Löten vs Schweißen
Schweißen: Stoffschlüssiger Fügeprozess Verbindung kommt durch Vermischung in der flüssigen Phase zustande Bauteil wird angeschmolzen Zusatzwerkstoff wird aufgeschmolzen Artgleicher oder artähnlicher Zusatzwerkstoff Ähnlicher Schmelzpunkt von Grund und Zusatzwerkstoffen Mechanische Festigkeit auf dem Niveau der Grundwerkstoffe Löten Stoffschlüssiger Fügeprozess Verbindung kommt durch Benetzungdes Grundwerkstoffs mit demZusatzwerkstoff und Diffusionsvorgänge zustande Bauteil wird nicht angeschmolzen Zusatzwerkstoff wird aufgeschmolzen i.d.R. artfremder Zusatzwerkstoff Schmelzpunkt des Zusatzwerkstoffs liegt unter dem der Grundwerkstoffe Mechanische Festigkeit in der Regel niedriger als das Niveau der Grundwerkstoffe
Materialtransport durch Diffusionbei Lötprozessen
Diffusionsprozesse sorgen dafür, dass lotwerkstoffin den grundwerkstoff eindiffundiert. Das Diffusionsprozess laufen bei erhöhen Temperaturen verglichsweise schnell ab. Diese Diffusionszone sorgt für die eingentliche Bindung zwischen Lot und Bauteil.
Benetzung und Benetzbarkeit
bezieht sich die Abbildung zur Benetzbarkeit Abhängig von Paarung Grundwerkstoff und Lot Benetzungstemperatur Reinheit der Oberfläche- Flussmittel- Vakuum
Applikation von Lot und Flussmittel
beim Zusammensetzen der Bauteile z. B. in Form von Folien oder Pasten direkt im Fügespalt deponiert. beim Zusammenbau der Bauteile am Fügespalt in fester Form deponiert. Bei Erreichen der Arbeitstemperatur fließen das Flussmittel und Lot durch die Kapillarwirkung in den Lötspalt. Es wird in Form von Drähten oder Stäben an der Fügestelle der auf Arbeitstemperatur gebrachten Bauteile appliziert und dort über die Wärme der Bauteile und der Wärmequelle aufgeschmolzen. Das dann schmelzflüssige Lot fließt durch die Kapillarwirkung in den Spalt.
Prozessablauf beim Löten
Mechanische Reinigung Chemische Reinigung Flussmittelauftrag Lotanwendung Zusammenbau Fixierung Erwärmen auf Arbeitstemperatur und Abkühlen
eutektisches System
Refer to Figure Als Lotwerkstoffe kommen meist Metalllegierungen zum Einsatz, welche in ihren Eigenschaften auf die jeweilige Lötaufgabe abgestimmt sind. Basismetall und Legierungselemente werden in der Regel so ausgewählt, damit sie eutektische Systeme bilden. Dies bewirkt eine Absenkung der Schmelztemperatur gegenüber den Schmelzpunkten der reinen Metalle, welche im eutektischen Punkt ihr (lokales) Minimum findet. Die Legierung weist hier, genauso wie reine Metalle, einen definierten Schmelzpunkt auf. Abseits dieser eutektischen Legierungszusammensetzung herrscht ein Überschuss von einem der Legierungspartner. Beim Erwärmen einer solchen Legierung schmilzt beim Erreichen der Solidustemperatur zunächst die eutektische Phase. Die den Überschuss darstellenden und aus reinem Metall bestehenden Körner haben einen höheren Schmelzpunkt und liegen daher zunächst in fester Form in der flüssigen eutektischen Phase vor. Erst bei der weiteren Erwärmung lösen sich auch diese Körner auf, bis dann bei Erreichen der Liquidustemperatur das gesamte Lot schmelzflüssig ist. Die Legierung weist einen durch die Solidus- und die Liquidustemperatur definierten Schmelzbereich auf. Lote mit einem solchen Schmelzbereich neigen beim Einfließen in den Lotspalt zum Seigern, d.h. die Legierungszusammensetzung des Lotes im Lotspalt variert unter Umständen und mit dieser die Benetzungseigenschaften und die resultierende Festigkeit.
Klassifizierung der Lote
Weichlote < 450°C- am meisten wird in der Elektrotechnik/Elektronik Anwendung- Kaum Bedeutung im Maschinenbau wegen geringen erzielbaren Festigkeiten 450 <Hartlote < 900- Haufig eingesetzt- Mit der Schmelztempertature steight auch die erzielbare Festigkeit Hochtempertaturlote > 900
Liquidustemperatur der Hauptelemente und deren Legierungselemente
Ag, Al, Pd, Au, Ni, Cu, Cup
Ag:Liquidustemperatur : 650-970°CLegierungselemente: Kupfer, Zinn, Zink, Cadmium, Nickel und/oder ManganAnwendung: Al:Liquidustemperatur : 580-630°CLegierungselemente: Silizium, Kupfer, Magnesium und ZinkAnwendung: hauptsächlichzum Löten von Aluminiumlegierungen, Titanlegierungen sowie Aluminium-Stahl- Mischverbindungen Cu:Liquidustemperatur : 890-1100°C (Hartlote)Legierungselemente: Anwendung: eisenhaltiger und einiger anderer hochschmelzender Grundwerkstoffe CuP:Liquidustemperatur : 650-920°CLegierungselemente: PhosphorAnwendung: Spezialhartlote für das Löten von Kupfer, gegebenenfalls auch ohne Flussmittel Pd, Au:Liquidustemperatur : 810-1250°CLegierungselemente:Anwendung: metallisierten Keramiken, Kupfer, Nickel oder Stählen Ni:Liquidustemperatur : 875-1150°CLegierungselemente:Anwendung: Edelstahl und anderen wärmeund korrosionsbeständigen Legierunge
Aufgabe der Flussmittel
Lösen von Oxiden und Verhinderung ihrer Neubildung=> Schaffung der Voraussetzung zur Benetzung Chemisch: Borverbindungen, Fluoride und Chloride Auswahl nach Arbeitstemperatur der verwendeten Lote (Wirktemperatur des Flußmittels niedriger) Reduzierendes Schutzgas (z.B. Argon mit Zusätzen von Wasserstoff, Kohlenstofmonoxid…..) Oft korrosiv => Entfernung nach dem Lö7prozess erforderlich Physikalisch: Vakuum (Dampfdruck der Oxide höher als verwendetes Vakuum => Oxide werden zerstört)
Flammlöten
Kommt die bereits von Schweißen bekannte Autogentechnik zum Einsatz Zusatzwerkstoff wird in der Regel manuell zu geführt
Widerstandslöten (refer to picture)
Stromquelle Grudnkörper Lot Hartmetal Niederhalter Kupferelektrod Werkstuck Gegenelektrode nutzt die Erwärmung des Bauteils bei Stromdurchfluss infolge seines OhmschenWiderstandes als Wärmequelle indirekten Widerstandslöten: entsteht die Wärme im stromdurchflossenen Grundkörper und geht per Wärmeleitung auf das Lot und den zweiten Fügepartner, welcher nicht elektrisch leitend zu sein braucht, über. Auflöten von Hartmetallschneidplättchen auf Drehmeißeln oder andere Grundkörper genutzt direkten Widerstandslöten: liegt das Lot dagegen im Stromfluss. Die Wärme entsteht (zum größeren Teil) aufgrund der Kontaktwiderstände an den Kontaktflächen Lot/Bauteil
Induktionslöten
Setzt man ein metallisches Werkstück einem wechselnden Magnetfeld aus, induziert dies innerhalb des Bauteils Wirbelströme. Über den Materialwiderstand des Bauteiles wird die so eingekoppelte Energie entsprechend dem Ohm´schen Gesetz in Wärme umgesetzt Die Energieverteilung erfolgt dabei frequenzabhängig, der Skin-Effekt bewirkt- hohen Frequenzen eine Konzentration der Wärme an der Oberfläche des Bauteiles- niedrigen Frequenzen dringt die Wärme tiefer ein Die konzentrierte und gezielte Energieeinbringung ermöglicht- kurze Lötzeiten- geringe thermische Beanspruchung der Bauteil Eine optionale Schutzgasatmosphäre verhindert das Verzundern der Bauteile. Fügestellengeometrie wird eine spezielle, auf die Lötaufgabe abgestimmte Induktorspule benötigt. Diese macht das Verfahren besonders für die Massenfertigung interessan
Ofenlöten
Im Gegensatz zu „offenen“ Lötprozessen finden bei Ofenlötprozessen die Aufheizung, die eigentliche Lötung und zumindest ein Teil der Abkühlphase in einer definierten und kontrollierbaren Atmosphäre statt Oxidation und Verzunderungen auch sehr empfindlicher Werkstoffe können so vermiedenwerden Statt schneller lokaler Erhitzung nur der Lötstellen werden die gesamten Bauteile im Ofen mit vergleichsweise niedrigen Temperaturgradienten aufgeheizt und abgekühlt, damit wird die Bildung von Eigenspannungen minimiert. mehrere Lötstellen in einer Ofenfahrt hergestellt werden Durchlauföfen:+ verschiedene Prozess- bzw. Temperaturzonen aufgeteilt sein- nicht mehr vollständig geschlossenen Systems- geringere Flexibilität bei der Prozessführung mit einer Wärmebehandlung des Bauteiles kombiniert
Konstruktionshinweise
refer to figures •Flächige Verbindungen- Z.B. Überlappstoß• Abgestimmte Spalte• Saubere, bearbeitete Oberflächen• „offenes“ Löten:- Zugänglichkeit zur Lotstelle für Wärmequelle, Flußmittel und Lot• Geeignete Lot- und Flußmitteldepots
Kriterien für den Einsatz
• Flächige Verbindungen• Unzugängliche Verbindungen• Überhitzungsempfindliche Werkstoffe• Werkstoffkombinationen- Metall-Metall- Metall-Keramiken• Hohe Anforderungen an Verzugsarmut (Ofenlöten)• Mehrere Verbindungen in einer Wärme (Ofenlöten)
