铝合金制连接器以及热交换器连接用配管部件的制作方法

本发明涉及用于将配管部件与热交换器连接的铝合金制连接器以及具备该连接器的热交换器连接用配管部件及它们的制造方法。
背景技术：
：自以往开始，已知用于将配管部件与热交换器连接的连接器使用具有牺牲阳极特性的铝合金。例如，在专利文献1中，记载了一种用于将配管部件与热交换器连接的连接器用铝合金挤压材料，含有si：0.2～0.8％(质量％，以下相同)，mg：0.45～0.9％，zn：1.0～3.5％，ti：0.001～0.2％，剩余部分由al和不可避免杂质构成，挤压特性以及牺牲阳极特性优良。另外，在专利文献2中记载了一种连接器用铝压铸合金，按照质量％，zn：2～10％和si：2～7％为必须元素，并且含有fe：0.5～1.5％和/或mn：0.1～1.5％，剩余部分由al以及不可避免杂质构成。作为将所述连接器与配管部件连接的方法，在以往使用了钎焊。但是，钎焊尽管接合可靠性高但接合成本也高，因此近来为了抑制接合成本，机械性敛缝接合逐渐取代钎焊而成为主流(专利文献1、2)。专利文献1：日本专利第5635806号公报专利文献2：日本特开2007-92113号公报技术实现要素：但是，在将连接器敛缝接合的配管部件中，在耐腐蚀性试验中，确认到在将相同材质的连接器和配管部件钎焊的情况下不会成为问题的配管部件腐蚀。热交换器中配管部件的腐蚀与贯穿孔或者接缝的形成有关，有可能引起在配管内流动的流体的泄露，需要避免。因此，本发明的课题在于，提供一种铝合金制连接器以及具备该连接器的热交换器连接用配管部件及它们的制造方法，即便连接器在与配管部件敛缝接合的情况下，也能够对想要区域进行防腐。本发明人调查讨论将连接器敛缝接合的配管部件中腐蚀的产生原因之后，发现：形成连接器的铝合金中zn含量和通过该连接器的接合来防腐的区域的面积(或者要被防腐的部位距该连接器的距离)之间存在相关关系；该要被防腐的面积或者距离不是由距离连接器的单纯距离决定，而是由距离连接器和配管部件相接触的部位的距离决定；以及在敛缝接合的情况下，因为连接器与配管部件的接触方式接近点接触，因此与钎焊相比要被防腐的面积或者距离较小。从而，基于该发现，得到根据配管部件中连接器的接合位置来使铝合金中zn含量最优化，由此就能够解决所述课题，从而完成了本发明。即，本发明为了解决上述课题，采用了以下的方案。(1)一种用于将配管部件与热交换器连接的铝合金制连接器，其特征在于，该连接器相对于与外径对应的半径为r(mm)的al-mg-si系铝合金制的配管部件，被敛缝接合在自该配管部件中要求防腐的区域的长度方向端部离开距离x(mm)的位置，所述连接器是铝合金挤压材料，含有si：0.2～0.8％(质量％，以下相同)，mg：0.45～0.9％，zn：xzn％，ti：0.001～0.2％，剩余部分由al和不可避免杂质构成，所述xzn满足以下的关系式：{(x2+2r2)1/2+34}/38≤xzn≤2.0。(2)一种用于将配管部件与热交换器连接的铝合金制连接器，其特征在于，该连接器相对于与外径对应的半径为r(mm)的al-mn系铝合金制的配管部件，被敛缝接合在自该配管部件中要求防腐的区域的长度方向端部离开距离x(mm)的位置，所述连接器是铝合金挤压材料，含有si：0.2～0.8％(质量％，以下相同)，mg：0.45～0.9％，zn：xzn％，ti：0.001～0.2％，剩余部分由al和不可避免杂质构成，所述xzn满足以下的关系式：{(x2+2r2)1/2+16}/24≤xzn≤2.0。(3)一种热交换器连接用配管部件，其特征在于，该配管部件是与外径对应的半径为r(mm)的al-mg-si系铝合金制，在自要求防腐的区域的长度方向端部离开距离x(mm)的位置，敛缝接合所述(1)的铝合金制连接器。(4)一种热交换器连接用配管部件，其特征在于，该配管部件是与外径对应的半径为r(mm)的al-mn系铝合金制，在自要求防腐的区域的长度方向端部离开距离x(mm)的位置，敛缝接合所述(2)所记载的铝合金制连接器。此外，为了解决上述课题，也能够采用所述(1)或者所述(2)所记载的铝合金制连接器、或者所述(3)或者所述(4)所记载的热交换器连接用配管部件的制造方法。根据本发明，能够提供一种通过对热交换器连接用配管部件的敛缝接合，来对该配管部件的想要区域进行防腐的铝合金制连接器、以及通过该连接器的敛缝接合来防腐的热交换器连接用配管部件。附图说明图1是本发明的一个实施方式所涉及的连接器的示意图。图2是说明热交换器连接用配管部件中要求防腐的区域的示意图。图3是表示将连接器钎焊于配管部件的情况的接触方式的示意图((a)是从配管部件的轴向观察的图，(b)是立体图)。图4是将连接器敛缝接合于配管部件的情况下表示各部件位置关系的示意图。图5是表示平均防腐距离的算出方法的示意图。附图标记说明10连接器；11方形部；12圆形部；13第一贯穿孔；14第二贯穿孔；20配管部件；21端部；30其他部件。具体实施方式以下，说明本发明的一个实施方式(以下，记载为“本实施方式”)，但是本发明不限于该实施方式。另外，在以下叙述的功能机构中含有推定内容，其正确与否不限制本发明。以下，在本说明书中，只要没有特别说明，“％”是指“质量％”。[连接器用铝合金的组成]本实施方式的连接器通过铝合金的挤压加工制造。因此，作为连接器材料的铝合金，除了要求强度等机械特性或牺牲阳极特性之外，还要求高度挤压特性。本实施方式的铝合金组成是鉴于所述要求而确定的。以下，说明本实施方式的连接器用铝合金的组分元素的添加理由以及添加量。<关于si>si是与mg反应形成mg2si化合物，在热压制成形即挤压成形后的人工时效处理中增大强度，或者与mn或fe一起形成al-mn-si系或者al-fe-mn-si系的细微金属互化物的元素。si的含量是0.2～0.8％。如果含量过少，则上述作用效果可能不充分，如果含量过多，则过度的时效固化有可能会导致高温下的成形性降低、挤压特性降低。<关于mg>mg如上述那样，具有通过与si反应形成mg2si化合物，在挤压成形后的人工时效处理中增大强度，或者在铝母相中发生固溶而通过固溶强化提高强度的效果。mg的含量是0.45～0.9％。如果含量过少，则有可能上述作用效果不充分，如果含量过多，则过度的时效固化会导致高温下的成形性降低、挤压特性降低。<关于zn>zn在本实施方式的连接器用铝合金中承担了特别重要的作用，是具有使连接器的电位相对于对该连接器进行敛缝接合的配管部件较低的效果的元素。zn含量的下限值是由后述公式决定的值，上限值是2.0％。通过使zn含量采用所述范围，能够相对于配管部件所使用的al-mg-si系合金(例如，jis6063合金)或者al-mn系合金(例如，jis3003合金或者jis3004合金)，使连接器的电位变得较低，能够通过牺牲阳极特性来对该配管部件的想要区域进行防腐。若zn含量过少，则有可能无法使连接器用铝合金挤压材料的电位充分低于配管部件，而无法得到充分的牺牲阳极特性。另一方面，如果zn含量过多，则有可能产生晶界腐蚀。此外在考虑了牺牲阳极效果的情况下，优选zn含量在1.5％以上。<关于ti>ti具有对铝合金的铸块组织进行细微化的作用，并且通过固溶强化来提高强度，并且提高耐腐蚀性的功能。ti的含量是0.001～0.2％，更优选是0.01～0.05％。如果含量过少，则有可能上述作用效果不充分，如果含量过多，则有可能粗大金属互化物的形成会导致加工性降低。<不可避免的杂质>不可避免的杂质在对铝合金进行铸造时，从镀层、添加元素合金等各种路径混入。特别地，fe是铝镀层中含得最多的元素，如果超过0.35％，则铸造时形成al-fe-si系结晶物，有可能加工性降低。因此，fe含量为0.35％以下。其他的不可避免杂质单体在0.05％以下，总量在0.15％以下即可，因为对合金特性的影响小，也可以含有。[连接器的形状]本实施方式的连接器10如图1所示，呈前方后圆台型，在方形部11形成用于插入作为固定单元的螺栓的第一贯穿孔13，在圆形部12形成用于插入规定配管部件的第二贯穿孔14。此外，在图1中，作为第二贯穿孔14的形状，示出了在内壁2对凸部相对置的方式形成的形状，但是第二贯穿孔的形状不限于此，也可以是不具有所述凸部的形状。[连接器的制造方法]具有所述形状的连接器能够通过以下的方法制造。<熔化、铸造、均匀化热处理>适当选择连铸连轧法、半连续铸造法(dc铸造法)等通常的熔化铸造法，来铸造在上述组成范围内熔化调整的铝合金金属熔液。接着，对所述铸造出的al合金铸块实施均匀化热处理。作为均匀化热处理的温度，如常法，适当选择在500℃以上但小于融点的温度。<溶体化处理和/或淬火处理>在本实施方式中，能够根据需要来进行溶体化处理和/或淬火处理。当进行溶体化处理和/或淬火处理时，能够充分地固溶粗大的mg2si金属互化物。溶体化处理后，在该粗大mg2si金属互化物没有固溶的情况下，会成为人工时效处理后强度降低的原因。优选所述溶体化处理在500～560℃的温度范围进行。在接着溶体化处理的淬火处理中，如果冷却速度慢，则在晶界上易于析出si、mg2si等。晶界析出物因为易于成为成形时裂纹的起点，所以会成为成形不良的原因。为了确保高的冷却速度，淬火处理优选采用使用了风扇等的空冷或者雾化、喷雾或者浸泡等的水冷，冷却速度在10℃/秒以上。<挤压加工>在如上述那样得到al合金铸块后，对该铸块进行挤压加工，得到目标形状以尺寸的挤压材料(在本实施方式中为连接器)。对al合金铸块的挤压加工能够使用例如多孔挤压法或上模(mandrel)法等方法来进行。[配管部件]作为与所述连接器接合的配管部件，适合使用al-mg-si系合金或者al-mn系合金等铝合金制部件。在al-mg-si系合金中，更加优选jis6063合金(含有si：0.20～0.6％，fe：0.35％以下，cu：0.10％以下，mn：0.10％以下，mg：0.45～0.9％，cr：0.10％以下，zn：0.10％以下，ti：0.10％以下，剩余部分由al和不可避免的杂质构成)，在al-mn系合金中，更加优选jis3003合金(含有si：0.6％以下，fe：0.7％以下，cu：0.05～0.20％，mn：1.0～1.5％，zn：0.10％以下，剩余部分由al和不可避免的杂质构成)或者jis3004合金(含有si：0.30％以下，fe：0.7％以下，cu0.25％以下，mn：1.0～1.5％，mg：0.8～1.3％，zn：0.25％以下，剩余部分由al和不可避免的杂质构成)。对于配管部件形状以及尺寸，根据热交换器的标准适当设定即可。如上述那样，对于所述配管部件应该避免腐蚀。特别地，在与其他部件连接的部分附近，因为由于是与该其他部件接触而施加应力的部位，所以需要避免腐蚀。在本实施方式中，将所述配管部件中需要特别避免腐蚀的部位称为需要防腐的区域。所述需要防腐的区域具体地如图2所示，是指从连接器10的接合部位开始，到与位于端部21侧的其他部件30相接触的部位的区域22(图中的着色部分)。另外，所述需要防腐的区域的长度方向端部是指该需要防腐的区域中与所述连接器10的相反侧(所述其他部件30的一侧)的端部23(参照图2)。[连接器与配管部件的接合方法]当将图1所示所述连接器10敛缝接合于配管部件时，在对所述第二贯穿孔14将所述配管部件插入到规定位置后，通过敛缝所述连接器10来将其固定于配管部件。[铝合金中的zn含量和能够防腐的距离的关系]以往，配管部件能否防腐是仅由连接器和配管部件的电位差，即仅由二者的材质决定的因素，一般认为如果按照连接器的电位相对于配管部件低于某种程度以上的方式来决定二者的材质，则仅仅将连接器与配管部件接合，而无论其接合方法如何均能对所需区域整体进行防腐。但是，如上述那样，确认到即便是使用了相同材质的连接器以及配管部件的情况下，在基于钎焊的接合中不产生腐蚀，而在敛缝接合中会产生腐蚀的情况。本发明人在调查敛缝接合中腐蚀产生的原因中，调查并讨论了连接器的铝合金组成与将该连接器敛缝接合的配管部件有无产生腐蚀之间的关系，发现：在接合zn含量比较少的铝合金制造出的连接器的配管部件中，在自该连接器离开的位置产生腐蚀；和所述zn含量越少，越靠近连接器的位置产生腐蚀。从该事实出发，推定连接器的牺牲阳极特性所及的距离存在极限以及该距离与形成连接器铝合金的zn含量具有正向相关关系。通过进一步详细调查，对于距离连接器的长度方向距离相等的多个部位比较有无腐蚀，在靠近连接器和配管部件的接触部位的位置没有确认到腐蚀，而在从该接触部位离开的位置发现了腐蚀。从该事实出发，推定通过连接器的接合能够防腐的区域不是由距离连接器的单纯距离决定，而是由自连接器与配管部件相接触的部位的距离决定。如现有技术那样，在将连接器钎焊于配管部件的情况下，如图3的(a)所示，连接器10以及配管部件20遍布该配管部件20的全周相接。该情况下，从位于所述配管部件20的外周面上的任意一点到所述连接器10与所述配管部件20的接触部位为止的通过所述配管部件20表面的最短距离r与从该任意一点到该连接器10的最短距离x总是一致的(图3的(b))。因此，只要将从要防腐的部位到所述连接器10的最短距离x设定为该连接器10的牺牲阳极特性所及的距离(以下，记载为“能防腐距离”)以下，就能够对当该部位进行防腐。这样，在所述配管部件20中，为了使要进行防腐的区域整体都受到牺牲阳极特性，在从该区域的长度方向端部到所述连接器10的最短距离x为能防腐距离以下的位置，接合所述连接器10即可。另一方面，如本实施方式那样，在将连接器敛缝接合到配管部件的情况下，如图4所示，连接器10以及配管部件20仅与该连接器10的第二贯穿孔14的一部分相接(在图中，将该接触部分标注为41)。该情况下，从位于所述配管部件20的外周面上的任意一点到所述连接器10与所述配管部件20的接触部位的通过所述配管部件20表面的最短距离r有时大于从该任意一点到该连接器10的最短距离x。因此，即便在将从要防腐的部位到所述连接器10的最短距离x设定为能防腐距离以下的情况下，该连接器10和所述配管部件20的接触部位的通过该配管部件20表面的最短距离r长于能防腐距离的情况下，也无法对当该部位进行防腐，从而会产生腐蚀。这样，在所述配管部件20中，为了使需要防腐的区域整体都受到牺牲阳极特性，从位于该区域的长度方向端部的所有点到所述连接器10与所述配管部件20的接触部位41位置的通过该配管部件20表面的最短距离r全部要在能防腐距离以下的位置接合所述连接器10。[铝合金中zn含量的最优化]如前述那样，为了对配管部件的想要区域进行防腐，使连接器的接合位置最优化在技术上是可能的。但是，在热交换器连接用配管部件中，多数情况下连接器的接合位置以及需要防腐的区域是事先决定的。因此，该情况下为了对配管部件的想要区域进行防腐，基于上述见解，说明使形成连接器的铝合金中zn含量最优化的方法。在将连接器敛缝接合于配管部件的情况下，如图4所示，最低也需要在连接器10和配管部件20对置的2点相接，该接触方式在所述配管部件20的防腐方面最为不利。因此，在该接触方式中，考虑对距离所述连接器10的最短距离x相等的部位中距离该连接器10和所述配管部件20的接触部位41的、通过该配管部件20表面的最短距离r最大的部位42进行防腐。将所述配管部件20的外径所对应的半径设为r(mm)，将从所述连接器10到想要所述防腐的部位42的最短距离设为x(mm)，将从所述接触部位41到想要所述防腐的部位42的、通过所述配管部件20表面的最短距离设为r(mm)，并将该r假定为直线距离的情况下，根据勾股定理，所述r近似表示为：r＝(x2+2r2)1/2(式1)。另一方面，在假定连接器10的能防腐距离y(mm)与铝合金中的zn含量xzn成比例的情况下，该能防腐距离y表示为：y＝axzn+b(其中，a和b为常数)(式2)。在此，所述常数a和b能够通过以下方法计算得到。准备zn含量xzn不同的多个连接器用铝合金材料，并将它们配置在与配管部件具有相同组成并且面积足够大于该合金材料的板材的中央，供给cass试验。试验后，通过图像处理等来测定没有观察到腐蚀区域的面积，算出具有该面积的圆的半径(圆相当半径)。另外，通过同样方法，测定所述连接器用铝合金材料不与所述板材接触的部分的面积，算出具有该面积的圆的半径(圆相当半径)。从而，算出各个所述圆相当半径的差作为平均防腐距离(参照图5)。相对于所述合金材料中的zn含量拟合算出平均防腐距离，通过最小平方法求出近似直线的斜率以及截距，由此来算出常数a和b。为了防腐，从所述接触部位41到想要所述防腐的部位42的通过所述配管部件20表面的最短距离r需要在能防腐距离y以下，因此通过所述(式1)以及(式2)，满足(x2+2r2)1/2≤axzn+b(式3)。对该式进行变形，将用于对从连接器10位于距离x部位进行防腐的铝合金中的zn含量xzn决定为，xzn≥{(x2+2r2)1/2-b}/a(式4)。通过前述方法，通过决定形成连接器10的铝合金的zn含量，不变更连接器10的接合位置，能够使防腐要区域整体受到牺牲阳极特性。【实施例】以下，基于实施例更加具体地说明本实施方式。此外，该实施例至多只是用于说明本实施方式效果的例子，本实施方式以及包含其的本发明的技术范围不受限于该实施例。[决定对jis6063合金的常数a和b](参考例1～3)通过半连续铸造法制作表1所示组成的合金，之后在565℃下进行4个小时的均匀化处理。将该胚料加热到500℃，通过多孔挤压法挤压以挤压速度5m/分挤压，制作图1所示的形状的连接器10。【表1】si(％)mg(％)zn(％)ti(％)fe(％)al参考例10.470.521.00.010.2剩余部分参考例20.490.551.50.010.15剩余部分参考例30.490.552.00.010.16剩余部分将所述各连接器在jis6063合金制板(100mm×100mm×2mm)用树脂制螺栓固定为试验体，对该试验体实施300个小时的cass试验。试验结束后，以上述方法计算各试验体的平均防腐距离，根据该平均防腐距离和连接器合金的zn含量的关系，来计算上述(式4)的常数a和b，得到a＝38，b＝-34。[决定对jis3004合金的常数a和b](参考例4～6)除了将固定连接器的合金板作为jis3004合金制以外，与参考例1～3同样地计算常数a和b。其结果得到a＝24，b＝-16。[能防腐距离的确认](实施例1、2)分别将在上述参考例2、3中制作出的连接器，敛缝接合在自jis6063合金制配管部件(外径20mm)的端部的距离为10mm的位置作为试验体，对该试验体实施300个小时的cass试验。试验结束后，目测观察各试验体，没有确认到配管部件产生腐蚀。(比较例1)除了作为连接器使用了在上述参考例1中制作出的以外与实施例1同样，进行了比较例1所涉及的试验体制作以及耐腐蚀性试验。试验结束后，目测观察试验体，确认到配管部件的端部产生腐蚀。在实施例1、2以及比较例1中，用于对配管部件的端部进行防腐所需的连接器中zn含量根据在上述(式4)以及上述参考例1～3中算出的常数a和b的值，算出为约1.4％。因此，在使用与其相比zn含量多的连接器的实施例1、2中，没有确认到配管部件的腐蚀，与其相对，在使用了与其相比zn含量少的连接器的比较例1中，到配管部件的端部无法防腐，理解为产生了腐蚀。(实施例3、4)除了作为配管部件使用了jis3004合金制的以外与实施例1、2同样，进行了实施例3、4所涉及的试验体制作以及耐腐蚀性试验。试验结束后，目测观察试验体，没有确认到配管部件产生了腐蚀。(比较例2)除了作为连接器使用了在上述参考例1中制作的以外与实施例3同样，进行了比较例2所涉及的试验体制作以及耐腐蚀性试验。试验结束后，目测观察试验体，确认到配管部件的端部产生了腐蚀。在实施例3、4以及比较例2中，为了对配管部件的端部进行防腐所需要的连接器中zn含量根据上述(式4)以及上述参考例4～6中算出的常数a和b的值，算出为约1.4％。因此，在使用了与其相比zn含量多的连接器的实施例3、4中，没有确认到配管部件的腐蚀，与其相对，在使用比zn含量少的连接器的比较例2中，到配管部件的端部无法防腐，理解为产生了腐蚀。根据本发明，当在热交换器连接用配管部件上接合连接器时，即便采用接合成本低的敛缝接合，不变更连接器的接合位置也能够对配管部件的想要区域进行防腐，因此能够降低热交换器连接用配管部件的制造成本同时提高可靠性，在该方面是有用的。当前第1页12