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Wir wissen, dass sich selbst eine fachgerecht angelegte Verbindung als mangelhaft
herausstellen kann, wenn das Löten nicht korrekt ausgeführt wurde. Erfolgreiches
Vakuumlöten hängt von der richtigen Technik, den richtigen Materialien
und von der Fähigkeit des Ofens ab, den Lötzyklus ständig zu steuern.
In diesem Artikel möchte ich die grundlegenden Schritte besprechen, die beim
fachgerechten Löten zu beachten sind. Dabei werde ich auf ziemlich viele Details
eingehen, um möglichst viele nützliche Informationen bereitzustellen. Damit Sie
gut nachvollziehen können, wie man eine perfekte Lötung erzielt,
möchte ich Ihnen genau erklären, wie das Vakuumlöten funktioniert, welche Vorteile
das Löten in einem Vakuumofen hat und welche wichtigen Funktionen
Vakuumlötöfen bieten.
Wie das Vakuumlöten funktioniert
Das Hartlöten ist eine Methode zum Verbinden von zwei oder mehr
Metallen durch das Schmelzen eines Füllermetalls oder des Hartlots.
Wenn bei Verfahren in einem Vakuumofen Legierungen statt Reinmetalle
verwendet werden, gibt es keine Lötpaste. Daher braucht die Schlacke nicht durch
mechanische Methoden entfernt werden, und wir erhalten eine saubere Lötnaht. Die
Legierung darf keine Elemente enthalten, die sublimieren oder verdampfen können,
da sonst die gewünschten Verbindungseigenschaften nicht erzielt
werden können, und der Ofen könnte kontaminiert werden.
Im Allgemeinen verschmelzen Legierungen bei einer genau bestimmten Temperatur
nicht zusammen, so wie es bei Reinmetallen der Fall ist, sondern innerhalb eines
Bereiches. Wenn möglich, sollten daher eutektische Legierungen
verwendet werden. Diese haben ein den Reinmetallen vergleichbares Verhalten, wobei
die festen und flüssigen Elemente nur bei der eutektischen Temperatur nebeneinander
existieren.
Es steht eine bedeutende Anzahl von Füllermetallen zum Vakuumlöten
zur Verfügung. Bei einigen Legierungen, im Allgemeinen mit hoher Temperaturanwendbarkeit,
besteht in vielen Fällen die Situation des Vorhandenseins der festen und flüssigen
Phase bei derselben Temperatur, bestehend aus mehr als zwei Metallformen. Andere
Legierungen, die üblicherweise in Vakuumöfen verwendet werden,
zeigen jedoch eine breite mittlere „fest-flüssige“ Phase bei einem Temperaturanstieg
zwischen den zwei wichtigen Phasen. In diesem Fall steigt die Dauer für eine vollständige
Verschmelzung, weil diese bei einer höheren Temperatur stattfindet, welches die
Temperatur für das Lötverfahren sein wird.
Welche Vorteile das Löten in einem Vakuumofen bietet
Der Vakuumofen kann sicherstellen, dass die Schmelztemperatur
mit extremer Präzision erreicht wird, ohne darüber hinauszuschießen. Zudem können
in Vakuumöfen die Probleme der Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit des Lots
selbst vernachlässigt werden.
Damit die Lötung erfolgreich ist, muss der Füller bei seiner
eigenen spezifischen Schmelztemperatur schmelzen (ob in Form einer Paste oder als
Metalldraht bzw. -band), und nicht bei einer höheren Temperatur. Damit wird hauptsächlich
vermieden, dass die Flüssigkeit eine Temperatur erreicht, bei der die Oberflächenspannung
geringer sein würde. Denn dadurch würde eine größere Oberfläche benetzt, was zu
einer nicht korrekten Füllung der daraus entstehenden Verbindung
führen würde. Die Flüssigkeit muss präzise innerhalb der Verbindungsvertiefung zwischen
den Metallen verteilt werden, um eine Zwischenschicht zu bilden.
Der Kapillareffekt stellt sicher, dass das Lot in seinem flüssigen
Zustand in die Verbindungsflächen eindringt. Diese werden durch eine mechanische
Bearbeitung gebildet, genau an den Stellen, wo die Verbindung erforderlich ist.
Die mechanische Bearbeitung ist notwendig, um die richtigen Toleranzen
in den Elementen der Verbindung zu erzielen, wobei die genauen Bettmaße für die
Verbindung bestimmt werden müssen. Die Lücke muss angelegt werden, um zu restriktive
Toleranzen zu vermeiden, denn in diesem Fall könnte es schwierig werden, die Verbindung
zu befüllen. Und am anderen Ende des Spektrums würde eine schwache Verbindung
zu einer zu großen Toleranz führen, möglicherweise mit Lücken und/oder Porosität.
Das Lot wird bei Benetzbarkeitstemperatur in die zusammenzufügenden
Oberflächen eingezogen, entgegen der Schwerkraft.
Es wird ein Lot mit einer Schmelztemperatur weit über der Schmelztemperatur
der zu verbindenden Metalle benötigt, gleichzeitig jedoch mit geeigneten mechanischen
Eigenschaften für die Verbindung. Um eine perfekt gelötete Verbindung
zu erzielen, müssen die Verbindungsflächen sauber sein, ohne Spuren von Verarbeitungsölen
oder Schmiermitteln, um eine gute Benetzbarkeit zu haben.
In einem Vakuumofen ist das Löten ganz einfach. Aufgrund der Natur des Vakuums
wird die Hitze gleichmäßig verteilt, was eine ebenfalls gleichmäßige und einheitliche
Teileproduktion ermöglicht. Schauen wir uns nun die spezifischen Funktionen von
Vakuumöfen zum Löten genauer an.
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Vakuumlötöfen: die wichtigsten Funktionen
Der Vakuumofen ist wegen seiner hohen Gleichmäßigkeit im Glühraum der gesamten
Temperaturkurve das ideale System zum Ausführen identischer Heizzyklen für eine
hohe Anzahl an Beladungen sowie für das kontinuierliche Löten von
größeren Werkstücken. Darüber hinaus kann man mit Vakuumöfen den gleichen Zyklus
präzise wiederholen. Die Werkstücke können erkannt werden, da sie über einen Barcode,
der mit dem Zyklusprogramm verbunden ist, geladen werden. Jedes Werkstück kann daher
mit seinem eigenen Heizzyklus verbunden werden.
Die Schmelztemperatur des Füllers, bei der der Vakuumofen arbeitet,
ist im Allgemeinen eine höhere Temperatur als die Temperatur, bei der die Form oxidiert.
Demzufolge verlieren selbst oxidierte Werkstücke im Vakuum die Oxidschicht, bevor
der Füller die Schmelztemperatur erreicht.
Der Vakuumofen muss gereinigt worden sein. Das bedeutet, es dürfen keine
Kontaminanten auf der Ladung verbleiben.
Vakuumöfen für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, Partikelphysik und metallurgischem
Forschung im Allgemeinen, sind ein komplexes und kompliziertes System, hergestellt
aus einer metallischen Thermokammer, Trockenpumpen und den Behälterkonstruktionskriterien,
die für einen Ultrahochvakuumofen charakteristisch sind. Der Ofen
entspricht den NADCAP-Anforderungen,
während die Software zum Zyklusprogrammieren automatische Zyklen mit hoher Präzision
ermöglicht.
- Die Metallkammer, in der sich der Glühraum befindet, ist
aus mehreren Metallschichten hergestellt, reflektierende Schilder aus Molybdän/Lanthan
für die Innenschilder, die Zwischenschilder aus Molybdän und die Außenschilder
in NiRo. Der Grad der Reinigung im Vakuumumfeld, die von der
Spezifikation erfordert wird, wird erzielt, indem bei der Konstruktion der Thermokammer
der Gebrauch von Paneelen aus isolierendem Material vermieden wird, wie zum
Beispiel Aluminiumfaser oder Graphitschwamm, Materialien, die in der Lage sind,
Feuchtigkeit und schlechtere Öldämpfe einzuspeichern.
- Der Vakuumbehälter, vollständig aus rostfreiem Stahl hergestellt,
wird vor der Montage innen ultraschallgereinigt und anschließend einem Dichtigkeitstest
mit einem Helium-Leckanzeiger unterzogen. Die Komponenten sind alle Ultrahochvakuum-Metall-
oder Vitondichtungen.
- Das Pumpensystem sieht nicht den Gebrauch von geschmierten
Pumpen vor. Stattdessen kommt eine primäre Trockenpumpe zum Einsatz. Die Roots-Pumpe
(Nocken-Boosterpumpe) ist eine herkömmliche Pumpe, bei der die Dichtung gemäß
den Toleranzen zwischen den Nocken und dem Stator angebracht ist. Die Ultrahochvakuumpumpe
kann eine Turbomolekularpumpe oder eine Kryopumpe sein. Öldampfdiffusionspumpen
können jedoch auch verwendet werden, falls eine Kryofalle mit flüssigem Sauerstoff
oder ein zweiphasiges Polycold-System installiert ist. Beide Systeme sind in
der Lage, die kondensierbaren Dämpfe abzuziehen und die Rückstreuung von Öldämpfen
zu verhindern.
Wie wir gesehen haben, ist das
Löten im Vakuumofen ganz
einfach. Man kann perfekt gelötete Verbindungen erzielen, ohne dass eine zweite
Bearbeitung oder eine Endbearbeitung notwendig wären. Möchten Sie mehr über das
Lösen Ihrer Probleme beim Löten erfahren? Für Fragen stehe ich
Ihnen sehr gerne zur Verfügung, damit auch Sie bald perfekte Lötergebnisse
erzielen können.
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