專利名稱：釬焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適合用于由銅或銅合金制作的熱交換器的釬焊方法。
背景技術(shù)：
糊狀釬焊材料適用于通過釬焊整體連接由銅或銅合金制作的部件。如JP-A-2000-197990所述，糊狀釬焊材料通過將高分子聚合體和有機溶劑與由磷(P)、鎳(Ni)、錫(Sn)和銅(Cu)組成的合金粉混合在一起形成。將糊狀釬焊材料預(yù)先施加到要連接的金屬基材(即，銅合金板)的整個表面。此后，將金屬基材在等于或小于700℃溫度的真空或還原氣氛爐中加熱5-10分鐘。
在這種情況下，不使用助熔劑，以便釬焊材料的熔化點變低并降低釬焊材料的成本。
然而，上述釬焊方法只用于釬焊件具有簡單平板形狀的情況。當(dāng)實際機器如熱交換器通過使用釬焊方法連接時，在具有復(fù)雜形狀的金屬基材表面上的氧化膜不能通過利用釬焊材料中的還原氣體和磷(P)充分去除。因此釬焊材料不能平滑流動，因此不能充分連接實際機器的連接件。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的之一在于提供一種金屬基材表面上的氧化膜可以充分去除且釬焊材料可以在金屬基材表面上平滑流動的釬焊方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種金屬基材表面上的氧化膜可以充分去除且釬焊材料可以在金屬基材表面上平滑流動的釬焊結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，釬焊方法為利用釬焊材料通過釬焊連接由銅和銅合金之一作為基材的第一件和第二件。釬焊方法包括步驟將主要由銅(Cu)、錫(Sn)、鎳(Ni)和磷(P)組成的糊狀釬焊材料施加到第一和第二件的至少一個上；在預(yù)定位置臨時組裝第一和第二件；在還原氣氛爐內(nèi)600℃-800℃范圍的溫度時加熱組裝的第一和第二件。此外，在施加糊狀釬焊材料的步驟中，基材在第一和第二件之間的接觸部分露出。因此，基材表面上的氧化膜可以通過還原氣氛爐內(nèi)的還原氣體和釬焊材料中的磷(P)充分去除。因此，在加熱步驟中，由于毛細(xì)管作用，靠近接觸部分的熔化的釬焊材料可以平滑地流進接觸部分，從而使第一和第二件得到滿意的連接。根據(jù)本發(fā)明的釬焊方法可以有效地用于內(nèi)流體流動以與外部的空氣進行熱交換的熱交換器。
在本發(fā)明中，基材可以在第一和第二件之間的整個接觸部分露出。另外，基材也可以在第一和第二件之間的部分接觸部分露出。
例如，糊狀釬焊材料以彼此平行的多行施加到第一件上。此外，第二件具有在組裝過程中第一件插進其中的插入孔，且糊狀釬焊材料施加到將定位在靠近第二件的插入孔一端側(cè)的行中的所述第二件的表面。另外，第二件具有在組裝過程中第一件插進其中的插入孔，且糊狀釬焊材料施加到第二件的插入孔周圍的第二件的表面。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，進行施加和組裝以在第一和第二件之間的接觸部分形成間隙，以便還原氣氛在加熱中在間隙中流動。在此情況下，還原氣氛可以流過間隙以去除基材上的氧化膜。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，釬焊結(jié)構(gòu)包括由銅和銅合金之一作為基材制作的第一件，以及由銅和銅合金之一作為基材制作的第二件。第二件與第一件利用主要由銅(Cu)、錫(Sn)、鎳(Ni)和磷(P)組成的糊狀釬焊材料通過釬焊連接在一起。在釬焊結(jié)構(gòu)中，糊狀釬焊材料施加到第一和第二件的至少一個上，以便第一和第二件的基材在第一和第二件之間的接觸部分上露出。因此，基材表面上的氧化膜可以通過還原氣氛爐內(nèi)的還原氣體和釬焊材料中的磷(P)充分去除。


參照相應(yīng)的附圖進行具體說明將使本發(fā)明其它方面、特征和優(yōu)點變得更加清晰。
圖1是顯示本發(fā)明優(yōu)選實施方式中的散熱器的分解透視圖；圖2是顯示本發(fā)明優(yōu)選實施方式中將釬焊材料的方法施加到管的分解透視圖；圖3是顯示本發(fā)明優(yōu)選實施方式將釬焊材料的方法施加到芯板的分解透視圖；圖4是顯示本發(fā)明優(yōu)選實施方式在管和芯板之間的連接部分的釬焊材料的圓角長度的截面視圖；圖5是顯示本發(fā)明和比較實施例中釬焊材料的圓角長度的圖表；圖6是顯示本發(fā)明優(yōu)選實施方式的改進方式將釬焊材料的方法施加到管的分解透視圖；圖7是顯示本發(fā)明優(yōu)選實施方式的另一改進方式將釬焊材料的方法施加到芯板的分解透視圖；以及圖8是顯示本發(fā)明優(yōu)選實施方式的再一改進方式將釬焊材料的方法施加到管的分解透視圖。
具體實施例方式
在下文中，將參照圖1-5對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行詳細(xì)說明。在此實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的釬焊方法典型地用于冷卻結(jié)構(gòu)機器的發(fā)動機(未示出)的散熱器100(熱交換器)的芯部分110。
如圖1所示，散熱器100設(shè)置有至少一個散熱器單元101(例如，在圖1中的多個散熱器單元101)、頂箱102和底箱103。頂箱102的入口管102a和底箱103的出口管103a分別通過由橡膠制作的軟管(未示出)連接到發(fā)動機。
構(gòu)成散熱器100的部件通過熔焊或使用釬焊材料的釬焊整體連接，其將在后面說明。在散熱器100中，散熱片111由銅制作，而其它件由黃銅制作。
散熱器單元101作為散熱器100的主要部分設(shè)置。每個散熱器單元101包括芯部分110、上箱120和下箱130。在此，散熱器單元101的數(shù)量可以對應(yīng)各種發(fā)動機進行改變。
芯部分110為用于冷卻從發(fā)動機流動的發(fā)動機冷卻水(對應(yīng)本發(fā)明中的內(nèi)部流體)的熱交換部分。芯部分110由散熱片111、管112、側(cè)板113和芯板114構(gòu)成。
散熱片111設(shè)置成將冷卻水的熱量有效地散發(fā)到空氣中。每個散熱片111通過由薄帶板形成以在管112的縱向(圖1中的上下方向)具有波形。
每個管112都通過彎曲薄帶板形成以在其中限制具有平橢圓形截面的冷卻水通道。在管112縱向延伸的彎曲薄帶板的端部分通過熔焊進行連接。散熱片111和管112在對應(yīng)圖1所示左右方向的層疊方向?qū)盈B，以便每個散熱片111都設(shè)置在相鄰管112之間。用于加強芯部分110的側(cè)板113設(shè)置在位于芯部分110中層疊方向最外側(cè)的散熱片111的外側(cè)部分。此外，管112和散熱片111在通過圖1中箭頭表示的冷卻空氣流動方向設(shè)置多行。
通過擠壓和彎曲平板形成的芯板114為具有與上箱120或下箱130的開口部分配合的豎立邊的低盒形。如圖3所示，多個管孔114a設(shè)置在對應(yīng)管112的縱向方向的管端部分112a位置的芯板114中。管端部分112a插進管孔114a以凸進上箱120和下箱130，而管端部分112a的開口如圖4所示在外面變大。
然后，散熱片111、管112、側(cè)板113和芯板114通過釬焊整體連接。
上箱120和下箱130為在面向芯板114側(cè)上具有開口部分的盒形容器，而上、下箱120、130的開口部分與芯板114配合以通過熔焊連接。如圖1所示，分別連通箱120、130的流入管121和流出管131通過釬焊連接到箱120的頂面和箱130的底面。箱120的頂面設(shè)置為相對頂箱102，而箱130的底面設(shè)置為相對底箱103。
在圖1所示的實施例中，散熱器單元101設(shè)置在對應(yīng)散熱片111和管112層疊方向的設(shè)置方向。
頂箱102和底箱103為具有對應(yīng)散熱器單元101的設(shè)置方向(圖1中的左右方向)的縱向方向的長方體形容器。與箱102和103連通的流入管102a和流出管103a分別通過釬焊連接到箱102和103的側(cè)面。
如圖1所示，多個插入孔102b和多個插入孔103b分別設(shè)置在箱102底面和箱103頂面，以分別對應(yīng)將插入到插入孔102b和103b的流入管121和流出管131的設(shè)置位置。頂箱102和底箱103分別通過釬焊連接到上箱120和下箱130。
在散熱器100中，來自發(fā)動機的冷卻水通過流入管102a流進頂箱102，此后通過流入管121流進多個散熱器單元101。當(dāng)在多個管121內(nèi)流動時，冷卻水與將要冷卻的冷卻空氣進行換熱。在此，通過散熱片111提高熱交換。通過流出管131，冷卻水從管112流進底箱103。然后，底箱103中的冷卻水通過流出管103a流到發(fā)動機。
在此實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的釬焊方法適合用于釬焊部件111-114以構(gòu)成芯部分110。
在此實施方式中，使用糊狀釬焊材料10。糊狀釬焊材料10通過將高分子有機粘合劑和由銅(Cu)、錫(Sn)、鎳(Ni)和磷(P)組成的合金粉混合形成。合金粉中的金屬重量比設(shè)定為例如75％的Cu、15％的Sn、5％的Ni和5％的P。在此情況下，釬焊材料10的熔點大約為600℃。
釬焊材料10預(yù)先施加到除散熱片11外的部件112-114。在此實施方式中，例如，釬焊材料10不施加到部件112-114之間的每個接觸部分的整個或部分上，用于在部件112-114之間至少部分或整個接觸部分上露出基材。
如圖2所示，釬焊材料10施加到接觸散熱片11的表面上的管112(例如，本發(fā)明中的第一部件)。在此，釬焊材料10在管112的縱向方向以多行延伸(例如，如圖2所示的2行)施加。波形散熱片111的多個波峰部分和管112在管112和散熱片111之間的接觸部分連接。在圖2中，由管112上雙點劃線環(huán)繞的區(qū)域表示管112和散熱片111之間接觸部分的一部分。在除了施加釬焊材料10的部分外的接觸部分，管112的基材不用釬焊材料10覆蓋，并露在外面。在此實施方式中，釬焊材料10不施加到環(huán)繞管端部分112a的區(qū)域(例如，本發(fā)明中的第一部件)以用于將管端部分112a平滑地插進設(shè)置在芯板114中的管孔114a中。
如圖3所示，釬焊材料10施加到面對管112表面上的芯板114(例如，本發(fā)明中的第二部件)。在此，釬焊材料10設(shè)置為在管112的層疊方向(圖3中的左右方向)延伸，并靠近管孔114a延伸方向的一端部分。在此情況下，芯板114的基材露出在管端部分112a插入的管孔114a的內(nèi)圓周表面。在管112層疊方向延伸的釬焊材料10多行地設(shè)置在垂直于層疊方向的方向。
與管112一樣，釬焊材料10也施加到面向散熱片111表面上的側(cè)板113。此外，釬焊材料10設(shè)置為在側(cè)板113的縱向延伸，在此其沒有通過圖顯示出來。
散熱器100的部件111-114通過在相對位置安裝進行臨時組裝或通過使用固定件如夾具臨時組裝。
此后，臨時組裝的部件111-114在還原氣氛爐中加熱以整體連接。在爐中，管112的縱向方向設(shè)定為設(shè)置在水平方向，而施加到芯板114的釬焊材料10的每行都位于相對管孔114a的上側(cè)、其一端部分靠近所述行。例如，氫(H2)在爐中作為還原氣體使用，而組裝的部件111-114在600℃-800℃加熱大約19分鐘。
因此，當(dāng)基材在部件111-114之間的接觸部分露出時，在基材表面上的氧化膜可以通過釬焊材料10中的磷(P)和還原氣體充分去除。因此，在接觸部分周圍的熔化釬焊材料10基于毛細(xì)管作用可以平滑地流到接觸部分，從而使部件111-114可以滿意地得到連接。根據(jù)本發(fā)明的釬焊方法對于散熱器單元101特別有效，其中冷卻水需要在管112和芯板114之間的接觸部分進行充分地密封。
根據(jù)本申請的發(fā)明者進行的試驗，在本發(fā)明中說明的釬焊方法可以用于整體連接實際的熱交換器。在此情況下，散熱片111和管112之間的連接區(qū)域與釬焊材料施加到基材的整個表面上的比較實施例相比增加大約50％。
此外，在比較實施例中，在管端部分112a和管孔114a之間接近接觸部分的40％時，釬焊材料不能平滑地在周圍流動。因此，管112和芯板114不能充分地連接，且冷卻水可能泄露。根據(jù)本發(fā)明的釬焊方法，釬焊材料不能平滑地在周圍流動的接觸部分可以降低到大約1％-2％。
釬焊材料10的圓角長度L為在圖4所示的管端部分112a和管孔114a之間的接觸部分的位置。圖4顯示了在管孔114a的延長方向或管孔114a的短方向的管孔114a的接近中心的接觸部分的截面視圖。除了釬焊材料不能平滑地在周圍流動的情況外，本發(fā)明的圓角長度L與比較實施例的圓角長度在接觸部分的50個位置進行比較，其中在管孔114a的延長方向或管孔114a的短方向的接近中心的每個截面中。如圖5所示，當(dāng)芯板114的厚度為2mm時，根據(jù)本發(fā)明，釬焊材料10的圓角長度L可以保持等于或大于2mm，以便可以限制結(jié)構(gòu)的差異。此外，在管孔114a截面中整個一百個位置中，圓角長度L的平均值與比較實施例的圓角長度相比可以增加10％。
在比較實施例中，釬焊材料10施加到每個連接件(例如，管112和芯板114)的整個表面。根據(jù)本發(fā)明，釬焊材料10施加到每個連接件的部分表面，以便基材在連接件之間的至少接觸部分的一部分露出。因此，使用的釬焊材料10的量在本發(fā)明中減少。例如，施加到管112的釬焊材料10在比較實施例中至少為200g/m2。然而，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)施加到管112時，150g/m2的釬焊材料10就足夠了。
在此實施方式中，釬焊材料10不施加到管端部分112a周圍的區(qū)域。因此，可以在管端部分112a和芯板114之間的接觸部分形成間隙，以便還原氣體可以流過間隙以去除基材上的氧化膜。
(其它實施方式)雖然本發(fā)明已經(jīng)參照相應(yīng)的附圖充分說明了其優(yōu)選實施方式，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可以很容易做出各種改變和變更。
例如，如上述圖2的說明，當(dāng)釬焊材料10施加到管112時，釬焊材料10以多行設(shè)置，每行都沿管112的縱向延伸。然而，本發(fā)明不局限于此。如圖6所示，釬焊材料10也可以以多行設(shè)置，每行都在管112的平橢圓形截面的主方向延伸。此外，相鄰行之間的距離設(shè)定為不同于波形散熱片111的相鄰波峰部分之間的距離。
此外，當(dāng)釬焊材料10施加到芯板114時，釬焊材料10也可以如圖7所示環(huán)繞管孔114a設(shè)置。此外，如圖8所示，除了插入管孔114a的部分外，釬焊材料10也可以不施加到芯板114，而是靠近管112的管端部分112a施加。
此外，在上述實施方式中，氫用作還原氣體。一氧化碳(CO)等也可以用作還原氣體。
此外，根據(jù)上述實施方式，釬焊方法適合用于結(jié)構(gòu)機器的散熱器100。釬焊方法也適合用于汽車或房屋的散熱器100。此外，除散熱器100外，釬焊方法還適合用于其它熱交換器如內(nèi)冷卻器、冷凝器或加熱芯。
應(yīng)該理解，此改變和變更不會脫離由權(quán)利要求所限定的發(fā)明保護范圍和主題精神，本發(fā)明的保護范圍由權(quán)利要求及其等同物的范圍所限定。
權(quán)利要求
1.一種利用釬焊材料通過釬焊連接由銅和銅合金之一作為基材的第一件(112)和第二件(114)的釬焊方法，包括步驟將主要由銅(Cu)、錫(Sn)、鎳(Ni)和磷(P)組成的糊狀釬焊材料(10)施加到第一件(112)和第二件(114)的至少一個上；在預(yù)定的位置臨時組裝第一件(112)和第二件(114)；以及在還原氣氛爐內(nèi)600℃-800℃范圍的溫度時加熱組裝的第一件(112)和第二件(114)，其中在糊狀釬焊材料(10)的施加步驟中，基材在第一件(112)和第二件(114)之間的接觸部分露出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釬焊方法，其特征在于基材在第一件(112)和第二件(114)之間的整個接觸部分露出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釬焊方法，其特征在于基材在第一件(112)和第二件(114)之間的接觸部分的一部分露出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任何一項所述的釬焊方法，其特征在于組裝第一件(112)和第二件(114)以構(gòu)成內(nèi)部流體流動的熱交換器(100)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釬焊方法，其特征在于糊狀釬焊材料(10)以彼此平行的多行施加到第一件(112)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的釬焊方法，其特征在于第二件(114)具有用于在組裝過程中第一件(112)插進其中的插入孔(114a)；以及糊狀釬焊材料(10)施加到將定位在靠近第二件(114)的插入孔(114a)一端側(cè)的行中的所述第二件(114)的表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的釬焊方法，其特征在于第二件(114)具有用于在組裝過程中第一件(112)插進其中的插入孔(114a)；以及糊狀釬焊材料(10)施加到第二件(114)的插入孔(114a)周圍的所述第二件(112)的表面。
8.一種利用釬焊材料通過釬焊連接由銅和銅合金之一作為基材的第一件(112)和第二件(114)的釬焊方法，包括步驟將主要由銅(Cu)、錫(Sn)、鎳(Ni)和磷(P)組成的糊狀釬焊材料(10)施加到第一件(112)和第二件(114)的至少一個上；在預(yù)定的位置臨時組裝第一件(112)和第二件(114)；以及在提供還原氣體的還原氣氛爐內(nèi)600℃-800℃范圍的溫度時加熱組裝的第一件(112)和第二件(114)，其中進行施加和組裝以在第一(112)和第二件(114)之間的接觸部分形成間隙，以便還原氣氛在加熱過程中在間隙中流動。
9.一種釬焊結(jié)構(gòu)，包括由銅和銅合金之一作為基材制作的第一件(112)；以及由銅和銅合金之一作為基材制作的第二件(114)，所述第二件(114)與第一件(112)利用主要由銅(Cu)、錫(Sn)、鎳(Ni)和磷(P)組成的糊狀釬焊材料(10)通過釬焊連接在一起，其中糊狀釬焊材料(10)施加到第一件(112)和第二件(114)的至少一個上，以便第一件(112)和第二件(114)的基材在第一件(112)和第二件(114)之間的接觸部分上露出。
全文摘要
為了實現(xiàn)通過釬焊整體連接由銅或銅合金制作的第一件(112)和第二件(114)，主要由銅(Cu)、錫(Sn)、鎳(Ni)和磷(P)組成的糊狀釬焊材料(10)預(yù)先施加到第一件(112)和第二件(114)的至少一個上?；脑诘谝患?112)和第二件(114)之間的整個或部分接觸部分露出。此后，第一件(112)和第二件(114)在預(yù)定位置組裝，并在還原氣氛爐內(nèi)600℃－800℃的范圍溫度內(nèi)加熱。通過釬焊方法，可以有效地去除基材表面上的氧化膜，以便糊狀釬焊材料(10)可以平滑地在接觸部分的表面上流動。
文檔編號B23K1/19GK1608779SQ20041008529
公開日2005年4月27日 申請日期2004年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月16日
發(fā)明者垂井裕干, 高橋昌史, 新保胤治, 小野內(nèi)弘治, 小川洋 申請人:株式會社電裝