Entfernung der Flussmittelrückstände...30 Vorsichtsmaßnahmen...31 DVGW Arbeitsblatt GW 2 32 Lötverbindungen in der Kältetechnik 33 Verbindung Kupfer

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1 Löten

2 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 2 Definition 4 Fachausdrücke 5 Benetzung...5 Diffusion...6 Kapillarität...7 Lötspaltbreiten...9 Fülldruckkurve...10 Begriffe des Lötablaufs...10 Einteilung der Lote 12 Einteilung nach der Arbeitstemperatur...12 Einteilung nach der Lotzuführung...13 Temperaturbereiche der Lote 14 Schematische Skizze Lötbegriffe 16 Vergleich der Arbeitstemperaturen cadmiumhaltiger und cadmiumfreier Lote 17 Weichlote 17 Cadmiumfreie Silberhartlote 19 Cadmiumfreie Silberlote...19 Spezial Silberlote, cadmiumfrei...20 Kupfer Phosphor (Silber) Hartlote...20 Auszug aus DIN EN Flussmittel 23 Schematische Darstellung des Verhaltens von Flussmitteln beim Löten...23 Zusammensetzung und Wirktemperaturbereiche von Flussmitteln...24 Skizze der Wirkbereiche von HartlotFlussmittel...25 Flussmittel für verschiedene Zusatzwerkstoffe 26 SilberlotFlussmittel...26 Messing und Neusilberlot Flussmittel...27 Entfernung der Flussmittelrückstände bei Silber und Messingloten...27 Aluminium Flussmittel...28 Entfernen der Flussmittelrückstände...28 Weichlot Flussmittel

3 Entfernung der Flussmittelrückstände...30 Vorsichtsmaßnahmen...31 DVGW Arbeitsblatt GW 2 32 Lötverbindungen in der Kältetechnik 33 Verbindung Kupfer / Kupfer...33 Verbindung Kupfer / Messing...33 Verbindung Kupfer / Ferritischer Stahl...33 Fugenlöten von feuerverzinkten Stahlrohren 34 Löteignung der Werkstoffe 35 Gruppe Gruppe Gruppe Beispiele konstruktiver Gestaltung 38 3

4 Das Löten ist eines der ältesten Verbindungsverfahren. Es wurde vor mehr als 5000 Jahren bereits angewandt. Um 1900 erfolgte die Umstellung vom empirischen Löten auf das industrielle Löten. Definition nach DIN 8505 Löten ist ein thermisches Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen und Beschichten von Werkstoffen, wobei eine flüssige Phase durch Schmelzen eines Lotes (Schmelzlöten) oder durch Diffusion an den Grenzflächen (Diffusionslöten) entsteht. Die Solidustemperatur der Grundwerkstoffe wird nicht erreicht. 4

5 Fachausdrücke Benetzung Das Weich und Hartlot schmilzt beim Löten und verhält sich deshalb physikalisch wie eine Flüssigkeit. Gewünscht wird eine gute Benetzung der zu verbindenden Metalle (Grundwerkstoffe) mit flüssigem Lot. Benetzung ist in der Löttechnik das irreversible Ausbreiten eines geschmolzenen Lotes auf der Werkstoffoberfläche. Wasser Quecksilber konkav konvex Gute Benetzung Keine Benetzung 5

6 Diffusion Die beim Löten sich abspielenden metallurgischen Vorgänge zwischen Lot und Grundwerkstoff (die Benetzung) ergeben eine Legierung. Eine Legierungsbildung, bei der ein Partner in festem Zustand bleibt, bezeichnet man als Diffusion. Atome des Lotes wandern in den Grundwerkstoff und umgekehrt. Es ergibt sich eine Diffusionszone. Ihre Größe hängt von der thermischen Energie beim Lötprozess ab. Aus dieser Diffusion resultiert die Festigkeit einer Lötverbindung. V L Flüssiges Lot D L Grenzfläche zwischen Lot und Grundwerkstoff D G Grundwerkstoff D G = Diffusionszone im Grundwerkstoff V L = Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lotes D L = Diffusionszone im Lot 6

7 Kapillarität Die Benetzung des Grundwerkstoffes durch das geschmolzene Lot ist die Voraussetzung für ein kapillares Füllen des Lotspaltes. Kapillarität lässt sich wie folgt veranschaulichen: Bringen wir einen Strohhalm in die Flüssigkeit Wasser, so können wir beobachten, dass die Flüssigkeitsoberfläche im Strohhalm höher liegt wie die des Wassers. Dies nennt man kapillaren Fülldruck. Er entsteht durch Adhäsions und Kohäsionskräfte, die an festen Körpern und Flüssigkeiten wirken. Kapillarer Fülldruck ist der Druck, der das geschmolzene Lot auch entgegen der Schwerkraft wirkend, in den Lötspalt treibt. r h Die Differenz h wird umso größer, je kleiner r ist. 7

8 250 Spalt für Hochtemperaturlöten 200 Spalt für Hartlöten P k (mbar) Spalt geeignet für Handlötung Spalt für Fugenlöten ,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 b (mm) Kapillarer Fülldruck p k gemessen in Millibar [mbar] in Abhängigkeit von der Spaltbreite b [mm]. 8

9 Lötspaltbreiten Erfahrungsgemäß können für überlappende Verbindungen Lötspaltbreiten (Mittelwerte) angegeben werden: Lot Lötspalt (überlappt) in mm Kupferlot 0,05 Messinglot 0,2 Neusilberlote 0,2 CuPLote 0,2 CuPAgLote 0,2 Silberlote 0,05 0,1 Aluminiumlote 0,2 0,4 Wärmebeständige Lote 0,2 Weichlote 0,1 Verschiedene Spaltquerschnitte zeigen unterschiedliche Fülldrücke. Eine offene Hohlkehle hat einen sechsmal höheren kapillaren Fülldruck als ein paralleler Flächenspalt (500%) P k (mbar) ,1 0,2 0,1 9

10 Fülldruckkurve Abhängigkeit vom Lötspalt und vom kapillaren Fülldruck. Ein breiter Spalt hat einen geringeren kapillaren Fülldruck. Anwendung: Fugenlöten verzinkter Stahlrohre. Fugenlöten ist ein Fügen von Teilen, wobei ein zwischen den Teilen befindlicher breiter Spalt (Fuge) vorwiegend mit Hilfe der Schwerkraft gefüllt wird. Wird ein Lötspalt kleiner, erhält man den zulässigen Spalt für die Handlötung. Hier verfolgt man den Lötprozess mit den Augen und kann ihn, falls notwendig, korrigieren. Das automatische Hartlöten benötigt hohe kapillare Fülldrücke, wie sie aus Lötspalten unter 0,2 mm resultieren. Hartlöten und Fugenlöten sind Verfahren, bei denen Flussmittel verwendet werden. Sehr kleine Lötspalte unter 0,08 mm werden für das Hochtemperaturlöten verwendet. Hochtemperaturlöten ist flussmittelfreies Löten unter Luftabschluss (Vakuum, Schutzgas) mit Loten, deren Liquidustemperatur oberhalb 900 C liegt. Begriffe des Lötablaufs Bei der Ofenlötung steigt die Temperatur am zu lötenden Teil. Sie bleibt solange auf gleicher Höhe, bis dieses Teil durchgewärmt ist. Erst danach steigt die Temperatur bis zum Erreichen der Löttemperatur. Dort kommt es zur Diffusion von Lot und Grundwerkstoff. Die Mindestzeit sollte nicht weniger als 5 sec. sein. Anschließend kühlt das Teil ab, das Lot erstarrt. Beim Löten dünnwandiger Bauteile, z.b. Rohre erfolgt der Anstieg auf Löttemperatur ohne Halt. Nach der Diffusion in der Haltezeit erfolgt ebenfalls die Abkühlung. 10

11 Temperatur Handlötung Diffusion Lot / Grundwerkstoff Löttemperatur Durchwärmtemperatur Ofenlötung Zeit Durchwärmzeit Haltezeit Aufwärmzeit Abkühlzeit Lötzeit Gesamtzeit Begriffe des Lötablaufes, DIN 8505, Teil 1 11

12 Einteilung der Lote Lote sind reine Metalle oder Legierungen in Form von Draht, Stab, Blech, Formteilen, Körnern und Pulver. Regelungen dazu in den Normen DIN 1707, Teil 100, DIN EN 29453, DIN 8512 und DIN EN 1044 (DIN 8513). Einteilung nach der Arbeitstemperatur Weichlöten Weichlöten ist Löten mit Loten, deren Liquidustemperatur unterhalb 450 C liegt. Hartlöten Hartlöten ist Löten mit Loten, deren Liquidustemperatur oberhalb 450 C liegt. Beide Verfahren arbeiten mit Flussmitteln. Hochtemperaturlöten Hochtemperaturlöten ist flussmittelfreies Löten mit Loten unter Luftabschluss (Vakuum, Schutzgas), der Liquidustemperatur oberhalb 900 C liegt. 12

13 Einteilung nach der Lotzuführung Angesetztes Lot Die zu verbindenden Bleche sind mit Flussmittel bestrichen. Das schmelzende Lot vom Lotstab dringt in den Lötspalt ein und verdrängt das Flussmittel. Dies ist der Platzwechsel Flussmittel/Lot. Es muss dafür gesorgt werden, dass er ohne Behinderung ablaufen kann. Eingelegtes Lot Hierbei werden Lotringe, Lotabschnitte, Lotpulver oder Lotpaste an einem Ende der Lötstelle deponiert. Das Lot schmilzt, füllt den Lotspalt aus. Im Bild steigt es beispielsweise nach oben. Wenn es außen sichtbar wird, ist das Bauteil durchgelötet. Dies ist eine gute Kontrolle für die gelungene Lötung. Platzwechsel Lot/Flussmittel ca. 1 mm ca. 1 mm ca. 1 mm Angesetztes Lot eingelegtes Lot 13

14 Temperaturbereiche der Lote Weich, Hart und Hochtemperaturlote nehmen einen großen Temperaturbereich ein. Es gibt sehr niedrigschmelzende Weichlote. Sie werden als Schmelzlote zum Unterbrechen oder Einschalten von Vorgängen verwendet (z.b. die elektrische Sicherung im Auto). Über 183 C folgen die Pb und SnLote. Diese werden beispielhaft beim Löten an Regenrinnen verwendet. Es gibt auch Weichlote, die bei höheren Temperaturen schmelzen. Sie werden an Bauteilen verwendet, die einer permanent höheren Betriebstemperatur ausgesetzt sind, z.b. laufende Elektromotoren. Eine zweite Anwendung erfolgt an Bauteilen, wo mehrere Lötstellen dicht beieinander liegen. Die erste Lötstelle wird mit hochschmelzendem Lot ausgeführt, die zweite mit tiefschmelzendem Lot. So ist gewährleistet, dass die erste Lötstelle beim Löten der zweiten Stelle nicht entlötet wird (Stufenlöten). Bei 450 C endet das Weichlöten, es beginnt das Hartlöten. Zuerst sind es die Aluminiumlote, die zum Aluminiumhartlöten verwendet werden. Ab 600 C folgen die Silberhartlote und Kupfer/Phosphor, oder Silber/Kupfer/PhosphorLote. Bei 900 C finden wir Messingund Neusilberlote (Cu/Zn/NiLote). Hier endet das Hartlöten und es beginnt das Hochtemperaturlöten. Dabei finden hauptsächlich Kupfer und Nickelbasislote eine Anwendung. Merkmal dieser Lote ist, dass sie keine leichtverdampfenden Elemente wie Cadmium und Zink enthalten und ohne Flussmittel verwendet werden. 14

15 1400 C Sonderlote Mehrkomponentenlote auf CuBasis 1300 C 1200 C 1100 C 1000 C FeLote NiLote Hochtemperaturlöten (ohne Flussmittel) 900 C CuZnLote 900 C CuPLote 800 C AuLote AgLote 700 C 600 C 500 C AlLote MgLote Hartlöten (mit Flussmittel) 450 C 400 C ZnLote Pb und SnLote SnPbLote 300 C 200 C CdLote Weichlöten (mit Flussmittel) BiLote 100 C InLote GaLote 0 C Temperaturbereiche der Lote 15

16 Schematische Skizze Lötbegriffe Hier werden die Phasenbereiche fest, teigig, flüssig der Lotlegierung durch Grenzlinien wie Solidus und Liquidus getrennt, z.b. beim Lot AG 104 (LAg 45 Sn) das Schmelzen beginnt bei 640 C und endet bei 680 C. Diesen Bereich nennt man Schmelzbereich eines Lotes. Ist er groß, so ist das Lot zähfließend und damit spaltüberbrückbar. Ist der Schmelzbereich klein oder hat das Lot eine eutektische Zusammensetzung (Schmelzpunkt), so ist das Lot dünnflüssig und kapillaraktiv. Erreicht ein Lot eine Temperatur, bei welcher ein großer Teil der Lotlegierung geschmolzen ist, so fließt das Lot durch den kapillaren Fülldruck in den Lötspalt und reißt kleine nichtgeschmolzene Lotlegierungsbestandteile mit. Diese Temperatur nennt man Arbeitstemperatur eines Lotes. Sie liegt üblicherweise nahe der Liquidustemperatur. T LiquidusLinie flüssig LiquidusLinie teigig S E teigig SolidusLinie fest SolidusLinie Ag (%) S E = Schmelzbereich = Eutektikum 16

17 Vergleich der Arbeitstemperaturen cadmiumhaltiger und cadmiumfreier Lote Auf der linken Seite (gestrichelte Linie) sind die Arbeitstemperaturen einiger cadmiumhaltiger Lote eingetragen. Die anderen Lote sind cadmiumfrei und ebenfalls mit ihren Arbeitstemperaturen dargestellt. Die Wirkung des Cadmiums ist gut ablesbar beim Vergleich AG 309 (LAg 20 Cd) zu AG 206 (LAg 20). Hier beträgt der Unterschied in der Arbeitstemperatur bei gleichem Silbergehalt 60 C. Daraus folgt: Cadmium senkt bei gleichem Silbergehalt die Arbeitstemperatur um C. Soll cadmiumhaltiges Lot durch cadmiumfreies Lot ersetzt werden, so muss das Fehlen des Cadmiums durch zusätzliches Silber und evtl. Zinn ausgeglichen werden. Beispiel: AG 304 (LAg 40 Cd) und AG 103 (LAg 55 Sn) Leider bewirkt das zusätzliche Element Zinn bei fast allen Silberloten eine Verringerung der Dehnung von 25 % auf 12 %, mit Ausnahme des Lotes AG 103 (LAg 55 Sn). Außer den zinnhaltigen Silberhartloten existieren aus diesem Grunde auch cadmium und zinnfreie Silberlote mit einer Dehnung von 25 %. Sie haben eine höhere Arbeitstemperatur als die zinnhaltigen, cadmiumfreien Silberlote. Weichlote Die Weichlote waren bisher in Deutschland nach DIN 1707 genormt. Sie sind seit Februar 1994 in der DIN EN festgelegt. Die Norm beinhaltet 34 Weichlote. Die Wichtigsten sind: Legierung Nr. 3: S*Pb 50 Sn 50 o Anwendung: Allgemeine Lötarbeiten, z.b. an Dachrinnen und Regenfallrohren Legierung Nr. 24: SSn 97 Cu 3 o Anwendung: Lötarbeiten in der Lebensmittelindustrie und Verlegung von Kupferrohren für die Trinkwasserinstallation Legierung Nr. 8: SSn 96 Ag 4 o Anwendung: Lebensmittelindustrie, Löten von CrNiStahl und Kupferrohren, besonders im Trinkwasserbereich * S = Soldering = Weichlöten 17

18 Arbeitstemperatur ( C) 900 Cd und Snfreie Silberlote Cdfreie Silberlote Cdhaltige Silberlote 850 A 300 (AG 208 / LAg 5) A 3012 (AG 207 / LAg 12) 800 A 302 (LAg 12 Cd) A/AF 303 (AG 206 / LAg 20) A/AF 331 (AG 205 / LAg 25) A 308 (AG 401 / LAg 72) 750 A/AF 328 A/AF 304 (AG 108 / LAg 25 Sn) (AG 309 / LAg 20 Cd) A/AF 330 (AG 204 / LAg 30) A/AF 311 (AG 203 / LAg 44) 700 A/AF 319 (AG 106 / LAg 34 Sn) A/AF 340 (AG 105 / LAg 40 Sn) A/AF 305 (AG 306 / LAg 30 Cd) A/AF 320 (AG 104 / LAg 45 Sn) A 324 (AG 502 / LAg 49) 650 A/AF 307 (AG 305 / LAg 34 Cd) A/AF 314 (AG 103 / LAg 55 Sn) 600 A/AF 306 (AG 304/ LAg 40 Cd) Silbergehalt (%) Arbeitstemperaturen cadmiumhaltiger und cadmiumfreier Silberlote 18

19 Cadmiumfreie Silberhartlote enthalten keine leicht verdampfenden Elemente; sie sind daher: umweltfreundlich, nicht gesundheitsschädigend, überhitzungsunempfindlich, porenfrei. Cadmiumfreie Silberlote eigenen sich ausgezeichnet zum Löten von: Stahl, rostfreiem Stahl, Kupfer, Messing, Bronze, Nickel, Temperguss und Hartmetall. Hier eine Lotauswahl: FEType DIN EN 1044 (DIN 8513) Arbeitstemperatur C Schmelzbereich C Zugfestigkeit N/mm² St37/St50 spez. Gewicht g/cm³ A 300 AG 208 (LAg 5) / 400 8,3 A / AF 303 AG 206 (LAg 20) / 450 8,7 A / AF 311 AG 203 (LAg 44) / 480 9,1 A / AF 314 AG 103 (LAg 55 Sn) / 430 9,5 A / AF 319 AG 106 (LAg 34 Sn) / 480 9,0 A / AF 320 AG 104 (LAg 45 Sn) / 430 9,2 A 328 AG 108 (LAg25 Sn) / 480 8,7 A / AF 330 AG 204 (LAg 30) / 430 8,9 A 331 AG 205 (LAg 25) / 430 8,8 A / AF 340 AG 105 (LAg 40 Sn) / 430 9,1 A 3012 AG 207 (LAg 12) / 430 8,5 AF = mit Flussmittel umhüllte Lote 19

20 Spezial Silberlote, cadmiumfrei FEType DIN EN 1044 (DIN 8513) Arbeitstemperatur C Schmelzbereich C Zugfestigkeit N/mm² St37/St50 spez. Gewicht g/cm³ A 308 AG 401 (LAg 72) / ,0 A 312 F AG 502 (LAg 49 + Cu) / 300* 9,0 A 317 AG 402 (AMS 4773 F) / 460 9,8 A 318 (AMS 4772 J) / 390 9,7 A 324 AG 502 (LAg49) / 300* 8,9 * = Scherfestigkeit Kupfer Phosphor (Silber) Hartlote zum flussmittelfreien Löten von Kupfer. Bei Kupferlegierungen (Rotguss, Messing, Bronze usw.) ist zusätzlich Flussmittel F 300 (Pulver) oder F 300 PH (Paste) zu verwenden. Wirkungsweise des Phosphor: Der im Lot eingebettete Phosphor reagiert beim Schmelzen des Lotes mit Luftsauerstoff zu Phosphorpentoxid, das sich mit dem auf der Kupferoberfläche gebildeten Kupferoxidul zu Kupfermetaphosphat umsetzt, das Flussmittelwirkung besitzt. Da Kupfermetaphosphat korrosionschemisch unbedenklich ist, brauchen die Lötstellen nicht nachbehandelt zu werden. Anwendung: Spaltlöten von Kupfer, Messing, Bronze, Rotguss. Phosphorhaltige Hartlote dürfen niemals zum Löten von Eisen oder Nickelbasislegierungen verwendet werden! Dabei kommt es zur Bildung von Eisen bzw. Nickelphosphid. Nicht für Lötstellen, die mit schwefelhaltigen Medien in Berührung kommen. 20

21 FEType DIN EN 1044 (DIN 8513) Arbeitstemperatur C Schmelzbereich C Zugfestigkeit N/mm² Kupfer spez. Gewicht g/cm³ A 2004 CP 203 (LCu P 6) ,1 A 2003 CP 202 (LCu P 7) ,1 A 204 CP 201 (LCu P 8) ,0 A 3002 V CP 105 (LAg 2 P) ,1 A 3005 V CP 104 (LAg 5 P) ,1 A 3015 V CP 102 (LAg 15 P) ,4 A 3018 CP 101 (LAg 18 P) ,7 A 2005 CP 302 (L Cu Sn P 7) ,8 A 3007 ~ CP ,2 Phosphorhaltige Hartlote 21

22 Auszug aus DIN EN 1044 Seite 5 EN 1044 : 1999 Kurz zeichen Kennzeichnung Tabelle 3: Gruppe AG : Silberhartlote EN ISO 3677 : 1995 Ag min. max. AG 101 BAg60CuZnSn620/685 59,0 61,0 AG 102 BAg56CuZnSn620/655 55,0 57,0 AG 103 BAg55ZnCuSn630/660 54,0 56,0 AG 104 BAg45ZnCuSn640/680 44,0 46,0 AG 105 BAg40ZnCuSn650/710 39,0 41,0 AG 106 BCu36AgZnSn630/730 33,0 35,0 Zusammensetzung (Massenanteile in %) Cu min. max. 22,0 24,0 21,0 23,0 20,0 22,0 26,0 28,0 29,0 31,0 35,0 37,0 Zn min. max. 12,0 16,0 15,0 19,0 20,0 24,0 23,5 27,5 26,0 30,0 25,5 29,5 Cd 1) min. max. Andere min. max. Sn 2,0 4,0 Sn 4,0 6,0 Sn 1,5 2,5 Sn 2,0 3,0 Sn 1,5 2,5 Sn 2,0 3,0 Schmelzbereich Solidus C (ungefähr) Liquidus C ANMERKUNG: Maximal zulässige Verunreinigungen für alle Typen (Massenanteile in %) Al 0,001, Bi 0,030, Cd 2) 0,030, P 0,008, Pb 0,025, Si 2) 0,05; Gesamtverunreinigungen: 0,15. 1) Nationale Bestimmungen beim Auftreten von Cadmiumdämpfen sind zu beachten. 2) Sofern nicht anders festgelegt. (fortgesetzt) 22

23 Flussmittel Die HartlotFlussmittel nach DIN EN 1045 (DIN 8511) sind nichtmetallische Stoffe (z.b. Silikate, Karbonate, Borate, Chloride und Fluoride) die folgende Aufgabe haben: 1. Verhinderung der Bildung der Oxide auf der Oberfläche beim Erwärmen. 2. Entwicklung der Wirksamkeit vor dem Schmelzen der Lote. 3. Beseitigung der Oxide während des Lötens (Schlacke) und Verhinderung der erneuten Bildung. 4. Verringerung der Oberflächenspannung des flüssigen Lotes um damit die Ausbreitung (=Benetzung) auf dem Grundmaterial zu erleichtern. Schematische Darstellung des Verhaltens von Flussmitteln beim Löten Nicht mehr wirksam Sättigungspunkt Aktiver Bereich = Bereich des Lötens Temperatur Schmelzbereich fest Zeit 23

24 Ein Flussmittel besteht fast immer aus Pulver. Wenn es aktiviert wird, beginnt es zu schmelzen. Damit beginnt der aktive Wirkbereich des Flussmittels, die Oxide werden reduziert. In diesem Bereich muss die Arbeitstemperatur des Lotes fallen. Nach 3 4 Minuten ist das Flussmittel mit Oxiden gesättigt, es wirkt nicht mehr. Sollte bis zu diesem Zeitpunkt das Lot nicht geflossen sein, können folgende Gründe vorliegen: falsche Wärmeführung, besonders an Teilen mit stark unterschiedlichen Materialdicken. Einsatz einer Wärmequelle mit höherer Energiedichte, z.b. Acetylen statt Propangas oder Umstellung der Erwärmung auf Induktions oder Widerstandserwärmung. Zusammensetzung und Wirktemperaturbereiche von Flussmitteln 1150 C 1050 C 950 C 850 C 750 C 650 C 550 C 450 C 350 C 250 C 150 C Flussmittel für Weichlote Flussmittel für Hartlote Flussmittel für Hartauftragslegierungen Fluoride, Chloride, Borate der Alkali und Erdalkalimetalle Silberlotflussmittel Alkalifluoride und Borate Weichlotflussmittel Alkalichloride und fluoride, Ammoniakverbindungen, organische Substanzen Flussmittel für Messing und Neusilberlote Borverbindungen der Alkali und Erdalkalimetalle Aluminiumflussmittel Alkali und Aluminiumchloride und fluoride Flussmittel zum Schweißen von Gusseisen Karbonate, Borate und Chloride der Alkali und Erdalkalimetalle 24

25 Skizze der Wirkbereiche von HartlotFlussmittel In der Norm DIN EN 1045 (DIN 8511) über HartlotFlussmittel gibt es zwei wichtige Flussmittelgruppen: FH 10 (FSH 1) und FH 21 (FSH 2). FH 10 (FSH 1) Diese Flussmittelgruppe enthält Borverbindungen und Fluoride. Sie hat einen Wirktemperaturbereich von C, in welchem sie schmilzt und die Oxide reduziert. Alle Silberhartlote liegen mit ihrer jeweiligen Arbeitstemperatur in diesem Bereich, z.b.: AG 304 (LAg 40 Cd) Arbeitstemperatur: 610 C AG 309 (LAg 20 Cd) Arbeitstemperatur: 750 C Dies bedeutet, dass sämtliche Silberhartlote mit und ohne Cadmium in diesem Wirktemperaturbereich liegen und deshalb alle mit der gleichen Flussmittelgruppe ummantelt werden können. Der Flussmitteltyp FH 11 (FSH 11) enthält neben Borverbindungen und Fluoriden auch Chloride. Dieses Flussmittel muss verwendet werden, wenn mittels Silberlot Kupfer AluminiumLegierungen, die z.b. meerwasserbeständig sind, gelötet werden sollen. FH 21 (FSH 2) Sind Messing oder Neusilberlote zu verarbeiten, so ist die Flussmittelgruppe FH 21 (F SH 2) mit einem Wirktemperaturbereich von C anzuwenden, denn die Arbeitstemperatur dieser Lote liegt bei 900 C. Auch hier können alle Messing und Neusilberlote mit dem Flussmitteltyp FH 21 (FSH 2) umhüllt werden. In diese Gruppe fällt auch das Löten mittels Gasflux, FONTARGEN Rapidflux. F H 10 (F S H 1 (a)) F H 21 (F S H 2) 550 C 800 C Skizze der Wirkbereiche von HartlotFlussmitteln 750 C 1100 C AG 304 (L A g 40 C d ) Arbeitstem peratur: 610 C CU 301 (L C u Z n 40) Arbeitstem peratur: 900 C 25

26 Flussmittel für verschiedene Zusatzwerkstoffe SilberlotFlussmittel DIN EN 1045 (DIN 8511, Teil 1) Die im FONTARGENProgramm enthaltenen Flussmittel sind den Arbeitstemperaturen der Silberlote angepasst und auf das zu lötende Grundmaterial abgestimmt. Der Wirktemperaturbereich liegt zwischen C. Folgende Flussmittel werden als Standardmittel geführt: F 300 FH 10 (FSH 1): Pulver, Flussmittel zum Löten von Kupfer, Messing, Bronze, rostfreiem Stahl, Nickel und Hartmetallen. F 300 PH FH 10 (FSH 1): streichfähige Flussmittelpaste. F 300 DN FH 10 (FSH 1): dosierbare Flussmittelpaste, geeignet für Maschinenlötungen. F 300 HF FH 12 (FSH 1): Paste. Flussmittel zum Löten von unlegierten und legierten Stählen (z.b. ChromNickelStähle usw.), besonders wenn diese beim Löten längerer Erwärmung ausgesetzt werden. F 300 AB FH 11 (FSH 1a): Paste. Flussmittel zum Löten von Aluminiumbronze oder mit Aluminium legiertem Messing. F 300 F FH 10 (FSH 1): Paste, vermeidet Rotfleckigkeit beim Löten dünnwandiger Messingteile 26

27 Messing und Neusilberlot Flussmittel DIN EN 1045 (DIN 8511, Teil 1) Die FONTARGENFlussmittel erfüllen alle Anforderungen der Praxis und zeichnen sich durch hervorragende Benetzungs und Reinigungseigenschaften aus. Folgende Flussmittel für Messing und Neusilberlote werden als StandardFlussmittel geführt: F 100 FH 21 (FSH 2): Paste, StandardFlussmittel F 120 FH 21 (FSH 2): Pulver, eignet sich besonders als zusätzliches Flussmittel bei längeren Arbeiten. Rapidflux FH 21 (FSH 2): Flüssigkeit, wird in Verbindung mit dem dazugehörigen Rapidfluxgerät angewandt und direkt durch den Brenner der Lötstelle zugeführt. Entfernung der Flussmittelrückstände bei Silber und Messingloten Die Flussmittelrückstände lassen sich mechanisch durch Bürsten in heißem Wasser durch Abschrecken der soeben gelöteten Teile durch Beizen (Badtemperatur ca. 40 C) entfernen. Beim Abschrecken der Teile ist darauf zu achten, dass Grundwerkstoff und Lot keine Schädigung durch Strukturveränderung, Sprödigkeit, Spannungen usw. erleiden. Für das Abbeizen der Flussmittelrückstände nach dem Löten empfehlen wir folgende FONTARGENProdukte für das Tauchbeizverfahren: Beizen von Stahlteilen: Beizen von Buntmetallen: FONTEX FONTEX P oder FONTEX NE 27

28 Aluminium Flussmittel DIN EN 1045 (DIN 8511) Die FONTARGENFlussmittel für Leichtmetalle wurden gemäß den charakteristischen Eigenschaften des Aluminiums entwickelt. Sie werden seit Jahren in allen aluminiumverarbeitenden Industrien eingesetzt und haben sich überall hervorragend bewährt. Folgende Flussmittel werden als StandardFlussmittel geführt: F 400 FL 10 (FLH 1): Flussmittel zum Hartlöten und Schweißen von Aluminium und seinen Legierungen. F 400 ist ein weißes Pulver und stark hygroskopisch (korrosiv). Die Rückstände müssen nach Beendigung der Arbeit entfernt werden. F 400 M FL 10 (FLH 1): Ein etwas tieferschmelzendes Flussmittel als F 400, eignet sich besonders für AluminiumMagnesiumLegierungen (AlMg 3). F 400 M ist korrosiv und muss unbedingt nach dem Schweißen entfernt werden. F 400 NH FL 20 (FLH 2): Ein nicht korrosives Flussmittel, dessen Rückstände, ohne eine Korrosion zu verursachen, nach dem Löten auf der Naht verbleiben können. Entfernen der Flussmittelrückstände Die Flussmittelrückstände von F 400 und F 400 M sind wasserlöslich und lassen sich durch Waschen in heißem Wasser gut entfernen. F 400 NH ist nicht wasserlöslich und lässt sich, wenn nötig, mechanisch entfernen. Beizlösung 10 %ige Salpetersäure. Nach dem Beizen gut in fließendem Wasser spülen. 28

29 Weichlot Flussmittel DIN EN Teile 1 (DIN 8511, Teil 2) WeichlotFlussmittel waren bisher in Deutschland nach der DIN 8511, Teil 2 genormt. Die Einteilung richtete sich nach der Aggressivität des Flussmitteltypes. Die Flussmittelgruppe 11 für das Weichlöten von Schwermetallen war das aggressivste Flussmittel und wurde für Werkstoffe eingesetzt, die extrem schwer zu reduzierende Oxide aufwiesen. Mit steigender Zahl nahm die Aggressivität ab. So konnte mit der Gruppe 25 nur noch Kupfer weichgelötet werden. Die Rückstände waren durch Abwaschen zu entfernen. Ab der Gruppe bestanden die Flussmittel aus Harz (Kolophonium). Die Rückstände konnten an der Lötstelle verbleiben, ohne dass Korrosion eintrat. Die Anwendungsgebiete waren Elektrotechnik und Elektronik. Seit Februar 1994 sind die Flussmittel in der Europa Norm DIN EN aufgenommen. Ihre Einteilung erfolgt nach Flussmitteltypen. Weichlot Flussmittel DIN EN (DIN 8511, Teil 2) A (FSW 11) stark oxidierte Oberflächen, Titanzink, Zink, CrNiStahl, Stahl A (FSW 12) CrNiStahl, Gusseisen, Bronze, Kupfer, Stahl (FSW 13) CrNiStahl, Kupferlegierungen, Kupfer, Stahl ätzend (FSW 21) Kupferlegierungen, Kupfer (DVGWGW 2), Stahl (FSW 22) Kupferlegierungen, Kupfer (DVGWGW 2) milder wirkend reizend / (FSW 23) Bleilegierungen, Blei / / (FSW 24) Kupfer, Feinlötungen, rückstandsfreie Flammlötungen / (FSW 25) Kupfer (DVGWGW 2), Elektrotechnik, Elektronik mit nachfolgender Reinigung Flussmittelrückstände bedingt korrodierend mod. Harze (nicht für Flammlötung (FSW 26) (FSW 27) (FSW 28) (FSW 31) (FSW 32) Kupfer, Elektrotechnik, Elektronik Kupfer, Elektronik (FSW 33) (FSW 34) (FLW 1) ätzend (FLW 2) Weichlöten von Leichtmetallen (FLW 3) 29

30 Eine Umschlüsselung der alten Bezeichnung nach DIN 8511 auf die EuropaNorm ist ebenfalls Bestandteil der DIN EN Das FONTARGENProgramm enthält eine Reihe von Weichlotflussmitteln, die bei sachgemäßer Anwendung eine einwandfreie Ausführung der Arbeit ermöglichen. Dabei ist zu beachten, dass nichtkorrosive Flussmittel nur auf Kupfer und Kupferlegierungen gute Resultate ergeben. Für Stahl und seine Legierungen können nur die korrosiven Flussmittel verwendet werden. F (FSW 12): korrosives Flussmittel, sehr aktiv, eignet sich auch sehr F 600 S (FSW 11): gut für Lötungen an rostfreien Stahl. F 600 LW (FSW 12): Lötwasser, korrosiv, zum Löten von Schwermetallen F 600 C (FSW 21): Lötfett, korrosiv, leicht aktiviert, zum Löten von Kupfer und Kupferlegierungen F 600 CC (FSW 26): nichtkorrosives Flussmittel auf Kolophoniumbasis. Eignet sich hauptsächlich für Lötungen von Kupfer F 600 AL (FLW 3): Lötöl, nach Erwärmung auf Löttemperatur nichtkorrosiv, hauptsächlich geeignet für Lötungen an Kupfer, Kupferlegierungen und A luminium F 600 CR (FSW 22): InstallationsWeichlotFlussmittel für Kupfer, Messing, Rotguss, kaltwasserabspülbar (DVGWArbeitsblatt GW 2) Entfernung der Flussmittelrückstände Die Rückstände der Flussmittel F 600, F 600 LW und F 600 AL lassen sich durch gründliches Waschen und Bürsten in heißem Wasser entfernen. Die Rückstände der Flussmittel F 600 C und F 600 CC können mit Alkohol, Petrol usw. entfernt werden. 30

31 Vorsichtsmaßnahmen Es liegt in der Natur der Flussmittel, dass sie mit wenigen Ausnahmen aggressive Stoffe enthalten. Ihre Anwendung ist trotzdem, sofern die elementaren, jedem Fachmann, Schweißer oder Löter bekannten Vorsichtsmaßnahmen beachtet werden, ungefährlich. Die wichtigsten Maßnahmen lauten: Flüssige oder pastenförmige Flussmittel mit Pinsel, pulverförmige Flussmittel mittels erwärmter Lotstabspitze oder durch Aufstreuen aus der Dose auftragen. Die Berührung mit der Haut ist zu vermeiden; dies ist bei empfindlicher Haut oder Hautwunden besonders wichtig. Nach erfolgter Arbeit und vor den Mahlzeiten Hände sorgfältig waschen. Das Einatmen der beim Verarbeiten entstehenden Dämpfe sollte vermieden werden. Die erste Voraussetzung ist ein hinreichend belüfteter Arbeitsraum. Als Anhaltspunkt mag folgende Faustregel dienen: Volumen der Werkstätte (m³) Maximale zu verarbeitende Lotmenge = 5 g/stunde wobei eine normale Höhe der Werkstatt (ca. 3 5 m, je nach Grundfläche) vorausgesetzt wird. Als Beispiel mögen folgende Hinweise gelten: Für die Ausführung gelegentlicher Lötarbeiten ist eine gut belüftete Werkstatt völlig ausreichend. Für kleine mittels Handlötung ausgeführte Serienarbeiten ist eine größere, gut belüftete Werkstatt, etwa 4 m hoch, noch ausreichend. Für große Serienarbeiten, ausgeführt von Hand oder mit Lötmaschinen, sich Absaugvorrichtungen an den Arbeitsplätzen vorzusehen (siehe auch: UVVVBG 15 Schweißen, Schneiden und verwandte Verfahren ). 31

32 DVGW Arbeitsblatt GW 2 In Deutschland wird das Verlegen von Kupferrohren für die Gas und Wasserversorgung durch das Arbeitsblatt GW 2 geregelt. Es stammt aus dem Jahre In diesem Arbeitsblatt werden nur Lote genannt, die cadmium, blei und antimonfrei sind. Kupferrohre für die Gasversorgung dürfen nur hartgelötet werden. Man verwendet drei Silberlote: AG 106 (LAg 34 Sn) FONTARGEN A / AF 319 AG 203 (LAg 44) FONTARGEN A / AF 311 AG 104 (LAg 45 Sn) FONTARGEN A / AF 320 Zusätzlich dürfen zwei phosphorhaltige Kupferlote eingesetzt werden. Es sind die Lote: CP 105 (LAg 2 P) FONTARGEN A 3002 V CP 203 (LCu P 6) FONTARGEN A 2004 Für das Verlegen von Trinkwasserleitungen aus Kupfer werden die gleichen Hartlote wie sie bei der Gasversorgung verwendet werden dürfen, empfohlen. Aufgrund eingetretener Korrosionsschäden an Trinkwasserrohren für Kaltwasser, ist die Verwendung von Hartloten bis zum Kupferrohrdurchmesser 28 x 1,5 mm verboten. Hier darf nur weichgelötet werden. Zugelassene Weichlote sind: SSn 97 Ag 3 (LSn Ag 4) FONTARGEN A 611 SSn 97 Cu 3 (LSn Cu 3) FONTARGEN A 644 Das wichtigste, preiswerteste Lot ist der Typ SSn 97 Cu 3. Aus diesem Lot hat FONT ARGEN eine Weichlotpaste entwickelt, die für das Weichlöten von Kupferrohren für Trinkwasser besonders zugelassen ist. Sie heißt AP 644/21. Der Metallanteil ist mindestens 60 %, der Rest ist Flussmittel des Typs (FSW 21). Zusätzlich zum Weich und Hartlöten dürfen Schweißzusätze, die mit dem Acetylenbrenner oder WIGVerfahren verarbeitet werden, angewandt werden. Sie heißen: SGCu Ag FONTARGEN A 200 AGCu Sn FONTARGEN A 200 SW 32

33 Lötverbindungen in der Kältetechnik In der Kälte und Klimatechnik müssen Lötverbindungen an Rohren aus Kupfer, Messing und ferritischem Stahl durch Hartlöten hergestellt werden (DIN EN 378, Teil 2). Verbindung Kupfer / Kupfer Hier werden phosphorhaltige Kupferlote und Silberhartlote eingesetzt. Bei phosphorhaltigen Loten wird kein Flussmittel benötigt. Sie können bis zu den angegebenen Minusgraden sicher eingesetzt werden. Verbindung Kupfer / Messing Hier werden die gleichen Lote wie bei Kupfer / Kupferverbindungen angewendet, jedoch muss zusätzlich bei allen phosphorhaltigen Loten Flussmittel verwendet werden. Verbindung Kupfer / Ferritischer Stahl Hier dürfen nur Silberlote, keine phosphorhaltigen Hartlote verwendet werden. Stahlverbindungen mit phosphorhaltigen Loten sind spröde, wegen der Bildung von Eisenphosphid. Temperaturbegrenzung, bedingt durch Versprödung des ferritischen Stahls, beachten. 33

34 Fugenlöten von feuerverzinkten Stahlrohren Das Fugenlöten verzinkter Stahlrohre wird vorzugsweise für Rohrnennweiten von mm eingesetzt und kann sowohl in Zwangs als auch in Querlage erfolgen. Bei Verwendung von FONTARGEN A 210 MK, A 211 RF oder AF 211 mit dem dazugehörigen Flussmittel F 100 und fachmännischer Arbeitsweise bleibt der Korrosionsschutz der Zinkschicht erhalten. Es ist selbstverständlich, dass vor dem Fugenlöten der Verbindungsstellen metallisch blank und sauber sein müssen. Die zu verbindenden Rohre müssen rechtwinklig, am besten mit einer Rohrsäge abgeschnitten werden. Bei Rohren mit einer Wanddicke von mehr als 3 mm wird zum Fugenlöten eine VNaht mit einem Öffnungswinkel von vorbereitet, wobei ein Wurzelsteg von 1,0 1,5 mm stehen bleiben soll. Die Rohrenden sind sorgfältig mit einer Halbrundfeile zu entgraten und werden innen und außen jeweils 2 4 cm breit reichlich mit Flussmittel F 100 eingestrichen. Beim Heften gilt als Maß für die Spaltbreite am Wurzelsteg: Durchmesser des zur Verwendung kommenden Lotstabes + 1,5 mm. Bei den Heftstellen ist auf einen einwandfreie Wurzelausbildung zu achten. Die Arbeitstechnik beim Fugenlöten ähnelt dem Nachlinksschweißen. Die Brennergröße ist jedoch um eine bis zwei Nummern kleiner als beim Gasschweißen des gleichen Rohrdurchmessers zu wählen. Die Flamme wird mit leichtem Sauerstoffüberschuss eingestellt. Dadurch bildet das geschmolzene Zink an der Oberfläche eine Zinkoxidschicht, die das Verdampfen des Zinks verhindert. Eine Überhitzung der Lötstelle führt zum Verdampfen des Zinkoxidschicht und ist zu vermeiden. Die Flussmittelreste auf der Innenseite sind anschließend durch Spülen zu entfernen (DIN 1988, Teil 2). 34

35 Löteignung der Werkstoffe Gruppe 1 Werkstoffe, die mit FONTARGENLoten und Flussmitteln sowie allen üblichen Verfahren gelötet werden können, z.b. Kupfer und Kupferlegierungen, Nickel und Nickellegierungen, Eisenwerkstoffe, beliebige Stähle, Edelmetalle. Werkstoffe Hartlöten Weichlöten Hartlote Flussmittel Lötverfahren Weichlote Flussmittel A 3002 V Kupfer A 2004 A 314 / AF 314 A 311 / AF 311 A 3002 V F 300 PH Flamm/ Induktions/ Widerstands/ Schutzgasofenlöten A 644 A 611 A 630 F 600 C Kupferlegierungen A 314 / AF 314 F 300 PH A 311 / AF 311 A 314 / AF 314 Nickel und Nickellegierungen, Eisenwerkstoffe, beliebige Stähle A 311 / AF 311 A 306 / AF 306 A 210 / AF 210 F 300 F 300 HF F 120 Flamm/ Induktions/ Widerstands/ Ofenlöten (Atmosphäre) A 630 A 611 A 644 F 600 F 600 C A 101 / AF 101 F 100 A 629 A 200 L Schutzgas/ Vakuumofenlöten F 300 Chrom und Chrom Nickel Stähle A 314 / AF 314 A 325 F 300 PH F 300 HF Flamm/ Induktions/ Widerstandslöten A 611 F 600 S 15 HTL / / HTL 2 A 308 V / A 200 L Schutzgas/ Vakuumofenlöten Edelmetalle A 314 / AF 314 A 308 V HTL 14 Goldlot F 300 F 300 HF Flamm/ Induktions/ Widerstands/ Ofenlöten (Atmosphäre) Schutzgasofenlöten A 611 F 600 C Lötverfahren Flamm/ Widerstands / Kolben/ Warmgaslöten Flamm/ Widerstands / Kolben/ Warmgas/ Ofenlöten (Atmosphäre) Flamm/ Widerstands / Kolben/ Warmgas/ Ofenlöten (Atmosphäre) Flamm/ Widerstands / Kolben/ Warmgas/ Ofenlöten (Atmosphäre) Bei den flussmittelumhüllten AFLoten ist das benötigte Flussmittel in ausreichender Menge auf den Lotstab aufgepresst. Ggf. kann diese Flussmittelmenge der Anforderung des Anwenders angepasst werden. 35

36 Gruppe 2 Werkstoffe, die Speziallote und/oder Spezialflussmittel, jedoch keine speziellen Verfahren erfordern, z.b. Aluminium und Aluminiumlegierungen, Hartmetalle, Stellite, Chrom, Molybdän, Wolfram, Tantal, Niob, weichlotähnliche Werkstoffe. Werkstoffe Hartlöten Hartlote Flussmittel Lötverfahren Aluminium und Aluminiumleg.(mit Magnesiumund/oder Siliziumgehalt von max. 2%) A 407 L F 400 F 400 M Flamm/ Induktions/ Widerstands/ Ofenlöten (Atmosphäre) A 309 Hartmetalle, Stellite A 324 A 312 F A 322 F 300 PH F 300 HF F 120 Flamm/ Induktions/ Widerstands/ Ofenlöten (Atmosphäre)/ Schutzgasofenlöten A 101 F 100 / F 100 HF A 200 L A 200 Ni F Schutzgas/ Vakuumofenlöten Chrom, Molybdän, Wolfram, Tantal, Niob A 324 F 300 HF Flamm/ Induktions/ Widerstands/ Ofenlöten (Atmosphäre)/ Schutzgasofenlöten Zink, Antimon Blei, Wismut, Zinn Weichlöten Weichlote Flussmittel Lötverfahren A 611 F 600 Al Kolben/ Widerstands / Warmgaslöten A 608 A 630 A 611 F 600 Flamm/ Widerstands / Kolben/ Warmgaslöten A 605 F 600 Flamm/ Widerstands / Kolben/ Warmgaslöten 36

37 Gruppe 3 Werkstoffe, die nur unter Verwendung spezieller Lote und spezieller Verfahren gelötet werden können, z.b. Titan, Zirkonium, Beryllium, Metalloxidkeramiken. Werkstoffe Titan Zirkonium, Beryllium Graphit, Metalloxidkeramike n Hartlote A 308 V Ag58CuPd (nicht genormt) A 308 V Ag58CuPd (nicht genormt) AgCuTi (nicht genormt) Hartlöten Flussmittel Lötverfahren Schutzgasofenlöten (Argon)/ Vakuumofenlöten Schutzgasofenlöten (Argon)/ Vakuumofenlöten Schutzgasofenlöten (Argon)/ Vakuumofenlöten Weichlote Weichlöten Flussmittel Lötverfahren 37

38 Beispiele konstruktiver Gestaltung 38

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