DE2435925C3 - Verfahren zum Verbinden von Edelstahlrohren - Google Patents
Verfahren zum Verbinden von EdelstahlrohrenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier Edelstahlrohre mittels Weichlot, bei dem die
Rohrverbindungsstelle derart gebildet wird, Jaß ein Ende des 1. Rohres so erweitert wird, daß ein Ende des 2.
Rohres in diese Erweiterung gesteckt werden kann und zwischen den beiden Rohren im Bereich der Rohrvcrbindungsstelle
ein radialer lichter Abstand verbleibt.
Anwendungsgebiet der Erfindung ist das Weichlöten von Edelstahlrohren, die zur Verwendung in Wasserleitungen
vorgesehen sind.
Edelstahle sind vorzügliche Materialien zur Verwendung in Wasser- oder Heißwasserleitungen, weil sie eine
hohe Korrosions-, Wärme- und mechanische Festigkeit besitzen. Aus diesem Grund ist oftmals versucht
worden, Edelstahlrohre als Wasserleitungsrohre innerhalb und außerhalb von Gebäuden zu verwenden. Falls
es sich als möglich erweist, Edelstahlrohre als Wasserleitungsrohre zu verwenden, so läßt sich das bei
konventionellen, galvanisierten Stahlrohren und Kupferrohren auftretende Problem der für den Menschen
schädlichen Verunreinigung des Wassers beseitigen. Da Edelstahlrohre auch starr sind und eine vorzügliche
Korrosionsfestigkeit besitzen, lassen sie sich in einen Betonfußboden einbetten. Dagegen müssen die
üblicherweise verwendeten Kupferrohre oberhalb der Fußbodenfläche verlegt werden, so daß Platz beansprucht
wird. Edelstahlrohre werden durch Benutzung weniger abgenutzt als Rohre aus Polyvinylchlorid, und
es kommen bei ihnen Wasserlecks oder ein Aufplatzen beim Einfrieren des Wassers im Winter kaum vor.
Das Löten von Edelstahl mit Weichloten hat sich jedoch als sehr schwierig erwiesen. Nach E. Lüder,
Handbuch der Löttechnik, VEB-Verlag Technik, Berlin, 1952, in dem auf Seite 185 u. a. auch die Herstellung von
Rohrverbindungen durch Weichlöten beschrieben ist, werden, wie aus Seite 193 hervorgeht, rostfreie
amtenitische Chromnickelstähle (VA-Stähle usw.) nur selten weich gelötet. Die Lötsteilen müssen dabei
sorgfältig vorbereitet werden. Als Lot verwendet man Zinnlote, die 50% Zinn, jedoch auch 30—98% Zinn, und
restlich hauptsächlich Blei enthalten.
Es ist jedoch bisher nicht gelungen, eine weichgelötete Verbindung von Rohren aus rostfreiem Stahl oder
Edelstahl herzustellen, die sich zur Verwendung in Kaltoder Heißwasserleitungsrohren, bei denen die gelötete
Rohrverbindung eine hohe Korrosionsfestigkeit und vollständige Dichtigkeit aufweisen muß, als befriedigend
erwiesen hat. Wie nachstehend berichtet wird, haben sich Schwierigkeiten ergeben.
1. Edelstahle sind mit einer eigenartigen Oxidschicht
bedeckt, die durch das darin enthaltene Chrom
gebildet wird. Diese Oxidschicht ist dünn, aber kaum löslich, und es wird zum Löten ein besonderes
Flußmittel benötigt, um die Oxidschicht vollkommen aufzulösen. Der Rückstand des Flußmittels ist
jedoch korrosiv gegenüber der Metallgrundlage, ι d. h. dem Edelstahl.
2. Die bei 0,03-0,06 cal/cm sec"C liegende thermische
Leitfähigkeit des Edelstahls ist sehr niedrig im Vergleich zu der bei 0,94 cal/cm sec"C liegenden
thermischer Leitfähigkeit des Kupfers. Bei Anwendung des üblichen Lötverfahrens ist es deshalb
nicht ungewöhnlich, daß die Temperaturverteilung in der Rohrverbindung während des Lötens
ungleichmäßig wird, wodurch sich aufgrund ungleicher Verteilung des geschmolzenen Lötmittels
Hohlräume in den Verbindungsstellen ergeben. Diese Hohlräume in einer gelöteten Rohrverbindung
stellen schwerwiegende Mängel dar bei Rohrverbindungen, die zur Verwendung in Rohrleitungen
vorgesehen sind, weil sie die Haltbarkeit gegenüber Leckbildung nachteilig beeinflussen. Es
war bisher sehr schwierig, Edelstahirohre zu löten,
ohne daß sich größere Hohlräume in den flöteten
Verbindungen bilden.
3. Beim Löten von Edelstahlen mit Weichloten muß ein aggressives Flußmittel, z. B. ein chloridenthaltendes
Flußmittel, verwendet werden, damit die schwerlösliche Oxidschicht entfernt werden kann.
Der Rückstand des Flußmittels läßt sich nicht vollkommen von der Innenseite der gelöteten
Verbindung wegwischen und hat eine starke korrosive Wirkung, welche ein Aushöhlen der
Edelstahlgrundlage zur Folge hat. Deshalb sollten beim Löten von Edelstahl mit Weichloten keine
chloridhaltigen Flußmittel verwendet werden.
4. Nichtkorrodierende Flußmittel, wie Flußmittel auf
Phosphorsäurebasis, gegebenenfalls mit einer kleinen Beimengung von Kupfer- oder Zinnsalzen,
lassen sich beim Lötverfahren mit Endeinführung verwenden, wobei beim Löten von Edelstahlrohren
ein stangen- oder drahtförmiges Weichlot während des Lötens in den Zwischenraum der Verbindungsstelle
eingeführt wird. Die US-PS 35 97 285 beschreibt eine Flußmittelzusammensetzung zum
Löten von Edelstahl, welche hauptsächlich aus Orthophosphorsäure oder phosphorige Säure sowie
feiiizerteiltem Kupfer und/oder Kupfersalzen als unerläßliche Bestandteile besteht. Aufgrund des
engen Aktivierungsterrperaturbereiches derartiger nichtkorrosiver Flußmittel sowie der geringen
thermischen Leitfähigkeit des Edelstahls enthält die hergestellte Rohrverbindung viele größere Hohlräume
und ist nicht einwandfrei. Es ist äußerst
schwierig, den geeignetsten Zeitpunkt zum Einführen des Weichlots in den Zwischenraum der
Verbindungsstelle zu bestimmen.
Weil das dem Stand der Technik entsprechende, orthophösphorsäurehaltige Flußmittel viele unvermeidbare
Nachteile aufweist, wurde auch die Verwendung einer orthophosphorsäurehaltigen Lötpaste in Betracht gezogen. Diese Zusammensetzung
ist jedoch nicht lagerfähig. Eine Lötmittelzusammensetzung, die zur Verbesserung der
Haltbarkeit mit einem Aminsalz enthaltenden Zusatz versehen ist, wurde in der US-Patentanmeldung
2 17 832 vom H.Januar 1972 beschrieben. Das Löten von Edelstahlrohren unter Verwendung
von Lötpaste wird jcr'och nicht erwähnt.
5. Bei Edelstahlrohren ist es aufgrund der eigenartigen mechanischen Eigenschaften, wie geringer
Formbarkeit und Federwirkung, schwierig, dia erforderliche Genauigkeit der Form und Größe
zwecks Anpassung zu erzielen.
Aus gleichem Grund ist es auch schwierig, an der Rohrverbindungssteile einen erforderlichen, mit enger Toleranz im Bereich von 0,1— 0,2 mm Hegenden Zwischenraum herzustellen. Wenn der für das tiefe Eindringen des Weichlots in die Rohrverbindung kritische Zwischenraum zu groß ist oder in seiner Größe variiert, können an der gelöteten Rohrverbindungsstelle größere Hohlräume auftreten und diese verschlechtern.
Aus gleichem Grund ist es auch schwierig, an der Rohrverbindungssteile einen erforderlichen, mit enger Toleranz im Bereich von 0,1— 0,2 mm Hegenden Zwischenraum herzustellen. Wenn der für das tiefe Eindringen des Weichlots in die Rohrverbindung kritische Zwischenraum zu groß ist oder in seiner Größe variiert, können an der gelöteten Rohrverbindungsstelle größere Hohlräume auftreten und diese verschlechtern.
Aus den angegebenen Gründen ist bei Edelstahlrohren noch keine weichgelötete Rohrverbindung, die bei
Kalt- oder Heißwasserversorgungslei'.ungen zufriedenstellend verwendbar ist, herstellbar geworden.
Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, ein Verfahren zum Verbinden von Edelst?hlrohren vorzusehen,
welches befriedigende Rohi verbindungen zur Verwendung in Kalt- oder Heißwasserversorgungsleitungen
ergibt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zwischenraum zwischen den einen radialen
lichten Abstand von 0,05—1,00 mm aufweisenden Rohrstücken mit einer Lötpaste gefüllt, und daß sofort
nach dem durch Erhitzen der Rohrverbindungsstelle verursachten Schmelzen der Lötpaste der Zwischenraum
mit einem zusätzlichen eingeführten Weichlot aufgefüllt wird.
Mit diesem Verfahren läßt sich eine zufriedenstellende, weichgelötete Edelstahlrohrverbindung herstellen.
Eine noch bessere Verbindung läßt sich dadurch herstellen, daß bei dem angegebenen Verfahren eine
Lötpaste verwendet wird, die zu 20—80 Gew.-% aus einer Flußmittelzusammensetzung und zu 80—20
Gew.-% aus Lötpulver besteht, wobei die Flußmittelzusammensetzung aus einer in einem Träger aufgelösten
oder aufgeschwemmten Flußmittelkomponente besteht, und daß die Flußmittelkomponente aus einer Mischung
von 5-50 Gew.-% Orthophosphorsäure (H3PO4)
und 95—50 Gew.-% Monoammoniumphosphat (NH4H2PO4) besteht.
Ein mit der Erfindung erzielbarer Vorteil besteht darin, daß ein Verfahren zum Weichlöten von
Edelstahlrohren vorgesehen wird, bei dem sich konventionelle Heizgeräte, z. B. ein Widerstandsheizgerät, ein
Ultrarotstrahler, ein Schweiß- oder Gasbrenner usw., einsetzen lassen.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, daß die auf der Edelstahloberflächo
befindliche Chromoxidschicht bei der Löttemperatur vollkommen entfernt wird, so daß die Oberfläche ohne
die Gefahr einer auftretenden Korrosion der gelöteten
Edelstahlrohrverbindung aktiviert werden kann.
Noch ein Vorteil der Erfindung ist es, daß ein Verfahren zum Weichlöten von Edelstahlrohren vorgesehen
wird, bei de ti die Edelstahlrohrverbindungen in erwünschter Weise im wesentlichen frei sind von
größeren Hohlräumen, auch wenn ein nichtkorrodierendes Flußmittel auf Orthophosphorsäutebpsis, das einen
schmalen Aktivierungstemperaturbereich aufweist, verwendet wird.
Ferner ist es ein rr.ii der Erfindung erzielbarer Vorteil,
daß ein Verfahren zum Weichlöten von Edelstahlrohren vorgesehen wird, welches auch bei relativ Undefinierten
I .ötbeding.ingen. ζ. B. einer ungleichmäßigen Beheizung
und einem zu großen lichten Abstand der Verbindungsstücke,
eine zufriedenstellende Edclstahlrohrverhindung ergibt.
Krfindungsgcmäß wird eine Lötpaste auf die Oberflächen
der durch Weichlöten zu verbindenden Rohrstük· ke aufgetragen. Die Lötpaste enthält Lötpulver in einer
Ikiümittclzusammensctzung. Durch Erhitzen der Ver
bindungsslelle wird die Lötpaste zum Schmelzen
gebracht. Die Oberflächen, die den später mit
zusätzlichem Weichlot zu füllenden Zwischenraum definieren, werden zunächst mit dem Lötmetall der
Lötpaste beschichtet. Der Zeitpunkt, zu dem das zusätzliche Weichlot mit Erfolg eingeführt werden
kann, läßt sich leicht bestimmen, weil das geschmolzene Lötpulver eine silberähnliche Erscheinung aufweist,
wodurch in klarer Weise angezeigt wird, daß die erforderliche Löttemperatur erreicht ist. Dann läßt sich
ein zusätzliches Lötmetall, z. B. ein drahtförmigcs Lötmetall, in den Raum zwischen den zu verbindenden
Stücken einführen, um diesen aufzufüllen.
Demnach werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die den Zwischenraum zwischen den zu
verbindenden Stücken definierenden Oberflächen vollkommen mit dem Lötmetall bedeckt und der Raum
zwischen den Verbindungsstücken läßt sich fast gleichzeitig mit dem eingeführten Lötmetall auffüllen,
ohne daß sich darin größere Hohlräume bilden, auch wenn der Abstand zwischen den zu verbindenden
Stücken ein einwandfreies Löten nach dem üblichen Lötverfahren nicht zuläßt. Es ist zu bemerken, daß der
lichte Zwischenraum zwischen den zu verbindenden Stücken nicht mit der Lötpaste allein vollständig
aufgefüllt werden kann, und daß deshalb erfindungsgemäß ein zusätzliches Lötmittel von der Art eines
Weichlötmetalls sofort nach der Beobachtung, daß das Lötpulver der Lötpaste geschmolzen ist, in den
Zwischenraum zwischen der. zu verbindenden Stücken
einzuführen ist. Obwohl jedes geeignete Lötmetall auf Sn-Pb-Basis als das in der Lötpaste enthaltende
Lötpulver verwendet werden kann, wird ein Lötpulver bevorzugt, das zu 40—80 Gew.-% aus Zinn und zu
60—20 Gew.-% aus Blei besteht und eine Korngröße aufweist, die einer Sieböffnung von weniger als 149 μπι
entspricht.
Das zusätzliche Lötmetall kann die gleiche Zusammensetzung aufweisen wie das Lötpulver. Vorzugsweise
kann das Lötmetall der Lötpaste zu 50 Gew.-°/o aus Zinn und zu 50 Gew.-% aus Blei bestehen, wobei das
zusätzliche Weichlot zu 50 Gew.-% aus Zinn und zu 50 Gew.-% aus Blei besteht. In einigen Fällen kann die
Zusammensetzung des zusätzlichen Lötmittels von der des Lötpulvers verschieden sein.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Rohrverbindungsstelle vorbereitet, indem das Endstück
des einen Edelstahlrohres ausgeweitet wird, um das Endstück des zweiten Edelstahlrohres aufzunehmen.
Die Rohrverbindungsstelle kann durch eine andere geeignete Bearbeitung, z. B. eine maschinelle Bearbeitung,
vorbereitet werden. Als Alternative kann zu diesem Zweck ein Verbindungsstück verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Löten von Edelstahlrohren unter Verwendung eines
Flußmittels auf Orthophosphorsäurebasis, dessen thermische
Haltbarkeit bei Verwendung im üblichen Lötverfahren unzulänglich ist Orthophosphorsäure
wirkt bei Edelstahlen nicht korrosiv.
Die bei der Erfindung verwendbare Lötpaste besieht vorzugsweise zu 20 —HO Clew.-"/" aus einer Flußmittelzusammensetzung
und zu KO- 20 Gew.-% aus Sn-I'b
lötpulver. wobei die Flußmittelzusammensctzung aus
einer Ilußmittelkomponcnle in einem Träger besteht, die eine Mischung aus 5— ">0 fiew.-% Orthophosphorsäure
(11 (Pt 4) und 95— V) Gew.-% Monoammonium-
) enthält
Die llußmittelzusammensetzung besteht vorzugsweise
aus einer I lußmittclkomponente. die eine Mischung aus 10 —JO Gcw.-% Orthophosphorsäure (H1I1O4)
und 70 — 90 Gew.-% Monoammoniumphosphat (N H4I I;PO<) in einem Träger enthält.
Obwohl der Träger keinen Einschränkungen unterliegt,
solange er keinen nachteiligen Einfluß auf die Ihißmiitelwirkung der Zusammensetzung ausübt, kann
der Träger aus mindestens einer der Substanzen aus der Gruppe Wasser. Alkohole. Glykole und Glykoläther
bestehen.
Die benetzende Wirkung des Lötmittels auf dem Edelstahl ist nur genügend, wenn eine ausreichende
Reaktion, die von der Temperatur abhängt, zwischen dem Flußmittel und der Oberfläche des Edelstahls
stattfindet. Dies ist besonders auffallend bei Flußmitteln auf Orthophosphorsäurebasis. Wenn die Erwärmung
nicht gleichmäßig über die gesamte zu lötende Fläche stattfindet, verteilt sich das Lötmittel ungleichmäßig,
wobei ssch größere Hohlräume bilden. Ferner ist die
Hitzeresistenz des Flußmittels auf Orthophosphorsäurebasis und sogar des Monoammoniumphosphatflußmittels
niedriger ais die eines Chloridflußmittels, so daß zur Herstellung einer einwandfreien Lötverbindung
erhebliches Geschick erforderlich ist.
Bei üblichen Verfahren zum Löten von Edelstahl muß deshalb die durch ein nichtkorrosives Orthophosphorsäureflußmittel
aktivierte Edelstahloberfläche aktiviert gehalten werden durch den Zusatz eines Kupfersalzes
oder eines Zinnsalzes zum Flußmittel, um den schmalen Aktivierungstemperaturbereich des Flußmittels zu erweitern. Bei der entsprechend der Erfindung verwende
ten Lötpaste für Edelstahlrohre wird jedoch die aktivierte Oberfläche durch das sofort schmelzende
Lötpulver geschützt, welches in der Lötpaste enthalten
ist. Aus diesem Grund lassen sich einwandfreie Ergebnisse mit der Flußmittelzusammensetzung aus
Orthophosphorsäure und Monoammoniumphosphat allein erhalten, wobei ein Kupfer- oder ein Zinnsalz
nicht unbedingt erforderlich ist. Vorausgesetzt, daß Orthophosphorsäure und Monoammoniumphosphat die
Hauptbestandteile der FIuBmittelzusammensetzung
sind, können andere Bestandteile, mit Ausnahme von Chloriden, Sulfiden und Nitraten, mitverwendet werden.
Wie bereits erwähnt können Chloride die Edelstahloberfläche aushöhlen und Sulfide und Nitrate können
die Lötfähigkeit nachteilig beeinflussen, so daß diese Substanzen auszuschließen sind.
Es kann bei der Erfindung die Flußmittelzusammensetzung bis zu 20 Gew.-% eines zusätzlichen Bestandteils, ausgenommen Chloride, Sulfide und Nitrate,
enthalten. Zum Beispiel kann der zusätzliche Bestandteil ein Kupfersalz, wie Kupfersulfat, Kupfercarbonat usw.,
und/oder ein Zinnsalz, wie Zinnphosphat, sein.
Anhand der Figuren wird die Erfindung noch näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 Querschnitte durch zwei Edelstahlrohrstücke,
die unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zusammengefügt werden:
übliche sowie für das erfindungsgemäöc Verfahren die
flächen von Hohlräumen in Verbindungsstellen gegen die lichten Abstände der verbundenen Rohrsliickc
aufgetragen sind.
fig. J cine photographischc Mikroaufnahme des Querschnitts durch eine übliche, weichgelötete Edelstahlrohr verbindung;
Vr. 4 eine photographische Mikroaufnahme des
Querschnitts durch eine erfindungsgemäß gelötete E^delstalrohr verbindung;
fig. 5 eine graphische Darstellung Jer zeitlichen
Änderung des elektrischen Korrosionsstromes zwischen einem der US-Norm AISI 304 (des American Iron
and Steel Institute) entsprechenden Edelstahl und einer 60% Sn-40% Pb-Lötlegierung in einer chlorionenhaltigen wäßrigen Lösung;
fig. 6 eine photographische Mikroaufnahme des Querschnitts durch ein mit einer Silberhartlotlegierung
h2rtgc!ö!e!s£ Ede!sish!s!ück, in dir die 3uf dnr
Edelstahlgrundlage auftretende Korrosion sichtbar ist.
Unter Bezugnahme auf die F i g. I der Zeichnung wird eine Schrittfolge (a — e)dargestellt, in der die Endstücke
eines ersten und eines zweiten Edelstahlrohres 1 und 2. die zur Verwendung in einer Wasser- oder Heißwasserversorgungsleitiing vorgesehen sind, erfindungsgemäß
weichgelötet werden. Wie beim Schritt ("angezeigt wird,
ist das Edelstahlrohr 2 an seinem Verbindungsende 3 ausgeweitet, so daß ein Zwischenraum von 0,05 —
1,00 mm lichtem Abstand entsteht, wenn das Rohr 1 in das ausgeweitete Endstück 3 des Rohres 2 eingeführt
wir. Die Oberflächen der Endstücke der Rohre 1 und 2.
auf die das Lötmittel aufgetragen werden soll, werden vor dem Verbinden entfettet.
Die Außenoberfläche des Endstücks des ersten Rohres 1 wird dann, wie dies beim Schritt (b) gezeigt
wird, bestrichen mit einer lötpaste 4, bestehend aus
Sn-Pb-Lötpulver und der erwähnten Flußmittelzusammensetzung, die als Hauptbestandteile Orthophosphorsäure und Monoammoniumphosphat enthält. Das
Edelstahlror 1 wird dann in das ausgeweitete !endstück 3
des Edelstahlrohres 2 so weit eingeführt, bis die äußere Kante des Edelstahlrohres 1 gegen die sich verjüngende
innere Wandung des ausgeweiteten Endstücks 4 des Rohres 2 anstößt. Es wird darauf hingewiesen, daß die
Lötpaste 4 den ringförmigen Zwischenraum e>dcr radialen lichten Abstand zwischen den Endstücken des
ersten und des zweiten Rohres 1 und 2 ausfüllt, wie dies beim Schritt fc^ gezeigt wird, und daß vorzugsweise die
Rohre 1 und 2 durch eine geeignete Halterung festgehalten werden, damit während des Lötens der
radiale Abstand zwischen den zu verbindenden Stücken am ganzen Umfang im wesentlichen gleich bleibt.
Schritt (d) zeigt die I.delstahlrohrverbindung während des Erhitzens, welches gleichmäßig um den
Umfang der Rohrverbindung herum mittels einer geeigneten Heizvorrichtung, ζ. B. einem Preipangav
brenner 5. durchgeführt wird (Die Gleichmäßigkeit des Erhitzens ist beim konventionellen Verfahren nicht
streng erforderlich). Beim Erhitzen wird das Lötpulver der im Zwischenraum zwischen den zu verbindenden
Stücken befindlichen Lötpaste geschmeilzen. um eine
silberartige Erscheinung zu ergeben und um die Rohroberflächcn, welche den Zwischenraum zwischen
den zu verbindenden Stücken definieren. 7U beschichten, wie dies bei Schritt (d) gezeigt wird. Dies bedeutet, daß
die optimale !.nttemperatur erreicht ist. Unmittelbar
nach der Beobachtung, daß das 1-ötpulvcr vollkommen
geschmeilzen ist und der Erkenntnis, daß im Zwischen-
raum zwischen den zu verbindenden Stücken die richtige l.öttemperatur erreicht worden ist, wird
irgendein anderes geeignetes zusätzliches leitmittel, wie
drahtförmiges Lötmctall 7. in den Zwischenraum zwischen den zu verbindenden Stücken eingeführt,
wobei das Erhitzen fortgesetzt wird, um den Zwischenraum zwischen den zu verbindenden Stücken vollkommen mit geschmolzenem Lot 8 auszufüllen, wie dies bei
Schritt (e)gezeigt wird, f.s wird darauf hingewiesen, daß
sich während des Einführens des !.ölmelalls 7 das
geschmolzene Lötpulver 6 mit dem geschmolzenen zusätzlichen Lötmetall 7 vermischt, um eine einzige
Lötlegierung 8 zu ergeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verbinden von Edelstahlrohren wird anhand der folgenden
Versuchsbeispiele erläutert.
Versuchsbeispiel 1
i. Herstellung der Lötpaste
Es wurden 50 Gew.-% einer Flußmittelzusammensetzung und 50 Gew.-% Lötpulver, bestehend aus 60
Gew.-% Zinn und 40 Gew.-% Blei (Sieböffnung 100 μηι)
vollkommen miteinander vermischt. Die Flußmittelzusammensetzung enthielt 68 Gew.-% einer Flußmittelkomponente, 29 Gew-% Diäthylenglykolmonoäthyläther und 3 Gew.-% Wasser, wobei die Flußmittelkomponente aus 75 Gew.-% Monoammoniumphosphat und
25 Gew.-% Orthophosphorsäure bestand.
2. l-ötvorgang
Zwei Rohre aus AISI304 Edelstahl (siehe z.B. E. Houdremont, Handbuch der Sonderstahlkunde,
3. Auflage, Band I, Springer Verlag, 1956, Seite 770) mit einem Außendurchmesser von 22,2 mm und einer
Wandstärke von 0,8 mm wurden zur Bildung einer Rohrverbindungsstelle mit einem Zwischenraum von
0,2—0,3 mm lichtem Abstand zwischen den zu verbindenden Stücken und einer Überlappungsstrecke von
20 mm verwendet. Nach dem Entfetten der zu lötenden Oberflächen mit Trichlorethylen wurde die lötpaste aJ
die äußere Oberfläche des ersten Rohres, welches in das ausgeweitete Endstück des zweiten Rohres eingefügt
werden sollte, aufgetragen. Nach dem Zusammensetzen der Edelstahlrohrvcrbindungssiclle wurde die Verbindungsstelle mit einem Propangasbrenner erhitzt. Nachdem beobachtet wurde, daß das Flußmittel siedete, und
daß das !.ötpulver im Flußmittel geschmolzen war,
wurde ein drahtförmiges Weichlot, bestehend aus 3.5 Gcw.-% Silber und 96.5 (ic».-% Zinn, mit einem
Durchmesser von \.b mm. während des Lrhitzc ns in den
/v. ist liriirnimi rinp-liihri
j Priiferpel'iussr
Die pclötctc Rohrverbindung winde- J min einem
Wasserdruck von 5.88MPa ausgesetzt, wobei kein Wasscrlcck usw. festgestellt wurde Die geprüfte
Rohrverbindung wies eine Zupfcstij-kcit vein 3.100 kg
auf, welche dem Zweck cntsprcchcnelj'ioßgi-nug war.
Die F i g. 2 ist eine graphische Darstellung, in der die
Flächen der He>hlräumc innerhalb vcrse-hicdcner.
zwischen AlSI-Ixlclstahlrohrc hergestellten Fütstellcn.
als Prozentsatz der Mäche- der jeweiligen lötstelle,
gegen die jeweiligen lichten Abstände zwischen den verbundenen Stücken aufgetragen sind Dir Kurve A
beiriiii enindungsgemäß weirhgcKitcic Rohrvcrbir,
düngen, und die Kurve ßbetrifft Verbindungen.dk nach
dem üblichen F.ndeinführungslötverfahren mit einem
Flußmittel auf Chloridbasis hergestellt wurden.
Aus der F i g. 2 geht deutlich hervor, daß bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
bemerkenswerter Weise die Hohlraumflächen in Rohrverbindungen im gesamten Prüfbereich verschiedener
lichter Abstände zwischen den verbundenen Stücken gegenüber den beim konventionellen Verfahren auftretenden
Hohlraumflächen verringert sind.
Die Fig. 3 und 4 sind Photoaufnahmen (bei lOfacher
Vergrößerung) von Querschnitten von gelöteten Edelstahlrohrverbindungen, die durch ein konventionelles
Lötverfahren unter Verwendung eines Flußmittels auf Cloridbasis bzw. durch das erfindungsgemäße Verfahren
erhalten worden sind. Diese Photoaufnahmen zeigen deutlich, daß die nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren weichgelöteten Verbindungen keine großen Hohlräume aufweisende bei Verwendung der Rohre in
Wasser- oder Heißwasserversorgiingsleitungen schädlich sein können, und im wesentlichen einwandfrei sind,
während die durch das konventionelle Verfahren gelöteten Edelstahlrohrverbindungen viel größere
Hohlräume aufweisen.
Versuchsbeispiel 2
I. \ lerstellung der Lötpaste
I. \ lerstellung der Lötpaste
Es wurden 50 Gew.-% einer die unten angegebenen Bestandteile enthaltenden Flußmiitelzusammensetzung
und 50 Gew.-% Sn-Pb-Lötpulver, bestehend aus 50 Gew.-% Zinn und 50 Gew.-% Blei (Sieböffnung 60 μιη),
in einem Rührgerät zusammengemischt.
Flußmittelzusammensetzung:
Monoammoniumphosphat 80Gew.-%|
Orthophosphorsäure l9Gew.-% >35Gew.-o/o
Monoammoniumphosphat 80Gew.-%|
Orthophosphorsäure l9Gew.-% >35Gew.-o/o
Kupferphosphat I Gew.-%)
Diäthylenglykol 65 Gew.-%
2. Lo tvorgang
Zwei Edelstahlrohre aus AISI 304-Edelstahl mit einem Außendurchmesser von 22 mm und einer
Wandstärke von 1 mm wurden zur Bildung einer Rohrverbindungsstelle mit einem radialen lichten
Zwischenraum von 0,1 —0,2 mm und einer Überlappungsstrecke von 16—17 mm verwendet. Nach dem
Entfetten der zu lötenden Oberfläche mit Trichlorethylen wurde die Lötpaste auf die äußere Oberfläche des in
das ausgeweitete Endstück des zweiter1. Rohres einzuführenden ersten Rohres aufgetragen. Nach dem
Zusammensetzen der F.delstahlrohrverbindting wurde
die Verbindungsslelle mit einem Propangasbrenner erhitzt. Nachdem beobachtet wurde, daß das Flußmittel
siedete, und daß das im Flußmittel enthaltene l.ötpulver geschmolzen war, wurde ein drahtförmiges Weichlot,
bestehend aus 50 Gew.-tye Zinn und 50 Gew.-% Blei, mit
einem Durchmesser von 1,6 mm, sofort in die Verbindungsstelle eingeführt, während diese erhitzt wurde.
J. Prüfergebnisse
Die weichgelötete Edelstahlrohrverbindung wurde ) min an ihrer inneren Oberfläche einem Wasserdruck
von 3,43 MPa ausgesetzt, wobei kein W.isserleck oder
ίο ähnliches auftrat. Die geprüfte Rohrverbindung wies
eine Zugfestigkeit von 2.750 kg auf, die für Anwendungen in Wasserleitungsrohren groß genug ist.
Bisher wurde angenommen, daß sich eine Weichlötlegierung zum Löten von Edelstahlen nicht einwandfrei
ti verwenden läßt, weil eine elektrische Potentialdifferenz
zwischen der Lötlegierung und dem Edelstahl auftritt und zu einer Korrosion der Lötlegierung führt, wodurcl.
die Korrosionsfestigkeit von weichgelöteten Rohrverbindungen beeinträchtigt wird. Aus diesem Grund
„>o wurde zum Löten von Edelstahlen ciiic Süucmäiiluilcgierung
verwendet, von der angenommen wurde, daß sie eine geringere Potentialdifferenz verursacht als eine
Weichlötlegierung (z. B. eine Legierung auf Sn-Pb-Basis).
r, Es wurde jedoch jetzt festgestellt, daß sich in dieser
Hinsicht eine Weichlötlegierung auf zufriedenstellende Weise zum Löten von Edelstahlen verwenden läßt. Dies
geht aus den F i g. 5 und 6 klar hervor.
Fig. 5 zeigt die zeitliche Änderung eines galvani-
H) sehen Korrosion verursachenden Stroms, welcher
zwischen einer Weichlötlegierung und einem AISI 304-Edelstahl in Wasser mit 200 ppm Cl - bei Zimmertemperatur
fließt. Der elektrische Strom ist mehrere Tage lang groß, nimmt aber schnell ab. Nach einem Monat wird
Ii kein erheblicher Stromfluß mehr festgestellt und die
weichgelötete Verbindung verbleibt in einem stabilen Zustand.
Die Fig. 6 ist eine photographische Mikroaufnahme (mit einer lOfachen Vergrößerung) des
jo Querschnitts einer aus einer Silberhartlotlegierung
(Ag-Cu-In-Ni) und einem AISI 304-Edelstahl gebildeten Verbindung nach einmonatigem Eic'auchen in
Wasser bei 800C, welches 200 ppm Cl- enthielt. Die Aufnahme zeigt deutlich, daß die Verbindung zwischen
r. der Silberhartlötlegierung b und dem Edelstahl a eine
Korrosionsstelle c des Edelstahls a aufweist. Folglich eignet sich die Silberhartlötlegierung nicht in einwandfreier
Weise zum Löten von Edelstahlrohren.
Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt einwand-
■Ί freie Fdelstahlrohrverbindungen und weist gegenüber
den konventionellen Verfahren zum Verbinden von F.delstahlrohren viele Vorteile auf.
Hier/u 4 Watt Zeichnungen
Claims (10)
- Patentansprüche:!. Verfahren zum Verbinden zweier Edelstahlrohre mittels Weichlot, bei dem die Rohrverbindungsstelle derart gebildet wird, daü ein Ende des ersten Rohres so erweitert wird, daß ein Ende des zweiten Rohres in diese Erweiterung gesteckt werden kann und zwischen den beiden Rohren im Bereich der Rohrverbindungsstelle ein radialer lichter Abstand verbleibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen den einen radialen lichten Abstand von 0,05 bis 1,00 mm aufweisenden Rohrstücken mit einer Lötpaste gefüllt, und daß sofort nach dem durch Erhitzen der Rohrverbin- '5 diingsstelle verursachten Schmelzen der Lötpaste der Zwischenraum mit einem zusätzlich eingeführten Weichlot aufgefüllt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzlich eingeführtes Weichlot ein Weichloi von der gleichen Zusammensetzung wie das in der Lötpaste enthaltene Lötmetali verwendet wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lötpaste mit darin enthaltenem Lötmetall aus 50 Gew.-% Zinn und 50 Gew.-% Blei verwendet wird, und daß das zusätzlich eingeführte Weichlot zu 50 Gew.-% aus Zinn und zu 50 Gew.-% aus Blei besteht.
- 4. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß eine Lötpaste mit darin enthaltenem Lötmetall aus <,0 Gew.-% aus Zinn und 40 Gew.-% Blei verwendet wird, und -'aß das zusätzlich eingeführte Weichloi zu 35 Gew.-% aus Silber und zu 96,5 Gew.-% aus Zinn besieht.
- 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1—4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lötpaste aus 20—80 Gew.-°/o einer Flußmittelzusammensetzung und 80—20 Gew.-% Lötpulver verwendet wird, wobei die Flußmittelzusammensetzung aus einer Flußmittelkomponente in einem Träger besteht, und die Flußmittelkomponente zu 5 — 50 Gew.-% aus Orthophosphorsäure (H3PO4) und zu 95—50 Gew.-% aus Monoammoniumphosphat (NH4H2PO4) besteht.
- 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Flußmittelkomponente eine Zusammensetzung aus 10—30 Gew.-% Orthophosphorsäure (H3PO4) und 70—90 Gew.-% Monoammoniumphosphat (NH4HzPO4) verwendet wird.
- 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Lötpulver ein Sn-Pb-Lötpulver und als Träger mindestens eine Substanz aus der Gruppe Wasser, Alkohole, Glykole und Glykoläther verwendet wird.
- 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5—7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kupfersalz und/oder ein Zinnsalz zusätzlich zur Lötpaste gegeben wird.
- 9. Verfahren nach einem oder mehreren der M Ansprüche 1 = 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lötpaste, die zu 50 Gew.-% aus einer Flußmittelzusammensetzung und zu .50 Gew.-% aus einem Sn-Pb-Lötpulver besteht, verwendet wird, daß die Flußmittelzusammensetzung zu 29 Gew.-% aus Diäthylenglykolmonoäthyläther, zu 3 Gew.-% aus Wasser und zu 68 Gew.-% aus einer Flußmittelkom-Donente besteht, und daß die Flußmittelkomponente 75 Gew.-% Monoammoniumphosphat und 25 Gew.-% Orthophosphorsäure enthält.
- 10. Verfahren nach Anspruch 1—7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lötpaste, die zu 50 Gew.-% aus einer Flußmittelzusammensetzung und zu 50 Gew.-% aus einem Sn-Pb-Lötpulver besteht, verwendet wird, daß die Flußmittelzusammensetzung zu 65 Gew.-% aus Diäthylenglykol und zu 35 Gew.-% aus einer Flußmittelkomponente besteht, und daß die Flußmittelkomponente aus 80 Gew.-% Monoammoniumphosphat, 19 Gew.-% Orthophosphorsäure und 1 Gew.-% Kupferphosphat besteht.
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