DE1552968A1 - Verfahren zum Hartloeten von Aluminium an Eisenmetall - Google Patents
Verfahren zum Hartloeten von Aluminium an EisenmetallInfo
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Description
4624
Robert Reed Shellman und Dominick Monaco, Long Island,New York und G rlstadt,New Jersey, VSTA
Verfahren zum Hartlöten von Aluminium an Eisenmetall ,
Die Erfindung bezieht sich auf ei» Verfahren zum Hartlöten
von Aluminium vorwiegend an beispielsweise Eieenmetallen, um
Verbindungen zwischen Aluminium- und Eisenzylinaarn und
flachen Stücken, wie z.B. Blechen, herzusteilen.
Das vorliegende Verfahren kann auch zum Hartlöten von
Aluminium an andere Materialien, z.B.Titan, Nickel und
Nickellegierungen verwendet werden.
Bei einem bekannten Verfahren wird das Eisenstück oder das andere Teil, das mit dem Aluminium zu verbinden ist,
aufgerauht und anschließend mit einem S tndstrahlgebläse
behandelt, und Bänder aus rostfreiem Stahl werden dazu benutzt, um eine übermäßige Azsdehnung zu verhindern.
Die Erfindung vermeidet die obigen Arbeitsschritte, nämlich
das Aufrauhen, die S ndstrahlreinigung und die Verwendung der Stahlbänder.
Die Aufgabe' der Erfindung besteht darin, ein neues und verbessertes Verfahren zum Hartlöten von Aluminium an anderen
Metallen," einschließlich beispielsweise von Eisenlegierungen, Titan, Nickel und deren Legierungen, zu
schaffen. Die Erfindung erleichtert z.B. das H%rtverlöten von Aluminiumzylindeι·η mit Eisenzylindern.
BAD ORIGINAL 9 0-9884/0823
Beim Verfahren gemäß der Erfindung werden die zu verbindenden
Teile gemeinsam abgeschrägt, um einen ineinandergreifenden Sitz zu ermöglichen, der bei Zimmertemperatur ein
vorbestimmtes Endspiel hat. Das Eieenstück wird vorzugsweise
abgeschrägt , mit Aluminium überzogen und in das Aluminiumstück eingesetzt, das den gleichen Abschrägungswinkel
wie das überzogene ilisenstück auf v/eist. Des Spiel
bei Zimmertemperatur ist so berechnet, daß der richtige
Sitz und das richtige Spiel bei der Löttemperatur für die Loblegierung vorhanden sind.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens werden folgende Veri'ahrensschrixte ausgeführt
: D-r.s Abschrägen des Stückes, das nichc aus
Aluminium besteht das überziehen des abgeschrägten Teils
zuzüglich eines erweiterten R-ndes dieses Stückes nit;
^esohnolzenera He tall, das sum größten Teil aus Aluminium
zusa-imienresetzt ist, das Abschrägen des Aluminiumstückes
zv/eckj Schaffung eines vorbestimmten Endspieles bei der
Lottemperatur, das Ineinanderschieben der Teile der beiden
miteinander zu verbindenden Stücke, das Zuführen einer
Lötlegierung zur ineinandergreife.ilen Verbindungsstelle,
das Vorwärmen der zusammengesteckten Kombination aux' etwa 4320C - 5930O ( 9000F bis HOO0I1) una das Einsetzen
der zusammengesteckten Kombination in ein Schmelzbad, das eine Temperatur oberh-' Ib des Schmelzpunktes der Lötlegierung
und unterhalb der Schmelzpunkte der lie tails tücke hat,
und zwar über eine ausreichend lange Zeitspanne, um die Iötlegierung zu schmelzen und zum fließen zu bri.^en.
Die Erfindung wird nun auch anhand der beiliegenden Ab bildungen ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Be-
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1552368
Schreibung und den Abbildungen hervorgehenden Einzelheiten
oder Merkmale zur lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Willen zur Patentierung in
die Anmeldung aufgenommen wurden. Es zeigen:
Mg. 1 eine D;rs te llung eines Ausführungsbeispiels des Ver.-fahrens
bei Zimmertemperatur,
Fig. 2 das Ausführungsbeispiel nach I1Ig. 1 bei der Hartlot-Temperatur,
Fig. 3 den Vorgang und die Theorie der Erfindung,
3?ig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Aua den !figuren ist zu ersehen, daß ein Eisenzylinder 1 und
ein Aluminiumzy linder 2 mit dem gleichen Konuswinkel a
maschinell bearbeitet sind. Die Teile sind derart maschinell bearbeitet, daß das Endspiel A - 0 einen vorbestimmten Wert
bei Zimmertemperatur hat, der so berechnet ist, daß er das
gewünschte Spiel bei der Hartlot-Temperatur bringt.
Die Pig* 2 zeigt die selben Seile, wie die Fig. 1 bei der
H..rtlöt-Temperatur. Es wird darauf hingewiesen, daß der Abstand
bezw. das Spiel A-G sich auf einen sehr kleinen Wert in der Größenordnung von einigen Hundertstel eines Millimeters
( Tausendstel eines Zolls) verringert hat, der ausreicht, um die Zuführung der Lötlegierung zu gestatten. Dieser Vorgang
ist deshalb möglich, da sich das Aluminium mit einer größeren Geschwindigkeit ausdehnt, als das Eisenmetall. Bei Aluminium
vom Typ 6061 und rostfreiem Stahl vom Typ 304 ist beispielsweise
das Verhältnis so, da3 sich das Aluminium beim Übergaiir von
der Simiaartenperatur auf die Lot temperatur etwa 0,0OiH c.~ pro
Durchmesser mehr ausweiset, als das Eisenmetall.
M -ch&em daher die Teile hartverlötet sind und sich abgekühlt
habe!:, ist das Aluminixuastück mit dem Eisenstück verbunden.
Dies iet auf das richtige una rlsicluräßige Spiel bei der
H, rtlöx-Tenperatur cmrüokzufuhren, das wiederum durch, den ko-
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BAD ' W
BAD ' W
nischen Sitz ermöglicht wird. Dadurch wird das Einschließen
von Flußmitteln oder Schmelzmittel vermieden, das "bekannt lieh
eine vollständige Verbindung verhindert und ein Ätzen und aine Korrosion bewirkt.
Typische entsprechende relative Ausdehnungskoeffizienten für andere Metalle werden nachstehend aufgeführt:
Kohlenstoffstahl - 0,0075
restfreier Stahl Reihe 300 - 0,010
rostfreier Stahl Reihe 400 - 0,0064
Titan - 0,0054
Nickel - 0,008
Aluminium Typ SC - 1100 - 0,0155
Aluminium Typ EC - 3003 - 0,0152
Aluminium Typ EC - 5086 - 0,0147
Aluminium Typ EC - 6061 - 0,0154
Bei der Erläuterung de3 Verfahrens gemäß der Erfindung wird
speziell auf Aluminium und Eisenhaltige Metalle Bezug genommen. Diese Terminologie soll die anderen erwähnten Metalle und
Äquivalente einschließen. Im einzelnen läuft das Verfahren wie folgt ab:
1. Das Eisenstück wird abgeschrägt,
2. Die Teile werden chemisch gereinigt, z.B. mit einer Salpeteraäure-Lösung.
3· Sowohl die innere als auch die äußere Fläche des Eisenstückes
werden bei Zimmertemperatur z.B. mit einer Graphit-Suspension eingehüllt oder überzogen, deart, daß
der abgeschrägte oder konische Teil zuzüglich eines verlängerten Randes von etwa der gleichen Länge wie der Konus
unverkleidet bleiben. Das Verkleidungsmittel kann aus einer kolloidalen Suspension aus Graphit bestehen, etwa
aus einer solchen, die im allgemeinen als Dtxonac ■#
bekannt ist.
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' BAD ORIGINAL
4. D.n.s Statil- oder Eisenstück wird anschließend in
geschmolzenes Aluminium getaucht um auf dem leonischen und
unverkleideten Abschnitt des Eisenstückes einen Überzug auszubilden.
5. Die überzogene Fläche wird mit einer Drahtbürste geprüft,
um sicherzustellen, daß das Teil vollständig überzogen ist
6. D-^s Aluminiumstück wird mit dem gleichen Konuswinkel
und den selben Abmessungen maschinell bearbeitet, um ein
Endspiel vorzusehen, das so berechnet ist, daß es den gewünschten Löt-Spielraum bei der Hartlcr'jtemperatur bringt.
D.s Berechnungsverfahren wird noch erläutert.
7» Die überzogene Fläche wird chemisch gereinigt, z.B. mit
einer Ätzlösung.
8. Die e.bge schrägt en Teile werden anschließend zusammengesteckt
und die Hartlötlegierung wird zugeführt. Diese kann aus dem Handy & Harmon- Aluminiumhartlötmittel,
Beilagefolie, Alcoa Nr. 718 , Alcoa ITr. 716 bestehen.
9· Die vereinigten Stücke werden bei etwa 482°bis 593°C
( 9000F bis 11000F) vorgeheizt.
10.Die ineinandergesteckten Teile werden anschließend in
ein Schmelzmittel-B .d eingesetzt, das eine Temperatur besitzt, die über der Schmelztemperatur der Lötlegierung,
jedoch unter der Schmelztemperatur der Lötteile liegt, s.B. in der Größenordnung von 526° bis 6450C ( 9800F bis
11900F). Dr.s Schmelzmitteibad kann aus einem Salz 11D"
von Pa^k Chemical, Alcoa Fr. 34 oder einem ähnlichen
Material bestehen.
11.Die ineinander gesteckten Teile werden herausgenommen
und können , falls erforderlich, zusammengedrückt werden,
um einen richtigen Eingriff oder Sitz sicherzustellen, bovor sich die Lötlegierung verfestigt hat. Eine Haltevorrichtung
oder eine Spannvorrichtung können zu diesem Zweck benutzt warden.
BADORiGiMAL 909884/0823
12. Die Teile werden anschließend in heißes Wasser getaucht,
um überschüssiges Schmelzmittel au entfernen.
13· Die ineinandergesteckten Teile werden dann chemisch in
einer Lösung /gereinigt, die bereits oben beim Arbeitsschritt Nr= 2 beschrieben worden ist.
14· Die Teile können anschließend weiter.in einer verdünnten
Chromsäure-Lösung gereinigt, in Wasser gespült und in einer Reinigungsmittel-Lösung gebürstet sowie getrocknet werden.
Fig. 3 dag dazu dienen, die Berechnung der Spielraum- Parameter
zu erläutern. Die Berechnung lia&iert auf dem Differential-Ausdehnungsfaktor
von Zimmer- auf Löttemperatur, nämlich:
AC = BC cot^a..
Hierin bedeuten: AC das gewünschte Endspiel bei Zimmtertemperatur,
das in ein Spiel mit dem Wert O bei Löttemper,atur
übergeht \
a ist der Konuswinkel ; dT ist die Differentialausdehnung zwischen den
a ist der Konuswinkel ; dT ist die Differentialausdehnung zwischen den
miteinander verbundenen I-Ietallen; und
Diam. ist der mittlere Durchmesser der abgeschrägten Stücke.
Unter der Annahme, daß die Vetoindung aus Aluminium vom Typ 6061
und rostfreiem Stahl vom Typ 304 besteht , ergibt sich eine Differentialausdehnung von 0,0054 cm/cm Durchmesser.
Es ist daher:
AC = 0,0054
Wenn ein Durchmesser von 2 cm angenommen wird, dann gilt:
AC = 0,0054 COt4CJa.
Falls ein Konus von 5° angenommen wird, ist AC = 0,0615 cm.
Falls ein Konus von 5° angenommen wird, ist AC = 0,0615 cm.
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BAD ÖriiüiNAL
Wenn daher die Teile für ein Endspiel von 0,0615 cm "bei
Zimmertemperatur maschinell bearbeitet werden, so weisen sie den gewünschten ineinanderpassenden Sitz für das Hartlöten
auf.
Flache Eisen-,Hiekel- oder Titanlegierung^- Metallstücke
können an flache Aluminium-öder Aluminiumlegierungsstücke
durch das erfindungsgemäße Verfahren angelötet werden, indem der folgende in der Fig· 4 dargestellte Vorgang
durchgeführt wird♦
1. D s Teil 3, das nicht aus Aluminium besteht, wird
mit einer Salpetersäure-Lösung gereinigt.
2. Das Teil, das nicht aus Aluminium besteht, wird wie
in dem vorstehend beschriebenen Vorgang, verkleidet oder überzogen und ein Aluminiumüberzug 9 wird aufgebracht.
5· Das Aluminiumteil 4 wind, gereinigt.
4· D-.s nicht aus Aluminium bestellende, jedoch mit Aluminium
überzogene Seil wird unter Zwischenschaltung eines Streifens aus eitler SilisiüJi-Aluminium-Lötfolie
mit einer Dicke von etwa 0,07 bis 0,? mm ( 0,003 Zoll bis 0,012 Zoll) auf das Aluminiumteil aufgelegt. Der
Lötlegierungsstreifen kann aus Alcoa Wr.713 oder Hr.718
oder dg. bestehen. Auf dem Aluminiumteil kann eine Hartlot-Legierung, z.B. diejenige mit der Nr . 11, '
Nr. 21 usw. aufgelegt werden. Die Anordnung wird mit
-einer Klammer 8 zusammengehalten.
5· Die Händer der zwei Teile werden jeweils mit einer
Schicht 6 und 7 aus einer Lötlegierung überzogen, etwa mit einem Aluminiumlötmittel von Handy & Harmon oder
ähnlichen Materialien.
6. Anschließend wird eine Vorbeheizung bei 482 bis 593°C
( 9000F bis HOO0F) durchgeführt.
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7· Die Anordnung wird in ein Schmelzmittelbad eingesetzt, deren Temperatur über der Schmelztemperatur der Lötlegierung,
jedoch unterhalb der Schmelztemperäur der Iiötteile liegt, z.B. in der Größenordnung von 526 bis 643°C.
( 9800I1 bis 119O0P). Das Schmelzmittelbad kann aus einem
Salz "D" von P rk Chemical, Aboa Nr. 34 oder einem ähnlichen
Material bestehen.
8. Die Anordnung wird aus dem Bnd entfernt und in heißem
V/..sser gewaschen.
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BAD ORIGINAL
Claims (1)
1. Ve rfahren zum Hartlöten eines Stückes aus Aluminium
oder einer Aluminiumlegierung, die zum größten Teil aus Aluminium besteht, an ein zweites Metallstück aus der
Gruppe, die die Eisenmetalle, Titan, Titanlegierungen, Nickel und Nickellegierungen einschließt,
gekennzeichnet, durch Überziehen des zu verbindenden Teils des zweiten Stückes mit geschmolzenem
Metall, das zum größten Teil aus Aluminium besteht, festes Anordnen des Teils an dem zu verbindenden Teil des ersten
Stückes, Zuführen einer Hartlot-Legierung an die zusammengesetzte Verbindungsstelle , und Aufheizen der Kombination
bei einer Temperatur, die über dem Schmelzpunkt der HartlÖt-iegierung und unter den Schmelzpunkten
der zwei Stücke liegt, über eine ausreichende Zeitspanne, um die Hartlot-Legierung zu schmelzen und zum Fließen
zu bringen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung von Werkstücken
mit zylindrischer Portn, gekennzeichnet,
durch Abschrägen des ersten und zveLten Stückes um einen
ineinandergreifenden Sitz zwischen diesen zu ermöglichen, der bei der Umgebungstemperatur ein vorbestimmtes
Endspiel aufweist, derart, daß bei den Hartlot-Temperaturen
die Differentialausdehnung der Stücke den richtigen Zwischenraum für die H rtlötlegierung schafft,.Überziehen
des abgeschrägten Teils des zweiten Stückes mit geschmolzenem Metall, das zum größten Teil aus Aluminium
zusammengesetzt ist und Dusammenfügen der abgeschrägten
Abschnitte.
9098 84/08 2 3 bad original
-ν ΛΟ
3. Verfahren nach Anspruch 2 unter Verwendung von abgeschrägten
Werkstücken, wobei die Abschrägungen den selben Winkel aufweisen, gekennzeichnet
durch ohemisches Reinigen der Stücke vor den- Über ziehen
und durch Überziehen des abgeschrägten Abschnittes des zweiten Stückes suEüglich eines erv/eiterten
K-mdes mit dem geschmolzenen He tall, das sum. größten
Teil aus Aluminium zusammengesetzt ist.
1D1
4· 7or'fahren nach Anspruch 2 oder 3, gekenn zeichnet
durch Verkleiden oder Überziehen des nicht abgeschrägten Teiles des zweiten Stückes "bei der
Umgebungstemperatur und durch Aufheizen der Stücke auf die H..rtlöt-Temperatur und anschließend Zusammendrücken
derselben, bevor sich die Lötlegierung verfestigt hat und durch Reinigen in heißem Wasser und Eintauchen in eine
SrIpetersäure-Lösung.
5· Verfahren nach den Ansprüchen 2, 3 oder4, dadurch
gekennzeichnet , daß das Ahsehrägen so
durchgeführt wird, daß ein Endspiel bei einer Umgebungstemperatur nach der folgenden .Formel erzielt wird:
Endspiel = KD cot^i a
Hierin sind:
K der Differentialausdehnungskoeffizient«der Stücke ,
D der mittlere Durchmesser , und a der Winkel der Abschrägung oder der Konuswinke j..
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zu sammangesteckte
Kombination der Stücke durch Einsetzen in ein Schmelzmittelbad aufgeheizt wird, das eine Temperatur
aufweist, die über dem Schmelzpunkt der Hartlot-Legierung
und unterhalb der Schmelzpunkte der Stücke liegt.
909884/0823
BAD ORIGINAL
~\-
1552958
hü
7. Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung τοπ
Werkstücken axt einer flachen 3?orm, gekennzeichnet durch Reinigen des zweiten He-callstückes mit
einer Salpetersäure-Lösung, Verkleiden des nicht zu verbindenden Teils des Metallstückes und·Aufbringen des Überzugs aus geschmolzenem Hetail auf den zu verbindenden Teil, Reinigen des eisten Stückes aus Alu minium oder einer Aluminiumlegierung, Zusammenfügen der zu verbindenden Abschnitte des zweiten Stückes
und des ersten Stückes unter Zwischenschaltung eines Streifens aus einer Silizium-Aluminium-Hirtlötfolie, Überziehen der Ränder der zwei Stücke mit einer
Schicht aus einer Hartlötlegierung, Vorheizen innerhalb des Bereiches von 4821ObXs 593°G ( 9000P bis HOO0F), und Einsetzen der Anordnung in ein Schmelzmittelbad, das eine Temperatur auf v/eist, die über dem Schmelzpunkt der Hartlötlegierung und unterhalb des Schmelzpunktes der zwei Metallstücke liegt.
Werkstücken axt einer flachen 3?orm, gekennzeichnet durch Reinigen des zweiten He-callstückes mit
einer Salpetersäure-Lösung, Verkleiden des nicht zu verbindenden Teils des Metallstückes und·Aufbringen des Überzugs aus geschmolzenem Hetail auf den zu verbindenden Teil, Reinigen des eisten Stückes aus Alu minium oder einer Aluminiumlegierung, Zusammenfügen der zu verbindenden Abschnitte des zweiten Stückes
und des ersten Stückes unter Zwischenschaltung eines Streifens aus einer Silizium-Aluminium-Hirtlötfolie, Überziehen der Ränder der zwei Stücke mit einer
Schicht aus einer Hartlötlegierung, Vorheizen innerhalb des Bereiches von 4821ObXs 593°G ( 9000P bis HOO0F), und Einsetzen der Anordnung in ein Schmelzmittelbad, das eine Temperatur auf v/eist, die über dem Schmelzpunkt der Hartlötlegierung und unterhalb des Schmelzpunktes der zwei Metallstücke liegt.
909884/0823
1 Leerseite
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US50062165A | 1965-10-22 | 1965-10-22 |
Publications (1)
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