Hartlöten von Kohlenstoffstahl und niedrig legiertem Stahl: Erläutert

  1. Hartlötende Materialien

   (1) Schweißzusatzwerkstoffe

 Das Hartlöten von Kohlenstoffstahl und niedrig legiertem Stahl umfasst Weich- und Hartlöten. Das am häufigsten verwendete Lot beim Weichlöten ist Zinn-Blei-Lot, das die Benetzbarkeit des Stahls mit zunehmendem Zinngehalt verbessert.

Daher sollte zum Abdichten von Verbindungen hochzinnhaltiges Lot verwendet werden. Das Zinn in Zinn-Blei-Lot kann eine FeSn₂ intermetallische Verbindungsschicht an der Grenzfläche zum Stahl. Um die Bildung dieser Verbindungsschicht zu vermeiden, muss die Hartlöten Temperatur und Haltezeit sollten ordnungsgemäß kontrolliert werden.

Die Scherfestigkeit von Kohlenstoffstahl Verbindungen, die mit verschiedenen typischen Zinn-Blei-Loten gelötet wurden, ist in Tabelle 1 dargestellt.

Unter ihnen ist die Festigkeit der Lötverbindung mit 50% w(Sn) am höchsten, und die Festigkeit der Lötverbindung mit Lot ohne Antimon ist höher als die mit Antimon.

Tabelle 1 Scherfestigkeit von mit Zinn-Blei-Lot gelöteten Kohlenstoffstahlverbindungen

Wenn Kohlenstoffstahl und niedrige legierter Stahl hartgelötet werden, werden hauptsächlich reine Kupfer-, Kupfer-Zink- und Silber-Kupfer-Zink-Lote verwendet. Reines Kupfer hat einen hohen Schmelzpunkt und ist anfällig für Oxidation während des Hartlötens. Es wird hauptsächlich für Schutzgas- und Vakuumlötungen verwendet.

Es ist jedoch zu beachten, dass das Fugenspiel beim Hartlöten weniger als 0,05 mm betragen sollte, um Probleme zu vermeiden, die dadurch entstehen, dass die gute Fließfähigkeit des Kupfers ein Ausfüllen des Fugenspiels verhindert.

Mit reinem Kupfer gelötete Verbindungen aus Kohlenstoffstahl und niedrig legiertem Stahl haben eine höhere Festigkeit, wobei die Scherfestigkeit im Allgemeinen zwischen 150 und 215 MPa und die Zugfestigkeit zwischen 170 und 340 MPa liegt.

Im Vergleich zu reinem Kupfer haben Kupfer-Zink-Hartlote aufgrund des Zusatzes von Zn einen niedrigeren Schmelzpunkt. Um die Verdampfung von Zn während des Lötens zu verhindern, kann dem Kupfer-Zink-Lot eine kleine Menge Si zugesetzt werden.

Außerdem müssen schnelle Erwärmungsmethoden wie Flammlöten, Induktionslöten und Tauchlöten verwendet werden. Verbindungen aus Kohlenstoffstahl und niedrig legiertem Stahl, die mit Kupfer-Zink-Lötmaterialien gelötet werden, haben eine gute Festigkeit und Duktilität. Beispielsweise haben Verbindungen aus Kohlenstoffstahl, die mit B-Cu62Zn-Hartlot gelötet wurden, eine Zugfestigkeit von 420 MPa und eine Scherfestigkeit von 290 MPa.

Silber-Kupfer-Zink-Hartlote haben im Vergleich zu Kupfer-Zink-Hartloten einen niedrigeren Schmelzpunkt und lassen sich daher leichter für Punktlötungen verwenden. Diese Art von Hartlot eignet sich zum Flammlöten, Induktionslöten und Ofenlöten von Kohlenstoffstahl und niedrig legiertem Stahl.

Bei der Verwendung von Silber-Kupfer-Zink-Lötmaterialien für das Ofenlöten sollte jedoch der Zinkgehalt minimiert und die Heizgeschwindigkeit erhöht werden.

Durch das Hartlöten von Kohlenstoffstahl und niedrig legiertem Stahl mit Silber-Kupfer-Zink-Lötmaterialien können Verbindungen mit guter Festigkeit und Duktilität erzielt werden. Die spezifischen Daten sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Tabelle 2: Festigkeit von Verbindungen aus kohlenstoffarmen Stählen, die mit Silber-Kupfer-Zink-Lötmitteln gelötet wurden.

(2) Lötmittel

Beim Hartlöten von Kohlenstoffstahl und niedrig legiertem Stahl sind Hartlötmittel oder Schutzgase erforderlich. Die Wahl der Lötmittel hängt von den gewählten Lötmaterialien und Lötverfahren ab.

Bei der Verwendung von Zinn-Blei-Loten kann eine Mischung aus Zinkchlorid und Ammoniumchlorid als Lötmittel verwendet werden oder andere spezielle Lote. Die Rückstände solcher Lote sind im Allgemeinen stark korrosiv, so dass die Lötstellen nach dem Löten gründlich gereinigt werden sollten.

Beim Hartlöten von Kupfer-Zink-Materialien sollten die Hartlötmittel FB301 oder FB302 verwendet werden, bei denen es sich um Gemische aus Borax oder Borax und Borsäure handelt. Beim Flammhartlöten kann auch ein Gemisch aus Methylborat und Ameisensäure als Hartlötmittel verwendet werden, wobei B2O3-Dampf eine Rolle bei der Desoxidation der Verbindung spielt.

Bei der Verwendung von Silber-Kupfer-Zink-Lötmaterialien können die Hartlötmittel FB102, FB103 und FB104 gewählt werden, bei denen es sich um Mischungen aus Borax, Borsäure und bestimmten Fluoriden handelt. Die Rückstände dieser Art von Lötmitteln haben eine gewisse Korrosivität und sollten nach dem Löten gründlich entfernt werden.

2. Löttechniken

Für das Hartlöten von Kohlenstoffstahl und niedrig legiertem Stahl können verschiedene gängige Lötverfahren verwendet werden. Beim Flammhartlöten ist es ratsam, eine neutrale oder leicht reduzierende Flamme zu verwenden.

Eine direkte Erwärmung der Lötmaterialien und Lötmittel sollte vermieden werden. Schnelle Erwärmungsmethoden wie Induktionslöten und Tauchlöten sind für das Löten sehr gut geeignet abgeschreckt und vergütet Stahl.

Es ist auch ratsam, für das Löten ein Abschrecken oder eine niedrigere Temperatur als das Anlassen zu wählen, um eine Erweichung des Grundmaterials zu verhindern. Beim Löten von niedrig legiertem, hochfestem Stahl unter Schutzgasatmosphäre ist nicht nur eine hohe Gasreinheit erforderlich, sondern es muss auch ein Gasflussmittel verwendet werden, um die Benetzung und Verteilung des Lotes auf der Oberfläche des Grundmaterials sicherzustellen.

Die Rückstände von Lötmitteln können chemisch oder mechanisch entfernt werden. Rückstände von organischen Loten können abgewischt oder mit organischen Lösungsmitteln wie Benzin, Alkohol oder Aceton gereinigt werden. Rückstände von ätzenden Loten wie Zinkchlorid und Ammoniumchlorid sollten in einer NaOH-Wasserlösung neutralisiert und dann mit heißem und kaltem Wasser abgewaschen werden.

Rückstände von Borsäure und Borax sind schwer zu entfernen und können nur durch mechanische Methoden oder längeres Einweichen in steigendem Wasser beseitigt werden.