Welche Materialien werden beim Schweißlöten verwendet? Ein Leitfaden zu Zusatzwerkstoffen, Flussmitteln und Schutzgasen

Obwohl der Begriff „Schweißlöten“ nicht standardisiert ist, weist er auf einen häufigen Verwechslungsbereich zwischen zwei unterschiedlichen, aber verwandten Metallfügeverfahren hin: Schweißen und Löten. Der Hauptunterschied liegt in den verwendeten Materialien und deren Wechselwirkung mit den zu verbindenden Teilen. Beim Löten wird ein Zusatzwerkstoff verwendet, der bei einer niedrigeren Temperatur als die Grundmetalle schmilzt und diese wie ein hochfester Klebstoff verbindet, während beim Schweißen die Grundmetalle selbst geschmolzen werden, um sie miteinander zu verschmelzen, oft mit einem kompatiblen Zusatzwerkstoff.

Die wichtigste Unterscheidung ist diese: Beim Löten schmilzt das Grundmetall nicht, sondern nur der Zusatzwerkstoff. Beim Schweißen ist der Prozess darauf ausgelegt, die Kanten der Grundmetalle zu schmelzen und zu verschmelzen, wodurch ein einziges, durchgehendes Stück entsteht. Dieser grundlegende Unterschied bestimmt die Wahl aller beteiligten Materialien, von Zusatzwerkstoffen über Flussmittel bis hin zu Schutzgasen.

Der grundlegende Unterschied: Schmelzen vs. Benetzen

Das Verständnis der Materialien beginnt mit dem Verständnis des Kernmechanismus jedes Prozesses. Sie erreichen dasselbe Ziel – das Verbinden von Metall – auf grundlegend unterschiedliche Weisen.

Wie Schweißen funktioniert

Schweißen verbindet Materialien, indem die Werkstücke an der Verbindungsstelle geschmolzen werden. Es bildet sich ein Schmelzbad aus den Grundmetallen, das abkühlt und eine starke, verschmolzene Verbindung bildet.

Oft wird ein Zusatzwerkstoff zu diesem Schmelzbad hinzugefügt, um die Festigkeit zu erhöhen oder Spalten zu füllen. Das Schlüsselprinzip ist, dass der Zusatzwerkstoff metallurgisch mit den Grundmetallen kompatibel sein muss, da sie sich alle im flüssigen Zustand vermischen.

Wie Löten funktioniert

Löten verbindet Metalle unter Verwendung eines Zusatzwerkstoffs, dessen Schmelzpunkt unter dem der zu verbindenden Grundmetalle liegt (speziell über 450°C oder 842°F). Die Grundmetalle werden erhitzt, schmelzen aber nie.

Das geschmolzene Lot fließt durch einen Prozess namens Kapillarwirkung zwischen die eng anliegenden Oberflächen der Verbindung. Es fungiert wie ein metallischer Klebstoff und erzeugt beim Abkühlen eine metallurgische Verbindung, ohne die Grundmetalle zu verändern.

Materialien, die beim Löten verwendet werden

Löten basiert auf zwei Schlüsselmaterialien, die zusammenwirken: einem Zusatzwerkstoff und einem Flussmittel.

Lötzusatzwerkstoffe

Lötzusatzwerkstoffe sind Legierungen, die mit spezifischen Schmelztemperaturen und Fließeigenschaften entwickelt wurden. Gängige Familien umfassen:

• Silberlegierungen: Werden zum Verbinden der meisten Eisen- und Nichteisenmetalle verwendet, ausgenommen Aluminium und Magnesium. Sie bieten hohe Festigkeit und Duktilität.
• Kupfer- und Kupfer-Phosphor-Legierungen: Werden hauptsächlich zum Verbinden von Kupfer, Messing und Bronze verwendet. Der Phosphor wirkt beim Verbinden von Kupfer mit Kupfer als Flussmittel, wodurch ein separates Flussmittel überflüssig wird.
• Aluminium-Silizium-Legierungen: Werden speziell zum Löten von Aluminiumlegierungen verwendet. Ihre Schmelztemperatur liegt knapp unter der der Aluminium-Grundmetalle.
• Nickellegierungen: Werden für Hochtemperaturanwendungen und zum Verbinden von Edelstählen oder hitzebeständigen Legierungen gewählt und bieten überlegene Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit.

Die Rolle des Flussmittels

Flussmittel ist eine chemische Verbindung, die vor dem Erhitzen auf die Verbindungsstelle aufgetragen wird. Ihr Zweck ist es, die Oberflächen zu reinigen, sie während des Erhitzens vor Oxidation zu schützen und dem geschmolzenen Zusatzwerkstoff zu helfen, die Grundmetalle zu "benetzen" und reibungslos darüber zu fließen. Es ist ein kritisches Material für eine erfolgreiche Lötung.

Materialien, die beim Schweißen verwendet werden

Schweißmaterialien, oft als Verbrauchsmaterialien bezeichnet, umfassen Zusatzwerkstoffe und, in vielen Prozessen, Schutzgase.

Schweißzusatzwerkstoffe

Die primäre Regel beim Schweißen ist, dass der Zusatzwerkstoff mit dem Grundmetall kompatibel sein muss. Sie schweißen Stahl mit einem Stahlschweißstab und Aluminium mit einem Aluminiumschweißdraht.

• Elektroden (Stäbe): Werden beim Lichtbogenhandschweißen (E-Hand-Schweißen) verwendet. Dies sind Metallstäbe, die mit Flussmittel beschichtet sind. Das Flussmittel verbrennt, um ein Schutzgas zu erzeugen, und bildet eine Schlackenschicht über der fertigen Schweißnaht, um diese beim Abkühlen zu schützen.
• Drahtspulen: Werden beim MIG- (GMAW) und Fülldrahtschweißen (FCAW) verwendet. Eine Maschine führt diesen Draht kontinuierlich in das Schmelzbad. Einige Drähte sind massiv und erfordern ein separates Schutzgas, während andere einen Flussmittelkern haben.
• Zusatzstäbe (geschnittene Längen): Werden beim WIG-Schweißen (GTAW) verwendet. Dies sind blanke Zusatzstäbe, die der Schweißer manuell in das geschmolzene Schweißbad taucht.

Schutzgase

Beim MIG- und WIG-Schweißen ist Schutzgas ein kritisches Material, das durch den Schweißbrenner geführt wird. Sein einziger Zweck ist es, das geschmolzene Schmelzbad vor Sauerstoff, Stickstoff und Wasserdampf in der Atmosphäre zu schützen, die sonst die Schweißnaht verunreinigen und schwächen würden.

Gängige Schutzgase sind Argon, Helium, Kohlendioxid (CO2) oder verschiedene Mischungen dieser Gase, die je nach zu schweißendem Metall und gewünschter Leistung ausgewählt werden.

Die Kompromisse verstehen

Die Wahl zwischen diesen Prozessen ist eine Frage der technischen Kompromisse, die direkt mit den Materialien und ihrem Verhalten zusammenhängen.

Verbindungsfestigkeit und Temperatur

Schweißen verschmilzt die Grundmetalle und erzeugt im Allgemeinen eine Verbindung, die so stark oder stärker ist als das Originalmaterial und sehr hohen Temperaturen standhalten kann. Die Festigkeit und Temperaturgrenze einer gelöteten Verbindung werden durch den Zusatzwerkstoff bestimmt, der von Natur aus schwächer ist und einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Grundmetall hat.

Auswirkungen auf Grundmetalle

Die intensive, lokalisierte Hitze des Schweißens erzeugt eine Wärmeeinflusszone (WEZ), die die mechanischen Eigenschaften, wie Härte und Duktilität, des das Schweißgut umgebenden Grundmetalls verändern kann. Löten verwendet viel niedrigere Temperaturen, verteilt die Wärme breiter und minimiert thermische Verformungen oder Schäden an den Grundmetallen.

Verbinden ungleicher Metalle

Löten eignet sich hervorragend zum Verbinden ungleicher Metalle (z. B. Kupfer mit Stahl). Da die Grundmetalle nicht schmelzen, müssen Sie lediglich einen Zusatzwerkstoff finden, der metallurgisch mit beiden kompatibel ist. Das Schweißen ungleicher Metalle ist aufgrund inkompatibler Schmelzpunkte, Chemikalien und Ausdehnungsraten extrem schwierig und oft unmöglich.

Prozesskomplexität und Finish

Gelötete Verbindungen sind oft sauberer, präziser und erfordern wenig bis keine Nachbearbeitung durch Schleifen oder Finishen. Schweißen kann Spritzer und eine rauere Naht erzeugen, die häufig aus kosmetischen oder funktionalen Gründen gereinigt werden muss.

So wählen Sie das richtige Verfahren aus

Das Ziel Ihres Projekts bestimmt, welches Verfahren und welche Materialien die richtige Wahl sind.

• Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf maximaler Verbindungsfestigkeit und Hochtemperaturleistung liegt: Wählen Sie Schweißen und stellen Sie sicher, dass der Zusatzwerkstoff mit Ihrem Grundmetall kompatibel ist.
• Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf dem Verbinden ungleicher Metalle oder der Minimierung von Wärmeverzug liegt: Wählen Sie Löten und wählen Sie einen Zusatzwerkstoff mit der geeigneten Fließtemperatur und Festigkeit für Ihre Anwendung.
• Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf dem Verbinden dünner, empfindlicher oder hitzeempfindlicher Komponenten liegt: Der geringere Wärmeeintrag beim Löten macht es zur sichereren und kontrollierbareren Wahl.
• Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf einem sauberen, fertigen Aussehen mit minimaler Nachbearbeitung liegt: Löten liefert oft eine sauberere Verbindung, die direkt nach dem Abkühlen einsatzbereit ist.

Das Verständnis der Funktion dieser Materialien ermöglicht es Ihnen, den Prozess auszuwählen, der die Integrität, Festigkeit und Leistung Ihrer endgültigen Komponente gewährleistet.

Zusammenfassungstabelle:

Verfahren	Schlüsselmaterialien	Primäre Funktion	Schlüsselmerkmal
Löten	Zusatzwerkstoff (z. B. Silber, Kupferlegierungen), Flussmittel	Verbindet Metalle durch Kapillarwirkung, ohne die Grundmetalle zu schmelzen.	Grundmetalle schmelzen nicht; niedrigere Prozesstemperatur.
Schweißen	Zusatzwerkstoff (z. B. Elektroden, Draht), Schutzgas (z. B. Argon)	Verschmilzt Grundmetalle, indem sie miteinander geschmolzen werden.	Grundmetalle schmelzen; erzeugt eine Wärmeeinflusszone (WEZ).

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