Löten

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis 2 Definition 4 Fachausdrücke 5 Benetzung....................................................................................................................5 Diffusion.......................................................................................................................6 Kapillarität ....................................................................................................................7 Lötspaltbreiten .............................................................................................................9 Fülldruckkurve ...........................................................................................................10 Begriffe des Lötablaufs ..............................................................................................10 Einteilung der Lote 12 Einteilung nach der Arbeitstemperatur ......................................................................12 Einteilung nach der Lotzuführung ..............................................................................13 Temperaturbereiche der Lote 14 Schematische Skizze „Lötbegriffe“ 16 Vergleich der Arbeitstemperaturen cadmiumhaltiger und cadmiumfreier Lote 17 Weichlote 17 Cadmiumfreie Silberhartlote 19 Cadmiumfreie Silberlote ............................................................................................19 Spezial – Silberlote, cadmiumfrei ..............................................................................20 Kupfer – Phosphor – (Silber) – Hartlote.....................................................................20 Auszug aus DIN EN 1044 22 Flussmittel 23 Schematische Darstellung des Verhaltens von Flussmitteln beim Löten ..................23 Zusammensetzung und Wirktemperaturbereiche von Flussmitteln ...........................24 Skizze der Wirkbereiche von Hartlot-Flussmittel .......................................................25 Flussmittel für verschiedene Zusatzwerkstoffe 26 Silberlot-Flussmittel ...................................................................................................26 Messing- und Neusilberlot – Flussmittel ....................................................................27 Entfernung der Flussmittelrückstände bei Silber- und Messingloten .........................27 Aluminium – Flussmittel .............................................................................................28 Entfernen der Flussmittelrückstände .........................................................................28 Weichlot – Flussmittel ................................................................................................29

2

Entfernung der Flussmittelrückstände .......................................................................30 Vorsichtsmaßnahmen................................................................................................31 DVGW – Arbeitsblatt GW 2 32 Lötverbindungen in der Kältetechnik 33 Verbindung Kupfer / Kupfer .......................................................................................33 Verbindung Kupfer / Messing ....................................................................................33 Verbindung Kupfer / Ferritischer Stahl.......................................................................33 Fugenlöten von feuerverzinkten Stahlrohren 34 Löteignung der Werkstoffe 35 Gruppe 1....................................................................................................................35 Gruppe 2....................................................................................................................36 Gruppe 3....................................................................................................................37 Beispiele konstruktiver Gestaltung 38

3

Das Löten ist eines der ältesten Verbindungsverfahren. Es wurde vor mehr als 5000 Jah-

ren bereits angewandt.

Um 1900 erfolgte die Umstellung vom empirischen Löten auf das industrielle Löten.

Definition nach DIN 8505

Löten ist ein thermisches Verfahren zum stoffschlüssi-gen Fügen und Beschichten von Werkstoffen, wobei eine flüssige Phase durch Schmelzen eines Lotes (Schmelzlö-ten) oder durch Diffusion an den Grenzflächen (Diffusi-onslöten) entsteht. Die Solidustemperatur der Grund-werkstoffe wird nicht erreicht.

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Fachausdrücke Benetzung Das Weich- und Hartlot schmilzt beim Löten und verhält sich deshalb physikalisch wie

eine Flüssigkeit. Gewünscht wird eine gute Benetzung der zu verbindenden Metalle

(Grundwerkstoffe) mit flüssigem Lot.

Benetzung ist in der Löttechnik das irreversible Ausbreiten eines geschmolzenen Lotes

auf der Werkstoffoberfläche.

Wasser

konkav

Gute Benetzung

Quecksilber

konvex

Keine Benetzung

5

Diffusion

Die beim Löten sich abspielenden metallurgischen Vorgänge zwischen Lot und Grund-

werkstoff (die Benetzung) ergeben eine Legierung. Eine Legierungsbildung, bei der ein

Partner in festem Zustand bleibt, bezeichnet man als Diffusion.

Atome des Lotes wandern in den Grundwerkstoff und umgekehrt. Es ergibt sich eine Dif-

fusionszone. Ihre Größe hängt von der thermischen Energie beim Lötprozess ab. Aus

dieser Diffusion resultiert die Festigkeit einer Lötverbindung.

Grundwerkstoff

VL

DL

DG

Flüssiges Lot

Grenzfläche zwischenLot und Grundwerkstoff

DG = Diffusionszone im Grundwerkstoff

VL = Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lotes

DL = Diffusionszone im Lot

6

Kapillarität

Die Benetzung des Grundwerkstoffes durch das geschmolzene Lot ist die Voraussetzung

für ein kapillares Füllen des Lotspaltes. Kapillarität lässt sich wie folgt veranschaulichen:

Bringen wir einen Strohhalm in die Flüssigkeit Wasser, so können wir beobachten, dass

die Flüssigkeitsoberfläche im Strohhalm höher liegt wie die des Wassers.

Dies nennt man kapillaren Fülldruck. Er entsteht durch Adhäsions- und Kohäsionskräfte,

die an festen Körpern und Flüssigkeiten wirken.

Kapillarer Fülldruck ist der Druck, der das geschmolzene Lot auch entgegen der Schwer-

kraft wirkend, in den Lötspalt treibt.

r

hDie Differenz -h- wird umsogrößer, je kleiner -r- ist.

7

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

250

200

150

100

50

0

b (mm)

Pk (

mba

r)Spalt für Hochtemperaturlöten

Spalt für Hartlöten

Spalt geeignet für Handlötung

Spalt für Fugenlöten

Kapillarer Fülldruck pk gemessen in Millibar [mbar] in Abhängigkeit von der Spaltbreite

b [mm].

8

Lötspaltbreiten

Erfahrungsgemäß können für überlappende Verbindungen Lötspaltbreiten (Mittelwerte)

angegeben werden:

Lot Lötspalt (überlappt) in mm Kupferlot 0,05

Messinglot 0,2

Neusilberlote 0,2

Cu-P-Lote 0,2

Cu-P-Ag-Lote 0,2

Silberlote 0,05 – 0,1

Aluminiumlote 0,2 – 0,4

Wärmebeständige Lote 0,2

Weichlote 0,1

Verschiedene Spaltquerschnitte zeigen unterschiedliche Fülldrücke. Eine offene Hohlkeh-

le hat einen sechsmal höheren kapillaren Fülldruck als ein paralleler Flächenspalt (500%).

9

0,1

100

200

300

400

Pk (

mba

r)

0,1 0,2

Fülldruckkurve

Abhängigkeit vom Lötspalt und vom kapillaren Fülldruck.

Ein breiter Spalt hat einen geringeren kapillaren Fülldruck.

Anwendung: Fugenlöten verzinkter Stahlrohre.

Fugenlöten ist ein Fügen von Teilen, wobei ein zwischen den Teilen befindlicher breiter

Spalt (Fuge) vorwiegend mit Hilfe der Schwerkraft gefüllt wird.

Wird ein Lötspalt kleiner, erhält man den zulässigen Spalt für die Handlötung. Hier verfolgt

man den Lötprozess mit den Augen und kann ihn, falls notwendig, korrigieren. Das auto-

matische Hartlöten benötigt hohe kapillare Fülldrücke, wie sie aus Lötspalten unter 0,2

mm resultieren.

Hartlöten und Fugenlöten sind Verfahren, bei denen Flussmittel verwendet werden.

Sehr kleine Lötspalte unter 0,08 mm werden für das Hochtemperaturlöten verwendet.

Hochtemperaturlöten ist flussmittelfreies Löten unter Luftabschluss (Vakuum, Schutzgas)

mit Loten, deren Liquidustemperatur oberhalb 900 °C liegt.

Begriffe des Lötablaufs

Bei der Ofenlötung steigt die Temperatur am zu lötenden Teil. Sie bleibt solange auf glei-

cher Höhe, bis dieses Teil durchgewärmt ist. Erst danach steigt die Temperatur bis zum

Erreichen der Löttemperatur. Dort kommt es zur Diffusion von Lot und Grundwerkstoff.

Die Mindestzeit sollte nicht weniger als 5 sec. sein. Anschließend kühlt das Teil ab, das

Lot erstarrt. Beim Löten dünnwandiger Bauteile, z.B. Rohre erfolgt der Anstieg auf Löt-

temperatur ohne Halt. Nach der Diffusion in der Haltezeit erfolgt ebenfalls die Abkühlung.

10

Temperatur

Zeit

Durchwärm-temperatur

Löttemperatur

Handlötung Diffusion Lot / Grundwerkstoff

Ofenlötung

Durchwärmzeit

Aufwärmzeit

Lötzeit

Gesamtzeit

Abkühlzeit

Haltezeit

Begriffe des Lötablaufes, DIN 8505, Teil 1

11

Einteilung der Lote

Lote sind reine Metalle oder Legierungen in Form von Draht, Stab, Blech, Formteilen, Kör-

nern und Pulver. Regelungen dazu in den Normen DIN 1707, Teil 100, DIN EN 29453,

DIN 8512 und DIN EN 1044 (DIN 8513).

Einteilung nach der Arbeitstemperatur

Weichlöten

Weichlöten ist Löten mit Loten, deren Liquidustemperatur unterhalb 450 °C liegt.

Hartlöten

Hartlöten ist Löten mit Loten, deren Liquidustemperatur oberhalb 450 °C liegt.

Beide Verfahren arbeiten mit Flussmitteln.

Hochtemperaturlöten

Hochtemperaturlöten ist flussmittelfreies Löten mit Loten unter Luftabschluss (Va-

kuum, Schutzgas), der Liquidustemperatur oberhalb 900 °C liegt.

12

Einteilung nach der Lotzuführung

Angesetztes Lot

Die zu verbindenden Bleche sind mit Flussmittel bestrichen. Das schmelzende Lot

vom Lotstab dringt in den Lötspalt ein und verdrängt das Flussmittel. Dies ist der

Platzwechsel Flussmittel/Lot. Es muss dafür gesorgt werden, dass er ohne Behin-

derung ablaufen kann.

Eingelegtes Lot

Hierbei werden Lotringe, Lotabschnitte, Lotpulver oder Lotpaste an einem Ende

der Lötstelle deponiert. Das Lot schmilzt, füllt den Lotspalt aus. Im Bild steigt es

beispielsweise nach oben. Wenn es außen sichtbar wird, ist das Bauteil durchge-

lötet. Dies ist eine gute Kontrolle für die gelungene Lötung.

Platzwechsel Lot/Flussmittel

ca. 1 mm ca. 1 mm ca. 1 mm

Angesetztes Lot

eingelegtes Lot

13

Temperaturbereiche der Lote

Weich-, Hart- und Hochtemperaturlote nehmen einen großen Temperaturbereich ein. Es

gibt sehr niedrigschmelzende Weichlote. Sie werden als Schmelzlote zum Unterbrechen

oder Einschalten von Vorgängen verwendet (z.B. die elektrische Sicherung im Auto).

Über 183 °C folgen die Pb- und Sn-Lote. Diese werden beispielhaft beim Löten an Regen-

rinnen verwendet. Es gibt auch Weichlote, die bei höheren Temperaturen schmelzen. Sie

werden an Bauteilen verwendet, die einer permanent höheren Betriebstemperatur ausge-

setzt sind, z.B. laufende Elektromotoren. Eine zweite Anwendung erfolgt an Bauteilen, wo

mehrere Lötstellen dicht beieinander liegen. Die erste Lötstelle wird mit hochschmelzen-

dem Lot ausgeführt, die zweite mit tiefschmelzendem Lot. So ist gewährleistet, dass die

erste Lötstelle beim Löten der zweiten Stelle nicht entlötet wird (Stufenlöten).

Bei 450 °C endet das Weichlöten, es beginnt das Hartlöten. Zuerst sind es die Aluminium-

lote, die zum Aluminiumhartlöten verwendet werden. Ab 600 °C folgen die Silberhartlote

und Kupfer/Phosphor-, oder Silber/Kupfer/Phosphor-Lote. Bei 900 °C finden wir Messing-

und Neusilberlote (Cu/Zn/Ni-Lote). Hier endet das Hartlöten und es beginnt das Hochtem-

peraturlöten.

Dabei finden hauptsächlich Kupfer- und Nickelbasislote eine Anwendung. Merkmal dieser

Lote ist, dass sie keine leichtverdampfenden Elemente wie Cadmium und Zink enthalten

und ohne Flussmittel verwendet werden.

14

0 °C

100 °C

200 °C

400 °C

500 °C

600 °C

700 °C

800 °C

900 °C

1000 °C

1100 °C

1200 °C

1300 °C

1400 °C

300 °C

Zn-Lote

Pb und Sn-Lote

Sn-Pb-Lote

Bi-Lote

Ga-Lote

In-Lote

Cd-Lote

Mg-LoteAl-Lote

Ag-Lote

Cu-P-Lote

Cu-Zn-Lote

Mehrkomponentenloteauf Cu-Basis

900 °C

450 °C

Au-Lote

Ni-Lote

Fe-Lote

Sonderlote

Wei

chlö

ten

(mit

Flus

smitt

el)

Har

tlöte

n(m

it Fl

ussm

ittel

)H

ocht

empe

ratu

rlöt

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hne

Flus

smitt

el)

Temperaturbereiche der Lote

15

Schematische Skizze „Lötbegriffe“

Hier werden die Phasenbereiche fest, teigig, flüssig der Lotlegierung durch Grenzlinien

wie Solidus und Liquidus getrennt, z.B. beim Lot AG 104 (L-Ag 45 Sn) das Schmelzen

beginnt bei 640 °C und endet bei 680 °C. Diesen Bereich nennt man Schmelzbereich

eines Lotes. Ist er groß, so ist das Lot zähfließend und damit spaltüberbrückbar. Ist der

Schmelzbereich klein oder hat das Lot eine eutektische Zusammensetzung (Schmelz-

punkt), so ist das Lot dünnflüssig und kapillaraktiv.

Erreicht ein Lot eine Temperatur, bei welcher ein großer Teil der Lotlegierung geschmol-

zen ist, so fließt das Lot durch den kapillaren Fülldruck in den Lötspalt und reißt kleine

nichtgeschmolzene Lotlegierungsbestandteile mit. Diese Temperatur nennt man Arbeits-temperatur eines Lotes. Sie liegt üblicherweise nahe der Liquidustemperatur.

T

Ag (%)

Solidus-Linie

teigig

fest

teigig

flüssig

E

Liquidus-Linie

Solidus-Linie

Liquidus-Linie

S

S = Schmelzbereich

E = Eutektikum

16

Vergleich der Arbeitstemperaturen cadmiumhaltiger und cadmiumfreier Lote

Auf der linken Seite (gestrichelte Linie) sind die Arbeitstemperaturen einiger cadmiumhal-

tiger Lote eingetragen. Die anderen Lote sind cadmiumfrei und ebenfalls mit ihren Arbeits-

temperaturen dargestellt. Die Wirkung des Cadmiums ist gut ablesbar beim Vergleich

AG 309 (L-Ag 20 Cd) zu AG 206 (L-Ag 20). Hier beträgt der Unterschied in der Arbeits-

temperatur bei gleichem Silbergehalt 60 °C. Daraus folgt: Cadmium senkt bei gleichem

Silbergehalt die Arbeitstemperatur um 50 – 70 °C. Soll cadmiumhaltiges Lot durch cadmi-

umfreies Lot ersetzt werden, so muss das Fehlen des Cadmiums durch zusätzliches Sil-

ber und evtl. Zinn ausgeglichen werden.

Beispiel: AG 304 (L-Ag 40 Cd) und AG 103 (L-Ag 55 Sn)

Leider bewirkt das zusätzliche Element Zinn bei fast allen Silberloten eine Verringerung

der Dehnung von 25 % auf 12 %, mit Ausnahme des Lotes AG 103 (L-Ag 55 Sn).

Außer den zinnhaltigen Silberhartloten existieren aus diesem Grunde auch cadmium- und

zinnfreie Silberlote mit einer Dehnung von 25 %. Sie haben eine höhere Arbeitstempera-

tur als die zinnhaltigen, cadmiumfreien Silberlote.

Weichlote

Die Weichlote waren bisher in Deutschland nach DIN 1707 genormt. Sie sind seit Februar

1994 in der DIN EN 29453 festgelegt.

Die Norm beinhaltet 34 Weichlote. Die Wichtigsten sind:

Legierung Nr. 3: S*-Pb 50 Sn 50

o Anwendung: Allgemeine Lötarbeiten, z.B. an Dachrinnen und Regenfallroh-

ren

Legierung Nr. 24: S-Sn 97 Cu 3

o Anwendung: Lötarbeiten in der Lebensmittelindustrie und Verlegung von

Kupferrohren für die Trinkwasserinstallation

Legierung Nr. 8: S-Sn 96 Ag 4

o Anwendung: Lebensmittelindustrie, Löten von CrNi-Stahl und Kupferroh-

ren, besonders im Trinkwasserbereich

17

* S = Soldering = Weichlöten

0 70605040302010

600

650

700

850

800

750

900

Arbeitstemperatur (°C)

Silbergehalt (%)

A 300(AG 208 / L-Ag 5)

A/AF 303(AG 206 / L-Ag 20)

A/AF 331(AG 205 / L-Ag 25)

A/AF 330(AG 204 / L-Ag 30)

A 3012(AG 207 / L-Ag 12)

A/AF 311(AG 203 / L-Ag 44)

A 324(AG 502 / L-Ag 49)

A 308(AG 401 / L-Ag 72)

A 302(L-Ag 12 Cd)

A/AF 304(AG 309 / L-Ag 20 Cd)

A/AF 305(AG 306 / L-Ag 30 Cd)

A/AF 307(AG 305 / L-Ag 34 Cd)

A/AF 306(AG 304/ L-Ag 40 Cd)

A/AF 328(AG 108 / L-Ag 25 Sn)

A/AF 319(AG 106 / L-Ag 34 Sn)

A/AF 340(AG 105 / L-Ag 40 Sn)

A/AF 320(AG 104 / L-Ag 45 Sn)

A/AF 314(AG 103 / L-Ag 55 Sn)

Cd- und Sn-freie Silberlote

Cd-freie Silberlote

Cd-haltige Silberlote

Arbeitstemperaturen cadmiumhaltiger und cadmiumfreier Silberlote

18

Cadmiumfreie Silberhartlote

enthalten keine leicht verdampfenden Elemente; sie sind daher:

umweltfreundlich,

nicht gesundheitsschädigend,

überhitzungsunempfindlich,

porenfrei.

Cadmiumfreie Silberlote

eigenen sich ausgezeichnet zum Löten von: Stahl, rostfreiem Stahl, Kupfer, Messing,

Bronze, Nickel, Temperguss und Hartmetall. Hier eine Lotauswahl:

FE-Type DIN EN 1044 (DIN 8513)

Arbeitstemperatur °C

Schmelzbereich °C

Zugfestigkeit N/mm²

St37/St50

spez. Gewicht g/cm³

A 300 AG 208 (L-Ag 5) 860 830 – 870 350 / 400 8,3

A / AF 303 AG 206 (L-Ag 20) 810 690 – 810 350 / 450 8,7

A / AF 311 AG 203 (L-Ag 44) 730 680 – 740 400 / 480 9,1

A / AF 314 AG 103 (L-Ag 55 Sn) 650 620 – 660 350 / 430 9,5

A / AF 319 AG 106 (L-Ag 34 Sn) 710 630 – 730 360 / 480 9,0

A / AF 320 AG 104 (L-Ag 45 Sn) 670 640 – 680 350 / 430 9,2

A 328 AG 108 (L-Ag25 Sn) 750 680 – 760 360 / 480 8,7

A / AF 330 AG 204 (L-Ag 30) 750 680 – 765 380 / 430 8,9

A 331 AG 205 (L-Ag 25) 780 680 – 795 380 / 430 8,8

A / AF 340 AG 105 (L-Ag 40 Sn) 690 640 – 700 350 / 430 9,1

A 3012 AG 207 (L-Ag 12) 830 800 – 830 380 / 430 8,5

AF = mit Flussmittel umhüllte Lote

19

Spezial – Silberlote, cadmiumfrei

FE-Type DIN EN 1044 (DIN 8513)

Arbeitstemperatur °C

Schmelzbereich °C

Zugfestigkeit N/mm²

St37/St50

spez. Gewicht g/cm³

A 308 AG 401 (L-Ag 72) 780 779 340 / 390 10,0

A 312 F AG 502 (L-Ag 49 + Cu) 690 670 – 690 150 / 300* 9,0

A 317 AG 402 (AMS 4773 F) 720 600 – 720 390 / 460 9,8

A 318 - (AMS 4772 J) 840 720 – 855 340 / 390 9,7

A 324 AG 502 (L-Ag49) 690 625 – 705 250 / 300* 8,9

* = Scherfestigkeit

Kupfer – Phosphor – (Silber) – Hartlote

zum flussmittelfreien Löten von Kupfer. Bei Kupferlegierungen (Rotguss, Messing, Bronze

usw.) ist zusätzlich Flussmittel F 300 (Pulver) oder F 300 PH (Paste) zu verwenden.

Wirkungsweise des Phosphor:

Der im Lot eingebettete Phosphor reagiert beim Schmelzen des Lotes mit Luftsauerstoff

zu Phosphorpentoxid, das sich mit dem auf der Kupferoberfläche gebildeten Kupferoxidul

zu Kupfermetaphosphat umsetzt, das Flussmittelwirkung besitzt. Da Kupfermetaphosphat

korrosionschemisch unbedenklich ist, brauchen die Lötstellen nicht nachbehandelt zu

werden.

Anwendung:

Spaltlöten von Kupfer, Messing, Bronze, Rotguss. Phosphorhaltige Hartlote dürfen nie-

mals zum Löten von Eisen- oder Nickelbasislegierungen verwendet werden! Dabei kommt

es zur Bildung von Eisen- bzw. Nickelphosphid. Nicht für Lötstellen, die mit schwefelhalti-

gen Medien in Berührung kommen.

20

FE-Type DIN EN 1044 (DIN 8513)

Arbeitstemperatur °C

Schmelzbereich °C

Zugfestigkeit N/mm² Kupfer

spez. Gewicht g/cm³

A 2004 CP 203 (L-Cu P 6) 760 710 – 890 250 8,1

A 2003 CP 202 (L-Cu P 7) 730 710 – 820 250 8,1

A 204 CP 201 (L-Cu P 8) 720 710 – 770 250 8,0

A 3002 V CP 105 (L-Ag 2 P) 710 650 – 810 250 8,1

A 3005 V CP 104 (L-Ag 5 P) 710 650 – 810 250 8,1

A 3015 V CP 102 (L-Ag 15 P) 710 650 – 800 250 8,4

A 3018 CP 101 (L-Ag 18 P) 650 643 250 8,7

A 2005 CP 302 (L- Cu Sn P 7) 690 650 – 700 250 8,8

A 3007 ~ CP 103 690 645 – 720 310 8,2

Phosphorhaltige Hartlote

21

Auszug aus DIN EN 1044 Seite 5 EN 1044 : 1999

Tabelle 3: Gruppe AG : Silberhartlote

Kennzeichnung Zusammensetzung

(Massenanteile in %)

Schmelzbereich

(ungefähr)

Kurz-

zeichen EN ISO 3677 : 1995

Ag

min.

max.

Cu

min.

max.

Zn

min.

max.

Cd1)

min.

max.

Andere

min.

max.

Solidus

°C

Liquidus

°C

AG 101 B-Ag60CuZnSn-620/685 59,0

61,0

22,0

24,0

12,0

16,0 -

Sn

2,0

4,0

620 685

AG 102 B-Ag56CuZnSn-620/655 55,0

57,0

21,0

23,0

15,0

19,0 -

Sn

4,0

6,0

620 655

AG 103 B-Ag55ZnCuSn-630/660 54,0

56,0

20,0

22,0

20,0

24,0 -

Sn

1,5

2,5

630 660

AG 104 B-Ag45ZnCuSn-640/680 44,0

46,0

26,0

28,0

23,5

27,5 -

Sn

2,0

3,0

640 680

AG 105 B-Ag40ZnCuSn-650/710 39,0

41,0

29,0

31,0

26,0

30,0 -

Sn

1,5

2,5

650 710

AG 106 B-Cu36AgZnSn-630/730 33,0

35,0

35,0

37,0

25,5

29,5 -

Sn

2,0

3,0

630 730

ANMERKUNG: Maximal zulässige Verunreinigungen für alle Typen (Massenanteile in %)

Al 0,001, Bi 0,030, Cd2) 0,030, P 0,008, Pb 0,025, Si2) 0,05; Gesamtverunreinigun-

gen: 0,15.

1) Nationale Bestimmungen beim Auftreten von Cadmiumdämpfen sind zu beachten.

2) Sofern nicht anders festgelegt.

(fortgesetzt)

22

Flussmittel

Die Hartlot-Flussmittel nach DIN EN 1045 (DIN 8511) sind nichtmetallische Stoffe (z.B.

Silikate, Karbonate, Borate, Chloride und Fluoride) die folgende Aufgabe haben:

1. Verhinderung der Bildung der Oxide auf der Oberfläche beim Erwärmen.

2. Entwicklung der Wirksamkeit vor dem Schmelzen der Lote.

3. Beseitigung der Oxide während des Lötens (Schlacke) und Verhinderung der

erneuten Bildung.

4. Verringerung der Oberflächenspannung des flüssigen Lotes um damit die Aus-

breitung (=Benetzung) auf dem Grundmaterial zu erleichtern.

Schematische Darstellung des Verhaltens von Flussmitteln beim Löten

Zeit

Tem

pera

tur

fest

Schmelzbereich

Nicht mehr wirksamSättigungspunkt

Aktiver Bereich = Bereich des Lötens

23

Ein Flussmittel besteht fast immer aus Pulver. Wenn es aktiviert wird, beginnt es zu

schmelzen. Damit beginnt der aktive Wirkbereich des Flussmittels, die Oxide werden re-

duziert. In diesem Bereich muss die Arbeitstemperatur des Lotes fallen. Nach 3 – 4 Minu-

ten ist das Flussmittel mit Oxiden gesättigt, es wirkt nicht mehr. Sollte bis zu diesem Zeit-

punkt das Lot nicht geflossen sein, können folgende Gründe vorliegen:

falsche Wärmeführung, besonders an Teilen mit stark unterschiedlichen Material-

dicken.

Einsatz einer Wärmequelle mit höherer Energiedichte, z.B. Acetylen- statt Propan-

gas oder Umstellung der Erwärmung auf Induktions- oder Widerstandserwärmung.

Zusammensetzung und Wirktemperaturbereiche von Flussmitteln

150 °C

250 °C

350 °C

450 °C

550 °C

650 °C

750 °C

850 °C

950 °C

1050 °C

1150 °C

Flus

smitt

el fü

r Wei

chlo

teFl

ussm

ittel

für

Har

tlote

WeichlotflussmittelAlkalichloride und -fluoride,

Ammoniakverbindungen,organische Substanzen

SilberlotflussmittelAlkalifluoride und Borate Aluminiumflussmittel

Alkali- und Aluminiumchlorideund -fluoride

Flussmittel für Messing- undNeusilberlote

Borverbindungen derAlkali- und Erdalkalimetalle

Flussmittel fürHartauftragslegierungen

Fluoride, Chloride, Borate derAlkali- und Erdalkalimetalle Flussmittel zum Schweißen

von GusseisenKarbonate, Borate undChloride der Alkali- und

Erdalkalimetalle

24

Skizze der Wirkbereiche von Hartlot-Flussmittel

In der Norm DIN EN 1045 (DIN 8511) über Hartlot-Flussmittel gibt es zwei wichtige

Flussmittelgruppen: FH 10 (F-SH 1) und FH 21 (F-SH 2).

FH 10 (F-SH 1)

Diese Flussmittelgruppe enthält Borverbindungen und Fluoride. Sie hat einen Wirktempe-

raturbereich von 550 – 800 °C, in welchem sie schmilzt und die Oxide reduziert. Alle Sil-

berhartlote liegen mit ihrer jeweiligen Arbeitstemperatur in diesem Bereich,

z.B.: AG 304 (L-Ag 40 Cd) Arbeitstemperatur: 610 °C

AG 309 (L-Ag 20 Cd) Arbeitstemperatur: 750 °C

Dies bedeutet, dass sämtliche Silberhartlote mit und ohne Cadmium in diesem Wirktem-

peraturbereich liegen und deshalb alle mit der gleichen Flussmittelgruppe ummantelt wer-

den können.

Der Flussmitteltyp FH 11 (F-SH 11) enthält neben Borverbindungen und Fluoriden auch

Chloride. Dieses Flussmittel muss verwendet werden, wenn mittels Silberlot Kupfer-

Aluminium-Legierungen, die z.B. meerwasserbeständig sind, gelötet werden sollen.

FH 21 (F-SH 2)

Sind Messing- oder Neusilberlote zu verarbeiten, so ist die Flussmittelgruppe FH 21 (F-

SH 2) mit einem Wirktemperaturbereich von 750 – 1100 °C anzuwenden, denn die Ar-

beitstemperatur dieser Lote liegt bei 900 °C. Auch hier können alle Messing- und Neusil-

berlote mit dem Flussmitteltyp FH 21 (F-SH 2) umhüllt werden. In diese Gruppe fällt auch

das Löten mittels Gasflux, „FONTARGEN – Rapidflux“.

5 5 0 ° C 8 0 0 ° C

7 5 0 ° C 1 1 0 0 ° C

F H 1 0 ( F - S H 1 ( a ) ) F H 2 1 ( F - S H 2 )

A G 3 0 4( L - A g 4 0 C d )

A r b e i t s t e m p e r a t u r : 6 1 0 ° C

C U 3 0 1( L - C u Z n 4 0 )

A r b e i t s t e m p e r a t u r : 9 0 0 ° C

Skizze der Wirkbereichevon Hartlot-Flussmitteln

25

Flussmittel für verschiedene Zusatzwerkstoffe

Silberlot-Flussmittel DIN EN 1045 (DIN 8511, Teil 1)

Die im FONTARGEN-Programm enthaltenen Flussmittel sind den Arbeitstemperaturen

der Silberlote angepasst und auf das zu lötende Grundmaterial abgestimmt. Der Wirktem-

peraturbereich liegt zwischen 500 – 800 °C.

Folgende Flussmittel werden als Standardmittel geführt:

F 300 FH 10 (F-SH 1): Pulver, Flussmittel zum Löten von Kupfer, Messing, Bron-

ze, rostfreiem Stahl, Nickel und Hartmetallen.

F 300 PH FH 10 (F-SH 1): streichfähige Flussmittelpaste.

F 300 DN FH 10 (F-SH 1): dosierbare Flussmittelpaste, geeignet für Maschinenlötun-

gen.

F 300 HF FH 12 (F-SH 1): Paste. Flussmittel zum Löten von unlegierten und legierten

Stählen (z.B. Chrom-Nickel-Stähle usw.), besonders wenn diese beim Lö-

ten längerer Erwärmung ausgesetzt werden.

F 300 AB FH 11 (F-SH 1a): Paste. Flussmittel zum Löten von Aluminiumbronze oder

mit Aluminium legiertem Messing.

F 300 F FH 10 (F-SH 1): Paste, vermeidet Rotfleckigkeit beim Löten dünnwandiger

Messingteile

26

Messing- und Neusilberlot – Flussmittel DIN EN 1045 (DIN 8511, Teil 1)

Die FONTARGEN-Flussmittel erfüllen alle Anforderungen der Praxis und zeichnen sich

durch hervorragende Benetzungs- und Reinigungseigenschaften aus.

Folgende Flussmittel für Messing- und Neusilberlote werden als Standard-Flussmittel ge-

führt:

F 100 FH 21 (F-SH 2): Paste, Standard-Flussmittel

F 120 FH 21 (F-SH 2): Pulver, eignet sich besonders als zusätzliches Flussmittel

bei längeren Arbeiten.

Rapidflux FH 21 (F-SH 2): Flüssigkeit, wird in Verbindung mit dem dazugehörigen

Rapidfluxgerät angewandt und direkt durch den Brenner der Lötstelle zuge-

führt.

Entfernung der Flussmittelrückstände bei Silber- und Messingloten

Die Flussmittelrückstände lassen sich

mechanisch

durch Bürsten in heißem Wasser

durch Abschrecken der soeben gelöteten Teile

durch Beizen (Badtemperatur ca. 40 °C)

entfernen.

Beim Abschrecken der Teile ist darauf zu achten, dass Grundwerkstoff und Lot keine

Schädigung durch Strukturveränderung, Sprödigkeit, Spannungen usw. erleiden.

Für das Abbeizen der Flussmittelrückstände nach dem Löten empfehlen wir folgende

FONTARGEN-Produkte für das Tauchbeizverfahren:

Beizen von Stahlteilen: FONTEX

27

Beizen von Buntmetallen: FONTEX P oder FONTEX NE

Aluminium – Flussmittel DIN EN 1045 (DIN 8511)

Die FONTARGEN-Flussmittel für Leichtmetalle wurden gemäß den charakteristischen

Eigenschaften des Aluminiums entwickelt. Sie werden seit Jahren in allen aluminiumver-

arbeitenden Industrien eingesetzt und haben sich überall hervorragend bewährt.

Folgende Flussmittel werden als Standard-Flussmittel geführt:

F 400 FL 10 (F-LH 1): Flussmittel zum Hartlöten und Schweißen von Aluminium

und seinen Legierungen. F 400 ist ein weißes Pulver und stark hygrosko-

pisch (korrosiv). Die Rückstände müssen nach Beendigung der Arbeit ent-

fernt werden.

F 400 M FL 10 (F-LH 1): Ein etwas tieferschmelzendes Flussmittel als F 400, eignet

sich besonders für Aluminium-Magnesium-Legierungen (AlMg 3). F 400 M

ist korrosiv und muss unbedingt nach dem Schweißen entfernt werden.

F 400 NH FL 20 (F-LH 2): Ein nicht korrosives Flussmittel, dessen Rückstände, ohne

eine Korrosion zu verursachen, nach dem Löten auf der Naht verbleiben

können.

Entfernen der Flussmittelrückstände

Die Flussmittelrückstände von F 400 und F 400 M sind wasserlöslich und lassen sich

durch Waschen in heißem Wasser gut entfernen. F 400 NH ist nicht wasserlöslich und

lässt sich, wenn nötig, mechanisch entfernen.

Beizlösung

10 %ige Salpetersäure. Nach dem Beizen gut in fließendem Wasser spülen.

28

Weichlot – Flussmittel DIN EN 29454 Teile 1 (DIN 8511, Teil 2)

Weichlot-Flussmittel waren bisher in Deutschland nach der DIN 8511, Teil 2 genormt. Die

Einteilung richtete sich nach der Aggressivität des Flussmitteltypes. Die Flussmittelgruppe

11 für das Weichlöten von Schwermetallen war das aggressivste Flussmittel und wurde

für Werkstoffe eingesetzt, die extrem schwer zu reduzierende Oxide aufwiesen. Mit stei-

gender Zahl nahm die Aggressivität ab. So konnte mit der Gruppe 25 nur noch Kupfer

weichgelötet werden. Die Rückstände waren durch Abwaschen zu entfernen. Ab der

Gruppe 26 – 34 bestanden die Flussmittel aus Harz (Kolophonium). Die Rückstände

konnten an der Lötstelle verbleiben, ohne dass Korrosion eintrat. Die Anwendungsgebiete

waren Elektrotechnik und Elektronik. Seit Februar 1994 sind die Flussmittel in der Europa-

Norm DIN EN 29454 aufgenommen. Ihre Einteilung erfolgt nach Flussmitteltypen.

Weichlot – Flussmittel

DIN EN 29454 (DIN 8511, Teil 2)

3.2.2.A (F-SW 11) stark oxidierte Oberflächen, Titanzink, Zink, Cr-Ni-Stahl, Stahl

3.1.1.A (F-SW 12) Cr-Ni-Stahl, Gusseisen, Bronze, Kupfer, Stahl

2.1.1 / 2.1.3 / 2.2.3 (F-SW 24) Kupfer, Feinlötungen, rückstandsfreie Flammlötungen

3.1.2 (F-SW 22) Kupferlegierungen, Kupfer (DVGW-GW 2)

3.1.1 (F-SW 21) Kupferlegierungen, Kupfer (DVGW-GW 2), Stahl

3.2.1 (F-SW 13) Cr-Ni-Stahl, Kupferlegierungen, Kupfer, Stahl

2.1.3 / 2.2.3 (F-SW 23) Bleilegierungen, Blei

2.1.2 / 2.2.2 (F-SW 25) Kupfer (DVGW-GW 2), Elektrotechnik, Elektronik mit nachfolgender Reinigung

1.1.2 (F-SW 26)

1.1.1 (F-SW 31)

1.1.3 (F-SW 27)

1.2.2 (F-SW 28)

1.1.3 (F-SW 32)

1.2.3 (F-SW 33)

2.2.3 (F-SW 34)

Kupfer, Elektrotechnik, Elektronik

Kupfer, Elektronik

3.1.1 (F-LW 1)

2.1.3 (F-LW 2)

2.1.2 (F-LW 3)

Weichlöten von Leichtmetallen

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29

Eine Umschlüsselung der alten Bezeichnung nach DIN 8511 auf die Europa-Norm ist

ebenfalls Bestandteil der DIN EN 29454.

Das FONTARGEN-Programm enthält eine Reihe von Weichlotflussmitteln, die bei sach-

gemäßer Anwendung eine einwandfreie Ausführung der Arbeit ermöglichen. Dabei ist zu

beachten, dass „nichtkorrosive Flussmittel“ nur auf Kupfer und Kupferlegierungen gute

Resultate ergeben. Für Stahl und seine Legierungen können nur die „korrosiven Flussmit-

tel“ verwendet werden.

F 600 3.1.1. (F-SW 12): korrosives Flussmittel, sehr aktiv, eignet sich auch sehr

F 600 S 15 3.2.2. (F-SW 11): gut für Lötungen an rostfreien Stahl.

F 600 LW 3.1.1. (F-SW 12): Lötwasser, korrosiv, zum Löten von Schwermetallen

F 600 C 3.1.1. (F-SW 21): Lötfett, korrosiv, leicht aktiviert, zum Löten von Kupfer

und Kupferlegierungen

F 600 CC 1.1.2. (F-SW 26): nichtkorrosives Flussmittel auf Kolophoniumbasis. Eignet

sich hauptsächlich für Lötungen von Kupfer

F 600 AL 2.1.2. (F-LW 3): Lötöl, nach Erwärmung auf Löttemperatur nichtkorrosiv,

hauptsächlich geeignet für Lötungen an Kupfer, Kupferlegierungen und A-

luminium

F 600 CR 3.1.2. (F-SW 22): Installations-Weichlot-Flussmittel für Kupfer, Messing,

Rotguss, kaltwasserabspülbar (DVGW-Arbeitsblatt GW 2)

Entfernung der Flussmittelrückstände

Die Rückstände der Flussmittel F 600, F 600 LW und F 600 AL lassen sich durch gründli-

ches Waschen und Bürsten in heißem Wasser entfernen. Die Rückstände der Flussmittel

F 600 C und F 600 CC können mit Alkohol, Petrol usw. entfernt werden.

30

Vorsichtsmaßnahmen

Es liegt in der Natur der Flussmittel, dass sie – mit wenigen Ausnahmen – aggressive

Stoffe enthalten. Ihre Anwendung ist trotzdem, sofern die elementaren, jedem Fachmann,

Schweißer oder Löter bekannten Vorsichtsmaßnahmen beachtet werden, ungefährlich.

Die wichtigsten Maßnahmen lauten:

Flüssige oder pastenförmige Flussmittel mit Pinsel, pulverförmige Flussmittel mit-

tels erwärmter Lotstabspitze oder durch Aufstreuen aus der Dose auftragen. Die

Berührung mit der Haut ist zu vermeiden; dies ist bei empfindlicher Haut oder

Hautwunden besonders wichtig. Nach erfolgter Arbeit und vor den Mahlzeiten

Hände sorgfältig waschen.

Das Einatmen der beim Verarbeiten entstehenden Dämpfe sollte vermieden wer-

den. Die erste Voraussetzung ist ein hinreichend belüfteter Arbeitsraum. Als An-

haltspunkt mag folgende Faustregel dienen:

g/Stunde 5

(m³) e Werkstättder Volumen Lotmenge ndeverarbeite zu Maximale =

wobei eine normale Höhe der Werkstatt (ca. 3 – 5 m, je nach Grundfläche) vor-

ausgesetzt wird.

Als Beispiel mögen folgende Hinweise gelten:

Für die Ausführung gelegentlicher Lötarbeiten ist eine gut belüftete Werkstatt völlig

ausreichend. Für kleine mittels Handlötung ausgeführte Serienarbeiten ist eine

größere, gut belüftete Werkstatt, etwa 4 m hoch, noch ausreichend. Für große Se-

rienarbeiten, ausgeführt von Hand oder mit Lötmaschinen, sich Absaugvorrichtun-

gen an den Arbeitsplätzen vorzusehen (siehe auch: UVV-VBG 15 „Schweißen,

Schneiden und verwandte Verfahren“).

31

DVGW – Arbeitsblatt GW 2

In Deutschland wird das Verlegen von Kupferrohren für die Gas- und Wasserversorgung

durch das Arbeitsblatt GW 2 geregelt. Es stammt aus dem Jahre 1996. In diesem Arbeits-

blatt werden nur Lote genannt, die cadmium-, blei- und antimonfrei sind. Kupferrohre für

die Gasversorgung dürfen nur hartgelötet werden. Man verwendet drei Silberlote:

AG 106 (L-Ag 34 Sn) FONTARGEN A / AF 319

AG 203 (L-Ag 44) FONTARGEN A / AF 311

AG 104 (L-Ag 45 Sn) FONTARGEN A / AF 320

Zusätzlich dürfen zwei phosphorhaltige Kupferlote eingesetzt werden. Es sind die Lote:

CP 105 (L-Ag 2 P) FONTARGEN A 3002 V

CP 203 (L-Cu P 6) FONTARGEN A 2004

Für das Verlegen von Trinkwasserleitungen aus Kupfer werden die gleichen Hartlote wie

sie bei der Gasversorgung verwendet werden dürfen, empfohlen. Aufgrund eingetretener

Korrosionsschäden an Trinkwasserrohren für Kaltwasser, ist die Verwendung von Hartlo-

ten bis zum Kupferrohrdurchmesser 28 x 1,5 mm verboten. Hier darf nur weichgelötet

werden. Zugelassene Weichlote sind:

S-Sn 97 Ag 3 (L-Sn Ag 4) FONTARGEN A 611

S-Sn 97 Cu 3 (L-Sn Cu 3) FONTARGEN A 644

Das wichtigste, preiswerteste Lot ist der Typ S-Sn 97 Cu 3. Aus diesem Lot hat FONT-

ARGEN eine Weichlotpaste entwickelt, die für das Weichlöten von Kupferrohren für

Trinkwasser besonders zugelassen ist. Sie heißt AP 644/21. Der Metallanteil ist mindes-

tens 60 %, der Rest ist Flussmittel des Typs 3.1.1. (F-SW 21).

Zusätzlich zum Weich- und Hartlöten dürfen Schweißzusätze, die mit dem Acetylenbren-

ner oder WIG-Verfahren verarbeitet werden, angewandt werden. Sie heißen:

SG-Cu Ag FONTARGEN A 200

AG-Cu Sn FONTARGEN A 200 SW

32

Lötverbindungen in der Kältetechnik

In der Kälte- und Klimatechnik müssen Lötverbindungen an Rohren aus Kupfer, Messing

und ferritischem Stahl durch Hartlöten hergestellt werden (DIN EN 378, Teil 2).

Verbindung Kupfer / Kupfer

Hier werden phosphorhaltige Kupferlote und Silberhartlote eingesetzt. Bei phosphorhalti-

gen Loten wird kein Flussmittel benötigt. Sie können bis zu den angegebenen Minusgra-

den sicher eingesetzt werden.

Verbindung Kupfer / Messing

Hier werden die gleichen Lote wie bei Kupfer / Kupferverbindungen angewendet, jedoch

muss zusätzlich bei allen phosphorhaltigen Loten Flussmittel verwendet werden.

Verbindung Kupfer / Ferritischer Stahl

Hier dürfen nur Silberlote, keine phosphorhaltigen Hartlote verwendet werden. Stahlver-

bindungen mit phosphorhaltigen Loten sind spröde, wegen der Bildung von Eisenphos-

phid. Temperaturbegrenzung, bedingt durch Versprödung des ferritischen Stahls, beach-

ten.

33

Fugenlöten von feuerverzinkten Stahlrohren

Das Fugenlöten verzinkter Stahlrohre wird vorzugsweise für Rohrnennweiten von 50 –

300 mm eingesetzt und kann sowohl in Zwangs- als auch in Querlage erfolgen. Bei Ver-

wendung von FONTARGEN A 210 MK, A 211 RF oder AF 211 mit dem dazugehörigen

Flussmittel F 100 und fachmännischer Arbeitsweise bleibt der Korrosionsschutz der Zink-

schicht erhalten.

Es ist selbstverständlich, dass vor dem Fugenlöten der Verbindungsstellen metallisch

blank und sauber sein müssen. Die zu verbindenden Rohre müssen rechtwinklig, am bes-

ten mit einer Rohrsäge abgeschnitten werden.

Bei Rohren mit einer Wanddicke von mehr als 3 mm wird zum Fugenlöten eine V-Naht mit

einem Öffnungswinkel von 60 – 90° vorbereitet, wobei ein Wurzelsteg von 1,0 – 1,5 mm

stehen bleiben soll.

Die Rohrenden sind sorgfältig mit einer Halbrundfeile zu entgraten und werden innen und

außen jeweils 2 – 4 cm breit reichlich mit Flussmittel F 100 eingestrichen.

Beim Heften gilt als Maß für die Spaltbreite am Wurzelsteg:

Durchmesser des zur Verwendung kommenden Lotstabes + 1,5 mm.

Bei den Heftstellen ist auf einen einwandfreie Wurzelausbildung zu achten. Die Arbeits-

technik beim Fugenlöten ähnelt dem „Nachlinksschweißen“. Die Brennergröße ist jedoch

um eine bis zwei Nummern kleiner als beim Gasschweißen des gleichen Rohrdurchmes-

sers zu wählen. Die Flamme wird mit leichtem Sauerstoffüberschuss eingestellt. Dadurch

bildet das geschmolzene Zink an der Oberfläche eine Zinkoxidschicht, die das Verdamp-

fen des Zinks verhindert. Eine Überhitzung der Lötstelle führt zum Verdampfen des Zink-

oxidschicht und ist zu vermeiden. Die Flussmittelreste auf der Innenseite sind anschlie-

ßend durch Spülen zu entfernen (DIN 1988, Teil 2).

34

Löteignung der Werkstoffe Gruppe 1 Werkstoffe, die mit FONTARGEN-Loten und –Flussmitteln sowie allen üblichen Verfahren gelötet werden können, z.B. Kupfer und Kupferlegierungen, Nickel und Nickellegierungen, Eisenwerkstoffe, beliebige Stähle, Edelmetalle.

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Bei den flussmittelumhüllten AF-Loten ist das benötigte Flussmittel in ausreichender Men-ge auf den Lotstab aufgepresst. Ggf. kann diese Flussmittelmenge der Anforderung des Anwenders angepasst werden.

35

Gruppe 2 Werkstoffe, die Speziallote und/oder Spezialflussmittel, jedoch keine speziellen Verfahren erfordern, z.B. Aluminium und Aluminiumlegierungen, Hartmetalle, Stellite, Chrom, Mo-lybdän, Wolfram, Tantal, Niob, weichlotähnliche Werkstoffe.

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36

Gruppe 3 Werkstoffe, die nur unter Verwendung spezieller Lote und spezieller Verfahren gelötet werden können, z.B. Titan, Zirkonium, Beryllium, Metalloxidkeramiken.

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37

Beispiele konstruktiver Gestaltung

38

39

FONTARGEN GmbH Siemensstraße 4 D – 67304 Eisenberg Telefon: +49 (0) 6351/401-0 Telefax: +49 (0) 6351/401-149

Email: info@fontargen.de Internet: www.fontargen.de

40

Dok.-Nr.: 2.03 Datum: 09.01.2003 Rev.: 1