Löttechniken in der Automobilbranche

Grundlagen des Hartlötens: Hartlöten in sechs Schritten

Wichtigkeit ordentlichen Hartlötens

Hartlöten ist ideal dafür geeignet, ungleiche Metalle zu verbinden, und wird bei recht niedrigen Temperaturen durchgeführt. Wir sind der Meinung, dass eine hartgelötete Verbindung „sich selbst herstellt“, oder dass die Kapillarwirkung mehr zur Verteilung des Füllmetalls in der Verbindung beiträgt, als die Fähigkeiten des Löters. Aber auch eine ordentlich entwickelte Verbindung kann sich als nicht perfekt herausstellen, wenn nicht die richtigen Hartlöt-Verfahren verwendet werden. Dazu gehören die sechs Grundlagenschritte des Hartlötens.

Es gibt sechs Grundlagen des Hartlötens, die jeder Löter einhalten sollte, um eine einheitliche und wiederholbare Verbindungsqualität, Stärke, Hermetik und Zuverlässigkeit sicherzustellen. Diese Grundlagen sind in der Regel nicht schwer durchzuführen (einige dauern nur wenige Sekunden), aber keine sollte ausgelassen werden, wenn Sie stabile, starke und gut aussehende Verbindungen herstellen möchten.

Der Einfachheit halber besprechen wir diese sechs Schritte hauptsächlich im Rahmen des „manuellen Hartlötens“, dass heißt, Hartlöten mit Lötlampe und Füllermetall in den Händen. Aber alles, was über manuelles Hartlöten gesagt wurde, trifft auch für die Massenproduktion zu. Es müssen die selben Verfahrensschritte eingehalten werden, auch wenn diese manchmal auf unterschiedliche Weise durchgeführt werden.

Weitere Informationen zum Hartlöten finden Sie in diesem Video.

Schritt 1: Gute Passform und ordentlicher Abstand

Beim Hartlöten werden, wie wir gesehen haben, die Grundlagen der Kapillarwirkung genutzt, um das geschmolzene Füllmetall zwischen den Oberflächen der Grundmetalle zu verteilen. Daher sollten Sie während des Hartlötvorgangs darauf achten, dass zwischen den Grundmetallen ein Abstand besteht, damit die Kapillarwirkung voll zum Einsatz kommt. Das bedeutet in beinahe allen Fällen ein kleiner Abstand.

Die folgende Tabelle basiert auf dem Hartlöten von Stoßfugen bei Edelstahl mit Hilfe von Easy-Flo®-Füllmetall. Es zeigt, wie die Zugfestigkeit der hartgelöteten Verbindung mit der Größe des Abstands zwischen den zusammenzufügenden Bauteilen schwankt.

Verbindungsstärke auf ZugfestigkeitBeachten Sie bitte, dass die beste Verbindung (135.000 psi/930,8 MPa) erreicht wird, wenn der Abstand 0,0015” (0,038 mm) beträgt

Wenn der Abstand kleiner ist, kann sich das Füllmetall nicht so gut auf der gesamten Oberfläche verteilen, wodurch die Verbindungsstärke abnimmt.

Umgekehrt, wenn die Lücke zu breit ist, nimmt die Verbindungsstärke beinahe so stark ab, bis sie die Stärke des Füllmetalls erreicht. Die Kapillarwirkung wird ebenfalls reduziert, so dass das Füllmetall möglicherweise nicht die gesamte Verbindung abdeckt, und somit wiederum die Verbindungsstärke verschlechtert.

Der ideale Abstand bei einer Hartlötverbindung im oben stehenden Beispiel ist daher irgendwo im Bereich von 0,0015 Zoll (0,038 mm). Aber im alltäglichen Hartlöten müssen Sie nicht so genau arbeiten, um eine ausreichend starke Verbindung zu erlangen.

Hartgelöteter VerbindungsabstandDie Kapillarwirkung funktioniert auch bei anderen Abständen, so dass Sie etwas Spiel haben. Sehen Sie sich die Tabelle erneut an, dann werden Sie sehen, dass sehen, dass die Abstände zwischen 0,001 Zoll und 0,005 Zoll schwanken (0,025 mm bis 0,127 mm) und dennoch Verbindungen mit einer Stärke von 100.000 psi (689,5 MPa) erzeugen.

Wenn Sie zwei flache Bauteile miteinander verbinden, können Sie sie einfach aufeinander stellen.

Der Abstand bei Kontakt Metall zu Metall reicht in der Regel aus, da die durchschnittlichen „werksfertigen“ Metalle ausreichend Oberflächenrauheit besitzen, um Kapillarpfade für den Fluss des geschmolzenen Füllmetalls zu schaffen. (Äußerst polierte Oberflächen schränken hingegen in der Regel den Fluss des Füllmetalls ein.)

Abstand beim HartlötenAllerdings gibt es einen weiteren Faktor, den Sie bei der Planung Ihrer Verbindungsabstände sorgfältig planen sollten. Hartgelötete Verbindungen werden bei Löttemperaturen, nicht bei Zimmertemperatur hergestellt. Deshalb müssen Sie den „Koeffizienten der thermalen Ausdehnung“ der zu verbindenden Metalle berücksichtigen. Dies trifft vor allem bei röhrenförmigen Baugruppen zu, in denen voneinander abweichende Metalle verbunden werden.

Nehmen wir beispielsweise an, Sie hartlöten eine Messingbuchse auf eine Stahlhülse. Messing weitet sich bei Erwärmung mehr aus, als Stahl. Wenn Sie die Bauteile also so anlegen, dass sie bei bei Zimmertemperatur einen Abstand von 0,002-0,003 Zoll (0,051-0,076 mm) haben, ist die Lücke vollständig geschlossen, wenn die Löttemperatur erreicht ist! Die Antwort? Lassen Sie einen größeren Anfangsabstand zu, so dass die Lücke bei Erreichen der Löttemperatur etwa 0,002-0,003 Zoll (0,051-0,076 mm) beträgt.

Das gleiche gilt natürlich auch umgekehrt. Falls das äußere Bauteil aus Messing besteht und das innere Bauteil aus Stahl, können Sie praktisch mit einer leichten Druckanpassung bei Zimmertemperatur beginnen. Sobald Sie die Löttemperatur erreichen, sorgt die immer raschere Ausweitung des Messings für den richtigen Abstand.

Wie viel Spiel sollten Sie für Ausweitung und Zusammenziehen einplanen?

Das hängt von der Art und der Größen der Metalle zusammen, die miteinander verbunden werden, sowie von der Konfiguration der Verbindung selbst. Obwohl es viele Variablen gibt, die beim genauen Abstand der einzelnen Situationen zu berücksichtigen sind, sollten Sie die Prinzipien beachten – unterschiedliche Metalle weiten sich beim Erwärmen unterschiedlich stark aus. Um Ihnen bei der Planung angemessener Abstände beim Hartlöten von unterschiedlichen Metallen zu helfen, stellt die Tabelle auf der gegenüberliegenden Seite den Wärmeausdehnungskoeffizienten für zahlreiche Metalle und Legierungen dar.

Vergleich von Metallen: Wärmeausdehnungskoeffizient

Wärmeausdehnung

Angemessener Abstand der Verbindung

Es gibt nur zwei Grundtypen - die Stumpfnaht und die Überlappnaht. Alles andere sind nur Variationen dieser beiden Verbindungen. Schauen wir uns zuerst die Stumpfnaht an, sowohl für flache als auch für röhrenförmige Bauteile.

Aufbau von Stumpfnahtverbindungen

Wie Sie sehen können, haben Stumpfnahtverbindungen den Vorteil einer gleichmäßigen Stärke der Verbindung. Die Vorbereitung dieser Art von Verbindung ist in der Regel einfach und die Verbindung verfügt für die meisten Anwendungen ausreichend über ausreichende Zugfestigkeit. Allerdings ist die Stärke der Stumpfnahtverbindung beschränkt. Sie hängt von der Größe der Verbindungsoberfläche zusammen und bei einer Stumpfnaht kann der Verbindungsbereich nicht größer sein, als der Querschnitt des dünneren Bauteils.

 

 

Aufbau von Überlappnähten

Das erste was auffällt ist, dass der Verbindungsbereich der Überlappnaht bei einer bestimmten Stärke des Grundmetalls größer ist, als dies in der Regel bei der Stumpfstoßnaht der Fall ist. Durch den größeren Verbindungsbereich kann eine Überlappnaht in der Regel größere Lasten tragen.

Die Überlappnaht verdoppelt die Stärke der Verbindung, aber in vielen Anwendungen (Rohrverbindungen beispielsweise) wird diese Verstärkung der Verbindung bevorzugt. Es reicht in der Regel aus, ein flaches Bauteil auf ein anderes zu lesen, um einen gleichmäßigen Abstand zwischen den Bauteilen zu erhalten. In röhrenförmigen Verbindungen können Sie eine Röhre in die andere stecken, um eine für den Hartlötvorgang ausreichende Ausrichtung zu erhalten. Stellen wir uns jedoch vor, Sie möchten eine Verbindung herstellen, welche die Vorteile beider Arten genießt; einfache Stärke an der Verbindung, kombiniert mit maximaler Zugkraft. Dies erreichen Sie, indem Sie die Verbindung als Stumpf-Überlappnaht anlegen.

Fazit

Es stimmt, die Stumpf-Überlappnaht braucht in der Regel etwas mehr Vorbereitungsaufwand als eine einfache Stumpfnaht oder eine Überlappnaht, aber diese Mehrarbeit zahlt sich häufig aus. Sie erhalten dann eine Naht einfacher Dicke mit maximaler Stärke. Die Verbindung ist in der Regel selbsttragend, wenn sie für den Hartlötvorgang vorbereitet wird.

Festlegen der richtigen Länge der Naht

Natürlich müssen Sie den Verbindungsbereich einer Stumpfnaht nicht berechnet. Dies ist der Querschnitt des dünneren Teils. Eine gute Daumenregel ist es, wenn die Überlappnaht dreimal so lang ist, wie die Stärke des dünneren Bauteils.

Eine längere Überlappung wäre eine Verschwendung von Füllmetall, ohne dass sich die Verbindungsstärke entsprechend erhöhen würde. Und eine kürzere Überlappung würde der Stärke der Verbindung schaden. Bei den meisten Anwendungen sind Sie sicher, wenn Sie die „Dreierregel“ anwenden. Genauer gesagt, wenn Sie die ungefähre Zugfestigkeit der Grundmaterialien kennen, ist die Überlappungslänge für eine optimale Verbindungsstärke ein einer Silber-Hartlötverbindung wie folgt:

 

Zugfestigkeit des schwächsten Bauteils

Überlappungslänge = Faktor x W

(W = Breite des schwächsten Bauteils)

 

35.000 psi - 241,3 MPa 2 x W
60.000 psi - 413,7 MPa 3 x W
100.000 psi - 689,5 MPa 5 x W
130.000 psi - 896,3 MPa 6 x W
175.000 psi - 1.206,6 MPa 8 x W

 

Festlegung der Überlappungslänge bei Verbindungen

Wenn Sie viele identische Baugruppen hartlöten müssen oder falls die Verbindungsstärke ein wichtiger Faktor ist, kann es nötig sein, die Länge der Überlappung genauer zu bestimmen, um maximale Stärke bei minimalem Aufwand von Lötmaterialien zu erreichen. Die folgende Formel hilft Ihnen dabei, die optimale Überlappungslänge für flache und röhrenförmige Verbindungen zu berechnen.

Flache Verbindungen

X = Länge der Überlappung

T = Zugfestigkeit des schwächsten Bauteils

W = Dicke des schwächsten Bauteils

C = Verbindungsfaktor vor 0,8

L = Gesamtstärke des Füllmetalls der Hartlötung

Röhrenförmige Verbindungen

X = Länge der Überlappung

W = Materialbreite des schwächsten Bauteils

D = Durchmesser der Überlappung

T = Zugfestigkeit des schwächsten Bauteils

C = Verbindungsfaktor vor 0,8

L = Gesamtstärke des Füllmetalls der Hartlötung

Entwickelt, um die Belastung zu verteilen

Wenn Sie eine Hartlötverbindung entwickeln, versuchen Sie dabei natürlich, zumindest die geringstmögliche Stärke für die gegebene Anwendung zu erreichen. Aber bei einigen Verbindungen, ist die maximale mechanische Stärke von größerer Bedeutung. Sie können diese Stärke sicherstellen, indem Sie die Verbindung so entwerfen, dass die Belastung nicht an einer Stelle konzentriert ist, und somit die Verbindung schwächt.

Verteilen Sie die Belastung

Finden Sie heraus, wo die Belastung am größten ist und verteilen Sie die Belastung auf die stärkeren Bauteile oder verstärken Sie die schwächeren Bauteile. Wenn Sie eine Verbindung auf maximale Stärke auslegen, verwenden Sie statt einer Stoßnaht eine Überlappung, um die Verbindungsfläche zu vergrößern und bauen Sie die Bauteile so, dass sich die Belastung nicht auf einer einzigen Stelle konzentriert. Es gibt eine weitere Technik, die häufig effektiv bei der Hartlötung kleiner Bauteile eingesetzt wird, und mit der die Stärke einer Hartlötverbindung verbessert werden kann. Sie können eine Kehlnaht einführen, welche die Belastung verteilt, indem Sie ganz einfach ein bisschen mehr Füllmetall verwenden als sonst, oder indem Sie eine „zähflüssigere“ Legierung verwenden. In der Regel brauchen und benötigen Sie keine Kehlnaht bei Hartlötverbindungen, da diese nicht wesentlich zur Verbindungsstärke beitragen. Es zahlt sich aus, eine Kehlnaht zu verwenden, wenn Sie die Belastung an der Verbindung verteilen möchten.

Entwurf für Service-Bedingungen

Bei vielen Hartlötverbindungen ist die wichtigste Anforderung die Stärke. Wir haben mehrere Möglichkeiten besprochen, wie Sie eine gute Verbindungsstärke erzeugen können. Aber es gibt häufig andere Anforderungen, welche sich auf den Aufbau der Verbindung oder die Auswahl des Füllmetalls auswirken. Beispielsweise kann es sein, dass Sie eine Hartlötbaugruppe entwickeln müssen, die elektrisch leitfähig ist. Bei einem Silber-Hartlöt-Füllmetall erhöht sich durch den Silberanteil der elektrische Widerstand auf einer ordentlich gelöteten Verbindung kaum. Aber Sie können weiterhin den Widerstand gering halten, indem Sie einen geringen Verbindungsabstand wählen, um die Dicke des Füllmetalls so gering wie möglich zu halten. Darüber hinaus können Sie die Länge der Überlappung verkürzen, wenn die Stärke keine Priorität hat. Statt der üblichen „Dreierregel“, können Sie die Überlappungslänge auf das 1 bis 1/2 fache des Querschnitts des inneren Bauteils verkürzen.

Falls die hartgelötete Verbindung druckdicht gegenüber Gas oder Flüssigkeiten sein muss, so ist eine Überlappungsnaht ein Muss, da sie höheren Druck widersteht, als eine Stoßnaht. Der breitere Verbindungsbereich verringert die Möglichkeit eines Lecks. Eine weitere Überlegung bei der Entwicklung einer dichten Verbindung ist die Entlüftung der Baugruppe. Wenn Sie für eine Entlüftung beim Hartlötverfahren sorgen, können expandierende Luft oder Gase entweichen, wenn das geschmolzene Füllmetall in die Verbindung läuft. Die Entlüftung der Baugruppe verhindert auch, dass Flussmittel in der Verbindung hängenbleibt. Wenn Sie vermeiden, dass Gase oder Flussmittel eingeschlossen werden, sinkt das Potential für undichte Stellen. Falls möglich sollte die Baugruppe selbst-entlüftend sein. Da Flussmittel durch das geschmolzene Füllmetall ausgetauscht werden sollen, das in die Verbindung fließt, sollten keine scharfen Kanten oder Blindlöcher vorhanden sein, in denen sich das Flussmittel ansammeln kann. Die Verbindung sollte so aufgebaut sein, dass das Flussmittel vollständig vom Füllmetall aus der Verbindung gedrängt wird. Falls dies nicht möglich ist, können kleine Löcher in die blinden Stellen gebohrt werden, damit das Flussmittel entweichen kann. Die Verbindung ist fertig, wenn das geschmolzene Füllmetall an der äußeren Oberfläche der gebohrten Löcher erscheint.

Um den Korrosionswiderstand einer Verbindung zu maximieren, sollten Sie ein Hartlöt-Füllmetal auswählen, dass Elemente wie Silber, Gold oder Palladium enthält, Elemente, die sehr korrosionsfest sind. Achten Sie darauf, dass die Verbindungsabstände eng sind und verwenden Sie nur die Mindestmenge an Füllmetall, so dass die fertige Verbindung nur eine dünne Linie Hartlöt-Füllmetall in die Atmosphäre abgegeben wird. Dies sind nur einige Beispiele der Service-Anforderungen, die von Ihrer hartgelöteten Baugruppe möglicherweise verlangt werden. Wie Sie sehen können, müssen sowohl der Verbindungsaufbau sowie das Füllermetall sorgfältig ausgewählt werden.

Wenn Sie eine praktische Demonstration einer guten Passform und eines ordentlichen Abstands sehen möchten, sehen Sie sich dieses Video an.

SCHRITT 2: REINIGUNG DER METALLE

 

Metalle reinigenDie Kapillarwirkung funktioniert nur richtig, wenn die Oberfläche der Metalle sauber sind. Falls sie „verunreinigt“ sind, das heißt mit Öl, Schmierfett, Rost, Schuppen oder einfachem Schmutz überzogen sind, muss dies gesäubert werden. Falls diese Verschmutzungen nicht entfernt werden, bilden sie ein Hindernis zwischen der Oberfläche des Grundmetalls und des Hartlötmaterials. Ein öliges Grundmetall stößt beispielsweise Flussmittel ab, so dass freie Stellen übrig bleiben, die unter dem Einfluss von Hitze oxidieren, was zu Hohlräumen führt. Öl und Schmierfett verschwelen unter dem Einfluss von Hitze, wodurch ein Film entsteht, über den das Füllmetall nicht fließt. Hartlöt-Füllmetall verbindet sich zudem nicht mit rostigen Oberflächen.

Die Reinigung der Metallteile ist meistens nicht sonderlich schwierig, muss aber in der richtigen Reihenfolge durchgeführt werden. Zuerst muss das Öl und Schmierfett entfernt werden, da eine Säurebeizung mit dem Ziel, Rost und Schorf zu entfernen, nicht auf schmierigen Oberflächen funktioniert. (Wenn Sie Rost oder Schorf mit Scheuermittel entfernen möchten, bevor Sie sich um das Öl kümmern, drücken Sie letztlich das Öl und feines Scheuerpulver nur tiefer in die Oberfläche ein.)

Fangen Sie zuerst an, Öl und Schmierfett loszuwerden. In den meisten Fällen geht das sehr einfach, indem Sie die Bauteile entweder in ein geeignetes Schmierfett-Lösungsmittel tauchen, eine Dampfentfettung durchführen oder eine alkaline oder Wasserreinigung vollziehen. Falls die Metalloberfläche mit Oxiden oder Schorf bedeckt ist, können Sie diese Verunreinigungen auf chemischem oder mechanischem Wege entfernen. Für die chemische Entfernung können Sie eine Beizmittelbehandlung verwenden, müssen aber darauf achten, dass die Chemikalien mit dem zu reinigenden Basismetall kompatibel sind, so dass kein Beizmittel in Spalten oder Blindlöchern übrig bleibt. Für die mechanische Entfernung benötigen Sie ein Scheuermittel. Vor allem bei Reparatur-Lötarbeiten, bei denen Bauteile sehr schmutzig oder stark verrostet sind, können Sie den Reinigungsprozess beschleunigen, indem Sie ein Schleifrad, eine Feile oder ein Metallsandstrahler verwenden, und das Bauteil danach abspülen.

Sobald die Bauteile gründlich gereinigt wurden, ist es eine gute Idee, so schnell wie möglich Flussmittel zu verwenden und mit der Hartlötarbeit zu beginnen. Dadurch besteht kaum Gefahr, dass die Oberfläche erneut durch Fabrikstaub oder körpereigene Fette bei der Handhabung verunreinigt wird.
Weitere Informationen über die richtige Reinigung der Metalle finden Sie in diesem Blog-Eintrag oder in diesem Video.

SCHRITT 3: DIE BAUTEILE ANSCHMELZEN

 

Warum für den Hartlötvorgang Flussmittel notwendig ist

Flussmittel ist eine chemische Verbindung, die vor dem Hartlötvorgang auf die zu verbindende Oberfläche aufgetragen wird. Flussmittel muss, mit wenigen Ausnahmen, dringend im atmosphärischen Hartlötverfahren verwendet werden. Wenn eine Metalloberfläche erwärmt wird, wird die Bildung von Oxiden beschleunigt, ein Ergebnis der chemischen Kombination zwischen dem heißen Metall und dem Sauerstoff der Luft. Falls Sie nicht verhindern, dass sich diese Oxide bilden, verhindern sie, dass das Hartlöt-Füllmetall sich verflüssigt und sich mit der Oberfläche verbindet.
Eine Schicht Flussmittel auf dem Verbindungsbereich schützt die Oberfläche vor der Luft, und verhindert so, dass sich Oxide bilden. Es löst auch Oxide auf und nimmt sie auf, die sich während der Erhitzung bilden, oder die während der Reinigung nicht vollständig entfernt wurden. Wenn Sie die Funktionen und Stufen von Flussmittel kennen, hilft das Ihnen dabei, starke und hochwertige Verbindungen herzustellen.

Anwendung des Flussmittels

Sie können das Flussmittel auftragen, solange Sie die Verbindungsoberfläche vollständig abdecken. Flussmittel besteht in der Regel aus Paste, daher wird es meistens ganz bequem mit einem Pinsel aufgetragen. Aber wenn sich die Produktionsmenge erhöht, kann es effektiver sein, das Flussmittel darauf tropfen zu lassen oder eine vorher festgelegte Menge entbehrlichen Flussmittels hoher Viskosität mit einer Auftragpistole aufzutragen. Warum entbehrliches Flussmittel? Viele Unternehmen sind der Meinung, dass eine wiederholbare Menge zur Einheitlichkeit der Verbindungen beiträgt, und da in der Regel wenig Flussmittel verwendet wird, wird auch die Menge an Restmittel verringert, die im Abfall landet. Sehen Sie sich unser neues Technik-Video an, um einen genaueren Blick auf die vier Funktionen des Flussmittels zu werfen.

Wann wird Flussmittel verwendet und wie wählt man es aus?

In der Regel und falls möglich direkt vor dem Hartlötvorgang. Auf diese Weise kann das Flussmittel nicht aushärten oder abblättern, oder bei der Handhabung herunterfallen. Welches Flussmittel sollte man verwenden? Nehmen Sie das für das entsprechende Metall, die Temperaturen und die Bedingungen Ihrer Hartlötarbeit vorgesehene Flussmittel. Es gibt Flussmittel für praktisch jegliche Anforderungen – Flussmittel für Hartlöten bei sehr hohen Temperaturen (im Bereich 2000°F/1093°C), Flussmittel für Metalle mit hitzebeständiger Oxidschicht, Flussmittel für lange Erwärmungszyklen und welche, die von automatisierten Maschinen aufgetragen werden.

Der Zusatz von metallischem Bor verfärbt weißes Flussmittel schwarz. Schwarzes Flussmittel ist für eine rasche Wärmeinduktion von Vorteil, bietet besseren Schutz bei Hartlötverfahren mit hohen Temperaturen und kann bei sehr flüssigen Füllermetallen hilfreich sein.  

Bor-modifiziertes schwarzes Flussmittel hilft dabei, eine gelungene Hartlötverbindung zu garantieren, wenn größere Bauteile bei längerer Erhitzungsdauer hartgelötet werden, oder bei Basismaterialien, die besonders vorsichtig behandelt werden müssen, um die Menge hartnäckiger Oxide zu verringern. Lucas Milhaupts technische Mitarbeiter zeigen den Unterschied zwischen weißen und schwarzem Flussmittel in diesem Video.

Zur Freude Ihres Lageristen sind Allzweck-Flussmittel, wie Handy & Harmans Handy Flux für die meisten Hartlöt-Arbeiten geeignet.

Wie viel Flussmittel sollte man verwenden?

Genug, damit es den gesamten Wärmekreislauf durch ausreicht. Denken Sie daran, dass, je größer und schwerer die zu verlötenden Bauteile sind, desto länger muss der Heizzyklus sein – verwenden Sie also mehr Flussmittel. (Leichtere Bauteile werden natürlich rascher warm und erfordern weniger Flussmittel.) Allgemein gilt, knausern Sie nicht mit dem Flussmittel. Dadurch beugen Sie einer Oxidation vor. Stellen Sie sich das Flussmittel wie ein Löschblatt vor. Es nimmt Oxide auf, wie ein Schwamm das Wasser. Eine unzureichende Menge Flussmittel ist bald gesättigt und verliert seine Effizienz. Ein Flussmittel, dass weniger Oxide aufnimmt sorgt nicht nur für eine bessere Verbindung als ein gesättigtes Flussmittel, sondern kann auch nach Abschluss der Hartlötarbeiten besser abgewaschen werden.

Flussmittel kann auch als Temperaturanzeige dienen, und so das Risiko vermindern, dass die Bauteile überhitzen. Handy & Harmans Handy Flux wird beispielsweise bei 1100°F/593°C vollständig durchsichtig und aktiv. Bei diesen Temperaturen sieht es aus wie Wasser und die helle Metalloberfläche darunter scheint hervor – was Ihnen sagt, dass das Grundmetall heiß genug ist, um das Hartlöt-Füllmetall zu schmelzen. In diesem Video zeigen wir Ihnen, wie Handy® Flux während des Hartlötvorgangs aussieht.

Tabelle der Handy Flux Temperaturanzeige

Temp Aussehen des Flussmittels
212°F (100°C) Wasser verdampft
600°F (315°C) Das Flussmittel wird weiß und etwas schaumig, es beginnt „zu arbeiten“
800°F (425°C) Das Flussmittel liegt auf der Oberfläche und sieht milchig aus
1100°F (593°C) Das Flussmittel ist vollkommen durchsichtig und aktiv, es sieht aus wie Wasser. Die helle Metalloberfläche darunter ist zu erkennen. Überprüfen Sie die Temperatur, indem Sie das Hartlöt-Füllmetall auf das Grundmetall auftragen. Falls das Hartlöt-Füllmetall schmilzt, hat die Baugruppe die richtige Temperatur für die Hartlötung.

 

Die Verwendung von Flussmittel ist ein wichtiger Schritt im Hartlötverfahren, mit einigen Ausnahmen. Sie können auch ohne Flussmittel Kupfer mit Kupfer verbinden, indem Sie ein Hartlöt-Füllmetall verwenden, dass speziell dafür geeignet ist, wie beispielsweise Handy & Harmans SilFos oder Fos-Flo 7. (Der Phosphor in diesen Legierungen wirkt auf Kupfer wie ein Flussmittel.) Sie können das Flussmittel auch auslassen, wenn das Hartlöten in einer kontrollierten Atmosphäre durchgeführt wird (d. H. eine Gasmischung in einer geschlossenen Umgebung, in der Regel ein Hartlöt-Ofen). Die Atmosphäre (wie Wasserstoff, Stickstoff oder Ammoniakspaltgas) umgibt die Baugruppe vollständig und verhindert, durch das Fehlen von Sauerstoff, die Oxidation. Selbst beim Hartlöten in kontrollierten Atmosphären kann es sein, dass eine geringe Menge Flussmittel die benässende Wirkung des Hartlöt-Füllmetalls verbessert.

Weitere Ratschläge zu ordentlicher Verwendung von Flussmittel finden Sie in diesem Video.

Schritt 4: Zusammenbau für den Hartlötvorgang

Die Bauteile der Baugruppe werden gereinigt und mit Flussmittel bedeckt. Nun müssen Sie sie an Ort und Stelle halten, um die Hartlötung durchzuführen. Achten Sie darauf, während den Erhitzungs- und Abkühlungszyklen die richtige Ausrichtung beizubehalten, so dass die Kapillarwirkung einsetzen kann. Falls es die Form und das Gewicht der Bauteile erlaubt, ist der einfachste Weg sie zusammenzuhalten, die Schwerkraft. Oder greifen Sie der Schwerkraft etwas unter die Arme, indem Sie zusätzliche Gewichte anbringen.

Falls Sie eine Reihe von Baugruppen zu löten haben, und deren Konfigurationen so komplex sind, dass sie sich nicht selbst halten oder zusammengeklemmt werden können, verwenden Sie entsprechendes Hartlöt-Zubehör. Richten Sie es auf die geringstmögliche Masse aus und auf den geringstmöglichen Kontakt mit den Bauteilen der Baugruppe. (Eine umständliche Anlage, welche großen Kontakt zur Baugruppe hat, leitet die Wärme vom Verbindungsbereich ab.)

Gehen Sie sehr genau vor, um den Kontakt auf ein Minimum zu begrenzen.

Versuchen Sie es mit Befestigungsmaterialien, die Wärme schlecht leiten, wie Edelstahl, Inconel oder Keramik. Da diese schlechte Leiter sind, entziehen Sie der Verbindung am wenigsten Wärme.

Nehmen Sie Materialien mit kompatiblen Ausdehnungsraten, so dass sich die Baugruppe während der Erwärmung nicht verzerrt.

Wenn Sie hunderte identischer Baugruppen hartlöten möchten, sollten Sie diese so gestalten, dass sie sich während des Hartlöt-Vorgangs selbst halten können. In der anfänglichen Planungsphase sollten Sie mechanische Geräte für diesen Zweck entwickeln, die auch in den Fabrikbetrieb integriert werden können. Zu den typischen Geräten gehören Crimpzangen, ineinandergefügte Säume, Stauchungen, Stahlverfestigungen, Nieten, Befestigungen, Senkdorne und Rändelungen.

Scharfe Kanten sollten bei mechanisch zusammengehaltenen Baugruppen minimiert werden; Ecken können der Kapillarwirkung entgegenwirken und sollten abgerundet werden, um den Fluss des Füllmetalls zu verbessern. Eine einfache mechanische Halterung ist am besten, da dessen einzige Funktion darin besteht, die Bauteile zusammenzuhalten, während die dauerhafte Verbindung hartgelötet wird.

Tatsachen über Befestigungen

Eine Befestigung dient dazu, eine Baugruppe zu halten, zu sichern oder zu beinhalten, die zusammengefügt werden soll. Eine gute Befestigung muss folgende Kriterien erfüllen:

  • Leichtes Einführen der Komponenten der Baugruppe und ebenso einfaches Entfernen der fertig gelöteten Baugruppe
  • Unterstützung der Komponenten der Baugruppe, um eine Expansion oder Kontraktion während der Erwärmung und des Abkühlens zu ermöglichen
  • Unterstützung der Baugruppe an Stellen abseits des Hitzebereichs (um zu verhindern, dass die Halterung die Wärme ableitet)
  • Ermöglichen, dass die Flamme um den gesamten Verbindungsbereich herum verwendet werden kann, so dass die Legierung durch die gesamte Verbindung laufen kann
  • Ausnutzen der Schwerkraft, um die Kapillarwirkung zu verbessern
  • Ausrichtung und Stabilität beibehalten, bis sich die Legierung verfestigt hat
  • Ausreichende Flexibilität, um weitere, ähnliche Baugruppen unterzubringen

Besseres Design der Verbindungen

Ein Grundsatz der Metallverbindung ist, dass eine gut gebaute Verbindung zu einer effizienten Befestigung führt. Fachleute im Hartlöten bei Lucas Milhaupt haben folgende Ratschläge, wie Sie Ihre Verbindung verbessern können:

  • Sorgen Sie dafür, dass die Komponenten der Baugruppe sich selbst halten, so dass die Befestigung die Baugruppen nur unterstützt.
  • Sorgen Sie für etwas Platz, durch den das Füllmetall fließen kann und damit das Flussmittel aus der Verbindung fließen kann.

Ein Beispiel: Wenn eine Röhre in eine Befestigung oder eine Gussform geschoben wird, verwenden einige Hersteller eine Presspassung, damit die außen aufgetragene Legierung nicht den Boden der Verbindung erreicht, wo sie ein Loch in die Befestigung schlagen kann. Leider erreicht das geschmolzene Flussmittel den Boden eines Blindlochs und ist nun dort gefangen, wenn die Legierung schmilzt und versucht, in die Verbindung zu gelangen. Die Legierung kann das Flussmittel nicht ersetzen, wodurch das Flussmittel eingeschlossen wird und die Qualität der Verbindung abnimmt.

Eine Lösung: Verwenden Sie ein Slip-Fit und eine eingesetzte Vorform in dem Loch. Die Legierung wird durch die Hitze oben in der Verbindung eingeführt, und drückt somit das Flussmittel heraus. Dadurch bleibt das Loch offen, was zu einer stabilen Verbindung führt. Berücksichtigen Sie die Expansions- und Kontraktionsmerkmale der zusammengeführten Metalle. Falls möglich sollten Sie die Verbindung so entwerfen, dass das sich stärker ausdehnende Material an der Verbindung außen liegt. (Es dehnt sich stärker aus, als das innere Material, so dass eine Lücke entsteht, durch die das Füllmetall fließen kann.)

Silber-Hartlöten ist eine kostengünstige Methode zur Verbindung von Metallen, vor allem wenn die Verbindungen auf maximale Hartlöt-Effizienz ausgelegt, und die Befestigungen wie beschrieben entwickelt wurden. Viele Produkte, die heutzutage hergestellt werden, sollten für den hartlötvorgang neu designt werden, um die Fertigungskosten zu senken. Obwohl Silber teuer ist, stellt dies nur einen geringen Prozentsatz der gesamten Montagekosten dar.

Ratschläge zur Befestigung

Die Techniker von Lucas Milhaupt haben folgende Vorschläge, um die Effizienz der Fertigung mit Befestigungen zu verbessern:

  • Bauen Sie Befestigungen der 300-Serie, nicht-magnetischer Edelstahl für besseren Korrosionswiderstand und größere Stabilität (weitere Ideen sind Iconel und bestimmte Keramiken).
  • Wenn Sie Befestigungen für Ofenlöten vorbereiten, achten Sie darauf, dass die Masse der Befestigung möglichst gering bleibt. (Das Ergebnis hängt vom Masse/Stunde ab, die durch den Ofen geleitet wird; erhöhtes Gewicht = geringere Treibstoffeffizienz.)
  • Wenn Sie Befestigungen für Induktionserhitzung vorbereiten, achten Sie darauf, dass Sie die Befestigungen nicht in der Nähe der Arbeitsspule anbringen, so dass diese nicht die Wärme abführt oder das Magnetfeld stört.
  • Vermeiden Sie die Verwendung von Federn, um Bauteile wieder in die vorgesehene Ausrichtung zurückbringen. Falls diese benötigt werden, achten Sie darauf, dass sie sich nicht im Wärmebereich befinden, so dass sie keine Flussmittelrückstände oder Oxidationen erzeugen.

Der Aufbau der Befestigung ist ein wichtiger Faktor für hochwertige Flammhartlötungen oder Lötnähte. Darüber hinaus ist ein guter Verbindungsaufbau wichtig für eine effiziente Befestigung.

Die Kombination dieser beiden Bereiche kann zu hochwertigeren Verbindungen führen und zu einer besseren Betriebseffizienz und geringeren Kosten.

In diesem Video finden Sie tiefere Einblicke in einen guten Aufbau.

Schritt 5: Die Baugruppe hartlöten: Erhitzungsmethoden

Der fünfte Schritt ist die eigentliche Durchführung der Hartlöt-Verbindung. Dazu gehört die Erhitzung der Baugruppe auf Hartlöt-Temperaturen, und das Einfüllen des Füllmetalls in die Verbindung.

Erhitzungsmethoden beim Hartlöten

Es gibt vier Hauptarten der Erhitzungsmethoden beim Hartlöten: Schweißbrenner oder manuelles Hartlöten, Induktives Hartlöten, Widerstands-Hartlöten und Vakuum-Hartlöten. Die beim Hartlöten am häufigsten eingesetzte Erhitzungsmethode ist ein in der Hand gehaltener Schweißbrenner, daher konzentriert sich diese Anleitung auf manuelle Hartlötverfahren und Richtlinien. Sollten Sie allerdings Hilfe beim Ofenlöten benötigen, werden Sie bitte einen Blick in unseren Blog über Lötofen-Atmosphären.

Erwärmen Sie das Grundmetall zunächst gleichmäßig. Wenn Sie eine kleine Baugruppe hartlöten möchten, können Sie die gesamte Baugruppe bis auf den Schmelzpunkt des Hartlöt-Füllmetalls erhitzen. Wenn Sie eine große Baugruppe hartlöten, erhitzen Sie einen großen Bereich um die Verbindung herum.

Sie müssen lediglich daran denken, dass beide Metalle der Baugruppe so gleichmäßig wie möglich erhitzt werden müssen, so dass sie zum gleichen Zeitpunkt die Hartlöt-Temperatur erreichen. Wenn Sie einen schweren Abschnitt mit einem dünnen Abschnitt verbinden, kann die Umgebung der Flamme ausreichen, um das dünne Bauteil zu erhitzen. Lassen Sie den Schweißbrenner stets eingeschaltet. Wenn Sie schwere Abschnitte verbinden, kann es sein, dass das Flussmittel – bei 1100°F (593°C) – durchsichtig wird, bevor die ganze Baugruppe heiß genug ist, um das Füllmetall einzufüllen.

Beim Hartlöten mit einem Schweißbrenner können Sie eine Reihe von Brennstoffen verwenden – Erdgas, Azetylen, Propan, Propylen usw., die entweder mit Sauerstoff oder Luft entzündet werden. Am häufigsten wird noch immer eine Sauerstoff/Azetylen-Mischung verwendet. Wenn es beim Hartlöten mit Sauerstoff-Azetylen-Schweißbrennern um die Sicherheit geht, müssen Sie zwei wichtige Aspekte berücksichtigen: Sicherheitsausrüstung und Verfahren für den sicheren Betrieb. Dies ist äußerst wichtig: Lichtbögen und Funken können zum Verlust des Augenlichts führen, das Einatmen von Dämpfen kann Lungenschäden hervorrufen und sonstige Unfälle können zu Verbrennungen, Bänden oder Explosionen führen.

Sicherheitsausrüstung für Sauerstoff-Azetylen-Gasbrenner

Neben Handschuhen, Augenschuz und dazugehörigen Sicherheitsausrüstungen sind folgende Elemente wichtig:

Zylinder - Sauerstoff und Azetylen werden in separaten Zylindern aufbewahrt und dürfen vor der Zündung nicht gemischt werden.  Sauerstoffzylinder sind in der Regel grün und enthalten Sauerstoff, der auf 2.200 psi komprimiert ist (Pfund pro Quadratzoll). Sauerstoff ist im natürlichen Zustand stabil, aber Öle oder Schmierfette, die in Kontakt mit Sauerstoff kommen, entzünden sich.  Daher müssen Hände und Handschuhe frei von diesem Stoffen sein, bevor Sie mit den Zylindern hantieren. Azetylenzylinder sind nur auf ungefähr 250 psi komprimiert, also viel geringer als Sauerstoffzylinder. Allerdings ist Azetylen, im Gegensatz zu Sauerstoff, eher instabil und sollte daher nicht in einen Gasbrenner über 15 psi eingeführt werden. Als zusätzliche Vorsichtsmaßnahme sollten die Ventile der Zylinder nicht weiter als 1,5 Umdrehungen geöffnet werden, falls der Nutzer das Ventil rasch schließen muss.

Regler - Regler sind an den Zylindern angebracht und steuern sowohl den Druck der Zylinder und am Ausgang, der zum Gasbrenner führt. Drehschalter oder Knöpfe an den Reglern ermöglichen die Einstellung des Ausgangsdrucks. Die Einstellung sollte auch hier nicht mehr als 15 psi für Azetylen betragen. Wenden Sie sich an den Hersteller des Gasbrenners, um die richtigen Einstellungen für Azetylen und Sauerstoff vorzunehmen.

Prüfventile - Aus dem Regler strömen die beiden Gase durch Prüfventile, was dafür sorgt, dass die Gase im Falle eines Rücklaufs abgeschaltet werden können.  Alternativ dazu können die Prüfventile zwischen der Gasleitung und dem Gasbrenner angebracht werden. Bitte beachten Sie, dass die Prüfventile einen umgekehrten Gasfluss stoppen können, aber sie sind nicht in der Lage, im Falle eines Rückflusses, die Flamme aufzuhalten.

Flammrückschlag-Ableiter - Flammrückschlag-Ableiter verhindern Brände durch Rückfluss in die Zylinder, was ansonsten zu einer Explosion führt.  Flammrückschlag-Ableiter enthalten Trennventile mit geringem Schmelzpunkt. Wenn diese durch eine Flamme ausgelöst werden, schalten Sie die Gasversorgung schnell ab und ersticken somit die Flamme.  Sowohl Prüfventile als auch Flammrückschlag-Ableiter sollten regelmäßig überprüft oder ausgewechselt werden, um sicherzustellen, dass sie ordentlich arbeiten.

Sicherer Betrieb des Sauerstoff-Azetylen-Gasbrenners

Neben der Verwendung von Sicherheitsausrüstung, sollten Mitarbeiter den sicheren Betrieb üben, um Flammrückschläge zu vermeiden.  Halten Sie Azetylen und Sauerstoff getrennt, bis der Gasbrenner entzündet wird. Wenn Sie einen Gasbrenner in Betrieb nehmen, sollte zuerst das Azetylen-Ventil geöffnet werden.  Als nächstes sollte die Flamme entzündet und dann der Sauerstoff zugefügt werden. Bitte beachten Sie, dass, wenn Sie beide Gasventile vor de Entzündung öffnen, dies zu einem Gasrücklauf in den Gasleitungen führen kann, wodurch die Anlage anfällig für Flammrückschläge wird.

Nach der Verwendung ist es wichtig, dass beide Gasleitungen durch den Gasbrenner getrennt voneinander geleert werden, eine nach der anderen.  Falls dieses „Entleeren“ der Sauerstoff- und Azetylengasleitungen gleichzeitig geschieht, kann ein Druckunterschied zwischen den Gasleitungen zu einem Rücklauf des einen Gases in die andere Leitung führen, was vermieden werden sollte.

Ein Rücklauf kann auch durch das Hartlöten mit mehreren Brennern gleichzeitig erfolgen. Falls Sie mehrere Gasbrenner verwenden, um beide Seiten des Bauteils zu erhitzen, richten Sie die Brenner nicht aufeinander, sondern in Winkeln auf das Bauteil.  Sollte ein Gasbrenner einen Rücklauf im anderen verursachen, kann man ein lautes zischendes Geräusch hören und das Gas sollte unverzüglich abgeschaltet werden, indem zuerst das Azetylenventil und dann das Sauerstoffventil geschlossen wird.

Änderungen am Flussmittel während des dualen Hartlötvorgangs

Einige Metalle sind gute Leiter – und führen daher Wärme rasch in kühlere Bereiche ab. Andere sind schlechte Leiter und behalten die Wärme eher auf, so dass sie leicht überhitzen. Gute Leiter benötigen mehr Hitze als schlechte, ganze einfach deshalb, weil sie die Wärme schneller ableiten.

In allen Fällen ist die beste Versicherung gegen ungleichmäßige Erhitzung, ein Auge auf das Flussmittel zu werfen. Falls das Flussmittel gleichmäßig sein Aussehen verändert, werden die Bauteile gleichmäßig erhitzt, unabhängig von ihrer Masse oder Leitfähigkeit.

Einfüllen des Füllmetalls

Sie haben die Baugruppe nun auf die Hartlöt-Temperatur gebracht. Nun muss das Füllmetall eingeführt werden.

Beim manuellen Hartlöten müssen Sie den Stab oder den Draht vorsichtig gegen die Verbindung halten. Die erhitzte Baugruppe schmilzt einen Teil des Füllmetalls ab, welches durch die Kapillarwirkung sofort in die gesamte Verbindung gesaugt wird.

Sie können etwas Flussmittel am Ende des Stabs des Füllmetalls einführen – etwa 2-3“ (51-76 mm) – um den Fluss zu verbessern. Dies kann erreicht werden, indem Sie den Stab in das Flussmittel tauchen oder darüber streifen. Bei größeren Bauteilen, die längere Erhitzungszeiten benötigen, oder in denen das Flussmittel mit Oxid gesättigt ist, verbessert die Hinzugabe neuen Flussmittels im Füllmetall den Fluss und die Durchdringung des Füllmetalls in den Verbindungsbereich.

Allerdings muss eine kleine Vorsichtsmaßnahme beachtet werden. Geschmolzenes Hartlöt-Füllmetall neigt dazu, in Bereiche höherer Temperatur zu fließen. In der erhitzten Baugruppe, kann es sein, dass die Oberflächen der äußeren Grundmetalle etwas heißer sind, als das Innere der Verbindungsoberfläche. Achten Sie also darauf, das Füllmetall unmittelbar neben der Verbindung einzuführen. Falls Sie es abseits der Verbindung einführen, neigt es dazu, sich über die heiße Oberfläche zu legen, statt in die Verbindung zu fließen. Darüber hinaus ist es am besten, die Seite der Baugruppe gegenüber der Stelle zu erhitzen, in die Sie das Füllmetall einführen. Im oben genannten Beispiel erhitzen Sie die Unterseite der größeren Platte, so dass die Hitze das Füllmetall vollständig in die Verbindung zieht. (Denken Sie stets daran, dass das Füllmetall eher in Richtung der Hitzequelle fließt.)

Allgemeine Sicherheit beim Hartlöten

Beim Hartlöten besteht stets die Gefahr, dass Dämpfe und Gase aus der Beschichtung des Grundmetalls, aus dem Zink und Kadmium des Füllmetalls und aus den Fluoriden im Flussmittel aufsteigen. Die folgenden erprobten Vorsichtsmaßnahmen sollten eingehalten werden, um Sie vor diesen Dämpfen zu schützen.

1. Lüften Sie enge Räume: Verwenden Sie Lüftungsventilatoren und Abgashauben, um alle Dämpfe und Gase aus dem Arbeitsbereich abzusaugen und stellen Sie falls nötig Atemschutzgeräte zur Verfügung.

2. Reinigen Sie die Grundmetalle sorgfältig: Unbekannte Verunreinigungen auf der Oberfläche des Grundmetalls können dazu beitragen, dass Dämpfe entstehen und können zu einem raschen Ausfall des Flussmittels führen, was widerum zu Überhitzung und Dampfbildung führt.

3. Verwenden Sie ausreichend viel Flussmittel: Flussmittel schützt das Grundmetall und das Füllmetall während der Erhitzung. Eine vollständige Abdeckung mit Flussmittel senkt die Dampfbildung. Wenden Sie sich an Ihren SDS über die genauen Gefahren im Zusammenhang mit Hartlöt-Flussmittel.

4. Erhitzen Sie das Metall gleichmäßig: Erhitzen Sie das Grundmetall gleichmäßig und großzügig. Eine starke lokale Erhitzung braucht das Flussmittel auf und erhöht das Risiko einer Dampfbildung. Fügen Sie nur dem Grundmetall Hitze zu, nicht dem Füllmetall. (Eine direkte Flamme auf dem Füllmetall verursacht Überhitzung und Dampfbildung.)

5. Machen Sie sich mit den Grundmetallen vertraut: Eine Kadmium-Beschichtung auf dem Grundmetall macht es unbeständig und erzeugt giftige Dämpfe während der Erhitzung. (Galvanisierte) Zinkbeschichtungen dampfen auch, wenn sie erhitzt werden. Sie müssen lernen, diese Beschichtungsarten auseinanderzuhalten. Wir empfehlen, dass diese entfernt werden, bevor die Bauteile für die Hartlötung erhitzt werden.

6. Machen Sie sich mit den Füllmetallen vertraut: Achten Sie vor allem darauf,die Baugruppe nicht zu überhitzen, wenn Sie Füllmetalle verwenden, die Kadmium enthalten. Die am empfohlenen Hartlöt-Temperaturen eines bestimmten Füllmetalls finden Sie auf den Seiten 34-37 oder im Sicherheitsdatenblatt (SDS). Das Füllmetall verfügt über einen Warnhinweis. Suchen Sie danach und halten Sie sich sorgfältig an die Anweisungen.

Sehen Sie sich dieses Video an, um sich noch genauer mit den Erhitzungsmethoden für Hartlöten auseinanderzusetzen.

Schritt 6: Reinigung der hartgelöteten Verbindung

Nachdem Sie die Baugruppe gelötet haben, müssen Sie sie reinigen. Die Reinigung besteht in der Regel aus zwei Schritten. Entfernen Sie zuerst das übrige Flussmittel. Entfernen Sie dann jegliche Oxidreste, die sich während des Hartlötverfahrens gebildet haben.

Entfernung des Flussmittels

Die Entfernung des Flussmittels ist einfach, aber äußerst wichtig. (Die Reste des Flussmittels sind chemisch korrosiv und können bestimmte Verbindungen schwächen, wenn sie nicht entfernt werden.) Da die meisten Hartlöt-Flussmittel in Wasser aufgelöst werden können, ist der einfachste Weg, sie zu entfernen, die Baugruppe in heißes Wasser einzutauchen (120°F/50°C oder heißer). Das Beste ist, sie einzutauchen, solange sie noch heiß ist, wobei Sie aber darauf achten müssen, dass das Füllmetall sich vollständig verflüssigt hat, bevor Sie die Baugruppe eintauchen. Die glasähnlichen Rückstände des Flussmittels brechen in der Regel von alleine ab. Wenn sie etwas hartnäckiger sind, bürsten Sie sie vorsichtig mit einer Drahtbürste ab, während sich die Baugruppe noch im heißen Wasser befindet.

Je nach Ihrem Hartlötverfahren, müssen Sie die Verbindung nach dem hartlöten reinigen, um Rückstände des Flussmittels zu entfernen. Dieser Schritt ist wichtig, da die meisten Flussmittel korrosiv sind, wie die abgebildete korrodierte Kältemittellinie.

Warum das Flussmittel entfernt werden muss

Untersuchen wir nun fünf Gründe, warum die Entfernung des Flussmittels nach dem Hartlöten wichtig ist:

  1. Sie können eine Verbindung, die mit Flussmittel überzogen ist, nicht untersuchen.
  2. Flussmittel wirkt wie ein Bindemittel und kann die Verbindung zusammenhalten, ohne dass die Hartlötung erfolgreich war. Die Verbindung würde später auseinanderbrechen.
  3. Unter Druck kann Flussmittel Löcher in der Hartlöt-Verbindung überdecken, und das, obwohl es dem Drucktest standhält. Die Verbindung würde kurz nach der Inbetriebnahme undicht werden.
  4. Flussmittel ist hygroskopisch, so dass Rückstände des Flussmittels vorhandenes Wasser aus der Umgebung anzieht. Dies führt zu Korrosion.
  5. Lack oder sonstige Beschichtungen haften nicht an Bereichen, die mit Rückständen von Flussmitteln überzogen sind.

Arten der Entfernung des Flussmittels

Nach dem Hartlöten bildet das Flussmittel eine harte, glasähnliche Oberfläche, die nur schwer entfernt werden kann. Welche Reinigungsmethode eignet sich am besten? Sie können überschüssiges Flussmittel auf mehrere Arten entfernen; der kosteneffektivste Ansatz funktioniert mit Wasser.

Branchenstandards für Flussmittel konzentrieren sich auf wasserbasierte Flussmittel. AMS 3410 und AMS 3411 schreiben vor, dass alle Flussmittel diesen Spezifikationen entsprechen und bei 175°F/79°C oder darunter nach dem Hartlöten wasserlöslich sein müssen. Daher werden Hartlöt-Flussmittel in der Regel wasserlöslich hergestellt.

Die häufigste Methoden der Entfernung von Flussmittel nach dem Hartlöten sind:

Einweichen/Befeuchten

Verwenden Sie bewegtes, heißes Wasser in einem Einweichbehälter, um überschüssiges Flussmittel sofort nach dem Hartlöten zu entfernen und trocknen Sie dann die Baugruppe. Wenn ein Einweichen nicht möglich ist, verwenden Sie eine Drahtbürste mit einer Sprühflasche oder einem nassen Tuch. Wenn Sie ein Seifenbad jeglicher Art verwenden, tauschen Sie die Lösung regelmäßig aus, um zu verhindern, dass die Reinigungslösung gesättigt wird.

Abschrecken

Dieser Vorgang nutzt einen Thermoschock, mit dem überschüssiges Flussmittel abgebrochen wird. Wenn Sie ein hartgelötetes Bauteil in heißem Wasser abschrecken, müssen Sie darauf achten, die Lötstelle nicht zu beschädigen. Schrecken Sie erst ab, nachdem sich das Füllmetall verfestigt hat, um Risse oder rauhe Hartlöt-Verbindungen zu vermeiden. Beachten Sie, dass Abschrecken die mechanischen Eigenschaften des Grundmaterials beeinträchtigen kann. Schrecken Sie keine Materialien mit hohen Unterschieden im Wärmeausdehnungskoeffizienten ab, um Sprünge im Grundmaterial und Risse in der Hartlöt-Legierung zu vermeiden.

Sie können aufwändigere Methoden verwenden, um das Flussmittel zu entfernen – ein Ultraschall-Reinigungstank, um das Heiß-Wasser-Verfahren zu beschleunigen, oder eine Spülung. Zu den weiteren Reinigungsmethoden gehört:

  • Reinigung mit einer Dampflanze – bei diesem Vorgang wird stark erhitzter Dampf unter Druck eingesetzt, um das überschüssige Flussmittel aufzulösen und wegzublasen.
  • Chemische Reinigung – Sie können eine säurehaltige oder basische Lösung verwenden, in der Regel mit kurzen Einweichzeiten, um eine Verschlechterung des Grundmaterials zu vermeiden. Bei chemischem Einweichen müssen Sie den pH-Wert im Auge behalten, um festzulegen, wann Sie die Lösung austauschen.
  • Mechanische Reinigung – Entfernen Sie Rückstände von hartgelöteten Verbindungen mit einer Drahtbürste oder mit einem Sandstrahler. Achten Sie darauf, dass weiche Metalle, einschließlich Aluminium besondere Pflege verlangen, da sie durch eingebettete Partikel beschädigt werden könnten.

Achten Sie stets darauf, dass Ihre Reinigungsmethode kompatibel mit den Eigenschaften des Grundmetalls ist. Einige Metallgruppen haben nur mit einer besonderen Behandlung nach der Reinigung den erwünschten Effekt. Edelstahl- und Aluminiumbauteile profitieren beispielsweise von chemischer Immersion, um den Widerstand der Oberfläche gegen Korrosion zu verbessern.

Sie werden nur Probleme bei der Entfernung von Flussmittel haben, wenn Sie von Anfang an nicht ausreichend verwendet haben, oder wenn Sie die Bauteile während des Hartlöt-Verfahrens zu stark aufgeheizt haben. Wenn das Flussmittel vollständig mit Oxiden gesättigt ist, verfärbt es sich in der Regel grün oder schwarz. In diesem Fall muss das Flussmittel mit einer milden Beizlösung entfernt werden. Ein 25 % Salzsäurebad (erhitzt auf 140-160°F/60-70°C) löst in der Regel selbst die hartnäckigsten Rückstände des Flussmittels ab. Bewegen Sie die hartgelötete Baugruppe einfach 30 Sekunden bis 2 Minuten in dieser Lösung. Sie benötigen keine Bürste. Seien Sie jedoch vorsichtig – Säurelösungen sind sehr potent. Tragen Sie daher stets eine Gesichtsmaske und Handschuhe, wenn Sie eine heiße, hartgelötete Baugruppe in ein Säurebad tauchen.

Nachdem Sie sich des Flussmittels entledigt haben, verwenden Sie eine Abbeizlösung, um jegliche Oxide zu entfernen, die auf den Bereichen zurückgeblieben sind, die während des Hartlötverfahren nicht durch Flussmittel geschützt wurden. Die beste Beize ist in der Regel die, die auch vom Hersteller des Hartlötmaterials empfohlen wird, das Sie verwenden. Stark oxidierende Beizlösungen wie helle Tauchbäder mit Salpetersäure sollten vermieden werden, da sie das Silber-Füllmetall angreifen. Falls Sie diese doch verwenden müssen, halten Sie die Beizzeit so kurz wie möglich.

Empfohlene Beizmethoden für die Entfernung von Oxiden nach dem Hartlöten

Anwendung Formel Kommentare

Oxidentfernung von Kupfer, Messing, Bronze, Neusilber und sonstigen Kupferlegierungen, die einen hohen Kupferanteil enthalten.

10-25 % heiße Schwefelsäure mit 5-10 % Kaliumdichromat wurden hinzugefügt. Beizen kann zum selben Zeitpunkt durchgeführt werden, an dem auch das Flussmittel entfernt wird. Funktioniert auf Kohlenstoffstahl, aber wenn die Beize mit Kupfer verunreinigt ist, gelangt das Kupfer auf den Stahl und muss dann mechanisch entfernt werden. Dieses Schwefelbeizbad entfernt Kupfer oder Kupferoxidflecken von Kupferlegierungen. Ein oxidierendes Beizbad, das das Silber-Füllmetall verfärbt und matt-grau zurücklässt.
Oxidentfernung von Eisen und Stahl. Eine 50 % Salzsäurelösung, kann kalt oder warm verwendet werden. Stärker verdünnte Säure kann bei höheren Temperaturen (140-160°F/60-70°C) verwendet werden (10-25 %). Eine Mischung aus 1 Teil Salzsäure und 2 Teilen Wasser kann für Monel und weitere hohe Nickellegierungen verwendet werden. Die Beizlösung sollte auf etwa 180°F/80°C aufgeheizt werden. Ein mechanisches Finish ist notwendig, wenn es hell ausfallen soll. Diese HCI-Beize sieht nicht wie helle Flecken auf Buntmetallen aus.
Oxidentfernung von Edelstahl und Legierungen, die Chrom enthalten. 20 % Schwefelsäure, 20 % Salzsäure, 60 % Wasser, verwendet bei 170-180°F (75-80°C). Auf diese Beize folgt sofort ein 10 % Salpetersäurebad, und dann wird es mit Wasser abgespült.
  20 % Schwefelsäure, 10 % Salpetersäure, 70 % Wasser, verwendet bei 150°F (65°C). Dieses Beizbad ist aggressiver als die Schwefelige Hydrochlorid-Mischung, die oben angegeben ist, und greift sowohl den Stahl als auch das Füllmetall an.

Hinweis: Die oben empfohlenen Beizen funktionieren mit jedem normalen Silber-Füllmetall und es sind keine spezifischen Anweisungen für die einzelnen Füllmetalle erforderlich. Die Phos-Kupfer und silberenthaltenden Phos-Kupfer-Füllmetalle sind unterschiedliche und dann auch nur, wenn sie ohne Flussmittel auf Kupfer verwendet werden. In diesem Fall bildet sich eine harte Kupferphosphatschlacke aus kleinen Kugeln auf der Metalloberfläche. Eine längere Schwefelsäurfebeize entfernt die Schlacke, aber eine kurze Beize in 50 % Salzsäure für wenige Minuten ist effektiver. Wenn eine hartgelötete Verbindung beschichtet oder verzinnt werden soll, muss die Schlacke auf jeden Fall entfernt werden. Eine abschließende mechanische Reinigung ist daher bei Arbeiten, die beschichtet werden sollen, auf jeden Fall ratsam.

Untersuchung der hartgelöteten Verbindungen nach der Reinigung

Je nach Ihrem Hartlötverfahren, müssen Sie die Verbindung nach dem hartlöten reinigen, um Rückstände des Flussmittels zu entfernen. Dieser Schritt ist wichtig aus mehreren Gründen; einschließlich der korrosiven Natur der meisten Flussmittel und der Möglichkeit, dass überschüssiges Flussmittel zum Versagen der Verbindung beitragen kann. Die häufigste Reinigungsmethoden beinhalten Wasser – vor allem Einweichen/Befeuchten und Abschrecken.

Unregelmäßigkeiten während der Überprüfung der Verbindung

Die Untersuchung der fertigen Verbindungen ist möglicherweise der letzte Schritt im Hartlötverfahren, aber die Prüfung sollte in die Entwicklungsphase eingebaut werden. Ihre Methode hängt von der Anwendung, dem Service und den Anforderungen des Endnutzers ab, sowie von den gesetzlichen Vorgaben und Normen.

Legen Sie Ihre Annahmekriterien für sämtliche Mängel fest, und beachten Sie dabei Form, Orientierung, Ort (Oberfläche oder unter der Oberfläche) und die Beziehung zu anderen Mängeln. Legen Sie auf jeden Fall Abnahmegrenzen in Form von Mindestanforderungen fest.

Zu den häufigsten Fehlern bei hartgelöteten Verbindungen, die durch zerstörungsfreie Untersuchung erkannt werden, gehören:

  • Hohlräume oder Porösität – ein unvollständiger Fluss von Hartlöt-Füllmaterial, welcher die Verbindungsstärke beeinflusst und undichte Stellen ermöglicht – dies ist oft das Ergebnis unsauberer Reinigung, eines falschen Verbindungsabstands, unzureichendem Füllmetall, eingeschlossenem Gas oder einer thermischen Ausdehnung.
  • Einschluss von Flussmittel – entsteht durch unzureichende Belüftung im Verbindungsaufbau – verhindert den Fluss des Füllmetalls und mindert die Verbindungsstärke sowie die Lebensdauer
  • Nicht durchgängige Hohlkehlen - Bereiche auf der Verbindungsoberfläche, in denen die Kehlnaht unterbrochen ist – fällt in der Regel bei der Sichtprüfung auf
  • Erosion (oder Legieren) des Grundmetalls – wenn das Füllmetall während des Hartlöten mit dem Grundmetall legiert – Die Legierung entfernt sich von der Kehlnaht, was zu Erosionen führen und die Verbindungsstärke mindern kann.
  • Unzufriedenstellende Oberflächenbedingungen oder Aussehen – zu viel Füllmetall oder raue Oberfläche – kann als Korrosionsstelle und stark belastete Stelle agieren und sich auch auf weitere Tests auswirken
  • Risse – mindern die Stärke und die Lebensdauer der Verbindung – kann auch durch Flüssigmetallversprödung entstehen.

Untersuchungsmethoden für hartgelötete Verbindungen: Zerstörungsfreie Prüfmethoden

Zerstörungsfreie Prüfmethoden der Qualitätsprüfung und Einhaltung der Spezifikationen umfassen:

Sichtprüfung – mit oder ohne Vergrößerung – zum Aufspüren von Hohlräumen, Porosität, Rissen auf der Oberfläche, Größe und Form der Kehlnaht, unterbrochene Kehlnähte sowie Erosion am Grundmetall (keine internen Probleme wie Porösität und Mangel an Füllmetall)

Dichtheitsprüfung - Zur Bestätigung der Gas- und Flüssigkeitsdichtheit einer Hartlötung. Druck (oder Gasblasen)-Test umfasst die Anwendung von Luft bei hohen Drücken. Vakuumtests sind für Kühlgeräte nützlich und bei der Erkennung von winzigen Lecks, wobei hier ein Massenspektrometer und eine Heliumatmosphäre verwendet werden.

Durchstrahlungsprüfung – nützlich, um interne Fehler, große Risse und Hohlräume in der Hartlötung zu erkennen, falls die Dicke und die Röntgenstrahl-Absorption eine Skizzierung des Hartlöt-Füllmetalls ermöglichen – kann nicht überprüfen, ob die metallische Verbindung sauber ist (siehe Abbildung rechts)

Belastungstest – Setzt eine Hartlötverbindung einer einmaligen hydrostatischen, Zugspannungs- und Drehbelastung aus, die größer ist, als sie in Betrieb erfährt

Ultraschalluntersuchung – eine Vergleichsmethode zur Beurteilung der Verbindungsqualität, im Eintauch-Modus oder im Ausdehnungs-Modus – dazu gehört eine Überprüfung der Schallwellen auf der Oberfläche mit einem Messumformer, der einen Impuls ausstößt und dann ein Echo empfängt (siehe Abbildung rechts)

Überprüfung der Flüssigkeitseindringung – Farben und fluoriszierende Eindringmittel können Risse an der Oberfläche von Verbindungen erkennen. – Nicht geeignet für die Untersuchung von Kehlnähten, die immer ein wenig porös sind

Schallemissionsprüfung – Bewertung der Unterbrechungen – hier wird die Tatsache genutzt, dass Akustiksignale immer eine Frequenzänderung erfahren, wenn sie durch Unterbrechungen reisen

Überprüfung der Wärmeübertragung – Erkennt Änderungen in der Wärmeübertragung durch Unregelmäßigkeiten oder nicht gelötete Bereiche – die Abbildungen zeigen hartgelötete Bereiche als helle Flecken und Hohlräume als dunkle Flecken

Untersuchungsmethoden für hartgelötete Verbindungen: Zerstörende Prüfmethoden

Es gibt auch einige zerstörende und mechanische Prüfmethoden, die häufig bei zufälligen oder Los-Prüfungen eingesetzt werden:

Schältest – nützlich, um Überlappnähte und die allgemeine Qualität der Produktion der Verbindung zu überprüfen, sowie um Hohlräume und Flussmitteleinschlüsse zu finden – ein Bauteil wird dabei festgehalten während das andere von der Verbindung geschält wird

Metallographische Untersuchung – Überprüfung der allgemeinen Qualität der Verbindungen – Erkennt Porösität, schlechten Fluss von Füllmaterial, Erosion des Grundmetalls und nicht passende Passformen

Spannungs- und Schertest – erfasst die Stärke einer Verbindung unter Spannung oder mit einem Schertest, wird eher in der Entwicklung statt in der Produktion verwendet

Ermüdungsprüfung – Überprüfung des Grundmetalls sowie der hartgelöteten Verbindung – eine zeitaufwändige und kostspielige Methode

Stoßprüfung – erkennt die Grundeigenschaften der hartgelöteten Verbindung – wird in der Regel in Laboren eingesetzt

Torsionstest – wird an hartglöteten Verbindungen in der Qualitätskontrolle der Produktion eingesetzt – beispielsweise werden Bolzen oder Schrauben auf dicke Abschnitte gelötet

Nicht bestandene Prüfung der Hartlötung

Die Größe, Komplexität und Schwere der Anwendung bestimmt die beste Prüfart. Möglicherweise sind mehrere Methoden erforderlich. Falls Sie keine genaue und zuverlässige Prüfmethode für eine kritische Hartlötverbindung finden, sollten Sie Ihren Verbindungsaufbau überdenken, um eine angemessene Prüfung zuzulassen.

Die Untersuchung der fertigen Verbindungen ist möglicherweise der letzte Schritt im Hartlötverfahren, aber die Prüfung sollte in die Entwicklungsphase eingebaut werden. Sowohl die zerstörungsfreien als auch die zerstörenden Methoden können eingesetzt werden, je nach Anwendung, dem Service und den Anforderungen des Endnutzers, sowie je nach den gesetzlichen Vorgaben und Normen.

Sobald das Flussmittel und die Oxide von der Hartlöt-Baugruppe entfernt wurden, sind er Regel keine weiteren Verfahren mehr nötig. Die Baugruppe kann dann verwendet, oder einer Galvanisierung unterzogen werden. In einigen wenigen Fällen, wenn Sie ein ultrasauberes Finish benötigen, können Sie die Baugruppe mit einem feinen Schmirgelpapier polieren. Wenn die Baugruppen für einen späteren Zeitpunkt aufbewahrt werden sollen, sollten Sie im abschließenden Abspülwasser ein wasserlösliches Öl als leichtes Rostschutzmittel hinzufügen.

In diesem Video erfahren Sie mehr darüber, wie Sie die Verbindung ordentlich reinigen.

Zusammenfassung: Grundlagen des Hartlötens

Wir haben die sechs Grundlagenschritte besprochen, die bei optimalem Hartlöten erforderlich sind. Und wir sind sehr genau auf die Einzelheiten eingegangen, um Ihnen so viele Informationen wie möglich zur Verfügung zu stellen. Um ein ausgeglicheneres Bild des gesamten Hartlötverfahrens zu erhalten, muss angemerkt werden, dass diese Schritte im Alltag in der Regel sehr schnell durchgeführt werden.

Nehmen wir beispielsweise den Reinigungsprozess. Neue Metallteile müssen eventuell sogar gar nicht mehr gereinigt werden. Falls doch, reicht es aus, ein ganzes Dutzend Bauteile gleichzeitig kurz in die Entfettungslösung einzutauchen. Das Auftragen des Flussmittels geschieht meistens nur ganz kurz mit einem Pinsel, oder indem ein Ende des Bauteils kurz in das Flussmittel getaucht wird. Die Erhitzung dauert mit einem Sauerstoff-Azetylen-Gasbrenner oft nur Sekunden. Und dank der Kapillarfunktion fließt das Füllmetall quasi unverzüglich in die Verbindung ein. Die Entfernung des Flussmittels ist in der Regel nur ein kurzes Abspülen mit heißem Wasser und für die Oxidentfernung muss die Baugruppe nur kurz in ein Säurebad getaucht werden.

Es gibt natürlich Ausnahmen zu dieser Regel, aber in den meisten Fällen kann eine Hartlötverbindung recht schnell hergestellt werden – wesentlich schneller als eine lineare Schweißnaht. Und wie wir später noch sehen werden, werden diese Vorgänge bei automatischen Hartlötvorgängen um ein mehrfaches schneller ausgeführt. Die Geschwindigkeit des Hartlötens allein stellt einen wesentlichen Vorteil im Bereich der Metallverbindungsverfahren dar.

Falls Sie weitere Fragen zum Hartlöten haben, wenden Sie sich an unsere Fachleute bei Lucas Milhaupt, oder nehmen Sie an unserem nächsten zweitägigen Advanced Fundamentals & Brazing by Design-Kurs teil.

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