Verbinden von Metall durch Löten und Schweißen
Es gibt verschiedene Methoden zum Verbinden von Metallen, darunter Schweißen, Hartlöten und Löten. Was ist der Unterschied zwischen Schweißen und Hartlöten? Was ist der Unterschied zwischen Hartlöten und Weichlöten? Lassen Sie uns die Unterschiede, die Vorteile und die gemeinsamen Anwendungen erkunden. Diese Diskussion wird Ihr Verständnis für das Fügen von Metallen vertiefen und Ihnen helfen, die optimale Methode für Ihre Anwendung zu finden.
WIE DAS HARTLÖTEN FUNKTIONIERT
A Lötverbindung wird auf eine völlig andere Weise hergestellt als eine Schweißverbindung. Der erste große Unterschied liegt in der Temperatur - beim Hartlöten werden die unedlen Metalle nicht geschmolzen. Das bedeutet, dass die Löttemperaturen immer niedriger sind als die Schmelzpunkte der Grundmetalle. Die Löttemperaturen sind auch wesentlich niedriger als die Schweißtemperaturen für die gleichen Grundmetalle, wodurch weniger Energie verbraucht wird.
Wenn das Hartlöten die Grundmetalle nicht verschmilzt, wie werden sie dann verbunden? Es funktioniert, indem eine metallurgische Verbindung zwischen dem Lot und den Oberflächen der beiden zu verbindenden Metalle hergestellt wird. Das Prinzip, mit dem das Lot durch die Verbindung gezogen wird, um diese Verbindung herzustellen, ist die Kapillarwirkung. Beim Hartlöten werden die Grundmetalle breitflächig erhitzt. Das Lot wird dann mit den erhitzten Teilen in Kontakt gebracht. Es wird durch die Hitze in den Grundmetallen sofort geschmolzen und durch Kapillarwirkung vollständig durch die Verbindung gezogen. Auf diese Weise wird eine Lötverbindung hergestellt.
Zu den Lötanwendungen gehören Elektronik/Elektrotechnik, Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, HVAC/R, Bauwesen und mehr. Die Beispiele reichen von Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge über hochempfindliche Turbinenschaufeln für Düsenflugzeuge und Satellitenkomponenten bis hin zu feinem Schmuck. Hartlöten bietet einen erheblichen Vorteil bei Anwendungen, die das Verbinden von unterschiedlichen Grundmetallen wie Kupfer und Stahl sowie Nichtmetallen wie Wolframkarbid, Aluminiumoxid, Graphit und Diamant erfordern.
Vorteile im Vergleich. Erstens ist eine Lötverbindung eine feste Verbindung. Eine ordnungsgemäß hergestellte Lötverbindung (wie eine Schweißverbindung) ist in vielen Fällen genauso stark oder stärker als die zu verbindenden Metalle. Zweitens wird die Verbindung bei relativ niedrigen Temperaturen hergestellt, die zwischen 620°C und 870°C (1150°F bis 1600°F) liegen. 
Am wichtigsten ist, dass die unedlen Metalle nie geschmolzen werden. Da die unedlen Metalle nicht geschmolzen werden, können sie in der Regel die meisten ihrer physikalischen Eigenschaften beibehalten. Diese Unversehrtheit des Grundmetalls ist charakteristisch für alle Hartlötverbindungen, sowohl für Verbindungen mit dünnem als auch mit dickem Querschnitt. Außerdem wird durch die geringere Hitze die Gefahr der Metallverformung oder des Verziehens minimiert. Bedenken Sie auch, dass bei niedrigeren Temperaturen weniger Wärme benötigt wird - ein erheblicher Kosteneinsparungsfaktor.
Ein weiterer wichtiger Vorteil des Hartlötens ist die einfache Verbindung unterschiedlicher Metalle mit Hilfe von Flussmitteln oder flussmittelhaltigen/beschichteten Legierungen. Wenn man die Grundmetalle nicht schmelzen muss, um sie zu verbinden, spielt es keine Rolle, dass sie sehr unterschiedliche Schmelzpunkte haben. Sie können Stahl mit Kupfer genauso leicht löten wie Stahl mit Stahl. Beim Schweißen verhält es sich anders, da man die Grundmetalle schmelzen muss, um sie miteinander zu verbinden. Wenn Sie also versuchen, Kupfer (Schmelzpunkt 1981°F/1083°C) mit Stahl (Schmelzpunkt 2500°F/1370°C) zu schweißen, müssen Sie ziemlich komplizierte und teure Schweißtechniken anwenden. Da sich ungleiche Metalle mit herkömmlichen Lötverfahren völlig problemlos verbinden lassen, können Sie die Metalle auswählen, die für die Funktion der Baugruppe am besten geeignet sind, da Sie wissen, dass Sie sie problemlos miteinander verbinden können, egal wie stark ihre Schmelztemperaturen voneinander abweichen.
Auch ein Lötverbindung hat ein glattes, vorteilhaftes Aussehen. Der Unterschied zwischen der winzigen, sauberen Kehle einer Lötverbindung und der dicken, unregelmäßigen Wulst einer Schweißverbindung ist wie Tag und Nacht. Diese Eigenschaft ist besonders wichtig für Verbindungen an Konsumgütern, bei denen das Aussehen entscheidend ist. Eine hartgelötete Verbindung kann fast immer "so wie sie ist" verwendet werden, ohne dass eine Nachbearbeitung erforderlich ist - eine weitere Kosteneinsparung.
Das Löten bietet einen weiteren bedeutenden Vorteil gegenüber dem Schweißen, da sich die Bediener in der Regel schneller Fertigkeiten im Löten als im Schweißen aneignen können. Der Grund dafür liegt in den Unterschieden zwischen den beiden Verfahren. Eine lineare Schweißverbindung muss mit einer präzisen Synchronisierung von Wärmezufuhr und Auftrag des Zusatzwerkstoffs hergestellt werden. Eine Hartlötverbindung hingegen neigt dazu, sich durch Kapillarwirkung "selbst herzustellen". In der Tat liegt ein beträchtlicher Teil der Fertigkeiten, die mit dem Hartlöten verbunden sind, im Design und der Konstruktion der Verbindung begründet. Die vergleichsweise schnelle Ausbildung hochqualifizierter Mitarbeiter ist ein wichtiger Kostenfaktor.
Endlich, Metallhartlöten ist relativ leicht zu automatisieren. Die Merkmale des Hartlötprozesses - breite Wärmeanwendung und einfache Positionierung des Hartlotes - tragen dazu bei, dass es keine Probleme geben kann. Es gibt viele Möglichkeiten, die Verbindung automatisch zu erwärmen, viele Formen von Hartlot und viele Möglichkeiten, diese aufzutragen, so dass ein Lötvorgang für fast jede Produktionsstufe leicht automatisiert werden kann.
WIE SCHWEISSEN FUNKTIONIERT
Beim Schweißen werden Metalle durch Schmelzen und Verschmelzen miteinander verbunden, in der Regel unter Zugabe eines Schweißzusatzwerkstoffs. Die dabei entstehenden Verbindungen sind stark - in der Regel so stark wie die verbundenen Metalle oder sogar noch stärker. Um die Metalle zu verschmelzen, wird eine konzentrierte Hitze direkt auf den Verbindungsbereich ausgeübt. Diese Hitze muss eine hohe Temperatur haben, um die Grundmetalle (die zu verbindenden Metalle) und die Schweißzusatzwerkstoffe zu schmelzen. Daher beginnen die Schweißtemperaturen beim Schmelzpunkt der Grundmetalle. 
Das Schweißen eignet sich im Allgemeinen zum Verbinden großer Baugruppen, bei denen beide Metallteile relativ dick sind (0,5"/12,7 mm) und an einem einzigen Punkt verbunden werden. Da die Schweißnaht unregelmäßig ist, wird sie in der Regel nicht für Produkte verwendet, die kosmetische Verbindungen erfordern. Zu den Anwendungsbereichen gehören das Transportwesen, das Bauwesen, die Fertigung und Reparaturwerkstätten. Beispiele sind Roboterbaugruppen sowie die Herstellung von Druckbehältern, Brücken, Gebäudestrukturen, Flugzeugen, Eisenbahnwaggons und -schienen, Pipelines und mehr.
Vergleichbare Vorteile. Da die Schweißwärme intensiv ist, ist sie in der Regel lokal und punktuell; es ist nicht praktikabel, sie gleichmäßig auf eine große Fläche aufzubringen. Dieser punktuelle Aspekt hat seine Vorteile. Wenn Sie zum Beispiel zwei schmale Metallstreifen an einem einzigen Punkt verbinden wollen, ist das elektrische Widerstandsschweißen eine praktische Lösung. Auf diese Weise lassen sich schnell und kostengünstig hunderte und tausende von starken, dauerhaften Verbindungen herstellen.
Wenn die Verbindung jedoch linear und nicht punktuell ist, entstehen Probleme. Die örtlich begrenzte Wärme beim Schweißen kann sich als Nachteil erweisen. Wenn Sie zum Beispiel zwei Metallteile stumpf schweißen wollen, schrägen Sie zunächst die Kanten der Metallteile ab, um Platz für den Schweißzusatz zu schaffen. Dann schweißt man, indem man zunächst ein Ende des Verbindungsbereichs auf Schmelztemperatur erhitzt und dann die Hitze langsam entlang der Verbindungslinie bewegt, wobei man den Schweißzusatz synchron mit der Hitze aufträgt. Dies ist ein typischer, konventioneller Schweißvorgang. Richtig ausgeführt, ist diese Schweißverbindung mindestens so stark wie die verbundenen Metalle.
Dieser Ansatz des linearen Schweißens hat jedoch auch Nachteile. Die Verbindungen werden bei hohen Temperaturen hergestellt, die hoch genug sind, um sowohl die unedlen Metalle als auch den Zusatzwerkstoff zu schmelzen. Diese hohen Temperaturen können Probleme verursachen, z. B. mögliche Verformungen und Verwerfungen der Grundwerkstoffe oder Spannungen im Bereich der Schweißnaht. Diese Gefahren sind minimal, wenn die zu verbindenden Metalle dick sind, aber sie können zu Problemen werden, wenn die Grundmetalle dünne Abschnitte sind. Außerdem sind hohe Temperaturen teuer, denn Wärme ist Energie und Energie kostet Geld. Je mehr Wärme zur Herstellung der Verbindung benötigt wird, desto teurer wird die Verbindung. 
Betrachten wir nun den automatisierten Schweißprozess. Was passiert, wenn man nicht nur eine Baugruppe, sondern Hunderte oder Tausende von Baugruppen zusammenfügt? Das Schweißen ist von Natur aus ein Problem für die Automatisierung. Eine Widerstandsschweißverbindung, die an einem einzigen Punkt hergestellt wird, ist relativ leicht zu automatisieren. Sobald jedoch aus dem Punkt eine Linie wird - eine lineare Verbindung -, muss die Linie erneut verfolgt werden. Es ist möglich, diesen Verfolgungsvorgang zu automatisieren, indem man die Verbindungslinie beispielsweise an einer Heizstation vorbeiführt und den Schweißdraht automatisch von großen Spulen zuführt. Dies ist jedoch ein komplexer und anspruchsvoller Vorgang, der nur bei großen Produktionsserien identischer Teile gerechtfertigt ist.
Beachten Sie, dass die Schweißtechniken ständig verbessert werden. Sie können auf Produktionsbasis mit Elektronenstrahl, Kondensatorentladung, Reibung und anderen Verfahren schweißen. Diese hochentwickelten Verfahren erfordern in der Regel spezielle und teure Geräte sowie komplexe, zeitaufwendige Einstellungen. Überlegen Sie, ob diese Verfahren für kürzere Produktionsläufe, Änderungen in der Montagekonfiguration oder typische tägliche Metallverbindungsanforderungen geeignet sind.
Die Wahl des richtigen Metallverbindungsverfahrens
Wenn Sie Verbindungen benötigen, die sowohl dauerhaft als auch stabil sind, werden Sie wahrscheinlich nur das Schweißen in Betracht ziehen. Hartlöten. Sowohl beim Schweißen als auch beim Hartlöten werden Hitze und Zusatzwerkstoffe verwendet. 
Sie können beide auf Produktionsbasis durchgeführt werden. Die Ähnlichkeit endet jedoch hier. Sie funktionieren unterschiedlich, also denken Sie an diese Überlegungen zum Löten und Schweißen:
Größe der Baugruppe
Dicke der Profile aus unedlem Metall
Anforderungen an Punkt- oder Linienverbindungen
Metalle werden verbunden
Erforderliche Endmontagemenge
Andere Möglichkeiten? Mechanisch befestigte Verbindungen (Schraub-, Pfahl- oder Nietverbindungen) sind in Bezug auf Festigkeit, Stoß- und Vibrationsfestigkeit sowie Dichtheit im Allgemeinen nicht mit Hartlötverbindungen vergleichbar. Kleben und Löten bieten zwar dauerhafte Verbindungen, aber im Allgemeinen können beide nicht die Festigkeit einer Lötverbindung bieten, die gleich oder höher ist als die der Grundmetalle selbst. Auch können sie in der Regel keine Verbindungen herstellen, die Temperaturen über 93°C (200°F) standhalten. Wenn Sie dauerhafte, robuste Metall-Metall-Verbindungen benötigen, ist das Hartlöten ein starker Konkurrent.