M. Beckert/A. Neumann Grundlagen der Schweißtechnik Löten von Doz. Dr.-Ing.,/. Wodara, Ing. G, Bernsdorf, Dr.-Ing. R. Köhler, Dr.-Ing. A. Krell, Dr.-Ing. G. Maranna, Prof. Dr.-Ing. F. Petrak, Ing. W. Rubel ü VEB VERLAG TECHNIK BERLIN
Inhaltsverzeichnis 1. Einführung 13 1.1. Was ist Löten? 13 1.2. Allgemeine Regeln des Lötens 13 1.3. Abgrenzung des Lötens gegenüber anderen Fügeverfahren 15 1.3.1. Abgrenzung des Lötens gegenüber dem Schweißen 15 1.3.2. Abgrenzung des Lötens gegenüber dem Metallkleben 16 1.3.3. Abgrenzung des Lötens gegenüber dem Nieten 16 1.4. Crcschiehtliehe Entwicklung der Löttechnik 17 2. Überblick und Einteilung der Lötverfahren 18 2.1. Einteilung der Lötverfahren nach der Temperatur 18 2.2. Einteilung der Lötverfahren nach der Form der Lötstelle 19 2.3. Einteilung der Lötverfahren nach der Art der Lotzuführimg 20 2.4. Einteilung der Lötverfahren nach der Art der Wärmezuführung... 21 2.4.1. Kolbenlöten 22 2.4.2. Flämmlöten 22 2.4.3. Tauchlöten 22 2.4.4. Ofenlöten 23 2/1.5. Widerstandslöten 23 2.4.6. Induktionslöten 23 2.5. Sonstige Verfahren 24 3. Grundlagen des Lötens 25 3.1. Temperaturen beim Löten 25 3.1.1. Schmelzbereich eines Lots 26 3.1.2. Wirktemperaturbereich 26 3.2. Vorgänge beim Löten 27 3.2.1. Benetzung und Ausbreitung 28 3.2.2. Kapillarwirkung 31 3.2.3. Binde- und Diffusionsvorgänge 33 4. Lote 37 4.1. Sehwermetall-Weichlote 37 4.1.1. Zinn-Blei-Lote. 37 4.1.2. Weichlote mit Solidustemperaturen unterhalb 183 C... 39
Inhaltsverzeichn is 4.1.3. Weichlote mit Solidustemperaturen oberhalb 183 C 40 4.1.4. Lieferformen der Weichlote 41 Schwermetall-Hartlote 41 4.2.1. Allgemeine Hartlote 42 4.2.1.1. Reinkupfer- und ßronzelote 43 4.2.1.2. Messing- und Neusilberlote 43 4.2.1.3. Silberlote 44 4.2.1.4. Kupfer-Phosphor-und Silber-Kupfer-Phosphor-Lote 45 4.2.2. Hochtemperaturlote 46 4.2.3. Vakuumlote 48 4.2.4. Sonderhartlote 50 4.2.5. Lieferformen der Hartlote 52 Leichtmetall-Weichlote 52 4.3.1. Aluminium-Weichlote 52 4.3.2. Sonstige Leichtmetall-Weichlote 53 Leichtmetall-Hartlote. 53 4.4.1. Aluminium-Hartlote 53 4.4.2. Sonstige Leichtmetall-Hartlote! 54 Flußmittel, Schutzgase, Vakuum 55 Flußmittel 55 5.1.1. Flußmittel zum Weichlöten der Schwermetalle 56 5.1.2. Flußmittel zum Hartlöten der Sehwermetalle 58 5.1.2.1. Wirkmechanismus der Hartlot-Flußmittel 58 5.1.3. Flußmittel zum Weichlöten der Leichtmetalle 59 5.1.4. Flußmittel zum Hartlöten der Leichtmetalle 60 5.1.5. Flußmittel-Lot-Kombinationen 60 Sauerstofffreie Atmosphäre 61 5.2.1. Reduzierende Schutzgase 62 5.2.2. Inerte Schutzgase 64 5.2.3. Vakuum 64 Lötverfahren 66 Mechanisierung und Automatisierung des Lötens 66 6.1.1. Begriffserklärung 66 6.1.2. Vorrichtungen und Transporteinrichtungen zur Mechanisierung und Automatisierung des Lötprozesses 67 6.1.2.1. Güte und Arbeitsproduktivität 67 6.1.2.2. Forderungen an die Konstruktion 67 6.1.2.3. Werkstoffwahl für Vorrichtungen und Fördereinrichtungen 67 6. 1.2.4. Gliederung 68 6.1.2.5. Beispiele 69 6.1.3. Zeitdiagramme 73 6.1.3.1. Optimierung der Maschinenkapazität beim mechanischen Löten 73 6.1.3.2. Aufteilung des nutzbaren Gesarntwegs der Transporteinrichtung 73
Inhaltsverzeichnis 9 6.1.3.3. Bedingungen für das optimale Ausbringen von Lötungen. 74 6.1.3.4. Gesetzmäßigkeiten bei kontinuierlichem Betrieb der Fördereinrichtung 75 6.1.3.5. Zeitdiagramm in rechtwinkligen Koordinaten zur Optimierung mechanisierter Lötprozesse 75 6.1.3.6. Anwendungsbeispiele für Diagramme 76 6.1.3.7. Zeitdiagramm in Polarkoordinaten zur Analyse eines vollautomatischen Lötprozesses 78 6.1.4. Lotformteile 79 6.1.4.1. Technische und wirtschaftliche Vorteile 80 6.1.4.2. Wahl des Lotwerkstoi'fs für Lotformteile 80 6.1.4.3. Abmessung von Lotformteilen 81 6.1.4.4. Lötgerechte Erwärmung 82 6.1.5. Ökonomische Lotauswahl 82 6.2. Kolbenlöten 84 6.2.1. Bedarf 84 6.2.2. Anwendungsbereich, Grundwerkstoffe 84 6.2.3. Lote und Flußmittel 84 6.2.4. Arbeitsweise 85 6.2.5. Merkmale des Kolbenlötens 85 6.2.6. Aufbau, Größe, Wirkungsweise, Energiebedarf 86 6.2.7. Kosten 89 6.3. Flammlöten 90 6.3.1. Brenngas 90 6.3.2. Lötbrenner 91 6.3.2.1. Lötlampen für flüssige Brennstoffe 91 6.3.2.2. Flüssiggasbrenner 92 6.3.2.3. Lötbrenner für gasförmige Brennstoffe 92 6.3.3. Gaslluxverfahren 93 6.3.4. Arbeitsweise beim manuellen Flammlöten 93 6.3.5. Mechanisiertes Flammlöten 94 6.3.5.1. Flammenfeld 94 6.3.5.2. Flammcnfeldlötmasehinen mit intermittierendem Betrieb. 95 6.3.5.3. Flammenfeldlötmaschinen mit kontinuierlichem Betrieb.. 95 6.3.5.3.1. F'örderbandprinzip 95 6.3.5.3.2. Rundtischlötmaschine 96 6.3.5.4. Taktweiser Betrieb 97 6.3.6. Technologie und wirtschaftliche Betrachtungen 98 8.4. Tauchlöten 100 6.4.1. Tauchlöten mit Weichloten 100 6.4.2. Tauchlöten mit Hartloten 101 6.4.3. Tauchlötmaschinen 102 6.5. Ofenlöten 104 6.5.1. Ofenlöten unter Anwendung von Flußmitteln 105 6.5.2. Ofenlöten unter Anwendung von Schutzgasen 105. 6.5.2.1. Ofenlöten mit inerten Schutzgasen 105 6.5.2.2. Ofenlöten mit reduzierenden Schutzgasen 106 6.5.2.2.1. Diskontinuierliches Schutzgasofenlöten 106
Inhaltsverzeichn is 6.5.2.2.2. Kontinuierliches Schutzgasofenlöten 107 (i.5..'s. Wirtschaftliche Gesichtspunkte beim Schutzgasdurchlaufofenlöten 108 Widerstandslöten 109 6.6.1. Anwendungsbereich, Grundwerkstoffe 109 6.6.2. Lote und Flußmittel 109 6.6.3. Vorgang 110 6.6/J. Merkmale 111 0.6.5. Aufbau, Größe, Energiebedarf 111 6.6.6. Kosten 111 Induktionslöten 111 6.7.1. Anwendungsbereich, Grundwerkstoffe 111 6.7.2. Lote und Flußmittel 112 6.7.3. Vorgang 112 6.7.4. Merkmale 113 6.7.5. Aufbau, Größe, Energiebedarf, Sonderangaben 113 6.7.5.1. Mittel- und Hochfrequenzanlagen 113 6.7.5.2. Induktoren 117 6.7.5.3. Eindringtiefe (Wirktiefe) 118 6.7.5.4. Leistungsdichte 119 0.7.5.5. Wirkungsgrad 119 6.7.6. Kosten 121 6.7.7. Entstörung von HF-Generatoren 122 Sonstige Lötverfahren 122 6.8.1. Diffusionslöten 122 6.8.2. Vakuumlöten 124 6.8.3. Ultraschall-Löten 125 6.8.4. Lichtstrahllöten 126 6.8.5. Lichtbogenlöten 127 6.8.6. Spritzlöten und Aufspritzen von Lotwerkstolfen. 127 6.8.7. Exothermes Löten 128 Eigenschaften der Lötverbindungen 129 Gefüge der Lötstelle 129 Mechanische Eigenschaften der Lötverbindung 131 7.2.1. Fertigungsbedingte Einflüsse 131 7.2.1.1. Einfluß des Lötverfahrens 131 7.2.1.2. Einfluß der Löttemperatur 131 7.2.1.3. Einfluß der Lötzeit 132 7.2.2. Einflüsse der Zusammensetzung des Flußmittels und der Grundwerkstoffes tigkeit 133 7.2.2.1. Einfluß der Zusammensetzung des Flußmittels 133 7.2.2.2. Einfluß der Grundwerkstoffestigkcit 133 7.2.3. Konstruktive Einflüsse 134 7.2.3. I. Einfluß der Probenform 134 7.2.3.2. Einfluß der Oberflächenbeschaffenheit 135 7.2.3.3. Einfluß der Spaltbreite 135 7.2.3.4. - Einfluß der Lötfläche 136
Inhaltsverzeichnis 11 7.2.4. Einflüsse der Betriebsbedingungen 136 7.3. Elektrische Eigenschaften der Lötverbindung 137 7.4. Korrosion von Lötvorbindungen 138 8. Prüfung von Lötstoffen und Lötverbindungen 141 8.1. Lötbarkeit 141 8.1.1. Prüfung der Benetzung und Ausbreitung 142 8.1.2. Prüfung der Kapillarkraft bzw. des Spaltfüllvermögens... 142 8.1.3. Prüfung der mechanischen Eigenschaften 144 8.1.3.1. Prüfung der mechanischen Eigenschaften des Lots 144 8.1.3.2. Prüfung der mechanischen Eigenschaften der Lötverbindungen 145 8.1.4. Prüfung der Eigenschaften der Flußmittel 150 9. Konstruktive Gestaltung und Bemessung von Lötverbindungen.. 152 9.1. Grundregeln für die konstruktive Gestallung von Spaltlötverbindungen 152 9.2. Bemessung von Lötverbindungen 161 9.2.1. Bemessung von Lötverbindungen bei statischer Beanspruchung 161 9.2.2. Bemessung von Lötverbindungen bei dynamischer Beanspruchung 168 10. Löten verschiedener Werkstoffe 169 10.1. Löten von Eiscnwerkstoffen 169 10.1.1. Löten von unlegierten Stählen J69 10.1.2. Löten von niedrig- und hochlegierten Stählen 171 10.1.3. Löten von bochgekohlten Stählen 172 10.1.4. Löten von Gußeisen 172 10.2. Löten von Nichteisenmetallen 173 10.2.1. Löten der niedrigschmelzenden Metalle Zinn, Kadmium, Blei, Zink und deren Legierungen 173 10.2.2.' Löten von Reinkupfer 175 10.2.3. Löten von niedriglegierten Kupferwerkstoffen 178 10.2.4. Löten von hochlegierten Kupferwerkstoffen 180 10.2.4.1. Kupfer-Zink-Legierungen (Messinge) 180 10.2.4.2. Bronzen 181 10.2.4.3. Neusilberlegierungen 183 10.2.4.4. Kupfer-Nickel-Legierungen 183 10.2.5. Löten von Nickel und Nickellegierungen 184 10.2.6. Löten von Edelmetallen 185 10.2.7. Löten von Molybdän und Wolfram 186 10.3. Löten von Sonderwerkstoffen 187 10.3.1. Löten von hoehwarmfesten Legierungen 187 10.3.2. Löten von Halbleiterwerkstoffen 188 10.3.3. Löten von Gläsern 191
12 Inhaltsverzeichnis 10.4. Löten von Leichtmetallen 192 10.4.1. Weichlöten von Aluminium und Aluminiumlegierungen.. 193 10.4.1.1. Lötverfahren 193 10.4.1.2. Weichlöten von Aluminiumwerkstoffen 194 10.4.1.3. Weichlöten von Aluminium-Schwermetall-Kombinationen. 195 10.4.2. Hartlöten von Aluminium und Aluminiumlegierungen... 195 10.4.2.1. Lötverfahren 196 10.4.2.2. Hartlöten von Aluminiumwerkstoffen 198 10.4.2.3. Hartlöten von Aluminium-Schwermetall-Kombhiatioiien. 199 10.4.3. Löten von Magnesium 199 10.4.4. Löten von Titan 200 10.4.5. Löten von Beryllium 200 10.5. Löten verschiedener Werkstoff kombinationen 200 10.5.1. Metallkombinationen 200 10.5.2. Hartmetalle 201 10.5.3. Metalle und Keramiken 203 10.5.4. Metalle und Glas 205 10.5.5. Graphit 206 11. Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen 208 11.1. Wirtschaftlichkeit des Lötens gegenüber anderen Fii geverfahren 208 11.1.1. Metallkleben Löten 208 11.1.2. Schweißen Löten 209 11.2. Wirtschaftlichkeit von Lötverfahren untereinander 210 11.2.1. Weichlöten 210 11.2.2. Hartlöten 211 12. Standard- und Vorschriftenverzeichnis 212 12.1. Terminologie 212 12.2. Flußmittel, Lote, technische Gase 212 12.3. Grundwerkstoffe 213 12.4. Lötwerkzeuge und Zubehör 213 12.5. Prüfung von Lötverbindungen 214 12.6. Sonstige 214 12.7. Arbeitsschutz 215 13. Literaturverzeichnis * 216 14. Sachwörterverzeichnis 222