FT1_12

Löten

Löten


P. BW.
Diese Lernkarten behandeln auf Universitätsniveau die Grundlagen und Techniken des Lötens, einschließlich der Eigenschaften von Loten, Flussmitteln, und Grundwerkstoffen. Sie decken verschiedene Lötverfahren wie Flammlöten, Induktionslöten, und Ofenlöten ab, sowie die Anwendung von Schutzgas und Vakuum. Die Karteikarten sind besonders nützlich für Studierende und Fachleute in der Technik, die sich mit den Prinzipien und Praktiken des Lötens vertraut machen möchten, um hochwertige Lötstellen zu erzielen.
Karten
83
Lernende
3
Sprache
Deutsch
Kategorie
Technik
Stufe
Universität
Erstellt / Aktualisiert
20.08.2015 / 26.07.2019

Lernkarten

Was sind Indikatoren, die für das Löten als auszuwählende Fügeart sprechen

- Unterschiedliche Werkstoffe verbinden

- Zahlreiche Fügestellen

- Verzug soll vermieden werden

- Während des Fügevorgangs soll eine Wärmebehandlung realisiert werden

- Verdeckte Fügestellen

- Großflächige Verbindungen

Lötbarkeit Kriterien nach DIN 8514

Löteignung - Werkstoffeignung

Lötsicherheit - Konstruktionseigenschaft (Ist die Konstruktion gelötet sicher?)

Lötmöglichkeit - Fertigung (Ist das Löten hier konstruktiv möglich?)

Ist auch nur eine dieser Anforderungen nicht oder nicht ausreichend erfüllt, ist die Lötbarkeit des Bauteils als solches in Frage gestellt.
 

Eigenschaften des Lötens

- fast alle Werkstoffe sind möglich

- viele Zusatzwerkstoffe bieten viele einstellbare Eigenschaften der Lötverbindung

- Zusatzwerkstoff wird aufgeschmolzen (Schmelzlöten) oder aufdiffundiert (Diffusionslöten). Der Prozess läuft bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des zu verbindenden Werkstoffes ab.

- Das Lot ist (im Gegensatz zum Schweißen) nicht zwingend artähnlich zum Grundwerkstoff

Was ist ein Lot?

Als Lot wird eine zum Löten geeignete metallische Legierung oder ein reines Metall bezeichnet.
 

Was ist Löten?

Löten ist ein thermisches Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen oder Beschichten von Werkstoffen, wobei eine flüssige Phase durch Schmelzen eines Lotes oder durch Diffusion an den Grenzflächen (Diffusionslöten) entsteht.
Die Temperatur des Schmelzbeginns (Solidustemperatur) des Grundwerkstoffes wird dabei nicht erreicht.
 

Was ist die Arbeitstemperatur im Bezug aufs Löten?

Die Arbeitstemperatur ist die niedrigste Temperatur der Lötstelle, bei der das Lot den Grundwerkstoff benetzt (bzw. beim Diffusionslöten durch Grenzflächenreaktionen die flüssige Phase entsteht).
 

Was ist der Schmelzbereich im Bezug aufs Löten?

 

- Bereich zwischen Schmelzbeginn (Solidustemperatur) ...

- ... und vollständiger Verflüssigung (Liquidustemperatur)
 

Schildere den Vorgang des Lötens in normaler Athmosphäre.

1. Ungesättigte Bindungskräfte unter Vakuumbedingungen

2. Bildung einer Oxidhaut durch Anlagerung von Gasmolekülen. Aktivität der Oberfläche geht verloren

3. Entfernung der Schicht durch verschiedene Verfahren (Flussmittel, Ultraschall, u.a.) Vermeidung  weiterer Oxidschichten

4. Aufbringung von Lot auf die benetzte Oberfläche, Verdrängung des Flussmittels

5. Absättigung freier Bindungskräfte, Adhäsive Bindung zwischen Lot und Substrat

6. Diffusion und Legierungsbildung zwischen Lot und Substrat, dadurch Verstärkung der Haftung, anschließend Abkühlung und Erstarrung des Lotes

4.
 

Beschreibe die Wechselwirkung zwischen dem Lot und dem Grundwerkstoff

Das Lot löst den Grundwerkstoff, dadurch entsteht ein Änderung der Zusammensetzung des Lots

Das Lot diffundiert in den Grundwerktstoff ein, dadurch ensteht eine Änderung der Zusammensetzung des Grundwerkstoffs

Die Lösungsgeschwindigkeit ist wesentlich größer als die Diffusionsgeschwindigkeit, daher sind die Diffusionsbereiche im Grundwerktstoff (insbesondere bei Hart- und Temperaturlötvorgängen) relativ schmal.

Kategorisiere die Lötverfahren nach Temperatur

Weichlöten: TLiq < 450 °C

Hartlöten: 450 °C < TLiq < 900°C

Hochtemperaturlöten: TLiq >900 °C

Kategorisiere die Lötverfahren nach Verfahrenstechnik

Spaltlöten (< 200 µm bzw. < 500 µm)
Fugenlöten (> 500 µm)
Diffusionslöten
Auftraglöten
 

Kategorisiere die Lötverfahren nach Energieträgern

Löten durch feste Körper
Löten in Flüssigkeit
Löten durch Gas
Löten durch Gasentladung
Strahlungslöten
Löten durch elektrischen Strom
 

Ordne dem Diagramm die einzelnen Lot-Elemente zu

Schauste

Nenne die Anwendungsbereiche des Weichlötens

Einsatz in
–Elektro- und Elektronikindustrie
–Versorgungstechnik
–Leichtmetallfügen
 

Nahezu keine Relevanz für den Maschinenbau

Ordne dem Diagramm die Lot-Metalle zu

Schauste

Nenne die Lotgruppen die für Leichtmetalle zur Verfügung stehen:

Lote auf Aluminiumbasis:

Lote auf der Basis Aluminium-Silizium
Lote auf der Basis Aluminium-Silizium-Zinn

Es werden hauptsächliche Lote auf der Basis Aluminium-Silizium in modifizierter Form angewendet

Lote auf Kupferbasis:

Lote dieser Gruppe zeichnen sich durch sehr gute Fließeigenschaften aus, die durch Gehalte von Ti, Cr, Mn, Si, V, Al und Zn der Grundwerkstoffe beeinträchtigt werden

Lote auf Silberbasis

Lote auf Silber-Basis können zum Fügen fast aller Materialien eingesetzt werden (Eisen und Nicht-Eisenwerkstoffe), außer für Aluminium und Magnesium. Es sind Spalte zwischen 0,05 und 0,13 mm Notwendig
 

Nenne wichtige Eigenschaften, die Lote auf Al-Si Basis betreffen

Einsatz verschiedener Modifikationen von Al-Si-Loten

die Gasatmosphäre muss inert sein

reduzierende Schutzgase sind nicht in der Lage, das Oxid zu spalten

unter Schutzgas ist die Verwendung von Flussmitteln nötig

Problematik beim Al-Löten ist die Nähe von Arbeitstemperatur und Schmelzpunkt der Al-Legierungen

Einsatztemperatur zwischen 580 °C und 620°C

Nenne wichtige Eigenschaften für Lote auf Kupferbasis

vergleichsweise geringe Festigkeit

korrosionsbeständig gegenüber Warmwasser (O2-, CO2-arm) und Trinkwasser (Cl-Gehalt)

kostengünstig

oxidationsunempfindlich

Einlöten von Hartmetallen und Diamant möglich

Einsatztemperatur zwischen 825 °C und 1085 °C
 

Nenne zwei Typoische Anwendungsgebiete für Kupferbasislote und die Lötathmosphären

Wärmetauscher aus Edelstahl (Schutzgas)

Großküchenbräter aus Kupfer und Edelstahl (Vakuum)

Nenne wichtige Eigenschaften von Loten auf Silberbasis

fast alle Werkstoffe außer Al und Mg

keine Einschränkung hinsichtlich der Aufheizung

Spalte zwischen 0,05 und 0,13 mm notwendig

Lote dieser Gruppe weisen i.a. gute Fließeigenschaften auf

Arbeitstemperaturen zwischen 765 – 980 °C
 

Ordne dem Diagramm die Lot-Elemente zu

Schauste

Nenne die Anwendungsbereiche von Hochtemperaturlöten

Luft- und Raumfahrt

Strahltriebwerksbau

Kerntechnik

Vorallem bei thermisch und mechanisch stärker belasteten Verbindungen

Die zu fügenden Teile sind zum größten Teil aus Edelstahl, Nickel oder Keramik

Nenne die Lotgruppen für das Hochtemperaturlöten

Ni-Basis Lote:

Lote auf Nickel-Basis zeichnen sich durch gute Korrosionsbeständigkeit und gute mechanische Eigenschaften, insbesondere bei erhöhten Einsatztemperaturen, aus.

Grundwerkstoffe sind hochlegierte Stähle sowie Ni- und Co-Basis-Werkstoffe.

Gold-Basis-Lote

Mit Loten auf Goldbasis werden Eisen-, Nickel,- und Kobaltbasiswerkstoffe gefügt, wenn gute Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit der Verbindungen verlangt werden
 

Nenne die wichtigsten Eigenschaften der Ni-Basis Lote

für hochlegierte Stähle, Co- und Ni-Basis-Legierungen

hohe Anforderungen an die Konstruktion und die Einhaltung der Prozessparameter

gute Korrosionsbeständigkeit

gute mechanische Eigenschaften insbesondere bei höheren Temperaturen (bis 980 °C) (Festigkeiten liegen auf Grundwerktstoffniveau)

Verarbeitung:

unter Vakuum < 5*10-5 mbar
unter Wasserstoff, Taupunkt < -51 °C
unter Argon, Taupunkt < -63 °C
 

Nenne die wichtigsten Eigenschaften der Gold-Basis-Lote

sehr hohe Festigkeit

hohe Korrosionsbeständig

sehr hohe Oxidationsbeständigkeit auch bei erhöhter Temperatur

hohe Anforderungen an Konstruktion und Einhaltung der Prozessparameter
 

Beschrifte das Diagramm und benenne die Variablen und Berechnungsformeln nach Young

Benetzungswinkel β
Haftspannung σlV  (zwischen Lot und Atmosphäre)
Haftspannung σlS (zwischen Grundwerkstoff und Lot)
Haftspannung σSV (zwischen Grundwerkstoff und Athmosphäre)

\(σ_{sv} = σ_{ls} + σ_{lv}*cosβ\)

\(cosβ = (σ_{sv} - σ_{ls}) / σ_{lv}\)
 

Nenne die Formeln für die Steighöhen des flüssigen Lots in plattenförmigen und kreisförmigen Kapillaren

\(h = { 4σ *cosβ \over dgρ}\) plattenförmige Kapillare

\(h = { 2σ *cosβ \over dgρ}\) kreisförmige Kapillare

Beschrifte die Achsen und den Inhalt des Diagramm

Schauste

Nenne und beschreibe die metallurgischen Probleme beim Löten eines metallischen Grundwerkstoffs mit metallischem Lot

Erosion
intensive Grundwerkstoffanlösung

Gefügeumwandlung
Kornwachstum
Überschreitung von Umwandlungstemperaturen des Grundwerkstoffs
eventuell metallurgische Wechselwirkungen zwischen Lot und Grundwerkstoff
Verdampfung
zu hoher Dampfdruck bei Arbeitstemperatur der am Fügeprozess beteiligten Elemente (-> Poren im Lot)
Ausscheidungen
metallurgische Wechselwirkungen im Lot bzw. zwischen Lot und Grundwerkstoff führen zur Ausscheidungen spröder, intermetallischer Phasen
Lotbrüchigkeit
Korngrenzendiffusion in den Grundwerkstoff
 

Erkläre das Problem der Lötrissigkeit

Sprödphasen werden in der Lötnaht ausgebildet, die die mechanischen Eigenschaften der Verbindung verringern.

Oder flüssiges Lot dringt über die Korngrenzen in den Grundwerkstoff ein. -> drastische Festigkeitsveringerung

Die Intensität derartiger Phänomene wird im Wesentlichen durch die Paarung LotGrundwerkstoff einerseits und durch die eingestellten Lötparameter (Temperatur- und Zeitverlauf, Atmosphäre, Anpressdruck) andererseits bestimmt.
 

Was ist ein Eutektikum?

Als Eutektikum bezeichnet man eine Legierung, ein Gemisch oder eine Lösung, deren Bestandteile in einem solchen Verhältnis zueinander stehen, dass sie als Ganzes bei einer bestimmten Temperatur (Schmelzpunkt) flüssig bzw. fest wird.

 

Was sind die Vorteile eines Eutektikum

Bestandteile der Legierung in einem Verhältnis, dass sie als Ganzes bei einer bestimmten Temperatur (Schmelzpunkt) flüssig bzw. fest wird.

eindeutig bestimmbarer Schmelzpunkt (eutektischer Punkt)

alle Bestandteile erstarren gleichzeitig bei einer viel niedrigeren Temperatur als die reinen Komponenten

feines und gleichmäßiges Gefüge, lamellare Struktur

Bildung sehr kleiner Kristalle (Kristallite)
Anwendung als Lotwerkstoffe, da Schmelzpunkt deutlich unter dem der reinen Metalle liegt.
 

Welche zwei Lote werden in Beziehung zur Heizrate unterschieden? Welche vor und Nachteile bringen die Eigenschaften mit sich?

Eutektische (oder reinmetall) Lote mit einem kleinen Schmelzbereich

Aufheizrate ist nicht wichtig, da alle Komponenten bei gleicher Temperatur flüssig werden.
Ermöglicht schnelle Taktraten

Lote mit breitem Schmelzbereich

Hohe Aufheizrate ist wichtig, da sonst einzelne Komponenten aus dem Lot ausseigern können (Problem der Lotseigerung)
Durch den breiten Schmelzbereich ist die Viskosität einstellbar. Dadurch können breitere Spalte und kompliziertere Geometrien verbunden werden. Eine sehr exakte Temperaturführung ist wichtig.

 

Was sagt das folgende Diagramm aus?

 

Bei gegebenen Druck p* ergibt sich die Temperatur T*, bis zu der keine Verdampfung stattfindet.

Bsp.: T* für p= 10-4 mbar: T*(Mg)= 325 °C; T*(Ag)= 850 °C

Aufgrund der jeweiligen Dampfdrücke kann eine selektive Ausdampfung bestimmter Elemente stattfinden. Daher sind bspw. zink- und cadmiumhaltige Lote für das Hochtemperaturlöten im Vakuum ungeeignet.
 

Warum sind Lötathmosphären wichtig und welche gibt es?

Probem: An Luft überziehen sich Metalle mit einer Oxidschicht, aber Lote benetzen nur reine Metalloberflächen

Konsequenz: Oxidschicht entfernen (chemisch oder mechanisch) und vor erneuter Oxidation schützen durch Lötathmosphären.

Mögliche Lötathmosphären: Flussmittel, Schutzgase, Vakuum
 

Vorbehandlung von metallischen Oberflächen beim Löten:

Mechanische Reinigung:

Bürsten
Schwingschleifer
Handschleifen

Chemische Reinigung:

Aceton
Trichlorethylen
diverse wässrige Lösungen

Definition eines Flussmittels

Ein Flussmittel ist ein nichtmetallischer Stoff, der vorwiegend die Aufgabe hat, vorhandene Oxidschichten von der Lötfläche zu beseitigen und ihre Neubildung zu verhindern.
 

Wie sind Flussmittel idR aufgebaut und welche Wirkung verfolgen sie. Welche Nachteile birgen sie?

chem. Zusammensetzung: Salzgemische, die in der Regel Bor-Verbindungen enthalten
Wirkung: Benetzen und Reduzieren von Metalloxiden, Lösen und Abtransportieren der
Zersetzungsprodukte, Schutz der Oberfläche vor Sauerstoff. Um Effektiv zu sein müssen sie mind. 50 °C früher als das Lot schmelzen.
Nachteile: korrosive Gefährdung des Bauteils durch Flussmittelreste - Entfernen der Flussmittelreste durch Bürsten, Strahlen o. ä.
 

Welche Lieferformen von Flussmiteln existieren

Paste, Pulver, flüssige Lösung, Gemische von Lot und Flussmittel als Pulver oder Paste, Röhrenlot mit Flussmittelseele bzw. Lotstab mit Flussmittelmantel
 

Warum wird eine Mindestlötzeit benötigt um mit Flussmitteln zu löten?

Da das Flussmittel für die Reinigung der Lötflächen eine gewisse Zeit benötigt, richtet sich die minimale Lötzeit nach diesem Zeitbedarf. Beim Erwärmen des flussmittelbestrichenen Werkstückes muss u. a. das eingerührte Pastenwasser oberhalb von 100 °C verdampfen und die Metalloxide des Grundwerkstoffes und des Lotes mit entsprechenden Flussmittelbestandteilen reagieren. Die für diesen Vorgang notwendige Mindestzeit beträgt 3 bis 5 s. In der Praxis werden etwa 5 bis 10 s hierfür angesetzt.
 

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