Hartlöten erklärt: Metallteile sicher & effektiv verbinden

Was ist Hartlöten?

Hartlöten (Brazing) ist ein Metallfügeverfahren, bei dem zwei oder mehr Metallteile durch Aufschmelzen und Einfließen eines Lötmetalls (Lot) in die Fuge verbunden werden, wobei das Lot einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Grundmetall hat. Anders als beim Schweißen werden die Grundwerkstoffe nicht geschmolzen.

Hartlöten unterscheidet sich vom Weichlöten durch höhere Temperaturen und passgenauere Fügung der Teile.

Während des Hartlötprozesses fließt das Lot durch Kapillarwirkung in den Spalt zwischen den passgenauen Teilen. Das Lot wird leicht über seinen Schmelzpunkt (Liquidus-Temperatur) erhitzt, während es durch eine geeignete Atmosphäre, meist ein Flussmittel, geschützt wird.

Es benetzt dann das Grundmetall (Benetzungsprozess) und kühlt ab, um die Werkstücke zu verbinden. Ein Hauptvorteil ist die Fähigkeit, gleiche oder unterschiedliche Metalle mit erheblicher Festigkeit zu verbinden.

Kernaussage

Hartlöten ist der Prozess, zwei unabhängige Metallstücke zu einer starken, lasttragenden Verbindung zu verbinden.

• Ähnlich wie Weichlöten, aber bei höheren Temperaturen.
• Richtiges Lotmaterial für das verwendete Metall wählen.
• Das Lot sollte durch die Hitze der zu verbindenden Metallstücke geschmolzen werden, nicht durch direkten Kontakt mit der Brennerflamme.
• Brenner mit hochintensiver Flamme verwenden.

Lotmaterialien (Lötstäbe)

• Kupfer, Messing, Bronze: Kupfer-Phosphor-Lötstäbe
• Stahl, Edelstahl, Nickel-Legierungen, Kupfer-Legierungen, Gusseisen, Hartmetall: Nickel-Silber-Lötstäbe
• Gusseisen, verzinktes Material, Nickel, Stahl, Temperguss: Bronze-Lötstäbe
• Aluminium: Bernzomatic AL3 Aluminium-Lötstäbe

Wie man Metall hartlötet

Hartlöten ist ein Fügeprozess, traditionell für Metalle (aber auch Keramik) angewendet, bei dem geschmolzenes Lot (Lotlegierung) in die Fuge fließt.

Schritt für Schritt:

• Oberfläche der Metalle mit Drahtbürste oder Schleifvlies aufrauen. Dann mit Seifenwasser oder Entfetter reinigen.
• Metalle wie gewünscht positionieren. Überlappungsfugen sind meist stärker und leichter zu löten als Stoßfugen. Bei Bedarf mit Spannzwingen fixieren.
• Fuge erhitzen, wo die beiden Metallstücke aufeinandertreffen, bis die Fuge glüht.
• Lötstab an die Fuge anlegen, während die Metalloberflächen weiter erhitzt werden. Bei großen Flächen bereichsweise erhitzen und zum nächsten Bereich weiterarbeiten.
• Nach dem Löten mit Drahtbürste die gelötete Oberfläche reinigen, um Oxidation oder Rückstände zu entfernen.

Der Schmelzpunkt des Lots liegt über 450 °C, aber immer unter der Schmelztemperatur der zu verbindenden Teile, was den Prozess vom Schweißen unterscheidet, wo hohe Temperaturen die Grundmetalle zusammenschmelzen.

Das Lot, leicht über dem Schmelzpunkt erhitzt, wird durch eine geeignete Atmosphäre (oft Flussmittel) geschützt. Das geschmolzene Lot kühlt ab und verbindet die Werkstücke zu einer starken Verbindung zwischen gleichen oder ungleichen Metallen.

Atmosphären für den Hartlötprozess umfassen Luft, verbranntes Brenngas, Ammoniak, Stickstoff, Wasserstoff, Edelgase, anorganische Dämpfe und Vakuum, mit verschiedenen Wärmequellen wie Brenner, Ofen und Induktionsspule.

Für eine gesunde Hartlötverbindung sollten Lot- und Grundmaterial metallurgisch verträglich sein, und das Fugen-Design sollte einen Spalt vorsehen, in den das geschmolzene Lot durch Kapillarwirkung gezogen oder verteilt werden kann. Der erforderliche Fugenabstand hängt von vielen Faktoren ab, einschließlich Lötatmosphäre und Zusammensetzung von Grundmaterial und Lotlegierung.

Ideal für das Verbinden ungleicher Metalle, ist Hartlöten ein kommerziell anerkanntes Verfahren in vielen Branchen aufgrund seiner Flexibilität und der hohen Integrität der Verbindungen. Dies macht es zuverlässig in kritischen und nicht-kritischen Anwendungen und zu einem der am weitesten verbreiteten Fügeverfahren.

Verschiedene Methoden des Hartlötens

Hartlöten nutzt eine Vielzahl von Wärmequellen und wird oft nach der verwendeten Heizmethode klassifiziert. Zum Erreichen der Löttemperatur heizen einige Methoden lokal (nur Fugenbereich), andere die gesamte Baugruppe (diffuses Heizen).

Lokale Heiztechniken

1. Brennerhartlöten (Torch Brazing)

Die zum Schmelzen und Fließen des Lots erforderliche Wärme wird durch eine Brenngasflamme geliefert. Brenngas kann Acetylen, Wasserstoff oder Propan sein, kombiniert mit Sauerstoff oder Luft zur Flammenbildung. Leicht automatisierbar, geringer Kapitalbedarf. Erfordert Flussmittel, daher oft Nachreinigung nötig.

2. Induktionshartlöten (Induction Brazing)

Hochfrequenz-Induktionserwärmung ist sauber und schnell, mit präziser Temperatur- und Wärmeortskontrolle. Wärme entsteht durch schnellen Wechselstrom, der durch eine benachbarte Spule in das Werkstück induziert wird.

3. Widerstandshartlöten (Resistance Brazing)

Wärme wird durch Widerstand gegen einen elektrischen Strom (wie beim Induktionslöten) in einem Stromkreis erzeugt, der die Werkstücke einschließt. Am besten anwendbar für relativ einfache Fugen in Metallen mit hoher elektrischer Leitfähigkeit.

Diffuse Heiztechniken

1. Ofenhartlöten (Furnace Brazing)

Bietet zwei Hauptvorteile: Schutzgas-Hartlöten (hochreine Gase oder Vakuum machen Flussmittel überflüssig) und präzise Kontrolle jedes Stadiums der Aufheiz- und Abkühlzyklen. Beheizung durch Heizelemente oder Gasbefeuerung.

2. Tauchhartlöten (Dip Brazing)

Die gesamte Baugruppe wird in ein Bad aus geschmolzener Lotlegierung oder geschmolzenem Flussmittel getaucht. In beiden Fällen liegt die Badtemperatur unter dem Erstarungspunkt des Grundmetalls, aber über dem Schmelzpunkt des Lots.

Hartlöten vs. Schweißen

Hartlöten wird von der AWS als flüssig-fest-Phasenbindung klassifiziert. Flüssig bedeutet, das Lot schmilzt; fest bedeutet, das Grundmaterial schmilzt nicht.

Anders als beim Schweißen werden beim Hartlöten die Werkstücke nicht geschmolzen. Der Hauptunterschied zum Lichtbogenschweißen ist die Wärmequelle. Hartlöten erfolgt über Brenner, Ofen, Induktion, Tauchbad oder Widerstand bei Temperaturen über 840 °F (450 °C), während Lichtbogenschweißen Elektrizität als Wärmequelle nutzt mit Temperaturen von ca. 10.000 °F.

Hartlöten vs. Weichlöten

Der einzige Unterschied ist die Temperatur: Weichlöten findet unter 840 °F (450 °C) statt, Hartlöten über 840 °F (450 °C).

Vorteile von Hartlöten und Weichlöten

Einige Vorteile gegenüber anderen Fügemethoden:

• Niedrige Temperatur
• Dauerhaft oder lösbar verbunden
• Ungleiche Materialien verbindbar
• Hohe Fügegeschwindigkeit
• Geringere Gefahr der Beschädigung von Teilen
• Langsame Aufheiz- und Abkühlrate
• Teile unterschiedlicher Wandstärken verbindbar
• Einfache Neuausrichtung

Hart- und Weichlöten haben viele Vorteile, werden aber oft übersehen bei der Auswahl eines Fügeverfahrens. Die Fähigkeit, viele verschiedene Materialien mit begrenzter Vielfalt an Flussmitteln und Loten zu verbinden, reduziert den Bedarf an großem Materiallager, was für Kleinbetriebe, Heimwerkstätten oder Landwirtschaft große Kosteneinsparungen bedeuten kann.