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Lötverbindungen Löten ist ein thermisches Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen von Werkstoffen, wobei eine flüssige Phase durch Schmelzen eines Lotes (Schmelzlöten) oder durch Diffusion an den Grenzflächen (Diffusionslöten) entsteht. Die Schmelztemperatur der Grundwerkstoffe wird nicht erreicht; anders als beim Schweißen.
Einteilung nach Löttemperaturen Das Löten ist nach DIN 8505-2 in drei Verfahrensgruppen einteilen: • Weichlöten WL unter 450°C Einsatzgebiet: Elektroindustrie, Kälteindustrie und bei Rohrverbindungen im Kalt- und Warmwasserbereich und für Gase. • Hartlöten HL über 450°C Einsatzgebiet: Maschinenbau und Fahrzeugbau. • Hochtemperaturlöten HTL über 900°C Einsatzgebiet: Luft- und Raumfahrt, Reaktortechnik.
Legierungsbildung Im Gegensatz zum Schweißen wird beim Löten nicht der Grundwerkstoff geschmolzen, sondern nur das Lot als Zusatzstoff. Voraussetzung für das Benetzen der Oberfläche ist eine metallisch reine Oberfläche und die Arbeitstemperatur. Beim Benetzen der Oberfläche läuft eine Legierungsbildung zwischen dem Grundwerkstoff und dem Lot ab. Das Lot diffundiert in den Grundwerkstoff, der wiederum in die Lotschicht.
Kapillarwirkung Flüssiges Lot besitzt genauso wie Wasser die Eigenschaft, sich in enge Spalten zu ziehen. Diese Eigenschaft wird Kapillarwirkung genannt. Hierbei besteht zwischen Steighöhe des Lotes und Spaltbreite der Fuge ein direkter Zusammenhang. Je enger die Spaltbreite, desto höher zieht sich das Lot.
Herstellung einer Lötverbindung • Bei der Herstellung einer Lötverbindung geht man wie folgt vor: • Reinigen der Lötflächen von Fremdschichten • Fixieren der zu lötende Teile unter Beachtung günstiger Spaltbreiten. • Erwärmen des Lötstoßes und des Lotes auf Löttemperatur Nachdem das Lot in den Lötspalt geflossen ist, muss die Lötverbindung langsam abkühlen. • Langsames Abkühlen der Lötverbindung • Nachbehandlung der gelöteten Teile. Störende Anlauffarben, Zunder und Flussmittelrückstände werden durch geeignete Verfahren entfernt. • Prüfungen zur Sicherung der Qualität gelöteter Bauteile. Zum Beispiel, ob der Füllgrad des Lötspalts in Ordnung ist, oder ob es Risse in der Lötnaht gibt.
Auslegung / Gestaltung • Bei der Gestaltung von Lötverbindungen sollten ausreichend große Lötflächen (z.B. durch Überlappungen) vorsehen werden • Im Lötstoßbereich sollte möglichst keine Biegebeanspruchungen, Spannungskonzentrationen oder geometrische Kerbwirkungseffekte auftreten • Lötnähte sollten möglichst auf Schub beansprucht werden • Die Gestaltung der Lötverbindung sollte so ausgelegt sein, dass Rückstände von Fluss- und Lötstoppmitteln gut zu entfernen sind (Hohlräume) • Die Oberflächen der Lötstellen sollten einen Mittenrauhwert von Ra ≤ 12,5μm aufweisen. • Bei einem geschlossenen Hohlraum muss ein Druckausgleich vorhanden sein (z.B. durch eine Entlüftungsbohrung)
Lötkonstruktionen • 1. Das Lot kann von innen nach außen fließen, zusätzlich hat man die Kontrolle über den Füllgrad des Lötspalts. • 2. Bei der rechten Lötverbindung wird die Festigkeit durch achsparallele Rändelspalte gesteigert. Durch den Einsatz des Lotdepots läst sich der Fließweg des Lotes halbieren. • 3. Durch das Umbördeln wird die Lötverbindung zugentlastet
Symbolische Darstellung • Überlappstoß mit Flächennaht; Hartlöten (Kennzahl 91), geförderte Bewertungsgruppe nach ISO 18279, Silberhartlot AG304 nach EN 1044 • b) T-Stoß mit Flächennaht • c) Stumpfstoß mit Schrägnaht • d) Falzstoß mit Falznaht; hergestellt durch Weichlöten (Kennzahl 94)
Torsionsbelastung geg.: Ka=1,5 Tnenn=8Nm=8000Nmm D=10mm S=5 t= 205 N/mm² Tab 5-10 Lü=1,86mm
BerechnungAufgabe 5.14 Eine Kaltwasserleitung aus Kupferrohr 54 x 2 wird nach Skizze mit einer weich aufgelöteten Kappe verschlossen. Es ist zu prüfen, ob die Spaltlötverbindung für einen höchsten Wasserdruck von 8 bar sicher ausgelegt ist.
Berechnung Lösungsweg: geg: d = 54 mm pe = 8 bar = 0,8 N/mm2 Iü = 10 mm KA = 1 (Betriebsfaktor lt. Tab. 3.5 Roloff/Matek) τIzul = 2 N/mm2 (Faustregel für Weichlötverbindungen Roloff/Matek, s. 109) Lös.: τI =(Ka * F) / AI Berechnung der druckbeaufschlagten Fläche A = (d2 * π) / 4 A = (542mm² * π) / 4 A = 2.290,22 mm2
F = pe * A F = 0,8 N/mm2 · 2,29 · 103 mm2 F = 1,83 kN Berechnung der Lötnahtfläche AI = d * π * Iü AI = 54 mm * π * 10 mm AI = 1.696,46 mm2 τI =(Ka * F) / AI τI =(1 * 1.83 N) / 1.696,46 mm τI = 1,08 N/mm2 S = τIzul / τI S = 2N/mm2 / 1,08N/mm2 S = 1,8
