Um den Wirkungsgrad zu erhöhen und den thermischen Effekt der Metallerwärmung zu verringern, wird die Induktionslöten Technologie wird vorgeschlagen. Der Vorteil dieser Technologie besteht vor allem darin, dass die Wärmezufuhr zu den Lötstellen genau lokalisiert werden kann. Auf der Grundlage der Ergebnisse der numerischen Simulation war es dann möglich, die notwendigen Parameter zu bestimmen, um die Löttemperaturen in der gewünschten Zeit zu erreichen. Ziel war es, diese Zeit zu minimieren, um eine unerwünschte thermische Wirkung auf die Metalle während des metallurgischen Fügens zu vermeiden..Die Ergebnisse der numerischen Simulation zeigten, dass eine Erhöhung der Stromfrequenz zu einer Konzentration der maximalen Temperaturen in den Oberflächenbereichen der verbundenen Metalle führte. Mit steigendem Strom wurde eine Verkürzung der für das Erreichen der Löttemperatur erforderlichen Zeit beobachtet.
Die Vorteile des Induktionslötens von Aluminium gegenüber dem Brenner- oder Flammlöten
Die niedrige Schmelztemperatur von unedlen Metallen in Verbindung mit dem engen Temperaturfenster der verwendeten Hartlote stellt eine Herausforderung beim Brennerlöten dar. Das Fehlen einer Farbveränderung beim Erhitzen von Aluminium bietet den Lötarbeitern keinen visuellen Hinweis darauf, dass das Aluminium die richtige Löttemperatur erreicht hat. Beim Brennerlöten gibt es eine Reihe von Variablen. Dazu gehören die Brennereinstellung und der Flammentyp, der Abstand zwischen Brenner und zu lötenden Teilen, die Position der Flamme im Verhältnis zu den zu verbindenden Teilen und vieles mehr.
Gründe, die für eine Verwendung sprechen Induktionserwärmung beim Löten von Aluminium umfassen:
- Schnelle, rasche Erwärmung
- Kontrollierte, präzise Wärmesteuerung
- Selektive (lokalisierte) Wärme
- Anpassungsfähigkeit und Integration der Produktionslinie
- Verbesserte Lebensdauer und Einfachheit der Halterung
- Wiederholbare, zuverlässige Lötverbindungen
- Verbesserte Sicherheit
Das erfolgreiche Induktionslöten von Aluminiumbauteilen hängt in hohem Maße von der Konstruktion ab Induktionsheizspulen um die elektromagnetische Wärmeenergie auf die zu lötenden Bereiche zu fokussieren und diese gleichmäßig zu erwärmen, so dass die Lötlegierung schmilzt und richtig fließt. Unsachgemäß ausgelegte Induktionsspulen können dazu führen, dass einige Bereiche überhitzt werden und andere Bereiche nicht genügend Wärmeenergie erhalten, was zu einer unvollständigen Lötverbindung führt.
Bei einer typischen hartgelöteten Aluminiumrohrverbindung bringt ein Bediener einen Aluminiumlötring, der häufig Flussmittel enthält, auf dem Aluminiumrohr an und setzt dieses in ein anderes aufgeweitetes Rohr oder eine Blockverbindung ein. Die Teile werden dann in eine Induktionsspule gelegt und erhitzt. Bei einem normalen Prozess schmelzen die Hartlötmittel und fließen aufgrund der Kapillarwirkung in die Verbindungsstelle.
Warum Induktionslöten im Vergleich zum Brennerlöten von Aluminiumkomponenten?
Zunächst ein wenig Hintergrundwissen über die heute gängigen Aluminiumlegierungen und die zum Fügen verwendeten Aluminiumlote und -lötmittel. Das Hartlöten von Aluminiumbauteilen ist wesentlich schwieriger als das Hartlöten von Kupferbauteilen. Kupfer schmilzt bei 1083°C (1980°F) und ändert seine Farbe, wenn es erhitzt wird. Aluminiumlegierungen, die häufig in HLK-Systemen verwendet werden, beginnen bei ca. 643°C (1190°F) zu schmelzen und zeigen bei der Erwärmung keine visuellen Anzeichen, wie z. B. Farbveränderungen, an.
Eine sehr genaue Temperaturkontrolle ist erforderlich, da der Unterschied zwischen der Schmelz- und der Löttemperatur von Aluminium vom Aluminiumgrundwerkstoff, dem Hartlot und der Masse der zu lötenden Komponenten abhängt. Der Temperaturunterschied zwischen der Solidustemperatur von zwei gängigen Aluminiumlegierungen, Aluminium der Serie 3003 und Aluminium der Serie 6061, und der Flüssigkeitstemperatur der häufig verwendeten Hartlötlegierung BAlSi-4 beträgt zum Beispiel 20°F - ein sehr enges Temperaturprozessfenster, das eine präzise Steuerung erfordert. Die Auswahl der Basislegierungen ist bei Aluminiumsystemen, die gelötet werden, äußerst wichtig. Am besten ist es, bei einer Temperatur zu löten, die unter der Solidustemperatur der Legierungen liegt, aus denen die zusammenzulötenden Komponenten bestehen.
| AWS A5.8 Klassifizierung | Nominale chemische Zusammensetzung | Solidus °F (°C) | Liquidus °F(°C) | Löttemperatur |
| BAISi-3 | 86% Al 10%Si 4%Cu | 970 (521) | 1085 (855) | 1085~1120 °F |
| BAISI-4 | 88% aL 12%Si | 1070 (577) | 1080 (582) | 1080~1120 °F |
| 78 Zn 22%Al | 826 (441) | 905(471) | 905~950 °F | |
| 98% Zn 2%Al | 715(379) | 725(385) | 725~765 °F |
Es ist zu beachten, dass zwischen zinkhaltigen Bereichen und Aluminium galvanische Korrosion auftreten kann. Wie in der galvanischen Tabelle in Abbildung 1 dargestellt, ist Zink weniger edel und neigt dazu, im Vergleich zu Aluminium anodisch zu sein. Je geringer der Potenzialunterschied, desto geringer ist die Korrosionsrate. Der Potenzialunterschied zwischen Zink und Aluminium ist minimal im Vergleich zum Potenzial zwischen Aluminium und Kupfer.
Ein weiteres Phänomen beim Löten von Aluminium mit einer Zinklegierung ist Lochfraß. Lokale Zell- oder Lochfraßkorrosion kann bei jedem Metall auftreten. Normalerweise ist Aluminium durch eine harte, dünne Schicht geschützt, die sich an der Oberfläche bildet, wenn es Sauerstoff ausgesetzt ist (Aluminiumoxid), aber wenn ein Flussmittel diese schützende Oxidschicht entfernt, kann sich das Aluminium auflösen. Je länger der Zusatzwerkstoff geschmolzen bleibt, desto stärker ist die Auflösung.
Aluminium bildet beim Hartlöten eine zähe Oxidschicht, so dass die Verwendung eines Flussmittels unerlässlich ist. Das Flussmittel für Aluminiumkomponenten kann vor dem Hartlöten separat verwendet werden, oder es kann eine Aluminiumlotlegierung, die Flussmittel enthält, in den Hartlötprozess integriert werden. Je nach Art des verwendeten Flussmittels (korrosiv oder nicht korrosiv) kann ein zusätzlicher Schritt erforderlich sein, wenn die Flussmittelrückstände nach dem Hartlöten entfernt werden müssen. Wenden Sie sich an einen Hartlöt- und Flussmittelhersteller, um Empfehlungen für Hartlot und Flussmittel zu erhalten, die auf den zu verbindenden Materialien und den zu erwartenden Löttemperaturen basieren.