Kupferhartlöten erklärt: Techniken & Tipps für starke, zuverlässige Verbindungen

Seit vielen Jahren sind die zwei gängigsten Methoden zum Verbinden von Kupferrohren und -fittings Weichlöten und Hartlöten. Diese bewährten Methoden sind in vielerlei Hinsicht ähnlich, doch gibt es auch deutliche Unterschiede, die sie voneinander abgrenzen.

Dieser Beitrag erklärt die Gemeinsamkeiten und hebt die Unterschiede zwischen den beiden Verbindungsverfahren hervor, um zu entscheiden, welche Methode am wünschenswertesten ist.

Was ist Kupferhartlöten?

Die gängigste Methode zum Verbinden von Kupferrohren ist die Verwendung eines muffigen Kupfer- oder Kupferlegierungsfittings, in das die Rohrabschnitte eingesetzt und mittels Füllmetall – entweder durch Weich- oder Hartlöten – befestigt werden. Diese Art der Verbindung wird als Kapillar- oder Überlappverbindung bezeichnet, da die Muffe des Fittings das Rohrende überlappt und ein Spalt zwischen Rohr und Fitting entsteht.

Dieser Spalt wird Kapillarspalt genannt. Die sich überlappenden Flächen von Fitting und Rohr, die die Verbindung bilden, heißen Anlaufflächen. Rohr und Fitting werden dann durch ein Füllmetall fest verbunden, das in den Kapillarspalt geschmolzen wird und an diesen Flächen haftet.

Das Füllmetall ist eine Metalllegierung mit einem Schmelzpunkt unter dem des Rohrs oder Fittings. Der Schmelzpunkt von Kupfer (Cu) Legierung UNS C12200 beträgt 1082 °C (1981 °F). Schmilzt das Füllmetall unter 450 °C (840 °F), handelt es sich um Weichlöten. Darüber ist es Hartlöten.

Warum Kupferhartlöten?

Kupferhartlöten wird eingesetzt, wenn höhere Verbindungsfestigkeit nötig ist oder für Systeme, die bei 350 °C oder höher betrieben werden.

Typische Anwendungen:

• Brandschutz
• Klima- und Kältetechnik
• Brennstoffgasverteilung
• Wasserversorgung

Sowohl sauerstoffhaltiges als auch sauerstofffreies Kupfer kann hartgelötet werden, um eine Verbindung mit zufriedenstellenden Eigenschaften zu erzielen. Die volle Festigkeit einer geglühten Kupferhartlotverbindung wird mit einer Überlappverbindung erreicht.

Die Flamme sollte leicht carburierend sein. Alle Silberhartlotlegierungen können mit passenden Flussmitteln verwendet werden. Mit Kupfer-Phosphor- oder Kupfer-Phosphor-Silber-Legierungen kann eine Hartlotverbindung ohne Flussmittel hergestellt werden, wobei Flussmittel die Optik der Verbindung verbessert.

Kupferweichlöten vs. Hartlöten

Die meisten Weichlötungen erfolgen bei 350–600 °C. Kupferhartlöten erfolgt, z. B. für Hartlotverbindungen, bei 600–800 °C (1100–1500 °F).

Hartlöten ist ein Metallverbindungsverfahren, bei dem zwei oder mehr Metallteile durch Schmelzen und Einfließen von Material in die Verbindung verbunden werden; das Füllmaterial hat einen niedrigeren Schmelzpunkt als das angrenzende Metall.

Der Unterschied zwischen Hart- und Weichlöten ist die Temperatur, die zum Schmelzen des Füllmetalls nötig ist. Die American Welding Society (AWS) definiert diese auf 450 °C (842 °F), oft gerundet auf 450 °C (840 °F). Schmilzt das Füllmetall darunter, ist es Weichlöten.

Hartlotverbindungen werden für Kältetechnik, Hochdruckluftleitungen und HLK eingesetzt, wo maximale Verbindungsfestigkeit gefordert ist; Weichlotverbindungen finden sich in Niederdruckanwendungen wie Trinkwasserleitungen und manchen Heizsystemen.

Braucht man Flussmittel zum Hartlöten von Kupfer?

Zum Hartlöten von Kupfer benötigt man Flussmittel, damit das Lot frei fließen kann und vom Brenner erhitzt wird. Der Stab wird dann ohne Zwang in Position gebracht – Zwang würde das Wärmebad vermischen und eine unzuverlässige Verbindung zwischen den beiden Kupferstücken erzeugen.

Die einfachste Methode: Flussmittel mit einem Pinsel auf einer Fläche auftragen und dann flüssiges Metall darauf pinseln – dies involviert auch wasserlösliche Paste.

Die beiden Metallstücke sollten eine geschliffene Oberfläche haben, damit der Prozess effizient funktioniert; sonst bildet sich keine vorteilhafte Bindung. Diese Technik wird oft bei Sanitärrohrverbindungen angewendet, da niemand giftige Dämpfe vom Weichlöten im Haus haben möchte.

Wie man Kupfer hartlötet

Hartlöten erfolgt durch Erhitzen des Kupfers, dann Auftragen einer Schicht Constantan (ein Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit und niedrigem elektrischen Widerstand). Werden die beiden Stücke korrekt ausgerichtet, verschmelzen sie bei 250 °C.

Das Flussmittel sorgt dafür, dass keine kleinen Luftblasen die Verbindung ruinieren – diese blubbern beim Erhitzen an die Oberfläche und können vor dem Erhitzen mit einer Hartlotnadel durchstochen werden.

Sind sie erhitzt, etwas Hartlotpaste auftragen – diese schmilzt beim erneuten Erhitzen und vervollständigt die Verbindung! Reicht Constantan nicht für ausreichende Wärmeleitfähigkeit, oder will man sicherstellen, dass beide Stücke vor dem ersten Erhitzen etwa gleiche Temperatur haben, kann auch ein fluxbeschichteter Hartlotstab verwendet werden.

Was genau passiert, wenn das Füllmetall schmilzt?

Wenn das Füllmetall schmilzt, bildet es meist einen leuchtend orangefarbenen Tropfen. So erkennt man, dass die richtige Temperatur für den Hartlotprozess erreicht ist. Flussmittel und wasserlösliche Paste auftragen, dann Stab und Kupferrohr ca. fünf Minuten erhitzen, bevor Lotpaste auf den Stab gegeben wird.

In der Bauausführung ist dies typischerweise die Art, wie Sanitärrohre verbunden werden. Bei Sanitärrohren gibt es zwei gängige Methoden: Kupferhartlöten und Kupferweichlöten.

Das Flussmittel hilft dem Lot, frei zu fließen, und sollte auf beiden Flächen aufgetragen werden für einen erfolgreichen Hartlotprozess. Der Stab wird dann ohne Zwang in Position gebracht, was das Wärmebad vermischen und eine unzuverlässige Verbindung erzeugen würde.

Arten von Flammen

Es gibt 3 Flammentypen. Einen will man nicht: die carburierende Flamme. Erkennbar an ihren 3 Farben, führt zu übermäßiger Karburierung am Rohr, was unnötig ist und die Verbindung gefährden kann.

Zweitens die oxidierende Flamme – auch unerwünscht. Sie oxidiert das Werkstück, wie der Name sagt. Drittens die neutrale Flamme. Das ist die gesuchte Flamme: sie carburiert nicht, oxidiert nicht, hat ein perfektes Sauerstoff-Acetylen-Verhältnis und ist typischerweise klar blau.

Werkzeuge & Materialien für das Projekt

Werkzeuge und Füllmaterialien unterscheiden sich zwischen Weichlot- und Hartlotverbindungen; beide werden gemeinsam durchgegangen.

Beim Weichlöten von Trinkwasserleitungen verwendet man 95/5-Lot (95 % Zinn, 5 % Antimon). Dieses Lot kann beim Hartlöten nicht verwendet werden – man braucht ein Füllmaterial. Es gibt viele Füllmaterialtypen; man muss das passende für den jeweiligen Job wählen.

Bei Unsicherheiten liefert Harris Products eine klare Tabelle, welcher Hartlotstab für welche Materialkombinationen geeignet ist. Für diese Demonstration: Stay-Silv 15 mit 80 % Kupfer, 15 % Silber, 5 % Phosphor. Stäbe mit Phosphor sind selbstflüssigend, wodurch separates Flussmittel auf dem Rohr entfällt.

Da Silberlot bei viel höherer Temperatur schmilzt, braucht man mehr Hitze als bei typischen Weichlotverbindungen.

Kleinere Rohre lassen sich mit einem kleinen Propanbrenner hartlöten, aber größere Rohre (ab 1 Zoll / 25 mm) benötigen mehr Hitze – daher Oxyd/Acetylen-Anlage mit passendem Brenner empfohlen, da Silberlot höher schmilzt als normales Lot. Oxyd/Acetylen brennt bei 3500 °C (6330 °F) deutlich heißer als Propan (~1995 °C / 3620 °F).

Zum Schluss der Brenner. Beim Weichlöten wird ein solcher Brenner verwendet, da nur ein Gas nötig ist. Propanbrenner liefern nicht annähernd so viel Hitze wie Oxyd/Acetylen-Brenner.

Verwendet wird hier ein Oxyd/Acetylen-Port-a-Torch-Set von Harris (Lincoln Electric), ideal für leichte Hartlötaufgaben. Im Tragetaschenformat: 2 Flaschen (Sauerstoff, Acetylen), 2 Regler, Brenner.

Auch die Brennerspitzen im Set beachten. Ein einfaches Luft/Acetylen-Setup ist möglich, aber deutlich länger und liefert nicht so saubere Verbindungen wie Oxyd/Acetylen. Es ist jedoch wirtschaftlicher und leichter für enge Räume – nutzen Sie, was für Sie am besten passt.

Wichtig: Stellen Sie sicher, dass Ihr Brenner Rückschlagventile (Flashback Arrestors) an Sauerstoff- und Acetylenseite hat. Die meisten neuen Brenner haben sie integriert. Früher waren sie separat und mussten am Schlauch montiert werden. Prüfen Sie, ob Ihr Set damit ausgestattet ist – sie verhindern, dass die Flamme in die Flasche zurückschlägt, was man definitiv nicht möchte.