Löten

Fügen-Löten

Löten

Löten ist ein stoffschlüssiges Fügen und Beschichten von Werkstoffen mit Hilfe eines geschmolzenen Zusatzmetalls, dem Lot. Die Schmelztemperatur des Lotes liegt unterhalb der Schmelztemperatur der zu verbindenden Grundwerkstoffe. Die Grundwerkstoffe werden vom Lot benetzt, ohne geschmolzen zu werden. Das Löten erfolgt vielfach unter Anwendung von Flussmitteln, Schutzgasen oder im Vakuum. Durch Löten lassen sich gleiche oder verschiedenartige metallische Werkstoffe fest, dicht und leitfähig verbinden.

Grundlagen des Lötens

Benetzungsvorgang

Voraussetzung für eine Lötverbindung ist, dass das flüssige Lot den Gundwerkstoffbenetzt. Dabei kommt es zu einer raschen Ausbreitung des flüssigen Lotes auf der Werkstückoberfläche. Das Lot dringt in das Gefüge des Gundwerkstoffes, löst einen Teil davon und bildet eine Legierung. Diesen Vorgang der gegenseitigen Durchdringung nennt man Diffusion.

• Eine gute Beuetzuug wird nur erreicht: wenn H ° der Ürundstorf mit dem Lot eine Legierung bilden kann,
• die Lötstelle metallisch rein ist,
• Werkstücke und Lot genügend erwärmt werden.

Lötspalt und Lötfuge

Der Abstand der beiden Fügeflächen ist von besonderem Einfluss auf den Lötvorgang. Einen Zwischenraum von weniger als 0,25 mm bezeichnet man als Lötspalt. Ist der Zwischenraum größer: so wird er als Lötfuge bezeichnet. Durch die beiden dicht gegenüberliegenden Flächen des Lötspaltes wird die Adhäsion zwischen Werkstück und Lot größer als die Kohäsion im flüssigen Lot. Durch diese Kapillarwirkung wird das Lot in den Lötspalt hineingezogen. Die Kapillarwirkung ist umso größer, je geringer die Lötspaltbreite ist. Bei richtig bemessener Lötspaltbreite entsteht ein kapillarer Fülldruck, der das Lot auch gegen die Schwerkraft in den Lötspalt hochziehen kann (Bild).

Ist die Lötfuge breiter als 0,3...0,5 mm, so wird das Lot nicht genügend in die Lötfuge hineingezogen. Auch ein zu enger Lötspalt wird ungenügend gefüllt, da er nicht ausreichend Flussmittel zum Entfernen der Oxidhaut aufnimmt.

• Der Lötspalt soll 0,05mm bis 0,2mm breit sein.

Die Länge und die Tiefe des Lötspaltes richten sich nach der Festigkeit des verwendeten Lotes und nach den Anforderungen, die an die Lötnaht gestellt werden. Lötspalttiefen über 15 mm sollten vermieden werden, da sie meist nur ungenügend gefüllt werden. Bei richtiger Bemessung des Lötspaltes und richtiger Wahl des Lotes erreichen die Lötverbindungen die gleiche Belastbarkeit wie die Grundwerkstoffe.

Ternperatureu beim Löten

Reine Metalle und Zweistofflegrierungen mit eutektischer Zusammensetzung besitzen einen festen Schmelzpunkt. Dabei liegt der Schmelzpunkt der eutektischen Legierung niedriger als die einzelnen Schmelzpunkte der reinen Grundmetalle. So schmilzt z. B. reines Zinn bei 232 °C, reines Blei bei 327 °C, eine Legierung aus 63 % Zinn und 37 % Blei dagegen bei 183 °C. Legierungen, die keine eutektische Zusammensetzung besitzen, haben keinen festen Schmelzpunkt, sondern einen Schmelzbereich. Eutektische Legierungen besitzen einen Schmelzpunkt, andere Zusammensetzungen einen Schmelzbereich. Erwärmt man z. B. eine Legierung aus 30 % Zinn und 70 % Blei, so schmelzen nur einzelne Kristalle bei 183 °C. Mit zunehmender Erwärmung werden immer mehr Kristalle geschmolzen. Erst beim Erreichen der Linie a-b im Schaubild ist die Legierung vollständig geschmolzen. Im Schmelzbereich zwischen 183 °C und 260 °C liegt dagegen ein breiiges Gemisch aus Schmelze und Kristallen vor. Beim Erstarren wird das flüssige Lot zunächst wieder breiig und anschließend fest. Erschütterungen während des Erstarrens vermindern den Zusammenhang des Lotes und verringern damit wesentlich die Eestigkeit der Lötverbindung.

Lot muss erschütterungsfrei erstarren.

Die Arbeitstemperatur eines Lotes ist die niedrigste Oberflächentemperatur des Werkstückes, bei der das Lot benetzt, fließt und legiert. Bei Temperaturen unterhalb der Arbeitstemperatur erfolgt keine Verbindung zwischen Lot und Grundwerkstoff. Dies ist einer der häufigsten Lötfehler und resultiert in einer sogenannten "kalten Lötstelle". Lot und Lötstelle müssen mindestens die Arbeitstemperatur erreichen. Beim Überschreiten der maximalen Löttemperatur verzundert das Werkstück und das Lot versprödet. Der Wirktemperaturbereich ist der Bereich, in dem das Flussmittel das Benetzen des Werkstückes durch das Lot ermöglicht.

Arbeitsregeln

• Werkstück und Lot sollen rasch und gleichmäßig erwärmt werden.
• Arbeitstemperatur und maximale Löttemperatur begrenzen den Löttemperaturbereich.
• Der Wirktemperaturbereich des Flussmittels muss größer sein als der Löttemperaturbereich.

Lötverfahren

Nach der Arbeitstemperatur unterscheidet man Weichlöten, Hartlöten und Hochtemperaturlöten Beim Weichlöten liegt die Arbeitstemperatur unter 450 °C. Das Weichlöten wendet man an, wenn dichte oder leitfähige Verbindungen erforderlich sind und an die Belastbarkeit keine hohen Ansprüche gestellt werden oder wenn die zu lötenden Bauteile wärmeempfindlich sind. Durch formschlüssige Gestaltung kann die Belastbarkeit der Weichlötstelle erhöht werden. Beim Hartlöten liegt die Arbeitstemperatur über 450 °C. Hartlötverbindungen können als Stumpfstoß ausgeführt werden, eine Vergrößenrung der Spalttiefe erhöht die Festigkeit. Hochtemperaturlöten ist ein Löten unter Schutzgas oder im Vakuum mit Loten, deren Arbeitstemperatur über 900 °C liegt. Nach der Art der Lotzuführung unterscheidet man Löten mit angesetztem Lot, Löten mit eingelegtem Lot und Tauchlöten. Beim Löten mit angesetztem Lot werden die Werkstücke an der Lötstelle auf Löttemperatur erwärmt. Danach wird das Lot durch Berühren mit dem Werkstück zum Fließen gebracht. Beim Löten mit eingelegtem Lot werden die Werkstücke zusammen mit einer abgestimmten Lotmenge (Lotformteil) auf Löttemperatur erwärmt. Beim Tauchlöten werden die Werkstücke in einem Bad aus flüssigem Lot auf Löttemperatur erwärmt, wobei das geschmolzene Lot den Lötspalt austüllt.

Weichlot Beispiele

S-Sn63Pb37 Zinn-Bleilot 183°C

S-Sn97Cu3 Zinn-Kupferlot 230 - 250°C

Hartlot Beispiele

AG203 B-Ag44CuZn-675/735 L-Ag44 ~700°C Siberlot

CP105 B-Cu92PAg-645/825 L-Ag2P ~750°C Silber-Kupferlot