Refrigerant tube ทุกเส้นใน AC unit ต้อง brazed joint ที่ยึด tube + fitting + heat exchanger — ทุก joint = potential leak point ตลอดอายุการใช้งาน 10-15 ปี · Cu-Cu refrigerant tube brazing เป็น core process ที่กำหนด field reliability + warranty cost ของ HVAC OEM · บทความนี้อธิบายเทคนิค induction brazing สำหรับ Cu-Cu joint ตั้งแต่ tube prep, filler selection, joint gap, ถึง process validation
Refrigerant Line Anatomy — เข้าใจตำแหน่ง Joint
AC system มี refrigerant line 3 ส่วนหลัก:
- Liquid Line (Ø 6-12 mm): condenser → expansion valve · high pressure liquid
- Suction Line (Ø 12-22 mm): evaporator → compressor · low pressure gas
- Discharge Line (Ø 16-28 mm): compressor → condenser · high pressure gas
นอกจากนี้ยังมี heat exchanger header tube (Ø 22-35 mm) ที่ต่อกับ small tube หลายเส้น · ทุก connection point = brazed joint · 1 split AC unit ทั่วไปมี 50-100 brazed joints · VRV / multi-zone system อาจมี 200+ joints
BCuP Filler Metal — ทำไมเป็น Standard สำหรับ Cu-Cu
BCuP (Brazing Copper-Phosphorus, AWS A5.8) คือ filler metal มาตรฐานสำหรับ Cu-Cu joint · จุดเด่นที่ทำให้ใช้ทั่วไปคือ self-fluxing on copper — phosphorus ใน filler reduce CuO film บน Cu surface โดยไม่ต้องใช้ external flux
| Grade | Composition | Melt Range | Use Case |
|---|---|---|---|
| BCuP-2 | Cu 92.7% · P 7.3% | 710-790°C | General Cu-Cu, low cost |
| BCuP-3 | Cu 86% · P 6% · Ag 5% | 645-815°C | Better gap-filling |
| BCuP-5 | Cu 80% · P 5% · Ag 15% | 645-815°C | Vibration / thermal cycle |
| BCuP-7 | Cu 88% · P 6.7% · Ag 5% | 645-770°C | HVAC mass production |
Joint Design — Gap, Length, Geometry
Joint Gap ที่ Braze Temperature
Joint gap ที่อุณหภูมิ braze ต้อง 0.05-0.15 mm (nominal 0.10 mm) เพื่อให้ capillary action ดึง filler เข้าเต็ม gap · ต้องคำนวณ thermal expansion ของ Cu (~1.2% ที่ 700°C) เมื่อกำหนด room-temp fit-up
Joint Length (Overlap)
Lap joint length ทั่วไป = 3-5 × tube wall thickness · สำหรับ wall 0.7 mm tube → overlap 2-3.5 mm minimum · เพิ่ม overlap ไม่ได้เพิ่มความแข็งแรงเสมอ — 5× ทั่วไปคือ optimum
Joint Geometry
- Socket joint: tube + tube ขยาย — common standard
- Lap joint: tube + fitting (elbow, tee, reducer)
- Butt joint: rare — ไม่แนะนำสำหรับ HVAC pressure
Frequency Selection — ทำไม 50-400 kHz
Cu skin depth คำนวณจาก δ = 503√(ρ/μᵣf) · Cu มี μᵣ ≈ 1 (non-magnetic), ρ ≈ 1.7×10⁻⁸ Ω·m ที่ room temp · ที่ braze temperature 700°C ρ Cu สูงขึ้นประมาณ 4× → skin depth สูงขึ้นประมาณ 2×
| Frequency | Skin Depth (Cu @ RT) | Skin Depth (Cu @ 700°C) | Application |
|---|---|---|---|
| 50 kHz | ~0.30 mm | ~0.6 mm | Tube OD >25 mm, wall >1.0 mm |
| 100 kHz | ~0.21 mm | ~0.42 mm | Tube OD 16-25 mm |
| 200 kHz | ~0.15 mm | ~0.30 mm | Tube OD 10-16 mm |
| 400 kHz | ~0.11 mm | ~0.21 mm | Tube OD 6-10 mm, thin wall |
Process Cycle — Step-by-Step
- Tube Prep (offline): cut to length, deburr ID/OD, wipe clean (acetone/IPA)
- Filler Loading: pre-formed BCuP ring slipped onto tube before joint
- Fixture Loading: tube + fitting alignment in jig — gap 0.10 mm consistent
- Pre-Heat (optional): 200-300°C for 1-2 sec — ลด thermal shock
- Braze Heat Ramp: 5-10 sec to braze temperature (700-720°C for BCuP-2/-7)
- Hold + Filler Flow: 3-5 sec at braze temp — capillary action wets gap
- Power Off / Cool-Down: 5-10 sec — controlled to avoid thermal shock
- Inspection: visual fillet check — uniform fillet ทั้ง 360°
- Leak Test: helium mass spec at production sample rate
Recommended Configuration
Configuration ที่ใช้ทั่วไปสำหรับ HVAC OEM Cu-Cu refrigerant brazing — 90% ของ application coverage
Range
per Joint
Achievable
Quality Control — Cpk Validation
Process validation สำหรับ HVAC mass production:
- Pull strength test: destructive — ทุก joint ต้อง fail ใน base material ไม่ใช่ที่ joint
- Helium leak test: non-destructive — sampling rate 100% หรือ statistical based on Cpk
- Cross-section metallography: filler coverage ใน gap, void/porosity check
- Dye penetrant test: sampling for surface defect
- Cpk target: ≥ 1.33 สำหรับ critical refrigerant joint
Troubleshooting — Common Defects
| Defect | Root Cause | Solution |
|---|---|---|
| Filler not flowing | Under-temp · gap too tight · contamination | Increase hold time · check gap · clean tube |
| Excess filler outside | Over-temp · gap too loose | Reduce hold · tighten fixture |
| Porosity in joint | Trapped flux/gas · contamination | Clean tube · controlled cool-down |
| Cu burning (oxidation) | Over-temp · over-time | Reduce ramp/hold · lower power |
| Cracked joint | Thermal shock · constraint | Slower cool-down · review fixture |
SHINRAI Service Offering
- Sample joint trial — ประสานกับ eldec Germany เพื่อทำ trial
- Custom coil design — ออกแบบและผลิตที่ eldec Germany · SHINRAI ประสาน specification
- UNI BRAZE machine sourcing + ประสาน commissioning ร่วมกับทีม eldec
- Joint design + gap control consultation
- Filler metal sourcing (BCuP-2/3/5/7, BAg) ผ่าน eldec-approved supplier
- Helium leak test protocol setup
- Process Cpk validation methodology
- Operator training (3-5 days)
- Recurring coil + spare parts service