Induktionslöttechnik
Prinzip des Induktionslötens|Theorie
Hart- und Weichlöten sind Verfahren zum Verbinden gleichartiger oder ungleichartiger Werkstoffe unter Verwendung eines kompatiblen Zusatzwerkstoffs. Zu den Zusatzwerkstoffen gehören Blei, Zinn, Kupfer, Silber, Nickel und ihre Legierungen. Bei diesen Verfahren schmilzt nur die Legierung und erstarrt, um die Grundwerkstoffe der Werkstücke zu verbinden. Der Zusatzwerkstoff wird durch Kapillarwirkung in die Verbindung gezogen. Lötverfahren werden bei Temperaturen unter 450°C (840°F) durchgeführt, während Hartlötanwendungen bei Temperaturen über 450°C (840°F) bis zu 1150°C (2100°F) durchgeführt werden.
Der Erfolg dieser Verfahren hängt von der Konstruktion der Baugruppe, dem Abstand zwischen den zu verbindenden Oberflächen, der Sauberkeit, der Prozesskontrolle und der richtigen Auswahl der für einen wiederholbaren Prozess erforderlichen Ausrüstung ab.
Die Sauberkeit wird in der Regel durch das Einbringen eines Flussmittels erreicht, das Schmutz oder Oxide bedeckt und auflöst und sie aus der Lötstelle verdrängt.
Viele Vorgänge werden heute in einer kontrollierten Atmosphäre mit einem Schutzgasmantel oder einer Kombination aus Schutz- und Aktivgasen durchgeführt, um den Vorgang abzuschirmen und die Notwendigkeit eines Flussmittels auszuschließen. Diese Methoden haben sich bei einer Vielzahl von Materialien und Teilekonfigurationen bewährt und ersetzen oder ergänzen die Atmosphärenofentechnologie mit einem Just-in-Time-Einzelteilflussverfahren.
Hartlötzusatzwerkstoffe
Hartlote gibt es je nach Verwendungszweck in einer Vielzahl von Formen, Größen und Legierungen. Bänder, vorgeformte Ringe, Pasten, Drähte und vorgeformte Unterlegscheiben sind nur einige der Formen und Legierungen, die man finden kann.
Die Entscheidung, eine bestimmte Legierung und/oder Form zu verwenden, hängt weitgehend von den zu verbindenden Grundwerkstoffen, der Platzierung während der Verarbeitung und der Einsatzumgebung ab, für die das Endprodukt bestimmt ist.
Spielraum beeinflusst die Stärke
Der Abstand zwischen den zu verbindenden Flächen bestimmt die Menge des Hartlots, die Kapillarwirkung/das Eindringen der Legierung und damit die Festigkeit der fertigen Verbindung. Die besten Voraussetzungen für herkömmliche Silberlötanwendungen sind 0,002 Zoll (0,050 mm) bis 0,005 Zoll (0,127 mm) Gesamtabstand. Bei Aluminium sind es typischerweise 0,004 Zoll (0,102 mm) bis 0,006 Zoll (0,153 mm). Bei größeren Abständen bis zu 0,380 mm (0,015 Zoll) ist die Kapillarwirkung in der Regel nicht ausreichend für eine erfolgreiche Lötung.
Beim Hartlöten von Kupfer (über 1650°F / 900°C) muss die Verbindungstoleranz auf ein absolutes Minimum beschränkt werden, und in einigen Fällen ist eine Presspassung bei Umgebungstemperatur erforderlich, um minimale Verbindungstoleranzen bei der Löttemperatur zu gewährleisten.
Theorie der induktiven Erwärmung
Induktionssysteme bieten eine bequeme und präzise Möglichkeit, einen ausgewählten Bereich einer Baugruppe schnell und effizient zu erwärmen. Bei der Auswahl der Betriebsfrequenz der Stromversorgung, der Leistungsdichte (Kilowatt pro Quadratzoll), der Erwärmungszeit und der Konstruktion der Induktionsspule muss die erforderliche Erwärmungstiefe für eine bestimmte Lötverbindung berücksichtigt werden.
Bei der Induktionserwärmung handelt es sich um eine berührungslose Erwärmung mit Hilfe der Transformatortheorie. Die Stromversorgung ist eine Wechselstromquelle für die Induktionsspule, die die Primärwicklungen des Transformators bildet, während das zu erwärmende Teil die Sekundärwicklung des Transformators ist. Das Werkstück erwärmt sich durch den spezifischen elektrischen Widerstand des Grundmaterials gegenüber dem induzierten Strom, der in der Baugruppe fließt.
Strom, der durch einen elektrischen Leiter (das Werkstück) fließt, führt zu einer Erwärmung, da der Strom auf einen Widerstand trifft, der seinem Fluss entgegenwirkt. Diese Verluste sind bei Strom, der durch Aluminium, Kupfer und deren Legierungen fließt, gering. Diese Nichteisenwerkstoffe benötigen mehr Energie zum Erhitzen als ihr Gegenstück aus Kohlenstoffstahl.
Der Wechselstrom neigt dazu, an der Oberfläche zu fließen. Das Verhältnis zwischen der Frequenz des Wechselstroms und der Tiefe, mit der er in das Teil eindringt, wird als Referenztiefe der Erwärmung bezeichnet. Der Durchmesser des Teils, die Art des Materials und die Wanddicke können sich auf die Erwärmungseffizienz in Abhängigkeit von der Referenztiefe auswirken.