JPH10296433A

JPH10296433A - アルミニウムパイプの高周波ろう付方法

Info

Publication number: JPH10296433A
Application number: JP11482897A
Authority: JP
Inventors: Keiji Matsumoto; 圭司松本
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-05-02
Filing date: 1997-05-02
Publication date: 1998-11-10

Abstract

(57)【要約】【課題】一方のアルミニウムパイプの先端部を他方のア
ルミニウムパイプの拡径状ソケット部に挿入して高周波
ろう付した場合に、ソケット部にクラックを生じること
なく両パイプを確実にかつ良好に接合できるアルミニウ
ムパイプの高周波ろう付方法を提供する。【解決手段】一方のアルミニウムパイプ１の端部を他方
のアルミニウムパイプ２の拡径状ソケット部２１に挿入
して、両パイプを高周波ろう付する。ソケット部２１の
内周面とこれに挿入されるパイプ端部の外周面との間に
ろう材充填用の隙間４が存在する態様で、かつソケット
部の内底面２１ａとパイプ端面１ａとの間にクラック防
止用の隙間５が存在する態様で、一方のパイプ１の端部
を他方のパイプソケット部２１に挿入し、高周波加熱し
て、ろう材充填用の隙間４にろう材３を溶融充填するこ
とにより、両パイプ１、２を接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、アルミニウムパ
イプの高周波ろう付方法に関する。

【０００２】なお、この明細書において、アルミニウム
の語はその合金を含む意味で用いる。

【０００３】

【従来の技術】アルミニウムは耐食性に優れているこ
と、軽量であること等の利点を有するため、家庭用器
物、自動車産業、航空宇宙産業等の他、一般工業用材料
としても広く利用されている。

【０００４】このようなアルミニウムパイプ同士を接合
する場合、従来では、ティグ溶接やガスろう付法が専ら
用いられていた。

【０００５】ところが、上記のようなティグ溶接では、
母材を溶かして肉盛りするためピンホールが出やすく、
このため作業に熟練を要するとか、接合部の内面にバリ
を生じて冷媒等の円滑な流通を妨げる等の問題を生じる
恐れがあった。このために、図５に示すように、アルミ
ニウムパイプ相互の接合部の内側にＳＵＳ等からなる鍔
（３１）付きの短筒状継手パイプ（３０）を、両アルミ
ニウムパイプ（４１）（４２）の端面が鍔部（３１）に
当接するまで挿入し、該継手パイプ（３０）を介在した
状態で溶接を行う必要があった。このため、継手パイプ
（３０）が必要でコスト高になり、しかも接合品のパイ
プ内部に継手パイプ（３０）が残存するから、パイプ内
を流体が通過するような場合には通過障害となるという
欠点があった。

【０００６】一方また、ガスろう付法では次のような欠
点があった。即ち、アルミニウム材をろう付する場合、
ろう材の融点よりも高く母材の融点よりも低い温度に加
熱する必要があるが、ろう材の融点と母材の融点とが接
近しているため、ろう付加熱温度の許容範囲は約４０℃
程度と極めて狭い。しかるに、ガスろう付法では、ガス
輻射熱の影響からろう付温度を上記温度範囲に納めるの
が容易でないうえ均一加熱が難しく、従って良好なろう
付を行うためには熟練を要求されるという欠点があっ
た。

【０００７】そこで、本出願人は、アルミニウムパイプ
を高周波誘導加熱によりろう付する方法を提案した（特
開平５−２６１５２６号）。

【０００８】このような高周波誘導加熱方式によれば、
ろう付部を所定温度に温度むらなく均一に加熱すること
ができるため、ティグ溶接やガスろう付の場合に見られ
るような問題をなくすことができた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな高周波ろう付により、アルミニウムパイプ同士をろ
う付した場合、特に一方のアルミニウムパイプの先端部
を他方のアルミニウムパイプに形成した拡径状ソケット
部に挿入するとともに、ソケット部またはその近傍を高
周波加熱して、一方のパイプ先端部外周面と他方のパイ
プソケット部内周面との隙間にろう材を溶融充填したよ
うな場合に、加熱後の冷却工程でソケット部にクラック
が生じることがあるというような新たな問題が発生し
た。

【００１０】この発明は、かかる技術的背景に鑑みてな
されたものであって、一方のアルミニウムパイプの先端
部を他方のアルミニウムパイプの拡径状ソケット部に挿
入して高周波ろう付した場合に、ソケット部にクラック
を生じることなく両パイプを確実にかつ良好に接合でき
るアルミニウムパイプの高周波ろう付方法の提供を課題
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題は、一方のアル
ミニウムパイプの先端部を他方のアルミニウムパイプの
拡径状ソケット部に挿入して、両パイプを高周波ろう付
するに際し、前記ソケット部の内周面と該ソケット部に
挿入されるパイプ先端部の外周面との間にろう材充填用
の隙間が存在する態様で、かつソケット部の内底面とパ
イプ端面との間にクラック防止用の隙間が存在する態様
で、一方のパイプ先端部を他方のパイプソケット部に挿
入し、この状態でソケット部またはその近傍を高周波加
熱して、ろう材充填用の隙間にろう材を溶融充填するこ
とにより、パイプ先端部とソケット部とを接合すること
を特徴とするアルミニウムパイプの高周波ろう付方法に
よって達成される。

【００１２】このような方法では、クラック防止用の隙
間の存在により、ソケット部のクラックの発生が防止さ
れる。また、ろう材充填用の隙間にろう材が十分に流れ
込んで両パイプのろう付接合が達成される。

【００１３】この場合、クラック防止用の隙間の大きさ
は、ソケット部に挿入されるパイプ先端部の外径の１０
％以上に設定されるのが、クラックの防止効果をより確
実に発揮させ得る点で望ましい。

【００１４】また、パイプ先端部の外周面にリング状ろ
う材を圧接状態に嵌め込むとともに、該リング状ろう材
がソケット部の開口部に当接するまで、パイプの挿入側
端部をソケット部に挿入することにより、クラック防止
用の隙間を確保するものとなされている場合には、ろう
材が位置決め用として機能し、クラック防止用の隙間が
自動的に精度良く確保される。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、この発明の一実施形態を図
１〜４を参照しつつ説明する。

【００１６】図１において、（１）（２）は接合される
べき断面円形の同径のアルミニウムパイプであり、一方
のアルミニウムパイプ（１）の端部と他方のアルミニウ
ムパイプ（２）の端部ソケット部（２１）とが接合され
るものとなされている。

【００１７】前記ソケット部（２１）は、一方のアルミ
ニウムパイプ（１）の端部を挿入状態に保持するもので
あり、アルミニウムパイプ（２）の本体部分よりも拡径
されて、挿入されるアルミニウムパイプ（１）の端部の
外径よりも大きな内径を有している。従って、ソケット
部（２１）にアルミニウムパイプ（１）の端部を挿入し
た状態において、図２のように、内側パイプ（１）の外
周面と外側パイプ（２）のソケット部（２１）の内周面
との間にはろう材（３）の浸透充填用の隙間（４）が生
じるが、この隙間（４）の大きさＬ１は０．１〜０．３
ｍｍに設定するのが好ましい。隙間Ｌ１が０．１ｍｍ未
満では接合部が加熱オーバーとなり、０．３ｍｍを超え
る場合には加熱不足となり、いずれも良好なろう付を得
ることができない。

【００１８】また、ソケット部（２１）の先端開口部は
さらにラッパ状に拡径されてフレア部（２２）が形成さ
れている。このフレア部（２２）は後述するように、リ
ング状ろう材（３）が当接配置される部位であり、高周
波誘導加熱により溶融したろう材（３）の前記ろう材充
填用隙間（４）への浸透を促進するため、フレア部（２
２）の開き角度（ソケット部の長さ方向に対する角度
θ）は４５〜６０度に設定するのが良い。

【００１９】上記のような２本のアルミニウムパイプ
（１）（２）の高周波ろう付は次のようにして行う。即
ち、挿入側のアルミニウムパイプ（１）の端部に、リン
グ状ろう材（３）を容易に移動しないように圧接状態に
嵌め込む。なお、ろう材（３）としてはＡｌ−Ｓｉ系合
金からなるもの等を用いれば良い。

【００２０】次に、フラックスを塗布したのち、ろう材
を嵌め込んだ上記アルミニウムパイプ（１）の端部を他
方のアルミニウムパイプ（２）のソケット部（２１）に
挿入する。挿入は、図２に示すように、リング状ろう材
（３）がソケット部（２１）のフレア部（２２）に当接
するまで行う。而して、この挿入状態において、挿入側
のアルミニウムパイプ（１）の端面（１ａ）と、ソケッ
ト部（２１）の内底面（２１ａ）つまり図２に破線で示
すように挿入側端面（１ａ）をソケット部（２１）に当
接するまで挿入したときの当接部位（２１ａ）との間
に、隙間（５）を存在させなければならない。この隙間
（５）はソケット部（２１）のクラック防止用として機
能するものであり、隙間（５）が存在しないとソケット
部（２１）にクラックが生じる。その理由は次のように
推測される。

【００２１】即ち、ソケット部（２１）及びその近傍に
おいて両パイプ（１）（２）を高周波誘導加熱した場
合、温度上昇はパイプ（１）のソケット部に挿入されて
いない部分及びパイプ（２）のソケット部（２１）にお
いて著しく、ソケット部（２１）に嵌め込まれている部
分の温度上昇は小さい。このため、ソケット部（２１）
が径大方向に熱膨張して両パイプ（１）（２）間のろう
材充填用隙間（４）が広がり、溶融したリング状ろう材
（３）が該隙間（４）に多量に浸透する。加熱終了後、
ソケット部（２１）は冷却されてろう材充填用隙間
（４）が徐々に狭まるとともに、該隙間（４）に充填さ
れたろう材（３）も徐々に固化するが、ソケット部（２
１）に挿入されたアルミニウムパイプ（１）の端面（１
ａ）がソケット部（２１）の内底面（２１ａ）に当接し
ているとこの部分においてろう材充填用隙間（４）が閉
塞された状態となり、このため、ろう材充填用隙間
（４）が狭まるにつれてろう材（３）の逃げ場がなくな
り、その結果ソケット部（２１）の内周面には径大方向
への圧力が作用するようになる。そして、冷却の進行と
ともに該圧力が増大し、やがてはこれに耐え切れずソケ
ット部（２１）にクラックが生じるものと推測される。
これに対し、本願発明のように、ソケット部（２１）に
挿入されたアルミニウムパイプ（１）の端面（１ａ）が
ソケット部（２１）の内底面（２１ａ）に当接せず、端
面（１ａ）と内底面（２１ａ）との間に隙間（５）が存
在していると、冷却の進行とともにろう材充填用隙間
（４）が徐々に狭まっても、該隙間（４）に充填された
ろう材（３）は端面（１ａ）と内底面（２１ａ）の間の
隙間（５）を通って逃げる。このため、ソケット部（２
１）の内周面には拡径方向の大きな圧力が作用せず、完
全冷却後もソケット部（２１）にクラックは生じないも
のと推測される。

【００２２】このように、ソケット部（２１）に挿入さ
れたパイプ（１）の端面（１ａ）とソケット部（２１）
の内底面（２１ａ）との間の隙間（５）は、クラック防
止用として機能するものであるが、この隙間（５）が小
さすぎるとクラック防止効果にも劣ることから、前記ク
ラック防止用隙間（５）の大きさＬ２は、ソケット部
（２１）に挿入されたアルミニウムパイプ（１）の挿入
端部の外径の１０％以上確保するのが望ましい。このよ
うなソケット部（２１）のクラックは、パイプ（１）
（２）の肉厚が１ｍｍ未満特に０．６ｍｍ以下のような
薄肉である場合に発生しやすく、従ってこの発明はこの
ような薄肉のアルミニウムパイプをろう付する場合に特
に好適である。

【００２３】以上の記載からわかるように、リング状ろ
う材（３）のアルミニウムパイプ（１）における長さ方
向の位置は、一方のアルミニウムパイプ（１）の端部を
他方のアルミニウムパイプ（２）のソケット部（２１）
に挿入して、リング状ろう材（３）がフレア部（２２）
に当接したときに、所定のクラック防止用隙間（５）が
確保されることとなるように設定されている。また、リ
ング状ろう材（３）は圧接状態でパイプ（１）に強嵌さ
れているから、リング状ろう材（３）がフレア部（２
２）に当接するまでソケット部（２１）に挿入しても、
パイプ（１）のそれ以上の挿入が防止され、クラック防
止用隙間（５）が確実に確保される。

【００２４】次に、ソケット部（２１）に挿入した状態
で、ろう材充填用隙間（４）の大きさがパイプ（１）
（２）の周方向において均一になるように固定治具でし
っかりと固定する。ろう材充填用隙間（４）の大きさが
周方向において不均一であると、均一に加熱されず良好
なろう付状態を得ることができない。

【００２５】次に、図３に示すように、接合すべきソケ
ット部（２１）ないしその近傍部位に高周波誘導コイル
（１０）を配置して、両パイプ（１）（２）を高周波誘
導加熱する。高周波誘導加熱方式は、高周波電流を通ず
るコイル内に接合部を置き、アルミニウムパイプ（１）
（２）に発生する渦電流により加熱する方式である。こ
こに、使用コイル（１０）は環状コイルでも勿論良い
が、環状コイルではアルミニウムパイプをコイル内に通
す必要があることから、長尺もののパイプについてはそ
の作業が厄介である。また、環状コイルの一部分を閉じ
合わせ開放可能な左右分割式に構成したものでは、構造
が複雑となる。そこで、好ましくは、構造簡易で長尺パ
イプのろう付も簡単に行うことができかつ加熱効率も良
いコイルとして、図３に示すような馬蹄形コイル（１
０）を採用するのが良い。

【００２６】即ち、図３において（１０）は出力コイル
であり、該コイルは表面をセラミックコーティングによ
り絶縁した銅製の断面円形パイプを正面視逆Ｕ形、側面
視Ｕ形に２ターンにわたって曲成してなるものである。
なお、図示実施例ではコイル（１０）を断面円形パイプ
で構成した場合を示したが、断面角形パイプでも良い。
また、２往復曲成した２ターンのものを示したが、１往
復のみのものや３往復以上にわたって曲成したものであ
っても良い。

【００２７】上記コイル（１０）をそのワーク保持空間
内（１１）にソケット部（２１）及びろう材（３）が位
置するようにセットしたのち、コイル（１０）に高周波
電流を流し、ソケット部（２１）及びその近傍を発熱さ
せる。加熱温度（ろう付温度）は、一般には６００〜６
２０℃程度に設定される。加熱温度が上記のような温度
となるように、接合部の温度を放射温度計（図示せず）
等により監視して温度制御を行いながら、高周波誘導加
熱方式による加熱を行う。加熱によりリング状ろう材
（３）は溶融し、図４に示すように、毛管現象により内
側パイプ（２）と外側ソケット部（２１）との間のろう
材充填用隙間（４）に浸透充填する。

【００２８】加熱終了後においては、ソケット部（２
１）は徐々に冷却し、ろう材充填用隙間（４）に充填し
た溶融ろう材も冷却固化するが、挿入パイプ（１）の端
面（１ａ）とソケット部（２１）の内底面（２１ａ）と
の間のクラック防止用隙間（５）の存在によりソケット
部（２１）のクラックが防止され、両パイプ（１）
（２）が良好に接合される。

【００２９】ちなみに、肉厚０．６ｍｍ、外径８ｍｍの
ＪＩＳ６０６１Ａｌからなる２本のパイプのうち、一方
のパイプ（２）の端部を内径８．４ｍｍに拡管してソケ
ット部（２１）を形成するとともに、ソケット部（２
１）の先端部をさらにラッパ状に拡径してフレア部（２
２）を形成した。フレア部（２２）の開き角度θは５５
度に設定した。

【００３０】一方、挿入されるパイプ（１）の挿入側端
部の所定位置には、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材からなる直径
１．６ｍｍのリング状置きろう材（３）を周面圧接状態
に強嵌した。そして、接合部にフッ化物系フラックスを
塗布したのち、該ろう材（３）が前記ソケット部（２
１）のフレア部（２２）に当接するまでソケット部（２
１）に挿入した。この挿入状態で、挿入側のパイプ端面
（１ａ）とソケット部（２１）の内底面（２１ａ）との
間には２．０ｍｍのクラック防止用隙間（５）を残存さ
せた。

【００３１】そして、内側パイプ（１）の外周面とソケ
ット部（２１）の内周面との間のろう材充填用隙間
（４）（大きさは０．２ｍｍ）が均一になるように両パ
イプ（１）（２）をしっかりと位置決めした。

【００３２】ついで、出力コイル（１０）のワーク保持
空間（１１）内にソケット部（２１）及びろう材（３）
が位置するように、出力コイルをセットした。

【００３３】そして、放射線温度計を用いて接合部の温
度を監視しつつ接合部を高周波誘導加熱した。加熱は、
ろう付温度範囲（６１０℃±１０℃）に対して６２０℃
の温度に設定して行った。

【００３４】ろう付後ろう付部を観察したところ、ソケ
ット部（２１）にクラックは発生しておらず、かつろう
材が充填用隙間（４）に濡れ広がって、極めて良好なろ
う付が行われていた。

【００３５】これに対し、挿入側パイプ（１）の端面
（１ａ）をソケット部（２１）の内底面（２１ａ）に当
接させて、クラック防止用隙間（５）を形成しなかった
以外は上記と同様にしてろう付を行ったところ、ソケッ
ト部（２１）にクラックが発生した。

【００３６】

【発明の効果】この発明に係る高周波ろう付方法は、上
述の次第で、ソケット部の内周面と該ソケット部に挿入
されるパイプ端部の外周面との間にろう材充填用の隙間
が存在する態様で、かつソケット部の内底面とパイプ端
面との間にクラック防止用の隙間が存在する態様で、一
方のパイプの挿入側端部を他方のパイプソケット部に挿
入し、この状態でソケット部またはその近傍を高周波加
熱して、前記ろう材充填用の隙間にろう材を溶融充填す
ることにより、パイプの挿入側端部とソケット部とを接
合するものである。従って、クラック防止用の隙間の存
在により、ソケット部のクラックを防止することができ
るとともに、ろう材充填用の隙間にろう材を十分に流し
込むことができて、強固な接合状態を得ることができ
る。

【００３７】特に、クラック防止用の隙間の大きさが、
ソケット部に挿入されるパイプ先端部の外径の１０％以
上に設定されている場合には、ソケット部のクラック発
生防止効果がより確実なものとすることができる効果が
ある。

【００３８】また、パイプ先端部の外周面にリング状ろ
う材を圧接状態に嵌め込むとともに、該リング状ろう材
がソケット部の開口部に当接するまで、パイプの挿入側
端部をソケット部に挿入することにより、クラック防止
用の隙間を確保するものとなされている場合には、ろう
材を位置決め用として機能させることができるから、ク
ラック防止用の隙間を自動的に精度良く確保でき、パイ
プのろう付作業を効率的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一方のパイプを他方のパイプのソケット部に挿
入する前の状態を示す斜視図である。

【図２】挿入後におけるソケット部の拡大断面図であ
る。

【図３】（イ）はパイプを高周波誘導コイルにセットし
た状態の正面図、（ロ）はコイルのみを（イ）のIII −
III 線にて切断した状態の断面図である。

【図４】ろう付後におけるろう付部の断面拡大図であ
る。

【図５】従来のろう付方法を示すもので（イ）は両パイ
プを組み合わせる前の斜視図、（ロ）は組み合わせ後の
断面図である。

【符号の説明】

１、２…アルミニウムパイプ２１…ソケット部２２…フレア部３…ろう材４…ろう材充填用隙間５…クラック防止用隙間１０…コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方のアルミニウムパイプ（１）の端部
を他方のアルミニウムパイプ（２）の拡径状ソケット部
（２１）に挿入して、両パイプを高周波ろう付するに際
し、前記ソケット部（２１）の内周面と該ソケット部（２
１）に挿入されるパイプ端部の外周面との間にろう材充
填用の隙間（４）が存在する態様で、かつソケット部
（２１）の内底面（２１ａ）とパイプ端面（１ａ）との
間にクラック防止用の隙間（５）が存在する態様で、一
方のパイプ（１）の端部を他方のパイプソケット部（２
１）に挿入し、この状態でソケット部（２１）またはそ
の近傍を高周波加熱して、前記ろう材充填用の隙間
（４）にろう材（３）を溶融充填することにより、両パ
イプ（１）（２）を接合することを特徴とするアルミニ
ウムパイプの高周波ろう付方法。
【請求項２】クラック防止用の隙間（４）の大きさ
が、ソケット部（２１）に挿入されるパイプ（１）の端
部の外径の１０％以上に設定されている請求項１に記載
のアルミニウムパイプの高周波ろう付方法。
【請求項３】パイプ（１）の端部の外周面にリング状
ろう材（３）を圧接状態に嵌め込むとともに、該リング
状ろう材（３）がソケット部（２１）の開口部に当接す
るまで、パイプ（１）の挿入側端部をソケット部（２
１）に挿入することにより、クラック防止用の隙間
（５）を確保するものとなされている請求項１または２
に記載のアルミニウムパイプの高周波ろう付方法。