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Gelötete Aluminiumkomponenten finden sich in vielen Bereichen des alltäglichen Gebrauchs. Gelötete Rohrkomponenten von Fahrzeugklimaanlagen gehören genau so dazu, wie Verteilerleitungen und Wärmetauscher in Kühlschränken und Aluminium/Edelstahl-Lötungen in Wasserkochern. Gelötete Aluminiumbauteile findet man ebenso in Produkten des Maschinen- und Elektomaschinenbaus.
Die stabile Aluminiumoxidschicht stellt hohe Anforderungen an die Fügetechnik. Da reines Aluminium bei ca. 660°C und Aluminiumlegierungen zwischen 500°C und 660°C schmelzen, die Oxidschicht hingegen erst ab einer Temperatur von 1500°C bis 2000°C schmilzt, ist ein thermisches Zersetzen der Oxide nicht möglich.
Weiterhin ist für den Lötprozess bzw. für das Erwärmen von Bedeutung, dass der Werkstoff - im Gegensatz zu den Stählen etc. - keine Anlassfarben ausbildet. Als Indikator für das Erreichen der Arbeitstemperatur dient beim Hartlöten von Aluminium ausschließlich das Flussmittel, welches ab einem Temperaturbereich von 460°C bis 500°C zu schmelzen beginnt. Dies kann als Temperaturindikator in Bezug auf die Zuführung des Lotes herangezogen werden.
Zu beachten ist ebenfalls, dass die Wärmeleitfähigkeit bei 20 °C von Aluminium bei 204 W/m und die von reinem Eisen bei 81 W/m*K liegt. Dies ist mehr als doppelt so hoch, es muss beim Löten von Aluminium also wesentlich mehr Wärme zugeführt werden als bei reinem Eisen, um auf Löttemperatur zu kommen. Aus dieser Erkenntnis ergibt sich ein häufig zu beobachtender Fehler, insbesondere beim Flammlöten von Aluminium. Für die Erwärmung werden zu kleine Brenner bzw. Brennereinsätze gewählt, so dass der Erwärmprozess zu lange dauert und das Flussmittel seine Wirkung einstellt.
Als Standartlot findet die Zweistoff - Lotlegierung L-AlSi12 (A 407 L) Verwendung. Dieses Lot ist nahezu eutektisch, dünnfließend und kapillaraktiv. Allerdings ergeben sich auf Grund der hohen Schmelztemperatur 575-585 °C Einschränkungen hinsichtlich der zu lötenden Grundwerkstoffe.
Rein- und Reinstaluminium lassen sich ohne besondere Schwierigkeiten hartlöten. Da die Löttemperatur die Rekristallisationstemperatur übersteigt, sinkt die Festigkeit von kaltverformtem Grundwerkstoff im Bereich der Lötstelle auf die Festigkeitswerte von weichgeglühtem Aluminium ab.
Schwierigkeiten beim Löten der Knetlegierungen ergeben sich besonders aus dem Magnesiumgehalt. Legierungen bis zu 0,6–0,8 % Magnesiumanteiö lassen sich allgemein recht gut mit nicht korrosivem Flussmittel der Gruppe FL 20 (F 400 NH) löten (AlMgSi 0,5). Für Legierungen mit höheren Magnesiumgehalten (AlMg 2; AlMg3Si; AlZnMgCu 0,5 u. a.) sind für das Hartlöten spezielle, korrosive Flussmittel der Gruppe FL 10 (F 400 MD) erforderlich. Als Grenze für die Lötbarkeit von Aluminiumlegierungen wird allgemein ein Magnesiumgehalt von ca. 3% angesehen.
Unter den Gusslegierungen sind die magnesiumarmen Legierungen, z.B. G-AlSi 1 und G-AlSi 2 gut lötbar. Mit zunehmendem Siliziumgehalt erniedrigt sich der Schmelzpunkt der Grundwerkstoffe, so dass die Bedingungen für das Hartlöten nicht mehr gegeben sind.
Aluminiumbauteile löten Vor- und Nachbehandlung: Für Teile aus Reinaluminium ist Entfetten als Vorbehandlung häufig ausreichend; Knetlegierungen können auch mit Natronlauge gebeizt werden. Nach dem Löten müssen die korrosiv wirkenden Flussmittelrückstände restlos entfernt werden. Zweckmäßig ist das Tauchen bzw. Abduschen der noch nicht auf Raumtemperatur abgekühlten Teile in Wasser. Danach sind in den überwiegenden Fällen, insbesondere bei Verwendung des Flussmittels F 400 MD die Flussmittelreste entfernt. Sollten noch Flussmittelreste vorhanden sein, können diese anschließend mechanisch entfernt werden. Die Flussmittelreste der Flussmittelgruppe FL 20 sind nicht korrosiv und können im Allgemeinen nach dem Löten auf dem Bauteil belassen werden, wenn die Lötstelle vor Feuchtigkeit geschützt wird.
Für das Flammlöten von Aluminium werden die üblichen Brenngase verwendet. Wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit von Aluminium bevorzugt man für große oder massive Werkstücke Azetylen – Sauerstoff- und Propan – Sauerstoff- Gemische. Für kleine leichte Werkstücke sind auch Brenngas – Luft – Gemische geeignet. Vorteilhaft ist indirektes Erwärmen mit reduzierter Flamme.
Das Flammlöten von Aluminium ist mechanisierbar (Flammlötanlage). Wobei jedoch die Flammeneinstellung wegen der engen Temperaturdifferenz zwischen Lot- und Grundwerkstoff-schmelzpunkt kritischer ist, so dass eine Temperaturüberwachung mittels Pyrometer notwendig ist.
Die hohe Wärmeleitfähigkeit von Aluminium erfordert eine höhere elektrische Generatorleistung als für das Löten von Stahlteilen gleicher Abmessung. Lötzeit und –temperatur müssen wegen der Aufschmelz-gefahr der Grundwerkstoffe sehr sicher beherrscht werden. Temperaturüberwachung mittels geeigneter Pyrometer ist anzuraten. Hinsichtlich der Lote und Flussmittel sowie der anderen Arbeitsgänge besteht zu den anderen Verfahren keine Unterschiede.
Das Schutzgasofenlöten und Vakuumlöten von Aluminiumbauteilen ebenfalls möglich. Es sind aber spezielle Verfahren auf die wir in dieser Broschüre nicht näher eingehen. Sollten Sie dazu Fragen haben, stehen wir Ihnen gerne telefonisch für eine Beratung zur Verfügung.
Das Hartlöten von Aluminium und Aluminiumlegierungen ist das Standardherstellungsverfahren für die industrielle Fertigung von gelöteten Serienbauteilen. Gelötete Aluminiumkomponenten finden sich in vielen Bereichen des alltäglichen Gebrauchs. Gelötete Rohrkomponenten von Fahrzeugklimaanlagen gehören genauso dazu, wie Verteilerleitungen und Wärmetauscher in Kühlschränken und Aluminium/Edelstahl-Lötungen in Wasserkochern. Gelötete Aluminiumbauteile findet man aber auch in den verschiedensten Produkten in den Bereichen des Maschinen- und Elektromaschinenbaus.
Empfohlene Vorgehensweise beim Löten von Aluminium
• die Bauteile müssen vor dem Löten sauber und fettfrei sein
• vorzugsweise sollte mit Brenngas/Luft oder Brenngas/Sauerstoff gelötet und ein großer Löteinsatz verwendet werden
• die Bauteile müssen gleichzeitig und gleichmäßig auf die notwendige Löttemperatur gebracht werden
• verwendet man separates Flussmittel, sind die Bauteile vor dem Löten damit einzustreichen
• das Flussmittel dient als Anzeigehilfe für das Erreichen der Arbeitstemperatur.
• das pastenförmige Flussmittel trocknet bei der Erwärmung ab und wird danach wieder flüssig (klare Flüssigkeit) -> dies ist der Zeitpunkt, an dem die Arbeitstemperatur erreicht ist und das Lot zugeführt werden kann.
Auch das Weichlöten von Aluminium ist ein industriell angwandtes Verfahren. Es bietet gegenüber dem Hartlöten den Vorteil, dass die Lötungen dabei bei Arbeitstemperaturen durchgeführt werden, die deutlich unterhalb des Schmelzpunktes der Aluminiumlegierungen liegen. Somit ist ein sicheres Löten und Herstellen von qualitativ hochwertigen Verbindungen kein Problem.
Zum Weichlöten werden, je nach Anwendungszweck, Lotlegierungen auf Basis Zink-Aluminium, Zinn-Kupfer, Zinn-Zink oder Zinn-Silber verwendet. Weichlote auf Zinnbasis, wie die Lote A 611 und A 644 besitzen Schmelzbereiche zwischen 220-250°C. Sie werden hauptsächlich für das Löten elektrischer Bauteile oder Kleinteile verwendet, da das für diese Lote zum Einsatz kommende Flussmittel (F 600 AL) nur eine sehr begrenzte Wirkdauer besitzt und somit nur für kleine Lötstellen verwendet werden sollte.
Weichlote auf Zink-Aluminium-Basis, wie die Lote A 631, A 633, A 636, A 660 oder A 665 besitzen Schmelzbereiche, die zwischen 380-480°C liegen. Diese Lote werden zusammen mit dem Flussmittel
F 600 ZA oder auch mit dem Flussmittel F 400 MD für Kapillarlötungen an Aluminiumlegierungen mit max. 0,8 % Magnesium (F 600 ZA) oder 2,5 % Magnesium (F 400 MD) verwendet und finden vielfältige Anwendung in den unterschiedlichsten Bereichen. Die Vorgehensweise und Bauteilvorbereitung des Weichlötens mit Flussmittel entspricht der des Hartlötens von Aluminium.
Das älteste Verfahren zum flussmittelfreien Löten von Aluminiumwerkstoffen ist das Reiblöten.
Als Lote kommen hierbei in der Regel SnZn oder ZnAl-Legierungen zum Einsatz, deren Schmelzbereiche, je nach Zusammensetzung der Legierung, zwischen 200-450°C liegen. Das Reiblöten wird zur Reparatur von beschädigten Bauteilen (Risse, Brüche und Bearbeitungs- oder Gießfehler) verwendet. Sollen neue Bauteile gefügt werden, sollte man diese durch Weich- oder Hartlöten mit geeigneten Flussmitteln herstellen.
Die Bauteile müssen vor dem Löten durch Entfetten von organischen Rückständen (Öle, Fette) befreit werden. Zudem sollte die Oxidschicht des Aluminiums mechanisch durch Bürsten mit einer Edelstahlbürste oder mit einem mittelgroben Schmirgeltuch entfernt werden. Risse sollten an den Enden ausgebohrt und der Riss durch Ausschleifen zu einer Lötfuge (V-Naht bei einem Oberflächenriss - X-Naht bei einem durchgehenden Riss) geöffnet werden, in die das Reiblot eingebracht werden kann. Abgebrochene Bauteile müssen auf die gleiche Weise vorbereitet werden. Nach der Reinigung der Bauteile werden diese gleichmäßig mit der Flamme - vorzugsweise mit einem Propan- oder Butan/Luft- Brenner - auf die Arbeitstemperatur des Lotes erwärmt. Dabei wird das Lot solange auf dem Bauteil gerieben, bis sich - ähnlich wie beim Verzinnen - eine dünne Schicht aus geschmolzenem Lot auf dessen Oberfläche bildet.
Da sich die Oxidschicht des Aluminiums auch nach der vorherigen Beseitigung sehr schnell neu bildet, ist es wichtig, dass das Lot nach dem ersten Aufschmelzen auf dem Werkstück weiter kräftig, durch die Lotschicht hindurch, gerieben und dem Bauteil bei Bedarf weitere Wärme zugeführt wird. Das Reiben bewirkt, dass die neugebildete Oxidschicht wieder aufgerissen wird und das Lot den Grundwerkstoff benetzen kann. Dieses Aufreißen der Oxidhaut kann entweder mit dem Lotstab selbst, durch Bürsten mit einer Edelstahlbürste oder das Kratzen mit einem spitzen Gegenstand (Schraubendreher) erfolgen.
Die aufgebrachte Lotschicht schützt hierbei die darunter liegende Oberfläche vor weiterer Oxidation.
Der Arbeitsschritt des Aufreibens ist von großer Wichtigkeit, da er die Qualität der Lötverbindung deutlich beeinflusst.
Die Festigkeit der Verbindung ist umso größer, je sorgfältiger das Reiben während der Lotbeschichtung durchgeführt und je gleichmäßiger das Bauteil dabei erwärmt wird.
Danach kann bei Bedarf weiteres Lot aufgebracht werden um ein gewisses Übermaß zu erzeugen, damit die Fügestelle nach der Nachbearbeitung durch Feilen oder Schleifen fehler- und porenfrei ausgebildet wird.
Sollen Bauteile durch Reiblöten miteinander verbunden werden (gebrochenes Bauteil), müssen beide Fügepartner durch die beschriebene Vorgehensweise mit einer Lotbeschichtung versehen werden. Ist dies erfolgt, werden diese zueinander fixiert, erneut erwärmt und gegebenenfalls durch weitere Lotzugabe miteinander verbunden.
Gelötete Aluminiumkomponenten finden sich in vielen Bereichen des
alltäglichen Gebrauchs. Gelötete Rohrkomponenten von Fahrzeugklimaanlagen gehören genau so dazu, wie Verteilerleitungen und Wärmetauscher in Kühlschränken und Aluminium/Edelstahl-Lötungen in Wasserkochern.
Gelötete Aluminiumbauteile findet man aber in Produkten des Maschinen- und Elektomaschinenbaus.
Besonderheiten von Aluminium und Aluminiumlegierungen
Die stabile Aluminiumoxidschicht stellt hohe Anforderungen an die Fügetechnik. Da reines Aluminium bei ca. 660°C und Aluminiumlegierungen zwischen 500°C und 660°C schmelzen, die Oxidschicht hingegen erst ab einer Temperatur von 1500°C bis 2000°C schmilzt, ist ein thermisches Zersetzen der Oxide nicht möglich. Weiterhin ist für den Lötprozess bzw. für das Erwärmen von Bedeutung, dass der Werkstoff - im Gegensatz zu den Stählen etc. - keine Anlassfarben ausbildet. Als Indikator für das Erreichen der Arbeitstemperatur dient beim Hartlöten von Aluminium ausschließlich das Flussmittel, welches ab einem Temperaturbereich von 460°C bis 500°C zu schmelzen beginnt. Dies kann als Temperaturindikator in Bezug auf die Zuführung des Lotes herangezogen werden. Zu beachten ist ebenfalls, dass die Wärmeleitfähigkeit bei 20 °C von Aluminium bei 204 W/m und die von reinem Eisen bei 81 W/m*K liegt. Dies ist mehr als doppelt so hoch, es muss beim Löten von Aluminium also wesentlich mehr Wärme zugeführt werden als bei reinem Eisen, um auf Löttemperatur zu kommen. Aus dieser Erkenntnis ergibt sich ein häufig zu beobachtender Fehler, insbesondere beim Flammlöten von Aluminium. Für die Erwärmung werden zu kleine Brenner bzw. Brennereinsätze gewählt, so dass der Erwärmprozess zu lange dauert und das Flussmittel seine Wirkung einstellt.
Empfohlene Vorgehensweise beim Löten von Aluminium
• die Bauteile müssen vor dem Löten sauber und fettfrei sein
• vorzugsweise sollte mit Propan/Luft gelötet und ein großer Löteinsatz verwendet werden
• die Bauteile müssen gleichzeitig und gleichmäßig auf Löttemperatur gebracht werden
• verwendet man separates Flussmittel (F 400 MD), sind die Bauteile vor dem Löten damit einzustreichen
• das Flussmittel dient als Anzeigehilfe für das Erreichen der Arbeitstemperatur.
• das pastenförmige Flußmittel trocknet bei der Erwärmung ab und wird danach wieder flüssig (klare Flüssigkeit)
-> dies ist der Zeitpunkt, an dem die Arbeitstemperatur erreicht ist und das Lot (A 407 L) zugeführt werden kann.
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