Definition von Hartlöten
Gemäß AWS A3.0 ist Hartlöten definiert als:
„Eine Gruppe von Verbindungsprozessen, die die Verbinden von Materialien durch Erhitzen auf die Hartlöten-Temperatur in Gegenwart eines Hartlöten-Füllmetalls mit einem Liquidus über 450 °C [840 °F] und unter dem Solidus des Grundmetalls. Das Füllmetall Hartlöten wird durch Kapillarwirkung zwischen den eng anliegenden Stoßflächen der Verbindung verteilt und gehalten.“
Eine andere Möglichkeit zu verstehen ist, dass Füllmetalle schmelzen müssen, während Grundmaterialien nicht schmelzen sollten.
Zusätzlich verteilt sich Zusatzwerkstoff durch Kapillarwirkung im Spalt, den die Fügeflächen nach dem Aufschmelzen bilden.
Zur Klärung der Definition ist hervorzuheben, dass Hartlöten ist ein nichtmechanisches Fügeverfahren, das vom Schweißen und Löten zu unterscheiden ist.
Unterschiede zum Schweißen
In Hartlöten:
- Das Zusatzmaterial (Verbrauchsmaterial) wird bei einer Temperatur geschmolzen, die niedriger ist als die Schmelztemperatur der Grundmaterialien.
- Aufgrund des obigen Punktes schmelzen die Grundmaterialien nicht.
- Das Verbrauchsmaterial füllt die Lücke zwischen den Grundmaterialien durch Kapillarwirkung.
Unterschiede zum Löten
Bei weichem (oder schwachem) Löten:
- Es wird ein Nichteisen-Verbrauchsmaterial verwendet (zB Blei);
- Das Verbrauchsmaterial hat einen Schmelzpunkt von weniger als 450°C.
Geschichte
Berichte über die Verwendung von Hartlöten sind sehr alt.
Es wird spekuliert, dass das Hartlöt wurde um 4000 v. Chr. zufällig in einem Ofen entdeckt.
Der erste gefundene Beweis war ein Gold- und Silberjuwel im Grab der ägyptischen Königin Pu-abi (datiert auf ungefähr 2500 v. Chr.).
Die Verwendung von Hartlöten
Hartlöten ist in zahlreichen Anwendungen weit verbreitet aufgrund:
- Fähigkeit, Materialien sehr unterschiedlicher Art zu verbinden, wie (Metalle und Keramik) oder (Titan und Edelstahl);
- Kleine Dicken. Schweißen könnte sie übermäßig verformen;
- Wärmebehandelte Materialien. Um den Verlust der Wärmebehandlung (vor dem Schweißen) zu vermeiden.
Aus diesen Gründen wird Hartlöten für Verbindungen in Autoteilen, Kühlschränken, Wärmetauschern, Luft- und Raumfahrtkomponenten, elektronischen Komponenten usw. verwendet.
Typische Anwendungen von Komponenten für die Kälte- und Autoteileindustrie:
Hartlöten von Aluminium-Wärmetauschern (Sie werden in Pkw-Kühlsystemen verwendet):
Hartlöten aus Kupfer und Graphit (Sie werden in der Nuklearindustrie verwendet):
Vorteile
- Ermöglicht die Verbindung sehr unterschiedlicher und normalerweise nicht schweißbarer Materialien.
- Komponenten können in großen Mengen verarbeitet werden.
- Hartlöten kann wirtschaftlicher und produktiver sein;
- Deformationen oder Verzerrungen werden minimiert oder sogar eliminiert;
- Die Verdünnung mit dem Grundmetall ist minimal;
- Wärmezyklen sind vorhersehbar;
- Ermöglicht die Verbindung von Materialien mit sehr unterschiedlichen Dicken
Nachteile
- Untere Verbindung Festigkeit im Vergleich zu einer Schweißverbindung;
- Die Lötverbindung hat wahrscheinlich eine geringere Festigkeit als das Grundmetall;
- Hohe Temperaturen können Lötverbindungen zerstören oder schwächen.;
- Einige Anwendungen erfordern eine hohe Kontrolle der Fugensauberkeit und einen präzisen Flussmitteleinsatz;
- Die endgültige Farbe der Verbindung weicht oft vom Grundmetall ab (unerwünschtes optisches Erscheinungsbild).
Wärmequellen
Es gibt grundsätzlich 5 Wärmequellen für Hartlöten. Jeder Typ ist für einen Teiltyp, eine Geometrie, ein Material oder ein zu lötendes Volumen geeignet.
- (a) Brenner oder Brenner
Geeignet für Kleinteile, die in kleinen Stückzahlen produziert werden.
- (b) Durch Induktion
Geeignet für Teile, die eine stärkere Temperaturkontrolle erfordern
- (c) Durchlaufofen
Geeignet für kleine Teile, die in großen Stückzahlen produziert werden.
- (d) Chargenofen
Geeignet für große und komplexe Teile.
- (e) Vakuumofen
Geeignet für reaktive Materialien oder Materialien, die nicht oxidiert werden können.
Verbindungsarten
Dies sind die Konfigurationen, in denen die Grundmaterialien gelötet werden. Es gibt folgende Arten von Lötverbindungen:
- (a) Oben
- (b) Überlappt
- (c) und (d) Oben und überlappende Varianten
- (e) Abgewinkelt
Eigenschaften
Eine gelötete Verbindung muss bestimmte Eigenschaften erreichen, um ihre Ziele zu erreichen:
- Mechanische Beständigkeit;
- Scherfestigkeit;
- Ermüdungsbeständigkeit;
- Zähigkeit;
- Korrosionsbeständigkeit;
Konstrukteure berücksichtigen nicht nur die Festigkeit der zu lötenden Legierung, sondern auch den Festigkeitsbereich oder die minimale Überlappungslänge, die erforderlich ist, um die mechanischen Eigenschaften beizubehalten.
Konzepte
Benetzbarkeit
Benetzbarkeit ist die Fähigkeit einer flüssigen Phase, sich auf einem festen Substrat auszubreiten.
In hartlöten wird die flüssige Phase durch das geschmolzene Füllmetall und das feste Substrat durch das Grundmaterial repräsentiert.
Eine schematische grafische Darstellung dieses Konzepts ist im Bild unten zu sehen. Es gibt 3 verschiedene Fälle der Benetzbarkeit:
Im ersten Fall oben zeigt das Lot keine Tendenz, sich über die Basismaterial.
Es verbleibt in Form eines Tropfens, der die Oberfläche nicht benetzt.
In diesem Fall besteht kein physischer Kontakt zwischen der flüssigen Phase und dem Substrat, daher besteht keine Möglichkeit einer Bindung.
Im zweiten Fall ist das Füllmetall über das Grundmaterial verteilt, jedoch in begrenztem Maße.
In diesem Fall wird gesagt, dass die Benetzbarkeit moderat ist. Zwischen der flüssigen Phase und dem Substrat besteht ein physikalischer Kontakt, der es ihnen ermöglicht, sich zu vereinigen.
Im dritten Fall breitet sich der Zusatzwerkstoff vollständig über das Grundmaterial aus und bildet fast eine Beschichtung. Es wird dann gesagt, dass die Benetzbarkeit ausgezeichnet ist.
Der physikalische Kontakt zwischen der flüssigen Phase ist der grösstmögliche, sodass die Verbindung zwischen ihnen leicht erreicht wird.
Die Benetzbarkeit eines Lotes auf einem Grundmaterial hängt von mehreren Faktoren ab :
- (a) Zusatzmetall auf der vorbereiteten Oberfläche des Grundmaterials (vor hartlöten);
- (b) Die gegenwärtigen Bedingungen ermöglichen es dem Verbrauchsmaterial, sich auf dem Grundmaterial zu verteilen;
- (c) Schlechte Bedingungen behindern den Fluss von Füllmetall;
- (d) Die Bedingungen hier waren so schlecht, dass das Verbrauchsmaterial weglief oder sich vom Basismaterial zurückbildete.
Kapillar- oder Kapillareffekt
Es ist ein physikalisches Phänomen, das auftritt, wenn eine flüssige Phase ein Substrat benetzt und besser verstanden werden kann durch Beachten Sie die Abbildung unten.
Wenn Benetzbarkeit vorhanden ist, neigt die flüssige Phase dazu, durch den Kapillareffekt über das normale Niveau zu steigen.
Die erreichte Höhe ist proportional zur Größe des Spalts.
Auf der anderen Seite, wenn keine Benetzbarkeit vorhanden ist, wird die Lücke nicht einmal gefüllt und die Höhe der flüssigen Phase bleibt unter ihrem normalen Niveau.
Hinweis: Die Lücke wird erst befüllt werden, wenn der geschmolzene Zusatzwerkstoff die Grundwerkstoffe benetzt. Das Füllen wird einfacher, wenn die Lücken kleiner werden.
hartlöten ist also nichts anderes als das Füllen einer Lücke zwischen den Grundmaterialien durch ein geschmolzenes Füllmetall
Und das Füllmetall hat notwendigerweise Benetzbarkeit auf den Grundwerkstoffen.
Eine schematische Darstellung von hartlöten ist unten zu sehen, wo die Entwicklung des Schweißzusatzes verfolgt werden kann.
hartlöten Lücke
It Es hat sich gezeigt, dass das Füllen der Lücke zwischen den Grundmaterialien von der Fähigkeit des geschmolzenen Füllmetalls abhängt, das Grundmaterial zu benetzen.
Außerdem erfolgt das Auffüllen in kleineren Lücken leichter.
Man könnte sich dann vorstellen, dass die zu verwendende Lücke möglichst klein ist, da dies das Auffüllen erleichtert.
Leider ist dieses Konzept falsch. Eine übermäßige Spaltreduzierung erschwert es dem Flussmittel.
Das Flussmittel funktioniert in sehr kleinen Räumen nicht gut.
So wie der Spalt nicht zu klein sein sollte, sollte er nicht zu klein sein groß.
Ein kleiner Spalt führt zu einem kleinen Kapillareffekt, der das Befüllen erschwert.
Es wird daher gefolgert, dass der zu verwendende Spalt innerhalb eines bestimmten Bereichs liegen muss.
Ein Bereich, in dem bekannt ist, dass der Fluss und die Kapillarwirkung zufriedenstellend sind, also eine ausreichende Füllung der Lücke zu gewährleisten.
Die zu verwendenden Lücken liegen im Allgemeinen im Bereich von 0,05 bis 0,20 mm.
Das hängt vom Zusatzwerkstoff, der Art des Flussmittels und der Art der verwendeten Verbindung ab.
In jedem Fall sollte der Verbrauchsmateriallieferant zu Rate gezogen werden, um die erforderliche Lücke zu empfehlen.
Flussmittel (Reinigungsmittel)
Reinigung ist für hartlöten einfach unerlässlich.
Wir müssen die Oberfläche der Grundmaterialien vor dem hartlöten reinigen. Sie müssen öl- oder fettfrei sein.
Dies liegt daran, dass das Öl oder Fett beim Erhitzen Rückstände erzeugt, die auf der Oberfläche der Materialien zurückbleiben.
Diese Rückstände verhindern, dass das Zusatzmetall die Grundmaterialien benetzt hartlöten undurchführbar.
Sie werden normalerweise durch einen Entfettungsvorgang mit industriellen Lösungsmitteln entfernt.
Flussmittelfunktionen
- Entfernen der Schicht Eli von Oberflächenoxiden aus den Grundmaterialien, wodurch das Auftreten von Benetzbarkeit ermöglicht wird;
- Verhindern, dass Grundmaterialien während des Erhitzens in hartlöten oxidieren. Dies ist notwendig, da Hitze dazu neigt, chemische Reaktionen, einschließlich Oxidationsreaktionen, zu beschleunigen;
- Schützen Sie das Füllmetall, bis es schmilzt, um so die Benetzbarkeit zu ermöglichen;
- Nicht angreifen oder mit Grundmaterial (Flussmittel) reagieren;
- Desoxidieren der Grundmaterialoberfläche vor Beginn des Schweißens des Zusatzwerkstoffs (mindestens 50 °C unter der Arbeitstemperatur) und halten Sie sie bis zum Ende des hartlöten (Flux) desoxidiert;
- Bietet eine gute Benetzbarkeit und Fließfähigkeit des Grundmaterials und verteilt sich gut auf den zu lötenden Oberflächen (Flussmittel);
- Nach hartlöten (Flux) leicht zu entfernen.
Flussmittel können fest, flüssig oder gasförmig sein.
Zusatzwerkstoffe
Die richtige Auswahl des zu verwendenden Zusatzwerkstoffs ist oft der Schlüssel zum Erfolg.
Im Allgemeinen müssen diese Materialien einige wichtige Eigenschaften aufweisen, damit die hartlöten richtig auftritt, wie zum Beispiel:
- Bieten eine gute Benetzbarkeit die zu lötenden Grundmaterialien;
- Angemessene Schmelztemperatur (oder Schmelztemperaturbereich) in Bezug auf die Grundmaterialien und Fließfähigkeit, die es dem geschmolzenen Metall ermöglicht, durch Kapillarwirkung angemessen in die Verbindungen einzudringen;
- Geben Sie die erforderlichen Eigenschaften für das gelötete Bauteil an. Zum Beispiel: ausreichende mechanische Festigkeit, erforderliche elektrische Leitfähigkeit usw.;
- Reagieren Sie nicht mit dem Grundmaterial über, was zu Erosion oder Bildung von zerbrechlichen Phasen führt;
- Keine hohe Liquidationsneigung (Teilfusion).
Es ist üblich, Zusatzwerkstoffe nach den chemischen Elementen zu klassifizieren, aus denen sie bestehen.
Im Allgemeinen sagen wir, dass es verschiedene Familien von Zusatzwerkstoffen gibt, wobei jede Familie sich dadurch auszeichnet, dass sie die gleichen (oder fast die gleichen) Elemente enthält.
Diese Familien von Zusatzwerkstoffen unterscheiden sich (voneinander) hauptsächlich durch Schmelztemperaturen.
Diese Eigenschaft ist in hartlöten von grundlegender Bedeutung. Eine niedrigere Schmelztemperatur bedeutet weniger Erhitzen, daher ist hartlöten billiger und schneller
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