Löten ist, wie [[KlebverbindungKlebverbindungen| Kleben]] und [[Schweißverbindungen| Schweißen]], ein Verfahren um [[stoffschlüssige Verbindungen ]] herzustellen. Beim Löten lassen sich fast alle [[Metalle ]] auf [[Stahl]]-, [[Kupfer]]- und Nickelbasis [[Nickel]]basis sowie Edelmetalle miteinander verbinden und beschichten.
'''Frage: Was versteht man unter Nennen sie drei Arten von stoffschlüssigen Verbindungen?'''[[L%C3%B6tverbindungen_L%C3%B6sungen#Was_versteht_man_unter_stoffschlNennen_sie_drei_Arten_von_stoffschl.C3.BCssigen_Verbindungen.3F|Antwort 1]]
*Lötstellen sind gut elektrisch leitfähig
*Lötverbindungen sind größtenteils dicht gegen Gase und Flüssigkeiten
*Durch niedrige Arbeitstemperaturen wird der [[Werkstoff ]] kaum geschädigt
*Lötvorgänge lassen sich je nach Verfahren automatisieren
*Bauteile werden nicht durch Bohrungen geschwächt, wie z.B. bei [[Nietverbindungen|Niet-]] und [[Schraubenverbindungen|Schraubverbindungen]]
*Auch schwer erreichbare Verbindungsstellen lassen sich gut Löten
*Es lassen sich mehrere Lötverbindungen gleichzeitig an einem Werkstück herstellen
*Es lassen sich unterschiedliche [[Werkstoffe ]] miteinander verbinden
===Nachteile bei Lötverbindungen===
*Die Festigkeit von Lötverbindungen ist geringer als die von [[Schweißverbindungen]]
*Lötverbindungen sind im Bezug auf [[Schweißverbindungen]] aufwendiger in der Vorbearbeitung
*Flussmittelreste können zu chemischer [[Korrosion ]] der Verbindung führen *Größere Lötstellen benötigen viel des meist teuren Lotes, das meist aus [[Zinn ]] oder [[Silber ]] besteht
*Nach dem Löten ist kein Ausrichten mehr möglich
*Für eine stabile Lötverbindung ist fast immer eine Überlappung erforderlich.
'''Frage: Warum ist Löten gerade in der Elektroindustrie interessant?'''
Entscheidend für das Löten ist das Benetzen des Grundwerkstoffs mit Lot. Das Lot verflüssigt sich, breitet sich aus und haftet nach dem Erstarren an der Oberfläche des Werkstücks. Im Gegensatz zum [[Schweißen ]] wird beim Löten nicht der Grundwerkstoff geschmolzen, sonder 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 [[Diffusion|diffundiert]] in den Grundwerkstoff, der wiederum in die Lotschicht. Das bedeutet, das sich kleinste Partikel des jeweiligen Stoffes in den anderen einlagern, wodurch eine Legierung entsteht. Die Tiefenausdehnung Vollständigkeit der Diffusionszone Legierung ist entscheidend für die Festigkeit der Lötung entscheidend.
Flüssiges Lot besitzt genauso wie Wasser die Eigenschaft, sich in enge Spalten zuziehenzu 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.
[[Bild:Kapillarer FülldruckKapillarerdruck in mbar.jpg]]http://www.jbk.ch/lap/images/physik/physik-statik-druck1.gif
'''Frage: Welche Lötspaltbreite ist optimal?'''
==Temperaturen beim Löten==
===Schmelzbereich des Lotes===
Der Temperaturbereich vom Beginn des Schmelzens ([[Solidustemperatur]]) bis zur vollständigen Verflüssigung ([[Liquidustemperatur]])wird als Schmelzbereich des Lotes bezeichnet. [[Bild:Liquidus-Solidus.jpg|center]]
===Arbeitstemperatur===
Die Arbeitstemperatur ist die niedrigste Temperatur, die an den Berührungsflächen zwischen Lot und Werkstück herrschen muss, damit das Lot sich ausbreitet, fließt und am Grundwerkstoff binden kann.
Die Arbeitstemperatur ist immer höher als die [[Solidustemperatur]]. Sie kann gleich sein mit der [[Liquidustemperatur]], aber auch darüber oder darunter liegen.
===Maximale Löttemperatur===
'''Frage: Was versteht man unter Liquidustemperatur?'''
Beim Weichlöten (WL) liegt die Arbeitstemperatur unter 450°C. Weichlöten wird angewendet, wen wenn an die Festigkeit keine großen Anforderungen gestellt werden, die Verbindungen aber dicht oder leitfähig sein sollen. Es wird mit Kolben, im Ofen oder mit Flamme gelötet.
Einsatzgebiet: Elektroindustrie, Kälteindustrie und bei Rohrverbindungen im Kalt- und Warmwasserbereich und für Gase.
''Hartlöten''
Die Arbeitstemperatur beim Hartlöten (HL) liegt oberhalb von 450°C. Mit Hartlötungen lassen sich Festigkeitswerte von bis zu 500N500 N/mm² erreichen, wobei diese von der Art des Lotes sowie von der Gestaltung der Lötverbindung abhängt. Hartlotverbindungen werden mit Flamme oder durch [[Induktion ]] gelötet.
Einsatzgebiet: Maschinenbau und Fahrzeugbau.
''Hochtemperaturlöten''
Beim Hochtemperaturlöten (HTL) wird ohne Flussmittel unter Luftabschluss [[Luft]]abschluss gelötet. Es werden Loten Lote verwendet, deren Arbeitstemperatur oberhalb von 900°C liegen. Das Lot wird in Form von Lotformteilen oder Lotpasten zugegeben. Als Wärmequelle dienen Durchlauföfen oder Vakuumöfen.
Einsatzgebiet: Luft- und Raumfahrt, Reaktortechnik.
'''Frage: In welchem Bereich liegt die Arbeitstemperatur beim Hartlöten?'''
'''Löten mit angesetztem Lot''': hierbei wird erst das Werkstück auf Arbeitstemperatur gebracht und dann wird das Lot durch Berührung mit dem Werkstück oder der Wärmequelle zum schmelzen Schmelzen gebracht. Diese Art der Lotzuführung wird häufig beim Weichlöten und Hartlöten verwendet.
'''Löten mit an- oder eingelegtem Lot''': das Werkstück und eine abgemessene Menge Lot, welches meist in der Nähe des Lötspalts angebracht ist, werden gemeinsam auf Löttemperatur gebracht. Das eingelegte Lot wird als Lotformteil bezeichnet und wird der Form des Werkstücks angepasst.
'''Löten mit Lotdepot''': das Lotdepot ist eine Aussparung im Werkstück, in die vor der Erwärmung das Lot eingelegt wird. Das Lot wird zusammen mit dem Werkstück auf Arbeitstemperatur gebracht, wobei aber direkte Flammeneinwirkung auf das Lot, durch das Depot, vermieden werden. Der Fließweg des Lotes ist von innen nach außen, wobei das Flussmittel aus dem Lötspaltverdrängt Lötspalt verdrängt wird.
'''Frage: Welche Art der Lotzuführung wird bei einer automatisierten Fertigung gewählt?'''
Beim Auftragslöten wird ein Werkstück durch ein Lot beschichtet
'''Verbindungslöten'''
Das Verbindungslöten wird durch den vorhandenen Lötspalt unterteilt in das Spaltlöten (Spaltbreite < 0,5mm5 mm) und das Fugenlöten (Spaltbreite > 0,5mm5 mm)
'''Spaltlöten''': Beim Spaltlöten ist der Lötspalt zwischen den Werkstücken kleiner als 0,5mm, durch die Kapillarwirkung dringt das Lot tief in den Lötspalt vor. Bei engem Lötspalt sind dünnflüssige Lote günstiger.
'''Fugenlöten''': Der Lötspalt beim Fugenlöten ist größer als 0,5mm 5 mm oder die Lötstelle ist V- oder X- förmig erweitert, dadurch hat die Kapillarwirkung keinen Einfluss mehr. Fugenlöten wendet man bei Reparaturarbeiten an [[Stahl]]- oder Gussteilen.
'''Frage: Welches Verfahren wählt man, wen wenn man ein Rohr, der Länge nach auf eine Platte löten würde?'''
*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, das 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 geschlossen geschlossenen Hohlraum muss ein Druckausgleich vorhanden sein (z.B. durch eine Entlüftungsbohrung)
In der unteren Zeichnung sind einige Beispiele für geeignete Lötkonstruktionen:
{|
|[[Bild:Lötkonstruktionen.JPG]]||'''Hinweise :'''
* Die Rechte rechte Lötkonstruktion ist zweckmäßiger, da das Lot von innen nach außen Fließen fließen kann, zusätlich zusätzlich hat man die kontrolle Kontrolle über den Füllgrad des Lötspalts. Das Flußmittel Flussmittel kann durch die Bohrung entweichen. * Die zu lötenden Teile müssen gegen Verrutschen gesichert werden, dabei ist auf günstige Lötspaltbreiten (0,05-0,2mm) zu achtenBei der rechten Lötverbindung wird die Festigkeit durch achsparallele Rändelspalte gesteigert. In Durch den Einsatz des Lotdepots läst sich der Serienfertigung kommen hier Lötvorrichtungen zum EinsatzFließweg des Lotes halbieren.*Durch das Umbördeln wird die Lötverbindung Zugentlastetzugentlastet.
|}
'''Frage: Warum sollten Flussmittelrückstände von Lötstellen entfernt werden?'''
==Beanspruchung==
Die zulässige Beanspruchung einer Lötverbindung hängt von mehreren Faktoren ab: * vom Lot,* vom Grundwerkstoff, * von den Vor- und Nachbehandlungen, * von der konstruktiven Gestaltung sowie * vom Lötspalt.
Bei einer Lötverbindung zwischen zwei Baustählen, die vorwiegend einer ruhenden Belastung ausgesetzt, ist kann man mit folgenden „Faustwerten“ rechnen :
==== Übungsaufgabe 1: ====
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 Wasser[[druckDruck]] von 8 bar sicher ausgelegt ist.
Vorschlag: Berechne diese Aufgabe auch mal für [[KlebverbindungKlebverbindungen#Aufgabe_1|Klebverbindungen]]
== Lote und Flussmittel ==
=== Lote ===
Das Lot ist ein metallischer Zusatzstoffwerkstoff, mit dessen Hilfe [[Metalle|metallische Teile ]] beim Löten miteinander verbunden werden. Dabei ist es wichtig, das der [[Schmelzpunkt ]] des Lotes unterhalb desjenigen des niedrigsten der zu verbindenden Teile liegt. Lote bestehen aus Legierungen oder seltener aus [[Metalle|reinen Metallen]]. Im Fachhandel sind sie als Drähte, Stäbe, Pasten oder als Lotformteile zu erhalten.
Vorraussetzungen für die Eignung eines Lotes sind:
*Das Lot sollte einen geringeren Wärmeausdehnungsunterschied zum Grundwerkstoff besitzen
*Der [[Schmelzpunkt ]] des Lotes sollte ca. 50°C unterhalb des Schmelzpunktes [[Schmelzpunkt]]es vom Grundwerkstoff liegen
===Weichlote===
Weichlote sind nach [[DIN ]] 1707 in vier Gruppen eingeteilt. Der Hauptbestandteil von Weichloten ist [[Zinn]]. *Gruppe A Blei-Zinn- und Zinn-Blei-Lote*Gruppe B Zinn-Blei-Weichlote mit Kupfer-, Silber- oder Phosphorzusatz*Gruppe C Sonder Weichlote*Gruppe D Weichlote für Aluminiumwerkstoffe
Weichlotverbindungen eignen sich nicht dafür Kräfte zu übertragen*Gruppe A [[Blei]]-[[Zinn]]- und [[Zinn]]-[[Blei]]-Lote*Gruppe B [[Zinn]]-[[Blei]]-Weichlote mit [[Kupfer]]-, da sie bei Dauerbelastungen zum kriechen neigen. Bei Weichlotverbindungen ist wegen der geringen Festigkeit auf ausreichend große Lötflächen zu achten.[[Silber]]- oder [[Phosphor]]zusatz*Gruppe C Sonder-Weichlote*Gruppe D Weichlote für [[Aluminium]]werkstoffe
Weichlotverbindungen eignen sich nicht dafür Kräfte zu übertragen, da sie bei Dauerbelastungen zum Kriechen neigen. Bei Weichlotverbindungen ist wegen der geringen Festigkeit auf ausreichend große Lötflächen zu achten.
[http://www.brazetec.de/brazetec/content/produkte/Weichlote.cfm Herstellerseite für Weichlote]
'''cadmiumhaltige Hartlote'''
*Hartlote , die aus [[Silber]], [[Zink ]] und Cadmium bestehen, ermöglichen ein werkstück- und werkstoffschonendes lötenLöten, bei kurzen Lötzeiten. Das Cadmium hat dabei die Aufgabe die Arbeitstemperatur auf 610°C herab zu setzen. Werden cadmiumhaltige Lote stark Überhitztüberhitzt, so entstehen gesundheitsschädliche Cadmiumdämpfe.
'''nickel[[Nickel]]- und manganhaltige Hartlote'''
*[[Nickel]]- und manganhaltige Hartlote werden zum Auflöten von Hartmetallen auf Stahlträgern [[Stahl]]trägern und zum löten Löten von schwer benetzbaren Werkstoffen, wie [[Wolfram ]] und [[Molybdän]], verwendet.
'''phosphorhaltige Hartlote'''
*Phosphorhaltige Hartlote besitzen einen Selbstfließeffekt, der es ermöglicht Kupferwerkstoffe [[Kupfer]]werkstoffe an der [[Luft|Atmosphäre ]] ohne Flussmittel zu löten. Bei [[Eisen ]]- und Nickelwerkstoffe [[Nickel]]werkstoffen entstehen allerdings spröde Übergangszonen und sind daher nicht geeignet.
[http://www.brazetec.de/brazetec/content/produkte/Hartlote.cfm Herstellerseite für Hartlote]
===Hochtemperaturlote===
Bei Hochtemperaturloten unterscheidet man zwischen Nickelbasisloten, zinkhaltig [[zink]]haltig und zinkfrei[[zink]]frei, Kupferbasisloten [[Kupfer]]basisloten und [[Gold]]-, Palladium- sowie Titanloten[[Titan]]loten, wobei sich mit palladiumhaltigen Loten die höchsten Arbeitstemperaturen (18001.800-2000°C2.000°C) erreichen lassen.
===Flussmittel===
Die Aufgabe von Flussmitteln ist es die Oberfläche der Lötstelle von Oxidationen [[Oxidation]]en zu befreien und ihre Neubildung zu verhindern, des weitern wir weiteren wird die Benetzung der metallischen Oberfläche mit geschmolzenem Lot unterstützt. Flussmittel sind als Pulver, Pasten oder Flüssig flüssig erhältlich. Der [[Schmelzpunkt ]] von Flussmitteln muss ca. 50°C unter der des Lotes liegen. Die Wirksamkeit von Flussmitteln ist zeitlich begrenzt, da nach einer Zeit keine Oxide mehr gelöst werden können.
Folgende Aspekte sind bei der Auswahl von Flussmitteln zu berücksichtigen:
*der praktische Nutzen
*mögliche [[Korrosion ]] durch Flussmittelrückstände
*Gesundheitsschäden durch Dämpfe
*die Entsorgung
[http://www.brazetec.de/brazetec/content/produkte/Hartlote_Flussmittel.cfm Herstellerseite für Flussmittel zum Hartlöten]
== Herstellung einer Lötverbindung ==
* Die zu lötenden Teile müssen gegen Verrutschen gesichert werden, dabei ist auf günstige Lötspaltbreiten (0,05-0,2mm) zu achten. In der Serienfertigung kommen hier Lötvorrichtungen zum Einsatz.
*Der Lötstoß und das Lot müssen auf Arbeitstemperatur gebracht werden, durch Zugabe von Flussmittel oder durch den Ausschuss von Sauerstoff werden Oxide beseitigt.
*Nachdem das Lot in den Lötspalt geflossen ist, muss die Lötverbindung langsam abkühlen.*Die Lötverbindung wird jetzt noch von Zunder und Flussmittelrückständen gereinigt, damit später keine [[Korrosion ]] entsteht.
*Zum Schluss wird die Lötverbindung noch auf ihre Qualität hin überprüft, um Beispiel ob der Füllgrad des Lötspalts in Ordnung ist, oder ob es Risse in der Lötnaht gibt.
|}
==Quellenangabe==
Roloff/Matek: Maschinenelemente, Lehrbuch und Tabellenbuch, Vieweg Verlag, 17. Aufl. 2005, ISBN 3-528-17028-X, Seite 82-92
Roloff/Matek Maschinenelemente Formelsammlung, Vieweg Verlag, 7. Aufl. 2003. ISBN 3-528-64482-6, Seite 26-29
[[Kategorie:Entwicklung und Konstruktion]]
[[Kategorie:Fertigungstechnik]]
--[[Benutzer:Whiteguard|Whiteguard]] 11:32, 5. Nov 2005 (CET)
{{www}}
* [[Media:Löten Powerpoint 17.04.2010.ppt|Powerpointpräsentation zum Thema, 2010]]
