Svetlana Sipkina Lötverbindungen Löten ist ein thermisches Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen...

Svetlana Sipkina

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°CEinsatzgebiet: Elektroindustrie, Kälteindustrie und bei Rohrverbindungen im Kalt- und Warmwasserbereich und für Gase.

• Hartlöten HL über 450°CEinsatzgebiet: Maschinenbau und Fahrzeugbau.

• Hochtemperaturlöten HTL über 900°CEinsatzgebiet: Luft- und Raumfahrt, Reaktortechnik.

Vor- und Nachteile des Lötens

Vorteile Nachteile

-es lassen sich unterschiedliche Metalle miteinander verbinden

- reduzierte Festigkeit der Lötstelle

- keine Veränderung der Grundwerkstoffe durch niedriger Arbeitstemperatur

- zusätzlicher Arbeitsgang der Oberflächenvorbereitung

- gute elektrische Leitfähigkeit der Verbindung

- Lote meist teure Werkstoffe

Bauteile werden nicht durch Löcher geschwächt wie z.B. beim Nietverbindungen

- galvanische Korrosion durch unterschiedliche Potentiale der Verbindungspartner ( besonders bei Aluminium)

- dauerhaft dichte Verbindung

- automatisierbar

- es können mehrere Lötverbindungen gleichzeitig an einem Werkstück hergestellt werden

Legierungsbildung

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.

Im Gegensatz zum Schweißen wird beim Löten nicht der Grundwerkstoff geschmolzen, sondern nur das Lot als Zusatzstoff.

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: 1. Reinigen der Lötflächen von Fremdschichten2. Fixieren der zu lötende Teile unter Beachtung günstiger

Spaltbreiten. 3. Erwärmen des Lötstoßes und des Lotes auf Löttemperatur

Nachdem das Lot in den Lötspalt geflossen ist, muss die Lötverbindung langsam abkühlen.

4. Langsames Abkühlen der Lötverbindung5. Nachbehandlung der gelöteten Teile. Störende Anlauffarben,

Zunder und Flussmittelrückstände werden durch geeignete Verfahren entfernt.

6. 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

1. Bei der Gestaltung von Lötverbindungen sollten ausreichend große Lötflächen (z.B. durch Überlappungen) vorsehen werden

2. Im Lötstoßbereich sollte möglichst keine Biegebeanspruchungen, Spannungskonzentrationen oder geometrische Kerbwirkungseffekte auftreten

3. Lötnähte sollten möglichst auf Schub beansprucht werden 4. Die Gestaltung der Lötverbindung sollte so ausgelegt sein,

dass Rückstände von Fluss- und Lötstoppmitteln gut zu entfernen sind (Hohlräume)

5. Die Oberflächen der Lötstellen sollten einen Mittenrauhwert von Ra ≤ 12,5μm aufweisen.

6. 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

a) 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)

BerechnungAufgabe 5.19

Torsionsbelastung

2*Ka*Tnenn*S*d²*

=Lü

geg.:

Ka=1,5

Tnenn=8Nm=8000Nmm

D=10mm

S=5

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.

Scherspannung

BerechnungLösungsweg: 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