent in workability is too small, and there is a possibility that the rising height of the rising
バーリング加工により形成される立ち上げ部4の内径は、アルミニウム合金管2を容易に差し込めるが、隙間が開きすぎない程度にアルミニウム合金管2の外径より少しだけ大きくしておく。なお、後記実施形態3のインサート材7を間に挿入する場合は、もう少し隙間を開けておく。
The inner diameter of the raised
また、立ち上げ部4の立ち上げ高さは、溶接またはロウ付け時の入熱を放散させて金属間化合物の発生を抑制するとともに、ステンレス鋼管1およびアルミニウム合金管2を差し込んだときに各管1,2と十分に接触面積が保て、溶接(またはロウ付け)作業が容易となる程度の高さとするのが望ましい。すなわち、接続する各管1,2の管径にもよるが、例えば自動車用エアコンのCO2冷媒回路に用いる場合には各管1,2の管径が数mm〜10mm程度と小さいので立ち上げ部4の立ち上げ高さは立ち上げ部4内径の1.0倍以上が好ましく、2.0倍以上とするのがより好ましい。
The rising height of the rising
バーリング加工は一般には、板材に立ち上げ部を設けてそこにネジ切りして止めビスとして使用したり、主配管の側壁に立ち上げ部を設けてそこに枝管をロウ付けし分岐管として使用する等の目的で利用される。このため、立ち上げ部の立ち上げ高さはそれほど高くする必要がなく、バーリング加工は通常常温(冷間)で行われる。しかし、上記のように、立ち上げ部4の立ち上げ高さを立ち上げ部4内径の1.0倍以上に高くする必要がある場合で材質によっては冷間では加工が困難なときがあり、そのような場合はクラッド板を予熱してからバーリング加工してもよい。
For burring, generally, a rising part is provided on the plate material and screwed there to use it as a stop screw, or a rising part is provided on the side wall of the main pipe and a branch pipe is brazed there to be used as a branch pipe It is used for the purpose of doing. For this reason, it is not necessary to make the rising height of the rising portion so high, and burring is usually performed at room temperature (cold). However, as described above, when it is necessary to increase the rising height of the rising
上記例(図1)においては、クラッド板のバーリング加工は、立ち上げ部4の外周面側4aがステンレス鋼で内周面側4bがアルミニウム合金となるように行ったが、これとは逆に、立ち上げ部4の外周面側4aがアルミニウム合金で内周面側4bがステンレス鋼となるようにしてもよい。なお、上記例(図1)のようにアルミニウム合金を内周側4bとする方が、バーリング加工による塑性変形の際にアルミニウム合金が潤滑機能を発揮するため成形性が向上し、立ち上げ部4に加工皺が発生する等の問題がなく円滑な加工表面が得られ、かつ立ち上げ部4の立ち上げ高さも高くできるのでより好ましい。
In the above example (FIG. 1), the burring of the clad plate was performed such that the outer
(変形例)
なお、上記実施形態1においては、接続金具3をフランジ状としたが、立ち上げ部4の根元近傍を切断することにより、筒状に形成してもよい(図2参照)。接続金具3をフランジ状とした場合は、接続金具3と金属管1または2との溶接またはロウ付け時においてフランジ部2aによる放熱効果によって金属間化合物の形成がより確実に防止できる。これに対し、接続金具3を筒状とした場合は、放熱効果は劣るものの、フランジ部2aの出っ張りがないため、例えば自動車用エアコンのCO2冷媒回路に用いる場合、エンジンルームなどの限られた空間内における配管レイアウトの自由度が増加する利点がある。
(Modification)
In addition, in the said
また、ステンレス鋼管1の内面と立ち上げ部4の外周面側4aとの接合は、ステンレス鋼管1の外面側からその周全体をレーザ溶接により行うこと(図1参照)に代えて、図2に示すように、ステンレス鋼管1の端部をレーザ溶接で隅肉溶接することにより行ってもよい。
Further, the joining of the inner surface of the
[実施形態2]
ステンレス鋼管1の内面と立ち上げ部4の外周面側4aとの接合方法として、上記実施形態1(図1)ではステンレス鋼管1の外面側からその周全体をレーザ溶接する方法を採用したが、これに代えて、図3に示すように、ステンレス鋼管1の内面と立ち上げ部4の外周面側4aとの間にインサート材6を挿入し、高周波加熱等によりインサート材6を溶融してロウ付けを行ってもよい。
[Embodiment 2]
As a method of joining the inner surface of the
また、アルミニウム合金管2の外面と立ち上げ部4の内周面側4bのアルミニウム合金との接合方法としては、上記実施形態1(図1)ではフランジ部5の付け根部5aの周全体をロウ付けする方法を採用したが、これに代えて図3に示すように、上記ステンレス鋼と同様、アルミニウム合金管2の外面と立ち上げ部4の内周面側4bとの間にインサート材7を挿入し、高周波加熱によりインサート材7を溶融してロウ付けを行ってもよい。
Further, as a method of joining the outer surface of the
[実施形態3]
あるいは、図4に示すように、フランジ部5の上面側すなわちアルミニウム合金側5bにアルミニウム合金リング8を挿入し、アルミニウム合金(2,5b,8)同士をロウ付けしてもよい。もちろんリング8は、アルミニウム合金管2や接続金具3の内周面側4bの材質と必ずしも同じ材質のものを用いる必要はなく、同種のものや純Alのものを用いてもよい。
[Embodiment 3]
Or as shown in FIG. 4, you may insert the
[実施形態4]
上記実施形態1〜3では、二層金属クラッド板の穴フランジ加工としてバーリング加工を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、バーリング加工に代えて例えば深絞り加工を用いてもよい。バーリング加工では1回の塑性変形によって立ち上げ部4を形成するため、クラッド板が難加工性の材質である場合には立ち上げ部4の立ち上げ高さを所要の高さにすることが困難な場合がある。これに対し、深絞り加工で立ち上げ部4を形成する場合は、複数回に分けて少しずつ塑性変形を与えることができるため、難加工性の材質であっても容易に所望の立ち上げ高さを得ることができる。もちろん深絞り加工においてもクラッド板を予熱してから加工してもよい。なお、深絞り加工では予め下孔を開けずに加工を行うため、加工後にその先端部を開口する。
[Embodiment 4]
In the first to third embodiments, the case where burring processing is used as hole flange processing of a double-layer metal clad plate has been described, but the present invention is not limited to this, and for example, deep drawing processing is used instead of burring processing. It may be used. In the burring process, the raised
[実施形態5]
あるいは、穴フランジ加工として、深絞り加工とバーリング加工を組み合わせた加工方法を用いることも好ましい。例えば二層金属クラッド板を深絞り加工した後にその先端部に下孔を開け、その後にバーリング加工を施すことにより、立ち上げ部4の立ち上げ高さを確保するとともに、開口部の先端形状を円滑に仕上げることができる。
[Embodiment 5]
Or it is also preferable to use the processing method which combined deep drawing processing and burring processing as hole flange processing. For example, after deep-drawing a double-layer metal clad plate, a pilot hole is opened at the tip, and then burring is performed to ensure the rising height of the rising
[実施形態6]
また、図5に示すように、ステンレス鋼管1の内面のうち接続金具3を差し込む部分に段差を設けておき、アルミニウム合金管2をステンレス鋼管1の内面と直接接するように差し込む構造とすることも好ましい。これにより、アルミニウム合金管2の外面と立ち上げ部4の内周面側4bのアルミニウム合金との接合に用いるロウ材やインサート材が管内に侵入して冷媒等を汚染することをより確実に防止できる。
[Embodiment 6]
Further, as shown in FIG. 5, a step is provided in a portion into which the connection fitting 3 is inserted in the inner surface of the
[実施形態7]
接続金具3として、上記実施形態1〜6ではクラッド板に穴フランジ加工を施すことによって形成したものを用いる方法について説明したが、これに代わり、図6示すように、クラッド板に単に打ち抜き等により穴加工を施してリング状に形成したものを用いてもよい。ただし、異種金属管1および2の接続する側の端部をそれぞれフランジ加工する必要がある。そして、これらのフランジ部1aおよび1bをリング状の接続金具3を介して同種の材質の金属同士が接触するように突き合わせる。すなわち、ステンレス鋼管1のフランジ部1aと接続金具3のステンレス鋼側3aとを面接触させ、アルミニウム合金管2のフランジ部2aと接続金具3のアルミニウム合金側3bとを面接触させる。その後、同種の材質の金属同士が接触する部分のみを溶接またはロウ付けにより接合する。例えば図6に示すように、フランジ部2aおよび2bの外径より接続金具3の外径を少し大きくしておき、フランジ部1aおよび2aのそれぞれの外周部1bおよび2bの周全体をロウ付けすればよい。これにより、異種金属管1および2を、金属間化合物を生成することなく、シール性を確保しつつ強固に接合できる。
[Embodiment 7]
In
なお、ステンレス鋼とアルミニウム合金のような異種金属からなるクラッド板を用いた場合、雨水等の存在により異種金属間で電気腐食が起こることが懸念される。したがって必要により、異種金属の界面が露出しているクラッド板の端面を例えば樹脂等で被覆するなどすればよい。 When a clad plate made of different metals such as stainless steel and aluminum alloy is used, there is a concern that electrocorrosion may occur between different metals due to the presence of rainwater or the like. Therefore, if necessary, the end face of the clad plate where the interface of the different metal is exposed may be covered with, for example, a resin.
上記例では、異種金属管としてステンレス鋼管およびアルミニウム合金管の組合せについてのみ説明したが、本発明はこの材質の組合せに限られるものではなく、脆い金属間化合物が生成しやすい材質の組合せであれば、いずれの組合せに対しても適用できる。例えば、Fe系材料とAl系材料との組合せ、Fe系材料とTi系材料との組合せ、Fe系材料とCu系材料との組合せ、Al系材料とCu系材料との組合せ、またはAl系材料とTi系材料との組合せに対しても適用できる。Fe系材料としては上記実施形態1〜5のステンレス鋼のほか普通鋼でもよい。また、Al系材料としては上記実施形態1〜5のアルミニウム合金のほか純アルミニウムでもよい。Ti系材料およびCu系材料の場合でもAl系材料と同様、純金属または合金のいずれでもよい。 In the above example, only the combination of the stainless steel pipe and the aluminum alloy pipe has been described as the dissimilar metal pipe, but the present invention is not limited to this combination of materials, and any combination of materials that are likely to generate brittle intermetallic compounds. It can be applied to any combination. For example, a combination of Fe-based material and Al-based material, a combination of Fe-based material and Ti-based material, a combination of Fe-based material and Cu-based material, a combination of Al-based material and Cu-based material, or an Al-based material It can also be applied to combinations of Ti and Ti-based materials. As the Fe-based material, normal steel may be used in addition to the stainless steel of the first to fifth embodiments. In addition to the aluminum alloys of the first to fifth embodiments, the aluminum material may be pure aluminum. Even in the case of Ti-based materials and Cu-based materials, either pure metals or alloys may be used in the same manner as Al-based materials.
(接続金具の成形)
接続金具の材料として、厚さ0.5mmのステンレス鋼(SUS430系)と厚さ1.2mmのアルミニウム合金(A1100)からなる全厚さ1.7mmの二層金属クラッド板を用いた。この二層金属クラッド板の切板に対して、内面側がアルミニウム合金となるように、6回に分けて深絞り加工を施した後、その先端部をポンチで打ち抜き、内径7mm、立ち上げ高さ15mmの立ち上げ部を形成した。そして、この立ち上げ部の外周部をブランキングにより円形状に打ち抜いて、フランジ状の接続金具を形成した。図7に、この接続金具の(a)縦断面、(b)長さ中央近傍の横断面、および(c)この横断面における異種金属間の界面近傍の詳細を示す。複数回の深絞り加工によりクラッド板の肉厚は約1.5mmに減少していたが、図7に示すように、クラッド板を構成するステンレス鋼とアルミニウム合金との界面に剥離は認められなかった(なお、図7(a)のステンレス鋼とアルミニウム合金との境界の黒い線は、サンプルの研磨時に境界面にできた段差である)。
(Molding of connecting metal)
As a material for the connection fitting, a double-layer metal clad plate having a total thickness of 1.7 mm made of 0.5 mm thick stainless steel (SUS430 series) and a 1.2 mm thick aluminum alloy (A1100) was used. The two-layer metal clad plate was subjected to deep drawing in six steps so that the inner surface was made of an aluminum alloy, and then punched the tip with a punch, an inner diameter of 7 mm, and a rising height. A rising portion of 15 mm was formed. And the outer peripheral part of this starting part was punched out circularly by blanking, and the flange-shaped connection metal fitting was formed. FIG. 7 shows details of (a) a longitudinal section, (b) a transverse section in the vicinity of the center of the length, and (c) a vicinity of an interface between different metals in this transverse section. Although the thickness of the clad plate was reduced to about 1.5 mm by multiple deep drawing processes, as shown in FIG. 7, no delamination was observed at the interface between the stainless steel and the aluminum alloy constituting the clad plate. (Note that the black line at the boundary between the stainless steel and the aluminum alloy in FIG. 7A is a step formed on the boundary surface when the sample is polished).
(接続金具とステンレス鋼管との接合)
上記接続金具の外周面側にステンレス鋼管(SUS304、肉厚1.0mm)を嵌挿したのち(なお、内周面側にはアルミニウム合金管を嵌挿せず)、管軸を中心として回転させつつ、炭酸ガスレーザ溶接機(定格:1kW)によりステンレス鋼管の外表面からレーザを照射することによって、その周全体をレーザ溶接した(図1参照)。図8は、レーザ溶接後のクラッド材を構成するステンレス鋼とアルミニウム合金との界面近傍の様子を示す断面図であり、(a)はフランジ部の根元部、(b)は溶接部、(c)は溶接部からフランジ部と反対方向に5mmの位置における界面近傍の組織をそれぞれ示す。(b)および(c)に示すように、界面に厚さ数μm程度とごく微量の金属間化合物(黒色部)が生成しているのが見られた。一方、(a)に示すように、フランジ部近傍では、その放熱効果により、金属間化合物の生成は見られなかった。このように、金属間化合物が微量に生成している部位が一部に存在しても、金属間化合物が発生しない部位で、部品の要求強度を維持すればよい。なお、本実施例では、接続金具の内周面側にアルミニウム合金管を嵌挿せずにレーザ溶接を行ったため上記のように溶接部において少量ではあるが金属間化合物が生成したが、先に下記の接続金具の内周面側へのアルミニウム合金管の嵌合ないしロウ付けを行ってから上記レーザ溶接を行えば、そのアルミニウム合金管による放熱効果により、さらに金属間化合物の生成量は低減されるものと考えられる。
(Join the connection fitting and stainless steel pipe)
After inserting a stainless steel pipe (SUS304, wall thickness 1.0 mm) on the outer peripheral surface side of the connection fitting (without inserting an aluminum alloy pipe on the inner peripheral surface side), it is rotated around the tube axis. The entire circumference was laser welded by irradiating the laser from the outer surface of the stainless steel pipe with a carbon dioxide laser welding machine (rated: 1 kW) (see FIG. 1). FIG. 8 is a cross-sectional view showing the state in the vicinity of the interface between the stainless steel and the aluminum alloy constituting the clad material after laser welding, where (a) is the root of the flange, (b) is the weld, ) Shows the structure in the vicinity of the interface at a
(接続金具とアルミニウム合金管との接合)
上記接続金具の内周面側にアルミニウム合金管(A1070、肉厚1.5mm)を嵌挿したのち(なお、外周面側にはステンレス鋼管を嵌挿せず)、接続金具のフランジ部の付け根部の周全体をロウ付けした(図1参照)。ロウ材としてはAl−Si系ロウ材(Alu 19FCW−Cs50〔ナイス株式会社製、商品名〕)を用い、ロウ付け用の熱源としては、酸素−アセチレンバーナを用いた。図9は、ロウ付け後の、ロウ付け部近傍におけるクラッド材を構成するステンレス鋼とアルミニウム合金との界面近傍の様子を示す断面図である。同図に示すように、界面には金属間化合物の生成は見られなかった。
(Junction of connection fitting and aluminum alloy pipe)
After fitting an aluminum alloy tube (A1070, wall thickness 1.5 mm) on the inner peripheral surface side of the connecting fitting (without inserting a stainless steel tube on the outer peripheral surface side), the base of the flange portion of the connecting fitting The entire circumference was brazed (see FIG. 1). An Al—Si brazing material (Alu 19FCW-Cs50 [manufactured by Nice Co., Ltd., trade name)) was used as the brazing material, and an oxygen-acetylene burner was used as the heat source for brazing. FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state in the vicinity of the interface between the stainless steel and the aluminum alloy constituting the clad material in the vicinity of the brazed portion after brazing. As shown in the figure, no intermetallic compound was formed at the interface.
1…ステンレス鋼管
1a…フランジ部
1b…外周部
2…アルミニウム合金管
2a…フランジ部
2b…外周部
3…接続金具
3a…ステンレス鋼側
3b…アルミニウム合金側
4…立ち上げ部
4a…外周面側
4b…内周面側
5…フランジ部
5a…付け根部
5b…アルミニウム合金側
6,7…インサート材
8…アルミニウム合金リング
9…溶接部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
これらの異種金属管が、二層金属クラッド板から形成された接続金具を介して接合され、
前記二層金属クラッド板を構成する2種類の異種金属の材質が、前記2本の異種金属管とそれぞれ同種の材質であって、前記二層金属クラッド板を構成するFe系材料の厚さが当該二層金属クラッド板の全体厚さの15〜35%であり、
前記接続金具が、前記二層金属クラッド板に穴フランジ加工を施すことにより、先端が開口した筒状の立ち上げ部を有するフランジ状に形成されたものであって、前記立ち上げ部の立ち上げ高さが、当該立ち上げ部の内径の1.0倍以上であり、
前記2本の異種金属管を、前記立ち上げ部の外周面側と内周面側とにそれぞれ分けて、前記同種の材質の金属同士が接触するように嵌挿し、これら同種の材質の金属同士が接触する部分のみを溶接またはロウ付けにより接合したものであること、
を特徴とする異種金属管の接合構造。 It is a joint structure of two dissimilar metal tubes made of Fe-based material and Al-based material ,
These dissimilar metal tubes are joined via a connection fitting formed from a double-layer metal clad plate,
The two types of dissimilar metals constituting the two-layer metal clad plate are the same material as the two dissimilar metal tubes, respectively, and the thickness of the Fe-based material constituting the two-layer metal clad plate is 15 to 35% of the total thickness of the two-layer metal clad plate,
The connection fitting is formed in a flange shape having a cylindrical rising portion having an open end by subjecting the double-layer metal clad plate to hole flange processing, and the rising portion of the rising portion The height is 1.0 times or more of the inner diameter of the raised portion,
The two dissimilar metal tubes are divided into an outer peripheral surface side and an inner peripheral surface side of the rising portion, and are inserted so that the metals of the same kind are in contact with each other. Only the parts that come into contact with each other are joined by welding or brazing,
Bonding structure of dissimilar metal tubes characterized by
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