Aluminiumlöten Grundlagen
Besonderheiten beim Löten von Aluminium und Aluminiumlegierungen
Die Aluminium-Oxidschicht
Um eine einwandfreie Benetzung der Werkstückoberfläche zu gewährleisten, muss zuerst die für das Löten hinderliche Fremd- und Oxidschicht entfernt werden. Die stabile Aluminiumoxidschicht stellt hohe Anforderungen an die Fügetechnik. Reines Aluminium schmilzt bei ca. 660°C und Aluminiumlegierungen zwischen 500°C und 660°C, die Oxidschicht des Aluminiums hingegen schmilzt erst ab einer Temperatur von 1500°C bis 2000°C, daher ist ein thermisches Zersetzen der Oxide nicht möglich.
Aluminium Löten – Beseitigung der Oxidbeläge
Die die Oxidschicht des Aluminiums lässt sich chemisch durch ein geeignetes Flussmittel entfernen. Die Auswahl des Flussmittels richtet sich dabei nach der Löttemperatur des verwendeten Alulotes, der Aluminiumlegierung die gelötet werden soll und nach der Möglichkeit der Entfernung der Flussmittelreste nach dem Löten.
Eine weitere Möglichkeit die Oxide zu beseitigen ist die mechanische Entfernung der Oxidhaut, wie sie beim Reiblöten praktiziert wird. Das Reiblöten spielt in der industriellen Fertigung keine Rolle. Reiblöten wird vornehmlich im Hobby-, Modellbau-, und Handwerksbereich eingesetzt. Dort hat es seine Hauptanwendungsgebiete bei Reparaturen und Verbindungslötungen unterschiedlichster Bauteile. Der Vorteil des Reiblötens ist die Tatsache, dass es in der Regel keine Rolle spielt, welche Legierung gelötet werden soll. Die Grenzen des Reiblötens von Aluminium liegen in der Masse der Bauteile und den Handfertigkeiten des Anwenders. Kapillarlötungen sind mit Reiblöten nicht möglich.
Aluminium zeigt keine Anlassfarben
Weiterhin ist für den Lötprozess bzw. für das Erwärmen von Bedeutung, dass Aluminium im Gegensatz zu Stählen und anderen Grundwerkstoffen keine Anlassfarben ausbildet. Als Indikator für das Erreichen der Arbeitstemperatur dient beim Hartlöten von Aluminium ausschließlich das Flussmittel, welches ab einem Temperaturbereich von 460°C bis 500°C zu schmelzen beginnt. Dies kann als Temperaturindikator in Bezug auf die Zuführung des Lotes herangezogen werden.
Hohe Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums
Beim Löten von Aluminium ist die hohe Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums zu beachten. Diese liegt bei 20 °C bei ca. 200 W/m*K. Die Wärmeleitfähigkeit von Stahl liegt im Vergleich dazu nur bei ca. 50 W/m*K. Die Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums ist also um ein Vielfaches höher, als die des Stahls. Beim Löten von Aluminium muss daher wesentlich mehr Wärme zugeführt werden als bei Stahl, um die gleiche Löttemperatur zu erreichen. Aus dieser Erkenntnis ergibt sich ein häufig zu beobachtender Fehler, insbesondere beim Flammlöten von Aluminium. Für die Erwärmung werden zu kleine Brenner bzw. Brennereinsätze gewählt, so dass der Erwärmungsprozess zu lange dauert und das Flussmittel seine Wirkung einstellt.
Aluminiumlöten – Lötbarkeit von Aluminiumwerkstoffen
Rein- und Reinstaluminium lassen sich ohne besondere Schwierigkeiten hart- und weichlöten. Da aber die Löttemperatur die Rekristallisationstemperatur übersteigt, sinkt die Festigkeit von kaltverformtem Grundwerkstoff im Bereich der Lötstelle auf die Festigkeitswerte von weichgeglühtem Aluminium ab.
Schwierigkeiten beim Löten von Aluminium-Knetlegierungen ergeben sich besonders aus dem Magnesiumgehalt. Legierungen mit bis zu 0,8 – 1,0 % Magnesium lassen sich allgemein auch noch recht gut mit nicht korrosivem Flussmittel der Gruppe FL 20 (F 400 NH) löten (AlMg 1; AlMgSi 0,5 AlCuMg 1), für Legierungen mit höheren Magnesiumgehalten (AlMg 2; AlMg3Si…) sind für das Hartlöten spezielle, korrosive Flussmittel der Gruppe FL 10 (F 400 MD) erforderlich.
Als Grenze für die Lötbarkeit wird ein Magnesiumgehalt von ca. 3% angesehen.
Unter den Gusslegierungen sind die magnesiumarmen Legierungen, z.B. G-AlSi 1 und G-AlSi 2 gut lötbar. Mit zunehmendem Siliziumgehalt erniedrigt sich der Schmelzpunkt der Grundwerkstoffe, so dass die Bedingungen für das Hartlöten nicht mehr gegeben sind.
Aluminiumlöten - Vor- und Nachbehandlung der Bauteile
Für Teile aus Reinaluminium ist Entfetten als Vorbehandlung häufig ausreichend. Knetlegierungen können auch mit Natronlauge gebeizt werden. Nach dem Löten müssen die korrosiv wirkenden Flussmittelrückstände restlos entfernt werden. Zweckmäßig ist das Tauchen bzw. Abduschen der noch nicht auf Raumtemperatur abgekühlten Teile in Wasser. Danach sind in den überwiegenden Fällen, insbesondere bei Verwendung des Aluminium Flussmittels F 400 MD die Flussmittelreste entfernt. Sollten noch Flussmittelreste vorhanden sein, können diese anschließend mechanisch entfernt werden. Die Flussmittelreste der Flussmittelgruppe FL 20 sind nicht korrosiv und können im Allgemeinen nach dem Löten auf dem Bauteil belassen werden, wenn die Lötstelle vor Feuchtigkeit geschützt wird.
Aluminiumlöten - empfohlene Vorgehensweise beim Hartlöten von Aluminium
- die Bauteile müssen vor dem Löten sauber und fettfrei sein
- vorzugsweise sollte mit Brenngas/Luft oder Brenngas/Sauerstoff gelötet und ein großer Löteinsatz verwendet werden
- die Bauteile müssen gleichzeitig und gleichmäßig auf die notwendige Löttemperatur gebracht werden
- verwendet man separates Flussmittel, sind die Bauteile vor dem Löten damit einzustreichen
- das Flussmittel dient als Anzeigehilfe für das Erreichen der Arbeitstemperatur.
- das pastenförmige Flussmittel trocknet bei der Erwärmung ab und wird danach wieder flüssig (klare Flüssigkeit) -> dies ist der Zeitpunkt, an dem die Arbeitstemperatur erreicht ist und das Lot zugeführt werden kann.