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Löttechniken in der Automobilbranche

Metallverbindungen: Schweißen, Hartlöten und Löten

Metallverbindungen: Schweißen, Hartlöten und Löten

Es gibt unterschiedliche Methoden, um Metalle zu verbinden, einschließlich Schweißen, Hartlöten und Löten. Was ist der Unterschied zwischen Schweißen und Hartlöten? Was ist der Unterschied zwischen Hartlöten und Löten? Im Folgenden zeigen wir Ihnen die Unterschiede sowie einige Vorteile der einzelnen Disziplinen und deren allgemeine Anwendung. Dies wird Ihr Verständnis über Metallverbindungen vertiefen und Ihnen helfen, den optimalen Ansatz für Ihre Anwendung zu finden.

Wie Schweißarbeiten funktionieren

Schweißen bedeutet, dass Metallverbindungen durch Schmelzen und erhärten der Schmelze zusammengefügt werden, in der Regel durch die Zugabe eines Schweiß-Füllmetalls. Die dadurch entstehenden Verbindungen sind sehr stark – in der Regel so stark, wie die zusammengefügten Metalle oder sogar noch stärker. Um die Metalle zusammenzuschweißen, muss der Verbindungsbereich direkt konzentriert erhitzt werden. Die Hitze muss sehr hoch sein, um die Basismetalle (die Metalle, die verbunden werden sollen) und das Füllmetall zu schmelzen. Daher beginnen Schweißtemperaturen am Schweißpunkt des Basismetalls.

Schweißen ist in der Rgel für die Verbindung von großen Baugruppen geeignet, bei denen beide Metallabschnitte relativ dick sind (0,5"/12,7 mm) und an einer einzelnen Stelle verbunden werden sollen. Da die Schweißnaht einer Schweißverbindung uneben ist, wird sie in der Regel nicht bei Produkten verwendet, bei denen sehr präzise Verbindungen erforderlich sind. Zu den Anwendungsbereichen gehören Transport, Bau, Fertigung und Reparaturen. Beispiele sind bei automatischen Montagebändern und der Fertigung von Drucktanks, Brücken, Gebäudekonstruktionen, Flugzeugen, Eisenbahnwagons und Schienen, Leitungen und vielem mehr zu finden.

Vergleich der Vorteile. Da die Hitze beim Schweißen sehr hoch ist, wird diese in der Regel punktgenau angebracht; es ist nicht praktisch, einen größeren Bereich zu erhitzen. Dieses punktgenaue Schweißen hat Vorteile. Wenn Sie beispielsweise zwei kleine Streifen an einer Stelle verbinden möchten, ist ein Schweißansatz mit Elektrowiderstand nützlich. Dies ist eine schnelle und wirtschaftliche Methode, um hunderte und tausende stabiler, dauerhafter Verbindungen zu schaffen.  

Falls die Verbindung eher linienförmig statt punktförmig ist, können Probleme auftreten. Die örtlich gebundene Hitze der Schweißnaht kann ein Nachteil sein. Wenn Sie beispielsweise zwei Metallstücke auf Stoß schweißen möchten, schrägen Sie zunächst die Kanten der Metallstücke an, um Platz für das Füllmetall zu schaffen. Danach schweißen Sie, indem Sie erst ein Ende des zu verbindenden Bereichs auf die Schmelztemperatur bringen, und dann die Hitze langsam entlang der Verbindungslinie auftragen und gleichzeitig das Füllmetall einfließen lassen. Dies ist ein typischer, herkömmlicher Schweißvorgang. Wenn dies ordentlich ausgeführt wird, ist die Schweißverbindung mindestens so stabil wie die verbundenen Metalle.  

Allerdings gibt es Nachteile bei diesem linearen Schweißen. Die Verbindungen werden bei hohen Temperaturen erstellt – hoch genug, um sowohl die Basismetalle als auch das Füllmetall zu schmelzen. Diese hohen Temperaturen können zu Problemen führen, einschließlich Verformung und Verziehen der Basismetalle, oder zu Belastungen am Schweißbereich. Diese Gefahren sind minimal, wenn die zu verbindenden Metalle dick sind, aber können zu Problemen führen, wenn die Basismetalle eher dünn sind. Hohe Temperaturen sind darüber hinaus kostspielig, da sie viel Energie kosten. Je mehr Hitze Sie benötigen, desto teurer wird die Verbindung.

Stellen Sie sich nun ein automatisiertes Schweißverfahren vor. Was geschieht, wenn Sie nicht nur eine Baugruppe verbinden müssen, sondern hunderte oder gar tausende? Schweißen ist in der Automatisierung von Natur aus ein Problem. Eine Widerstands-Schweißnaht an einem einzelnen Punkt kann relativ leicht automatisiert werden. Sobald der Punkt jedoch eine Linie ist, also eine lineare Verbindung, muss diese Linie nachverfolgt werden. Dieser Nachverfolgungsvorgang kann automatisiert werden, um die Verbindungslinie automatisch von einer großen Spule an einer Wärmestation und einer Füllmittelleitung vorbeizuführen. Dies ist jedoch ein komplexer Vorgang, der ein exaktes Setup erfordert, das nur funktioniert, wenn Sie eine große Produktionsmenge mit vielen identischen Teilen haben.

Bedenken Sie, dass sich Schweißtechniken laufend verbessern. Sie können auf Produktionsbasis über einen Elektrostrahl, eine Kondensatorentladung, über Reibung oder mit anderen Methoden schweißen. Dieser anspruchsvolle Prozess erfordert in der Regel teures Spezialwerkzeug und komplexe und zeitaufwendige Einstellungen. Wenn Sie kürzere Produktionsläufe haben, sollten Sie Änderungen an der Baugruppenkonfiguration oder den typischen, alltäglichen Metallverbindungen in Betracht ziehen.

Wie funktioniert Hartlöten

Eine Hartlöt-Verbindung ist etwas völlig anderes wie eine Schweißnaht. Der erste große Unterschied ist die Temperatur – Hartlöten schmilzt das Basismetall nicht. Das bedeutet, dass Hartlöttemperaturen wesentlich geringer sind, als die Schmelzpunkte der Basismetalle. Die Hartlöttemperaturen sind auch wesentlich niedriger als die Schweißtemperaturen der selben Basismetalle und benötigen daher weniger Energie.

Wenn Hartlöten die Basismetalle nicht zusammenschweißt, wie wird dann eine Verbindung erzeugt? Dies geschieht, indem eine metallurgische Verbindung zwischen dem Füllmetall und den Oberflächen der beiden zu verbindenden Metalle geschaffen wird. Das Füllmetall wird durch die Kapillarwirkung in die Schnittstelle gesaugt und sorgt so für die Verbindung. Beim Hartlötverfahren bringen Sie Hitze weiträumig auf dem Basismetall auf. Das Füllmetall wird dann in Kontakt mit den erhitzten Bauteilen gebracht. Es schmilzt durch die Hitze des Basismetalls unverzüglich und wird durch die Kapillarwirkung vollständig in die Verbindung gesaugt. Dadurch entsteht eine Hartlötverbindung.

Zu den Anwendungen des Hartlötvorgangs gehört Elektronik / Elektrik, Luft- und Raumfahrt, Automobile, HVAC/R, Bauwesen und vieles andere. Die Beispiele reichen von Klimaanlagen für Automobile bis hin zu hochsensiblen Turbinenblättern, Bauteilen für Satelliten und edlem Schmuck. Hartlöten bietet erhebliche Vorteile bei Anwendungen, bei denen ungleiche Basismetalle, beispielsweise Kupfer und Stahl sowie nicht-Metalle wie Wolfram-Karbid, Alumiminium, Graphit und Diamant verbunden werden sollen.

Vergleich der Vorteile. Erstens ist eine Hartlötverbindung sehr stabil. Eine ordentliche Hartlöt-Verbindung ist (wie eine Schweißverbindung) häufig ebenso stark oder stärker als die verbundenen Metalle. Zweitens wird die Verbindung bei relativ geringen Verbindungen zwischen etwa 1150 °F bis 1600 °F (620 °C bis 870 °C) gefertigt.

Am wichtigsten jedoch ist, dass die Basismetalle niemals schmelzen. Da die Basismetalle nicht schmelzen, behalten Sie in der Regel ihre physischen Eigenschaften. Die Integrität des Basismetalls ist charakteristisch für alle Hartlötverbindungen, einschließlich dünner und dicker Verbindungen. Die geringe Hitze senkt die Gefahr von Metallverzerrungen oder Verziehungen auf ein Minimum. Beachten Sie auch, dass die geringere Temperatur weniger Hitze erfordert – ein erheblicher Punkt, um Kosten zu sparen.

Ein weiterer wichtiger Vorteil des Hartlötens ist, dass ungleiche Metalle mit Flussmittel oder Fülldraht / beschichteten Legierungen ganz einfach verbunden werden können. Da Sie die Basismetalle nicht schmelzen müssen, spielt es keine Rolle, ob die Schmelzpunkte weit auseinander liegen. Sie können genauso gut Stahl an Kupfer hartlöten, wie Stahl an Stahl. Schweißen ist etwas ganz anderes, da Sie die Basismetalle schmelzen müssen, um sie zu verbinden. Das heißt, wenn Sie Kupfer (Schmelzpunkt 1981 °F/1083 °C) an Stahl (Schmelzpunkt 2500 °F/1370 °C) schweißen möchten, müssen Sie eine anspruchsvolle und kostspielige Schmelztechnik verwenden. Da es ganz einfach ist, ungleiche Metalle mit herkömmlichen Hartlötverfahren zusammenzufügen, können Sie die Metalle verwenden, die am besten für die Funktion der Baugruppe geeignet sind, da diese unabhängig der unterschiedlichen Schmelztemperaturen verbinden können.

Eine hartgelötete Verbindung verfügt auch über ein glattes, schönes Aussehen. Der Unterschied zwischen einer kleinen, sauberen Kehlnaht einer Hartlötverbindung und einer dicken, unregelmäßigen Schweißverbindung ist wie Tag und Nacht. Dieses Merkmal ist vor allem für Verbindungen an Verbrauchsprodukten wichtig, bei denen das Aussehen eine Rolle spielt. Eine Hartlötverbindung kann fast immer „so wie sie ist“ verwendet werden, ohne dass irgendein Finish notwendig wäre – was Kosten einspart.

Hartlöten bietet weitere erhebliche Vorteile gegenüber dem Schweißen, da Hartlöten in der Regel leichter erlernt werden kann als Schweißen. Das liegt an den inhärenten Unterschieden zwischen den beiden Verfahren. Bei einer linearen Schweißnaht muss die Hitze und die Verteilung des Füllmetall genau abgestimmt werden. Eine hartgelötete Verbindung hingegen erstellt „sich selbst“ durch die Kapillarwirkung. Tatsächlich hängen die erforderlichen Fähigkeiten stark davon ab, wie die Verbindung aufgebaut und gefertigt wird. Die Geschwindigkeit eines gut ausgebildeten Nutzers ist ebenfalls ein wichtiger Kostenfaktor.

Außerdem kann Hartlöten recht einfach automatisiert werden. Die Merkmale eines Hartlötverfahrens – nreote Hitzeanwendung und leichte Positionierung des Füllmaterials – helfen dabei, das Fehlerpotential zu beseitigen. Es gibt viele Wege, die Verbindung automatisch zu erhitzen, viele Arten an Hartlöt-Füllmetall und viele Artebm, diese so aufzutragen, dass das Hartlötverfahren in beinahe jeder Produktionsstufe leicht automatisiert werden kann.

Wie Lötarbeiten funktionieren

Löten verbindet Materialien, in der Regel Metalle, indem diese geschmolzen und ein Füllmetall – das Lötzinn – in die Verbindung eingeführt wird, wobei dieses einen geringeren Schmelzpunkt als die zu verbindenden Metalle hat. Heutiges Lötzinn verwendet bleifreie Legierungen bei Anwendungen in der Elektronik- und Sanitärbranche, mit Metallen wie Gold, Silber, Kupfer, Messing und Eisen.

Was ist der Unterschied zwischen Hartlöten und Löten? Die American Welding Society (AWS) definiert Hartlöten als eine Gruppe von Verbindungsverfahren, bei denen Materialen verbunden werden, indem diese mit einem Füllmetall (Lötmittel) bei einer Temperatur über 840 °F (450 °C) und unter dem Schmelzpunkt des Basismetalls verflüssigt werden.

Löten hat die selbe AWS-Definition wie Hartlöten, mit der Ausnahme, dass das verwendete Füllmetall einen Schmelzpunkt unter 840 °F (450 °C) und unter dem Schmelzpunkt der Basismetalle besitzt. Löten kann als Niedertemperatur-Version des Hartlötens betrachtet werden.

Vergleich der Vorteile. Obwohl es Ähnlichkeiten zwischen Hartlöten und Öten gibt, führt der Temperaturunterschied zwischen den Verfahren zu unterschiedlichem Verhalten. Die Basismetalle, die beim Löten verwendet werden, sind in der Regel stärker als das Lötzinn selbst; Bei Belastung und Verschleiß kann die Verbindung ausfallen. Das bedeutet, dass eine gelötete Baugruppe weniger stabil und weniger belastbar ist, als eine hartgelötete Verbindung

Auswahl des richtigen Metallverbindungsverfahren

Wenn Sie Verbindungen benötigen, die dauerhaft und stabil sind, werden sie letztlich entweder bei Schweißen oder Hartlöten landen. Sowohl beim Schweißen als auch beim Hartlöten verwenden Sie Hitze und ein Füllmetall. Beide Verfahren können in der Produktion eingesetzt werden. Das ist allerdings auch schon alles, was die beiden Verfahren gemeinsam haben. Sie funktionieren völlig unterschiedlich, und Sie sollten sich diese Überlegungen zu Schweißen und Hartlöten durchlesen:

  • Größe der Baugruppe
  • Die Dicke des Basismetalls
  • Anforderungen an Punkt- oder Linienverbindungen
  • Die zu verbindenden Metalle
  • Letztlich benötigte Menge der Baugruppe

Sonstige Optionen? Mechanisch befestigte Verbindungen (Gewinde, gestapelt oder genietet) sind hartgelöteten Verbindungen was Stärke, Widerstand gegen Stöße oder Schwingungen oder Dichtheit in der Regel unterlegen. Klebverbindungen und Löten führt in der Rgel zu dauerhaften Verbindungen, kommen aber in der Regel nicht der Stärke einer Hartlötverbindung gleich, die gleich oder stärker ist als das Basismetall selbst. Damit können in der Regel auch keine Verbindungen hergestellt werden, die Temperaturen über 200 °F (93 °C) aushalten. Wenn Sie dauerhafte, robuste Metall-an-Metallverbindungen benötigen, ist Hartlöten eine gute Option.

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