DE2823122C2

DE2823122C2 - Verfahren zum Weichlöten von ineinander gesteckten Rohren aus nichtrostendem Stahl

Info

Publication number: DE2823122C2
Application number: DE19782823122
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1978-05-26
Filing date: 1978-05-26
Publication date: 1983-11-24
Also published as: DE2823122A1

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Weichlöten von ineinandergesteckten Rohren aus nichtrostendem Stahl mit Hilfe einer Lötpaste, welche aus Phosphorsäure, Ammoniumphosphat und pulverförmigem Zinn-Blei-Lot hergestellt worden ist.

Bei diesem bekannten Verfahren wird nach Schmelzen des pulverförmigen Lotbestandteiles in der Lötpaste eine schmelzflüssige Lotlegierung der Lötstelle vom Lötspalt aus hinzugefügt, wobei die Lötstelle mit Hilfe einer Lötlampe oder eines Gasbrenners erwärmt wird.

Bei diesem bekannten Verfahren erfolgt das Erwärmen der Lötstelle mittels einer Lötlampe oder eines Gasbrenners, was zu einer ungleichmäßigen Erwärmung führt, was wiederum eine ungleichmäßige Zuführung und eine ungleichmäßige Füllung des Lötspaltes zur Folge hat. Dadurch werden Poren im Bereich der Lötverbindung ausgebildet, die die Dichtigkeit der Lötverbindung herabsetzen.

Außerdem werden besonders geschickte oder gut angelernte Arbeitskräfte zur Ausführung des bekannten Verfahrens benötigt, da das Einführen des geschmolzenen Weichlotes in den Lötspalt viel Geschick und Erfahrung erfordert. Hierzu ist zu bemerken, daß sich das in der Lötpaste enthaltene Flußmittel auf Basis Phosphorsäure und Phosphatverbindungen bei normalen Temperaturen gegenüber nichtrostendem Stahl inert verhalt. Bei der Verwendung einer ein solches Flußmittel enthaltenden Lötpaste muß also mit dem Auge der Temperaturbereich erkannt werden, in welchem das Flußmittel imstande ist, die Oberfläche des nicb'rostenden Stahls zu aktivieren. Wird der Aktivierungs-Temperaturbereich nicht getroffen, so besitzt üas zugeführte Weichlot kein Benetzungsvermögen bezüglich der Oberfläche des nichtrostenden Stahls, so daß eine unzureichende Erwärmung der flußmittelhaltigen Lötpaste ebenso ungünstig ist wie eine zu starke Erwärmung.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung so auszubilden, daß Lötverbindüngen mit ausgezeichneter Dichtigkeit von ungelernten Arbeitskräften hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung beruht auf dem Leitgedanken, daß sich eine gasdichte Lötverbindung auf einfache Weise unter Verwendung einer Heizeinrichtung sowie eines sogenannten Hochtemperaturlotes erzielen läßt, wobei ein solches Hochtemperaturlot einen Schmelzpunkt zwischen 215 und 275° C aufweist. Folglich liegt der Schmelzpunkt des Lotes in demjenigen Temperaturbereich, in welchem die Lötpaste wirksam die Oberfläche eines nichtrostenden Stahls aktiviert.

Beim Verfahren nach der Erfindung wird eine aus einem Flußmittel sowie pulverförmigem Zinn-Blei-Lot bestehende Lötpaste in den Zwischenraum eingeführt, der zwischen zwei ineinandergesteckten Rohren aus nichtrostendem Stahl vorhanden ist. Das Flußmittel besteht im wesentlichen aus Phosphorsäure sowie Mono- sowie Diammoniumphosphaten. Diese Phosphate werden im folgenden lediglich als Ammoniumphosphate bezeichnet. Ein Weichlot mit einem Schmelzpunkt, v/elcher innerhalb des Temperaturbereiches liegt, in welchem die Lötpaste die Oberfläche des nichtrostenden Stahls aktiviert, wird am Ende der Lötstelle angeordnet. Sodann werden mit Hilfe der am Außenumfang der Lötstelle befestigten Heizanordnung die Lötstelle und das Weichlot gleichmäßig so erwärmt, daß das Weichlot schmilzt und in die Lötstelle hineinfließt.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nicht nur porenfreie oder äußerst porenarme Weichlötverbindungen geschaffen, sondern werden auch erfolgreiche Weichlötungen selbst dann erzielt, wenn der Lötspalt in gewisser Weise unregelmäßig ist.

Das Weichlot schmilzt, wenn die Lötpaste die Temperatur erreicht, bei welcher sie wirksam die Oberfläche des nichtrostenden Stahls aktiviert. Das geschmolzene Weichlot fließt auseinander und verteilt sich im Bereich der Lötstelle, so daß der Lötspalt im wesentlichen gleichförmig ausgefüllt wird. Dieses gewährleistet eine feste Verbindung der beiden miteinander verlöteten Rohre und eine luftdichte Abdichtung der Lötstelle.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigt

Fig. 1 eine Ausführungsform, bei welcher das Weichlot am Ende des Außenrohres angeordnet wird,

f>5 F i g. 2 eine Ausführungsform, bei welcher das Weichlot am Ende des Innenrohres angeordnet wird und

Fig. 3 eine Ausführungsform, bei welcher das

Weichlot in einen Bereich eingebracht wird, der durch Fräsen oder dergl. in der Innenfläche des Außenrohrendes ausgebildet ist.

Beispiel 1

Ein aus einem nichtrostenden Stahl gemäß SUS 304, deutsche Werkstoff-Nr. 1.4301, bestehendes Innenrohr 1 mit einem Innendurchmesser von 20 mm und einrm Außendurchmesser von 22 mm wurde mit einem Außenrohr 6 aus dem genannten rostfreien Stahl mit einem Innendurchmesser von 20 mm und einem Außendurchmesser von 24 mm verbunden, wobei die Lötstelle mit einer 0,8 «im breiten Lötspalte versehen war und die in F i g. 1 dargestellte Gestalt aufwies. Zur Vorbereitung der Lötstelle war die endseitige Innenflä- '5 ehe des Außenrohres 6 entsprechend bearbeitet. In einen zwischen dem Innenumfang eines Abschnittes des Außenrohres 6 und dem Außemumfang des entsprechenden Abschnittes des Innenrohrs t ausgebildeter Lötspalt wurde Lötpaste 3 eingebracht, die durch Vermischen eines 60 Gew.-% Zinn und 40 Gew.-% Blei enthaltenden pulverförmigen Lotes mit einem Flußmittel erhalten worden war, welches aus Phosphorsäure und Monoammoniumphosphat (NH4H2PO4) bestand. 1,6 mm³ Sn-Ag-Weichlot 2 wurde am Ende der im Außenrohr 6 vorgesehenen Lötstelle angeordnet. Dieses Weichlot bestand aus etwa 96 Gew.-°/o Zinn und etwa 5 Gew.-°/o Silber und hatte einen Schmelzpunkt von 245°C. Anschließend wurde eine Heizanordnung 4 aus dem genannten nichtrostenden Stahl in gleichmäßi- ^" ge Anlage an den Außenumfang der Lötstelle gebracht, um diese zu erwärmen. Beispielsweise war die Heizanordnung 4 vor ihrer Verwendung mit Hilfe einer elektrischen Heizeinrichtung 5 auf eine vorbestimmte Temperatur von 280⁰C erwärmt worden. '^

Erwärmt durch diese Heizanordnung 4 erreichte die Oberflächentemperatur der Lötstelle nach 50 bis 70 Sekunden 245°C mit der Folge, daß das Sn-Ag-Weichlot 2 zu schmelzen begann. Nach Ablauf einiger Sekunden floß das Weichlot 2 in die Lötstelle und füllte diese bzw. den Lötspalt. Sodann wurde die Heizanordnung 4 zwecks Vollendung des Weichlötens entfernt.

Nach natürlichem Abkühlen auf Normaltemperatur wurde die Lötstelle einem hydraulischen Test bei einer Belastung von 20 kg/cm² unterzogen, der ergab, daß *^r> keine Wasserleckagen auftraten. Die Untersuchung eines Probekörpers, der aus der Lötstelle herausgeschnitten worden war, zeigte, daß das Fließen und die Diffusion des Sn-Ag-Weichlotes 2 so ausreichend war, daß eine gleichmäßige und im wesentlichen porenfreie >° Lötverbindung erzielt worden war.

Im weiteren wurde die Lötstelle horizontal angeordnet und wurde die Weichlötung wie vorstehend beschrieben, durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, daß das Fließvermögen und die Diffusion des Sn-Ag-Weich- ⁵> lotes 2 so ausreichend waren, daß eine einheitliche und porenfreie Lötverbindung erzielt worden war.

Beispiel 2

Ein aus rostfreiem Stahl gemäß SUS 430, deutsche ^b0 Werkstoff-Nr. 1.4016, bestehendes Innenrohr 1 mit einem Innendurchmesser von 20 mm und einem Aiißendurchmesser von 22 mm wurde in ein Außenrohr 6 hineingesteckt, welches aus demselben nichtrostenden Stahl bestand und einen Innendurchmesser von 20 mm und einen Außendurchmesser von 23 mm besaß. Die Lötstelle wies einen 1,0 mm oreiten Lötspalt auf und war so ausgebildet, wie in F i g. 2 dargestellt. Da¹., wie ersichtlich, erweiterte Ende des nichtrostenden Stahlrohres 6 war durch Weiten und nachfolgendes Ausdrehen bearbeitet worden. In den Lötspalt zwischen dem inneren Umfang eines Abschnittes des Außenrohres 6 und dem Außenumfang des entsprechenden Abschnittes des Innenrohres 1 wurde eine Lötpaste 3 gemäß Beispiel 1 eingeführt und 1,6 mm³ Sn-Sb-Weichlot 2' wurde auf dem Ende des Ii.nenrohres 1 angeordnet Das Weichlot 2' bestand zu 95 Gew.-% aus Zinn und zu 5 Gew.-% aus Antimon, wobei der Schmelzpunkt des Lotes bei 210⁰C lag. Anschließend wurde eine aus Kupfer bestehende Heizanordnung in gleichmäßige Anlage an die äußere Peripherie der im Außenrohr 6 ausgebildeten Lötstelle unter Einschluß des Sn-Sb-Weichlotes 2' gebracht, um dieselben zu erwärmen. In diesem Bereich war die Heizanordnung 4 vor ihrer Anwendung mit Hilfe einer elektrischen Heizeinrichtung 5 auf eine vorbestimmte Temperatur von 280⁰C erhitzt worden.

Die Oberflächentemperatur der Lötstelle im nichtrostenden Stahlrohr stieg unter der Wirkung des Heizgliedes 4 in 50 bis 70 Sekunden auf 245°C mit dem Ergebnis, daß das Sn-Sb-Weichlot 2' zu schmelzen begann. Nach Verlauf einiger Sekunden floß das Sn-Sb-Weichlot 2' in die Lötstelle bzw. den Lötspalt und füllte denselben aus. Sodann wurde die Heizanordnung 4 zwecks Abschluß des Weichlötens entnommen. Nach natürlichem Abkühlen auf Normaltemperatur wurde die Lötstelle der gleichen hydraulischen Untersuchung wie in Beispiel 1 unterzogen, wobei keinerlei Auftreten von Wasserleckagen ermittelt wurde. Die Untersuchung einer aus der Lötstelle entnommenen Probe zeigte, daß das Ausfließen und die Diffusion des Sn-Sb-Weichlots 2' so ausreichend war, um eine gleichmäßige und im wesentlichen porenfreie Lötverbindung zu erzielen.

Des weiteren wurde die Lötstelle horizontal ausgerichtet und demselben Weichlötvorgang wie vorstehend unterworfen. Die Ergebnisse zeigten, daß das Eindringen und die Diffusion des Sn-Sb-Weichlots 2' so ausreichend waren, daß eine einheitliche und porenfreie Lötverbindung erzielt wurde.

Beispiel 3

Ein aus einem nichtrostenden Stahl gemäß SUS 304, deutsche Werkstoff-Nr. 1.4301, hergestelltes Innenrohr 1 mit einem Innendurchmesser von 20 mm und einem Außendurchmesser von 22 mm wurde in ein Außenrohr 6 aus demselben nichtrostenden Stahl eingebracht. Das Außenrohr besaß einen Innendurchmesser von 20 mm und einen Außendurchmesser von 24 mm, wobei die Lötstelle einen 0,8 mm dicken Lötspalt aufwies und eine in F i g. 3 dargestellte Gestalt besaß und durch Fräsen in der inneren Oberfläche der Endseite des nichtrostenden Stahlrohres ausgebildet worden war. Ein Sn-Ag-Weichlot 2, bestehend aus 96,5 Gew.-% Zinn und 3,5 Gew.-% Silber mit einem Schmelzpunkt von 221⁰C war in dem Abschnitt aufgenommen, der in der Innenfläche der Lötstelle vorgesehen worden war. In den Lötspalt zwischen dem Innenumfang eines Abschnittes des Außenrohres 6 und dem Außenumfang des entsprechenden Abschnittes des Innenrohres 1, welches mit dem Außenrohr 6 zu verbinden war, wurde die bereits in Beispiel 1 verwendete Lötpaste 3 eingebracht. Anschließend wurde eine aus Kupfer bestehende Heizanordnung 4 in gleichmäßige Anlage an den Außenumlang der Lötstelle des Außenrohres 6 gebracht, um dieselbe zu erwärmen. Bei diesem Beispiel war die Heizanordnung 4 vor ihrer Verwendung mit Hilfe einer

elektrischen Heizeinrichtung auf eine vorbestimmte Temperatur von 260⁰C erwärmt worden.

Die Oberflächentemperatur der Lötstelle erreichte unter der Einwirkung der Heizanordnung 4 innerhalb von 30 bis 40 Sekunden 230°C mit dem Ergebnis, daß das Sn-Ag-Weichlot 2 zu schmelzen begann. Nach Ablauf einiger Sekunden floß das Sn-Ag-Weichlot in die Lötstelle ein und füllte dieselbe bzw. die Lötspalte aus. Sodann wurde die Heizanordnung 4 zwecks Abschluß der Weichlötung entfernt.

Nach natürlichem Abkühlen auf Normaltemperaturen wurde die Lötstelle den gleichen hydraulischen Beanspruchungen unterworfen wie in Beispiel 1 mit dem Ergebnis, daß sich keine Wasserleckagen zeigten. Die Untersuchung eines aus der Lötstelle entnommenen Probekörpers zeigte, daß das Ausfließen und die Diffusion des Sn-Ag-Weichlotes 2 ausreichend war, um eine gleichförmige und im wesentlichen porenfreie Lötverbindung zu erzielen.

Des weiteren wurde die Lötstelle horizontal ausgerichtet und dem vorstehend erwähnten Weichlötvorgang unterworfen. Die Ergebnisse zeigten, daß das Ausfließen und die Diffusion des Sn-Ag-Weichlotes so ausreichend waren, daß gleichmäßige und porenfreie Lötverbindungen erzielt werden konnten.

Ein Vergleich des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Beispiel 1 mit dem Stand der Technik zeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren in kürzeren Zeiträumen das Niederbringen von Weichlötungen ermöglicht als das herkömmliche Verfahren und hinsichtlich Leistung und Dichtigkeit der Lötverbindung dem Stand der Technik weit überlegen ist, wie aus der folgenden Tafel ersichtlich.

Gegenstand

Verfahren
Stand d. Technik erfindungsgemäßes Verfahren

Weichlot

Benötigte Zeitdauer nach Erwärmen

der Lötstelle

Leistung

Mühewaltung
Luftdichtigkeit der Lötstelle

50% Sn; 50% Pb
120-150 Sekunden

Es war einem Arbeiter nicht möglich,
gleichzeitig an zwei oder mehr
Lötstellen zu löten

größer
5/500

95% Sn; 5% Ag
60 bis 55 Sekunden

Ein Arbeiter konnte
gleichzeitig an zwei oder
drei Lötstellen löten

weniger .
1/500

Anmerkung:

Die Luftdichtigkeit der Lötstellen ist als Bruch wiedergegeben, in welchem der Nenner für die Anzahl von unter einem Druck von 20 kg/cm² ausgeführten hydraulischen Belastungsversuchen und der Zähler für die Anzahl von bei der Versuchsdurchführung beobachteten Wasserleckagen steht.

Ferner ergibt sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren eine erhebliche Erleichterung der Rohrlegerarbeiten in bereits stehenden Gebäuden darstellt, insbesondere wo der zur Verfügung stehende Raum eng ist oder die Verwendung von Feuer äußerst eingeschränkt ist.

Wie vorstehend im einzelnen beschrieben, hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß selbst unausgebiideie Arbeitskräfte leicht und sehne!! ausgezeichnete Weichlötungen erzeugen können, indem ein Weichlot mit einem hohen Schmelzpunkt, welcher innerhalb des Temperaturbereiches liegt, in welchem die verwendete Lötpaste wirksam die Oberfläche von

nichtrostendem Stahl aktiviert, verwendet wird und der Außenumfang der Lötstelle mit Hilfe einer Heizanordnung erwärmt wird. Im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Verfahren erfordert das herkömmliche Weichlöten keinen Einsatz geschulten Personals, um von Hand das Erwärmen der Lötstelle und das Einbringen des geschmolzenen Weichlotes durchzuführen. Außerdem läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur für das Weichlöten von Anschlußteilen in Wasser- oder Warmwasserrohrnetzen, wie Muffen, Krümmern, T-Stücken Reduzierstücken usw. anwenden, sondern auch auf das Weichlöten von Anschlußteilen, für Drainage- oder Sanitärrohrleitungsanlagen, die aus nichtrostenden Stahlrohren bestehen. Auch für Gasoder Ölleitungen aus nichtrostendem Stahlrohr ist das erfindungsgemäße Verfahren geeignet. Außerdem er-

mügiici'ii uie vorliegende Erfindung das Erzielen Von Lötverbindungen mit höherer Luftdichtigkeit, verglichen mit dem Stand der Technik.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Weichlöten von ineinandergesteckten Rohren aus nichtrostendem Stahl mit Hilfe einer Lötpaste, welche aus Phosphorsäure, Ammoniumphosphat und pulverförmigem Zinn-Blei-Lot hergestellt worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötpaste auf die den Lötspalt bildenden Flächen der zu verlötenden Rohre aufgetragen wird, daß an einem Ende der Lötstelle ein Weichlot mit einem Schmelzpunkt angeordnet wird, der innerhalb des Temperaturbereichs liegt, in welchem die Lötpaste die Oberfläche des nichtrostenden Stahls aktiviert und daß eine Heizanordnung an dem Außenumfang der Lötstelle befestigt wird, mit welcher die Lötstelle und das Weichlot gleichmäßig so erwärmt werden, daß das Weichlot schmilzt und in die Lötstelle fließt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Weichlot am Ende des Außenrohres angeordnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Weichlot am Ende des Innenrohres angeordnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Weichlot in einer Nut am Ende der Innenfläche des Außenrohres angeordnet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizanordnung auf eine vorbestimmte Temperatur im Bereich von 210 bis 280° C erwärmt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizanordnung mit Hilfe einer elektrischen Heizeinrichtung vor der Anwendung auf eine vorbestimmte Temperatur von 260 oder 28O⁰C erwärmt wird