Aluminum brazing คือ cornerstone process ของ HVAC coil, automotive radiator, EV cold plate และ aerospace fluid system · process window ที่แคบ (เพียง 30-45°C ระหว่าง filler liquidus กับ base metal solidus) ทำให้การควบคุมอุณหภูมิ ±5°C เป็นเรื่องเด็ดขาด · induction brazing ตอบโจทย์ด้วย localized heating + recipe-based reproducibility · บทความนี้ลงรายละเอียดสำหรับ Brazing Engineer ที่ประเมิน induction vs torch หรือ CAB
Al-Si Filler — เลือกอย่างไรตาม Base Metal
Al-Si filler มี 3 grade หลักที่ใช้ในอุตสาหกรรม — Si content เปลี่ยน melting range และ joint strength:
| Filler | %Si | Solidus / Liquidus | Brazing Temp | Use Case |
|---|---|---|---|---|
| 4047 | 11.0-13.0 | 577 / 582°C | 590-610°C | HVAC tube, automotive radiator, paste |
| 4045 | 9.0-11.0 | 577 / 591°C | 595-615°C | Brazing Sheet (clad on 3003), CAB |
| 4343 | 6.8-8.2 | 577 / 613°C | 600-625°C | Pre-clad sheet (one-side), thin tube |
| 4004 | 9.0-10.5 | 559 / 591°C | 585-605°C | Vacuum brazing (Mg-bearing) |
| 88Al-12Si | ~12.0 | 577 / 580°C | 590-605°C | Eutectic (paste, ring) |
กฎสำคัญ: Brazing temperature ต้องอยู่เหนือ filler liquidus 10-25°C แต่ ต่ำกว่า base metal solidus อย่างน้อย 30°C · 3003 (Al-Mn, solidus 643°C) ทำให้ window 4047 อยู่ที่ 590-610°C — process window แคบกว่า brazing copper (steel filler) ~5 เท่า
Flux Selection — NOCOLOK vs Cesium-Based vs Vacuum
Aluminum brazing ขาด flux ไม่ได้ — เพราะ Al₂O₃ ก่อตัวภายในไมโครวินาทีเมื่อสัมผัสอากาศ และ filler ไม่ wet oxide · ตัวเลือก:
Non-Corrosive Potassium Aluminum Fluoride
มาตรฐาน automotive HVAC + radiator ตั้งแต่ 1980s · ทำลาย oxide film โดยฟอร์ม fluoaluminate complex · residue ไม่ต้องล้าง · ไม่ทำงานกับ alloy ที่ Mg > 0.5% เพราะ MgF₂ block flux action · ใช้ได้กับ 3003, 3005, 6063, 1100
For High-Magnesium Alloys
Cs ทำให้ flux ทำงานได้แม้ Mg ใน base metal ถึง 1.5% · เหมาะกับ aerospace structural brazing และ EV battery housing ที่ alloy เป็น 5xxx series · ต้องการ rinse หลัง brazing เพราะ residue บางครั้ง slight hygroscopic
Mg-Activated Surface Cleaning
Mg ใน filler 4004 (1-2% Mg) ระเหยที่ 580°C → ลด O₂ ใน chamber → ทำงานเสมือน "getter" · ไม่มี residue หลัง brazing · CAPEX สูงมาก (vacuum furnace) แต่ joint quality สูงสุด · ใช้ใน aerospace heat exchanger, gyroscope housing
Joint Design — Clearance, Overlap, Fillet
Capillary action เป็นกลไกหลักที่ดึง filler เข้า joint · ต้องการ clearance ที่ถูกต้องเป๊ะ:
| Parameter | Target | ต่ำเกิน → ปัญหา | สูงเกิน → ปัญหา |
|---|---|---|---|
| Clearance (gap) | 0.05-0.10 mm | Flux เข้าไม่ได้, joint void | Capillary fail, filler หยด |
| Overlap (lap joint) | 3-4× thickness | Stress concentration, fatigue fail | Waste material, distortion risk |
| Fillet radius | ≥ 1.5 mm | Stress crack initiation | — |
| Surface roughness | Ra 0.4-3.2 μm | Filler wet poor, void | Capillary action ลด |
| Fit-up tolerance | ±0.025 mm | — | Gap varies → flux inconsistent |
Induction vs CAB vs Torch — Decision Matrix
เลือก process ตาม volume + joint complexity + cost:
| Criterion | Induction | CAB Furnace | Torch (Manual) |
|---|---|---|---|
| Volume sweet spot | 50-2,000 pcs/hr | 1,500-5,000 pcs/hr | 10-50 pcs/hr |
| CAPEX | 2-8M ฿ | 40-150M ฿ | 0.1-0.5M ฿ |
| Cycle time / joint | 8-30 sec | 180-300 sec (full cycle) | 30-90 sec |
| HAZ size | เล็ก (localized) | ใหญ่ (full part heated) | ปานกลาง |
| Reproducibility | ±2°C, recipe-based | ±5°C (atmosphere) | ±20-50°C (operator) |
| Mixed metal (Al-Cu) | Yes (selective) | No | Yes (skill-dependent) |
| Distortion | ต่ำ | ปานกลาง | ปานกลาง-สูง |
| Best for | EV cold plate, fitting, mixed metal | HVAC coil, radiator | Repair, prototype |
Composite Case — Induction Brazing EV Cooling Tube
EV Battery Coolant Tube — Al-Cu Joint, 6063 + Cu Fitting
Joint ระหว่าง aluminum cooling tube (6063, ø10 mm) กับ copper fitting (C12200) · ใช้ induction brazing เพราะ CAB ไม่ทำงานกับ Cu (NOCOLOK ทำปฏิกิริยา) และ torch reproducibility ต่ำเกินไป · process:
- Coil: Pancake split coil 2-turn · concentrator ที่ joint area · 50-100 kHz
- Heating profile: Pre-heat 350°C (10s) → braze 600°C (12s) → cool air (15s)
- Flux: Cesium-aluminum-fluoride paste (Mg in 6063 ที่ 0.7%)
- Quality: 100% He leak test inline · scrap rate 0.4%
Process Comparison — vs Manual Torch
Aluminum Brazing Joint Design Checklist (PDF)
Clearance / overlap / fillet / surface finish / flux selection / pre-heat — one-page checklist สำหรับ design review + supplier RFQ
Decision Checklist — Induction Brazing เหมาะกับ Application ของคุณไหม
Self-Check: Induction Brazing พร้อมแทน Torch / CAB ไหม?
- Joint geometry ซ้ำกันทุกชิ้น (consistent fit-up) (Yes/No)
- Volume 50-2,000 pcs/hr (sweet spot induction) (Yes/No)
- มี mixed-metal joint (Al-Cu, Al-stainless) (Yes/No)
- ต้องการ distortion ต่ำ (precision component) (Yes/No)
- Reproducibility สำคัญ — leak rate ≤ 1×10⁻⁶ mbar·L/s (Yes/No)
- มี electrical capacity ≥ 30-100 kW (3-phase) (Yes/No)
Yes 3-4 ข้อ: Pilot induction cell + benchmark vs current process
Yes ≤ 2 ข้อ: Torch / CAB เหมาะกว่า · ทบทวนเมื่อ volume หรือ leak spec เปลี่ยน
3 ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยใน Induction Brazing
- เลือก filler โดยไม่ดู Mg ใน base metal — ใช้ NOCOLOK กับ 5052 → flux ไม่ทำงาน → joint void · แก้: 5xxx high-Mg ใช้ cesium flux หรือ vacuum 4004
- Coil design ไม่ตรง joint geometry — solenoid wrap-around joint round → ไม่ uniform · แก้: pancake/split coil สำหรับ planar joint, hairpin สำหรับ tube-to-fitting, ใส่ concentrator ที่ critical area
- Pyrometer reading filler reflective — Al-Si liquidus ผิวมัน → emissivity ต่ำ + variable · pyrometer alone ผิด 30-80°C · แก้: ใช้ embedded TC ใน calibration part + dual-wavelength pyrometer · บทความ #11 อธิบาย pyrometry เต็ม
สรุป — Brazing คือ Joint Design + Filler + Process รวมกัน
Aluminum induction brazing ไม่ใช่ "Aluminum + ความร้อน" — แต่เป็น 3 mutually-dependent variables: (1) base metal alloy + Mg content (2) filler chemistry + temperature window (3) flux selection + atmosphere · ผิดที่ตัวใดตัวหนึ่ง = joint fail · ใช้ induction มี advantage หลักใน:
- Volume sweet spot 50-2,000 pcs/hr ที่ CAB ลงทุนไม่คุ้ม
- Mixed-metal joint (Al-Cu EV battery, Al-stainless fuel line)
- Precision component ที่ต้องการ HAZ ต่ำ + distortion ต่ำ
- Recipe-based reproducibility ที่ leak rate critical
บทความถัดไป (#08) ลงรายละเอียด EV battery cold plate brazing — leak rate ≤ 5×10⁻⁹ mbar·L/s, throughput target, automation strategy · บทความ #11 ลึก pyrometry ที่ aluminum brazing ต้องใช้
