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Grundlagenwissen

Richtig Löten - Lötverfahren und Unterschiede zum Schweißen

| Redakteur: Frauke Finus

Löten stellt ein thermisches Verfahren zum schlüssigen Fügen von Werkstücken dar. Löten gehört dabei zu den elektrischen Verbindungstechniken.

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Im Gegensatz zum Schweißen schmilzt der Laser beim Löten das Grundmaterial nicht auf. Stattdessen wird es vom Füllmaterial lediglich benetzt. Die beiden Fügepartner verbinden sich so auf Mikroebene. Das ist ein wichtiger Faktor, denn ein Verschmelzen beider Materialien würde die Korrosionsanfälligkeit erhöhen.
Im Gegensatz zum Schweißen schmilzt der Laser beim Löten das Grundmaterial nicht auf. Stattdessen wird es vom Füllmaterial lediglich benetzt. Die beiden Fügepartner verbinden sich so auf Mikroebene. Das ist ein wichtiger Faktor, denn ein Verschmelzen beider Materialien würde die Korrosionsanfälligkeit erhöhen.
( Bild: Trumpf )

Beim Löten werden zwei Werkstücke miteinander verbunden. Durch diesen Prozess entsteht eine flüssige Phase, dies wird entweder durch Schmelzlöten (Schmelzen eines Lotes) oder durch Diffusionslöten (Diffusion an den Grenzflächen) erreicht. Das Werkstück wird dabei in der Tiefe nicht aufgeschmolzen, sodass lediglich eine Oberflächenlegierung entsteht. Die Liquidustemperatur der Grundstoffe wird bei diesem Verfahren nicht erreicht. Nachdem das Lot erstarrt ist, entsteht eine stoffschlüssige Verbindung ähnlich dem Schweißen.

Schneller, präziser und sparsamer: Induktive Lötprozesse

Was ist der Unterschied zwischen Löten und Schweißen?

Beim Schweißen wird die Liquidustemperatur jener Teile, die verbunden werden sollen, stark überschritten, während beim Metall löten zwar die Bindung chemisch gesehen ident sein kann, die Liquidustemperatur jedoch kaum oder gar nicht überschritten wird. Je nach dem, welche Hilfsmittel zum Metall löten oder Schweißen eingesetzt werden, (Schweißdraht, Lotpaste, Lotdraht) ist die entstehende Verbindung von unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung.

Was ist der Unterschied zwischen Hartlöten und Weichlöten?

In der Industrie kommen folgende Verfahren beim Metall löten zur Anwendung:

  • Hartlöten
  • Weichlöten
  • Hochtemperaturlöten

Der Unterschied zwischen Hartlöten und Weichlöten besteht in der Liquidustemperatur des Lotes. Beim Weichlöten beträgt die Temperatur unter, beim Hartlöten über 450°C. Das Hochtemperaturlöten hingegen wird zum Verbinden von hoch belasteten Bauteilen eingesetzt und in speziellen Vakuumöfen durchgeführt. Dieses flussmittelfreie Lötverfahren findet bei Temperaturen von über 900° statt, als Werkstoffe werden Kobalt-, Nickel- und Kupferlote verwendet.

Weitere Informationen zum Selektivlöten finden Sie hier.

Geschichtlicher Hintergrund zum Löten

Lösungen für das das Kupferlackdraht-Löten bietet zum Beisepiel Eutect.
Lösungen für das das Kupferlackdraht-Löten bietet zum Beisepiel Eutect.
( Bild: Eutect )

Löten stellt eine sehr alte Fügetechnik dar, die nachweislich schon um 5000 v. Chr. eingesetzt wurde. Die damals bekannten Metalle Gold, Silber und Kupfer wurden zu Schmuck- oder Kultgegenständen verarbeitet, wobei das Löten als Verbindungstechnik diente. Durch das sogenannte Reaktions- oder Diffusionslöten wurden die in der CO-Atmosphäre des Holzkohlenfeuers entstandenen Kupfersalze reduziert, sodass die Anteile an Kupfer durch die chemische Reaktion mit Silber oder Gold eine lötfähige Legierung ergaben. Das entstandene Produkt weist einen niedrigeren Schmelzpunkt auf, als die reinen Metalle Gold, Silber und Kupfer. Erst Jahrhunderte später ging man dazu über, eine schon vorhandene Legierung als Lotzugabe einzusetzen. Als Beispiel für diese bereits hoch entwickelten Lötverfahren kann die ägyptische Goldmaske des Königs Tutanchamun dienen.

Optimiertes Selektivlöten mit Titan-Lötmaskentechnik

Was wird zum Löten von Metall benötigt?

  • Lote
  • Flussmittel
  • Instrument zur Wärmegenerierung (Lötkolben oder -brenner)

1. Lote

Um eine Lötverbindung herzustellen, kommen als Werkstoff sogenannte Lote zum Einsatz. Diese liegen meist als Lötdraht oder Lotpaste vor. Lote enthalten oft bereits ein Flussmittel, dieses ist bei Weichloten in eigene Hohlkammern eingearbeitet, während es bei Hartloten als eingefärbte Umhüllung vorliegt. Dieses Flussmittel verbleibt oft als Rückstand auf der Lötstelle. Soll das Löten ohne Flussmittel erfolgen (zum Beispiel Vakuumlöten) ist die Oberfläche der zusammenzufügenden Werkstücke rein zu halten, das Löten selbst ist unter Schutzgas oder Vakuum auszuführen. Zum Löten von Glas und Keramik werden Glaslote verwendet, diese bestehen aus dem Pulver eines Glases mit niedrigem Schmelzpunkt und werden pastös verarbeitet.

2. Flussmittel

Damit der beim Metall löten entstehende Diffusionsprozess stattfinden kann, müssen die zu lötenden Teile blank und frei von Verschmutzungen oder oxidierenden Stellen sein. Da fast immer unter Einwirkung von Luft gelötet wird und der Sauerstoff der Luft zu einer Oxidation der zu lötenden Oberflächen führt, wird vor dem Lötvorgang ein Flussmittel auf die zu lötenden Stellen aufgetragen. Durch das Flussmittel wird die Oberfläche entoxidiert und eine erneute Oxidation verhindert. Auch wird der Einschluss von Fremdkörpern, die beim Metall löten entstehen können, unmöglich gemacht und die Oberflächenspannung des flüssigen Lotes verringert. Viele Flussmittel müssen nach dem Löten vollständig beseitigt werden, da es sonst zu Korrosionsbildung kommen kann.

Weiterentwickelte Chemisch-Nickel-Beschichtung erspart nachfolgende Prozessschritte

3. Generierung von Wärme

Die zum Löten benötigte Wärme wird mittels eines Lötkolbens oder -brenners erzeugt, in manchen Fällen kommt auch heißer Dampf, Laser oder ein Lichtbogen (Lichbogen-Löten) zum Einsatz. Der Lötkolben wird beim Metall löten eingesetzt und dient dazu, das zu lötende Metall aufzuschmelzen, um es sodann durch den Weichlötvorgang zu verbinden. Beim Lötvorgang werden die zu lötenden Metallteile mittels Lötkolben erhitzt und mit Lötzinn benetzt, der in der Hitze schmilzt. Dadurch entsteht eine haltbare und elektrisch leitende Verbindung der beiden Metallteile. Man unterscheidet fremdbeheizte Lötkolben - eingesetzt bei großer Abfuhr von Wärme durch das Lötgut - elektrische Lötkolben - bestückt mit auswechselbarer Lötspitze - und Lötpistolen, welche sich durch eine kurze Anheizzeit vor dem Löten auszeichnen.

Mehr Informationen zum Laserlöten finden Sie hier.

Kuka zeigt in diesem Video, wie man mit dem Laser automatisiert Laserschweißen, Laserschneiden, Laserlöten und Laser-Hybrid-Schweißen kann.

Was muss beim Löten beachtet werden?

Vor dem Löten sollten die zu lötenden Werkstücke stets frei von Schmutz, Lacken, Oxiden sowie Fetten sein. Die metallischen Oberflächen sollten beim Metall löten stets blank sein, um eine gute Benetzung durch das Flussmittel zu ermöglichen. Dadurch wird der Lötvorgang wesentlich unterstützt. Im Elektronikbereich ist es sinnvoll, vor dem Löten die zu lötenden Drähte zu verzinnen. Dadurch wird die Lötzeit verringert und das Flussmittel löst während des Lötvorgangs die sich ständig auf den Drähten neu bildenden Oxidschichten auf. Dadurch werden die Werkstücke vor erneuter Oxidation geschützt und die Fließfähigkeit des Lotes wird erhöht. Allerdings muss beim Löten die Temperatur der Werkstücke der Temperatur des flüssigen Lotes entsprechen. Bei Werkstücken mit hoher Empfindlichkeit gegen Wärme - etwa elektronischen Bauteilen – sind beim Löten stets maximale Lötzeiten einzuhalten. Da die Festigkeit bei weichen Loten meist unter jener der zu lötenden Werkstücke liegt, sollte bei hoher Einwirkung von mechanischen Kräften eine möglichst dünne Lötschicht gewählt werden.

Dieses neue „Lasermesser“ lötet besser

Der Prozess des Laserlötens.
Der Prozess des Laserlötens.
( Bild: Trumpf )

Welche Materialien lassen sich löten?

Die Verwendung des richtigen Lots sowie des richtigen Flussmittels vorausgesetzt, sind fast alle Metalle zum Löten geeignet. Kupfer und Nickel sowie deren Legierungen, des weiteren Eisen, Stähle und Edelmetalle lassen sich mit handelsüblichen Universal-Loten sowie Universalflussmitteln bearbeiten. Für das Löten von Aluminium und -legierungen, Hartmetallen, Chrom, Molybdän und Wolfram sowie für Werkstoffe, welche jenen des Weichlotes ähnlich sind, ist zum Metall löten der Einsatz von Spezial-Loten sowie speziellen Flussmitteln notwendig. Bei Titan, Zirkonium und Beryllium sowie Keramiken aus Metalloxid sind für den Lötvorgang Spezial-Lote sowie die Anwendung eigener Lötverfahren erforderlich.

Ersa zeigt in diesem Video eine Reflowlötanlage.

Arten von Loten

Lote werden in Hart- und Weichlote unterschieden.

1. Hartlote

Als Hartlote werden Legierungen auf Messing- oder Neusilber-Basis bezeichnet, welche einen hohen Silbergehalt sowie eine Erweichungstemperatur von über 450°C aufweisen. Hartlote sind in Stangen- oder Stabform, als Draht oder Folie oder in Form einer Lotpaste erhältlich. Bei im Handel erhältlichen Hartlotpasten ist bereits ein Flussmittel enthalten, sodass der separate Einsatz eines Flussmittels nicht erforderlich ist. Hartlote eignen sich - im Gegensatz zum Weichlot - für Verbindungen, welche einer hohen mechanischen oder thermischen Beanspruchung unterliegen. Eine Hartlotverbindung ist meist durch eine höhere Festigkeit als die zu lötenden Werkstücke gekennzeichnet. Beim Metall löten ist darauf zu achten, dass Edelstähle mit Chrom- Molybdän- oder Wolframanteil meist schwierig hartlötbar sind. Im Zweifelsfall sind eigene Löttests erforderlich. Falls diese unbefriedigend verlaufen, sollte man diese Werkstoffe nicht löten, sondern schweißen. Als Wärmequellen für Hartlote werden Gasbrenner und Industrielaser benutzt.

Nanopartikeln an Löt-Arbeitsplätzen messen

Gängige Hartlote sind:

  • Silberlote
  • Legierungen aus Silber, Kupfer, Cadmium und Zink mit geringen Nickel/Mangan-Anteilen.
  • Messinglote
  • Legierungen aus Kupfer und Zink, denen Silber, Silicium und Mangan zugesetzt ist.
  • Phosphorlote
  • Legierungen aus Phosphor und Kupfer.
  • Hartlote für das Löten von Aluminium

2. Weichlote

Im Gegensatz zu Hartlotverbindungen weichen Weichlote nach dem Löten lediglich eine durchschnittliche Festigkeit auf. Diese Technik wird daher vor allem in der Elektronik, bei Haushaltsinstallationen sowie in der Kunst (Bleiglas-Technik) eingesetzt. Zum Metall löten nach der Weichlöt-Technik werden heute elektrische Lötkolben mit austauschbarer Lötspitze eingesetzt. Diese erreichen beim Löten eine Temperatur von etwa 60°C bis 420°C und sind digital und analog einstellbar. Wegen der Spritzgefahr von Lot und Flussmittel sollte beim Löten stets mit Schutzbrille gearbeitet werden, des weiteren ist zu empfehlen, die Arbeiten wegen der gesundheitsschädlichen Dämpfe der Flussmittel stets unter einer Luftabzugsvorrichtung durchzuführen.

Automatisiertes Löten

Trafo-Kupferprofile im Transformatorenbau: Die Bauteile werden mithilfe eines Eldec-Generators MICO-L 50 MF und einer Hilfsvorrichtung zur Aufnahme des Werkstücks verlötet.
Trafo-Kupferprofile im Transformatorenbau: Die Bauteile werden mithilfe eines Eldec-Generators MICO-L 50 MF und einer Hilfsvorrichtung zur Aufnahme des Werkstücks verlötet.
( Bild: Emag )

Häufig verwendete Weichlote sind:

  • Zinnlote

Diese stellen Legierungen aus Zinn und Blei dar und enthalten geringe Anteile von Eisen, Antimon, Kupfer und Nickel. Der Schmelzpunkt von Zinnloten liegt beim Metall löten unter 330°C.

Ein Fachbuch, das die Grundlagen des Lötens vermittelt, ist die Loseblattsammlung „Löten“.

Außerdem zu empfehlen ist der Tagungsband des 9. Kolloquiums Hart- und Hochtemperaturlöten und Diffusionsschweißen.

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