Hartlöten meistern: Umfassender Leitfaden zu Prozess, Arten und Materialien

Hartlöten ist ein Fügeverfahren, das sich von anderen Fügeverfahren wie Schweißen dadurch unterscheidet, dass es das Grundmaterial beim Fügen nicht schmilzt. Obwohl Hartlöten zu den Lötarten gezählt wird, verwendet es eine höhere Temperatur zum Fügen. Es erfordert auch sehr dicht anliegende Teile. Das Lot fließt durch Kapillarwirkung in die dicht anliegenden Teile.

Heute werden wir tief in das Hartlöte-Verfahren eintauchen: seine Grundlagen, Arten, Funktionsweise, Flussmittel, Füllmaterialien, Arten, Vor- und Nachteile usw.

Arten des Hartlötens

Es gibt viele Heizmethoden, um Lötoperationen durchzuführen. Der wichtigste Faktor bei der Wahl einer Heizmethode ist die effiziente Wärmeübertragung über die gesamte Fuge und dies innerhalb der Wärmekapazität der verwendeten einzelnen Grundwerkstoffe. Die Geometrie der Lötfuge ist ebenfalls ein entscheidender Faktor, ebenso wie die erforderliche Rate und das Volumen der Produktion. Der einfachste Weg, Lötmethoden zu kategorisieren, besteht darin, sie nach Heizmethode zu gruppieren. Hier sind einige der gängigsten:

• Flammlöten (Torch Brazing)
• Ofenlöten (Furnace Brazing)
• Induktionslöten (Induction Brazing)
• Tauchlöten (Dip Brazing)
• Widerstandslöten (Resistance Brazing)
• Infrarotlöten (Infrared Brazing)
• Deckenlöten (Blanket Brazing)
• Elektronenstrahl- und Laserlöten (Electron Beam and Laser Brazing)
• Löt-Schweißen (Braze Welding)

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Funktionsweise

Um eine hochwertige Verbindung beim Hartlöten zu erzielen, sollten die Teile dicht anliegen, und die Grundwerkstoffe sollten sauber und oxidfrei sein. Der Spalt zwischen den Werkstücken sollte einen Spielraum von 0,03 bis 0,08 mm für bessere Kapillarwirkung und Verbindungsfestigkeit haben. Obwohl in einigen Operationen nicht erwartet wird, dass eine Fuge mit solchem Spielraum vorhanden ist.

Die Oberflächenreinigung beim Hartlöten ist sehr wichtig, da Verunreinigungen zu schlechter Benetzung (Fluss) führen können. Beim Hartlöten wird die Reinigung der Teile auf zwei Arten durchgeführt: chemische Reinigung und abrasive oder mechanische Reinigung. Bei mechanischer Reinigung ist die Aufrechterhaltung der richtigen Oberflächenrauheit wichtig, da Benetzung auf rauer Oberfläche bei gleicher Geometrie viel stärker erfolgt als auf glatter Oberfläche.

Bezüglich Temperatur und Zeit auf die Qualität der Hartlötverbindungen: Generell muss die Löttemperatur über dem Schmelzpunkt des Lotes liegen. Je höher die Temperatur der Lötlegierung, desto stärker steigen Legierungs- und Benetzungswirkung.

In manchen Situationen muss eine höhere Temperatur angewendet werden, um Faktoren wie die Verwendung verschiedener Lote, die Kontrolle metallurgischer Effekte oder die ausreichende Entfernung von Oberflächenverunreinigungen zu berücksichtigen. Die beste Temperatur ist meistens:

• Die niedrigste mögliche Löttemperatur
• Minimierung von Wärmeeinfluss auf die Baugruppe
• Minimierung der Wechselwirkung zwischen Lot und Grundwerkstoff
• Maximierung der Lebensdauer von Vorrichtungen oder Spannmitteln

Der Zeiteinfluss auf die Hartlötverbindung wirkt sich primär auf den Umfang aus, in dem diese Effekte vorhanden sind. Der gewählte Produktionsprozess soll jedoch die Lötzeit und die damit verbundenen Kosten minimieren. Aber Zeit und Kosten sind in einigen nicht-produktiven Einstellungen sekundär gegenüber anderen Verbindungsattributen (z. B. Festigkeit, Aussehen).

Für Lötoperationen, die in einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre (z. B. Vakuumofen) durchgeführt werden, muss ein Flussmittel, bekannt als Borax, verwendet werden, um die Oxidation während der Erhitzungsphase zu verhindern. Dieses Flussmittel reinigt auch Verunreinigungen, die auf den Lötflächen zurückgeblieben sind.

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Hartlöt-Flussmittel

Hartlöt-Flussmittel sind in verschiedenen Formen erhältlich, wie Flussmittelpaste, Flüssigkeit, Pulver oder vorgefertigte Lötpasten, die Flussmittel mit Lotpulver kombinieren. Die gängigsten Flussmittel sind als Draht und Stäbe mit einer Flussmittelbeschichtung oder einem Flussmittelkern erhältlich.

Dieses Flussmittel fließt in die Fuge, wenn es auf die erhitzte Oberfläche aufgetragen wird, und schmilzt das Lot in der Fuge. Das überschüssige Flussmittel sollte nach Abschluss des Zyklus entfernt werden, da zurückbleibendes Flussmittel zu Korrosion führen kann. Es behindert auch die Fugeninspektion und verhindert weitere Oberflächenbearbeitungen.

Flussmittel werden generell basierend auf ihrer Wirkung auf ein bestimmtes Grundmaterial ausgewählt. Das gewählte Flussmittel muss chemisch verträglich mit dem Grundwerkstoff und dem verwendeten Lot sein. Weniger aktive Flussmittel sollten für längere Lötzyklen als für kurze Lötoperationen verwendet werden.

Hartlöt-Füllmaterialien

Verschiedene Legierungsarten werden als Füllmetalle beim Hartlöten verwendet, abhängig von der Anwendungsmethode und dem beabsichtigten Verwendungszweck. In der Hartlötung verwendete Legierungen bestehen aus drei oder mehr Metallen, um gewünschte Eigenschaften zu erzielen.

Ein bestimmtes Füllmetall wird für ein spezifisches Projekt gewählt, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Dazu können gehören: Beständigkeit gegen die erforderlichen Einsatzbedingungen, Benetzung der Grundwerkstoffe und Schmelzen bei einer niedrigeren Temperatur als die Grundwerkstoffe.

Lötlegierungen sind typischerweise als Band, Stab, Pulver, Creme, Draht und Vorformlinge erhältlich. Die Anwendung bestimmt, ob das Füllmaterial an der gewünschten Stelle vorplatziert oder während des Erhitzungsprozesses aufgebracht wird.

Beim manuellen Hartlöten werden Stab- oder Drahtformen der Füllmetalle verwendet, da sie leichter aufzubringen sind. Es gibt mehrere Wahlmöglichkeiten beim Hartlöten, da die Füllmaterialien verschiedener Art sind. Sie werden je nach Operation ausgewählt. Die folgenden sind die Arten von Füllmaterialien, die beim Hartlöten verwendet werden:

• Aluminium-Silizium
• Kupfer
• Kupfer-Silber
• Kupfer-Zink (Messing)
• Kupfer-Zinn (Bronze)
• Gold-Silber
• Nickel-Legierung
• Silber
• Amorphes Lötfolienmaterial mit Nickel, Silizium, Kupfer, Bor, Phosphor usw.

Vor- und Nachteile von Hartlötverbindungen

Die folgenden Punkte sind die Vorteile und Einschränkungen des Hartlötens:

Vorteile

• Das Grundmaterial schmilzt bei diesem Fügeverfahren nicht
• Saubere Verbindung wird erzeugt
• Es ermöglicht viel engere Kontrolle über Toleranzen
• Unähnliche Metalle und Nichtmetalle können hartgelötet werden
• Weniger thermischer Verzug als beim Schweißen
• Hartlöten erfordert keine nachträgliche Nachbearbeitung wie Schweißen
• Der Fügeprozess kann für Schutzbeschichtungen beschichtet oder plattiert werden
• Hartlöten lässt sich leicht für die Massenproduktion anpassen

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Einschränkungen

• Füllmetalle, die beim Hartlöten verwendet werden, sind weich
• Verbindungsfestigkeit ist im Vergleich zum Schweißen gering
• Die Verbindung ist schwächer als das Grundmaterial
• Hartlötverbindungen erfordern einen hohen Grad an Grundwerkstoff-Sauberkeit
• Verbindungsfarbe unterscheidet sich oft von der des Grundmaterials

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