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Löten ist ein thermisches Verfahren bei dem eine
stoffschlüssige Verbindung zwischen einem Grundwerkstoff und
einem metallischen Zusatzwerkstoff (Lot) oder zwischen zwei
Grundwerkstoffen hergestellt wird. Beim Fügen mit Lot geht
dieses in den flüssigen Zustand über,
während der Grundwerkstoff die Solidustemperatur nicht
erreicht. In der Grenzschicht finden Legierungsvorgänge statt
die die Stoffe miteinander verbinden.
Man kann entweder zwei Fügeteile mit einem Lot verbinden
-> Verbindungslöten oder ein Werkstück mit
einem anderen Metall beschichten -> Beschichtungslöten.
Beim Fügen von zwei Grundwerkstoffen ohne Lot werden diese
durch Diffusion an den Grenzschichten der Metalle untereinander
verbunden -> Diffusionslöten.
Charakteristisch für das Löten ist, das die Legierungs- und Diffusionsvorgänge sich in einer kleinen Zone der Grenzschicht abspielen im Gegensatz zum Schweißen.
Voraussetzung für das Löten sind metallisch reine Oberflächen der Fügeteile. Ein mechanisches Reinigen ist notwendig reicht aber nicht aus, daher werden Flussmittel eingesetzt um die restlichen oder sich neu bildenden Oxydschichten zu beseitigen.
Beim Löten ist die Materialpaarung von Bedeutung. Sie ist unter anderem von folgenden Faktoren abhängig:
Wird ein Tropfen Lot, im flüssigen Zustand, auf einen ausreichend temperierten Grundwerkstoff gegeben, verhält sich dieses wie eine Flüssigkeit.
Allgemein gilt: Eine Flüssigkeit benetzt einen festen Körper nur dann, wenn ihre Oberflächenenergie gleich oder kleiner der des festen Stoffes ist.
Voraussetzung: Eine saubere Oberfläche, frei von Fett, Staub und dergleichen.Benetzung eines Stoffes:
I = sehr gut
II = gute
III = schlecht
IV = keineAls Maß für die Benetzung wird der Kantenwinkel ? des Tropfens herangezogen.
? = 0? - 20? Die Lötstelle ist Qualitativ in Ordnung
? = 20? - 80? Die Lötstelle ist nicht optimal kann aber noch ausreichend sein.
? ? 80? Die Lötstelle ist nicht brauchbar
Beim Benetzen wird das Verhalten einer Flüssigkeit (Lot) auf einer Ebene beschrieben. Da jedoch meist zwei Fügeteile miteinander verbunden werden sollen zwischen denen ein Spalt für das Lot vorgesehen ist, muss das Verhalten einer Flüssigkeit in einer Kapillare näher betrachtet werden.
Wenn die Benetzung einer Flüssigkeit auf einem festen Körper gut ist, hat diese das Bestreben sich auf der Oberfläche des Körpers zu verteilen (Adhäsion). Die innere Bindung in der Flüssigkeit (Kohäsion) wirkt diesem bestreben entgegen. Deutlich sieht man ein solches Verhalten am Rand bei einem mit Wasser gefüllten Glas. Dort ist die Adhäsionskraft größer als die Kohäsionskraft. Die Resultierende aus diesen beiden Kräften zieht den Rand der Flüssigkeit nach oben.
Wirkung von
Kohäsion und Adhäsion an einer
Gefäßwand
Blau = Flüssigkeit
Grün = Gefäßwand
In einer engen Röhre, einer so genannten Kapillaren, kann der Zug so groß sein, das die Flüssigkeit nach oben steigt. Je enger der Spalt, desto höher steigt die Flüssigkeit.
Das flüssige Lot verhält sich ebenso. Dabei sollte die Spaltbreite beim Löten zwischen 0,08 ... 0,2 mm liegen um eine optimale Kapillarwirkung (Spaltfüllung) zu erreichen. Ist der Spalt zu klein kann das beim Löten verwendete Flussmittel nicht mehr an dem Lot vorbei und es entstehen Flussmitteleinschlüsse. Daher sind kleinere Spalte nur beim Löten ohne Flussmittel vorzusehen. Bei diesen Lötungen wird das Flussmittel durch Schutzgas ersetzt oder die Lötung erfolgt im Vakuum. Bei manueller Lötung kann der Spalt auch größer sein.
Die Bindungen entstehen in einer sehr kleinen Zone im Kontaktbereich der beiden Verbindungspartner. Sie beruhen auf folgenden Prozessen1:
Diffusion von Atomen des Lotes in den Grundwerkstoff unter Bildung einer festen Lösung.
Diffusion von Atomen des Gundwerkstoffs in das Lot unter Bildung einer festen Lösung
gegenseitige Diffusion von Atomen in den Verbindungspartner unter Bildung intermetallischer Verbindungen.
Adhäsion
Die Breite der Diffusionszonen ist von der Löttemperatur abhängig 2:
Hochtemperaturlöten: ? 100 µm
Hartlöten : ~ 10 µm
Weichlöten : ? 0,5 µm
zu 1: Fügetechnik von Klaus-Jürgen Matthes und Frank Riedel Fachbuchverlag Leipzig ISBN 3-446-22133-3 Ausg.2003 Seite 103/104
zu 2: Fügetechnik, Schweißtechnik; DVS-Verlag GmbH; ISBN 3-87155-904-0; 5. Auflage 1995; Seite191
