DE2936941C2

DE2936941C2 - Verfahren zur Herstellung einer T-Lötverbindung

Info

Publication number: DE2936941C2
Application number: DE2936941A
Authority: DE
Inventors: Kazumichi Kawanishi Hyogo Machida; Masaru Amagasaki Kyogo Okada; Wataru Takarazuka Hyogo Shimada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1978-09-12
Filing date: 1979-09-12
Publication date: 1983-12-15
Also published as: JPS574425B2; DE2936941A1; JPS5540051A; SE445812B; SE7907541L; US4385720A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer T-förmigen Lot- oder Hartlötverbindung einer Stirnfläche eines vertikalen Metallbauteils mit einer Oberfläche eines horizontalen Metallbauteils durch Ausbildung einer schrägen, sich erweiternden Fuge zwischen den zu verbindenden Flächen der Metallbauteile und Füllen der Fuge mit einer Lotlegierung.

Eine herkömmliche, T-förmige Lot- oder Hartlötverbindung ist in Fig. 1 gezeigt Dabei ist die untere Stirnfläche eines vertikalen Metallbauteils 2 auf die Oberfläche eines horizontalen Metallbauteils 1 unter Ausbildung einer Lötfuge aufgesetzt Beide Metalle 1 und 2 werden erhitzt und das Ende einer Lotlegierung oder .Härtlotlegierung 3 wird mit den Seitenbereichen der zu verbindenden Rächen in Berührung gebracht Das geschmolzene Lot 4 dringt in die Lötfuge ein, wodurch die T-förmige Verbindung entsteht Da jedoch die Ausbreitung und die Benetzung des geschmolzenen Lotes entlang der Seitenbereiche der zu verbindenden Flächen rascher erfolgt als das Eindringen des Lotes in die Innenbereiche der Fuζβ aufgrund der Kapillarkräfte, dringt das geschmolzene Lot 4 nicht vollständig in die Fuge ein, und es bilden sich große Hohlräume 5. Die Hohlräume 5 der Lötverbindung schwächen die so hergestellte T-Verbindung erheblich. Daher ist die Festigkeit der Lötverbindung gering, und auch die Leitfähigkeit läßt zu wünschen übrig.

Es ist weiter allgemein bekannt, die T-förmige Löt

oder Hartlötverbinduhg als V-Naht auszubilden, wobei sich die Lötfuge in Dickenrichtung des vertikalen Metallbauteils erweitert Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch in diesem Fall die Festigkeit und die Leitfähigkeit der Lötverbindung nicht vollständig zufriedenstellend sind. ·

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine Ausbildung von Hohlräumen im ίο Inhenbereich der Lötfuge sicher venniedten und eine T-förmige Lot- oder Hartlötverbindung mit verbesserter Festigkeit und erhöhter Leitfähigkeit erhalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das

is dadurch gekennzeichnet ist, daß man die schräge, sich erweiternde Fuge so ausbildet daß sie sich in longitudinaler Richtung der Lötverbindung erweitert

Bevorzugte Ausfünrungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Es wird insbesondere im Falle langer Lötfugen bevorzugt die schräge, sich in Längsrichtung der Lötverbindung erweiternde Fuge sägezahnförmig auszubilden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich hervorragend zur Ausbildung einer T-Verbindung durch Löten oder Hartlöten, weiche stets mit Sicherheit eine ausgezeichnete Festigkeit und Leitfähigkeit aufweist und stets frei von Hohlräumen und nicht vom Lot benetzten Fugenbereichen ist Bei einer sägezahnförmigen Ausbildung der Fuge zwischen den zu verbindenden Teilen können auch äußerst lange Fugen gelötet werden, ohne daß die Lötverbindung am erweiterten Fugenende Defekte aufweist

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert; es zeigt F i g. 1 eine herkömmliche T-Lötverbindung, wobei

F i g. la eine Seitenansicht; F i g. Ib eine Frontansicht und F i g. Ic eine Draufsicht zeigt;

Fig.2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäß hergestellten T-Lötverbindung, wobei _l

F i g. 2a eine Seitenansicht; F i g. 2b eine Frontansicht und F i g. 2c eine Draufsicht zeigt;

Fig,3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung *5 in Anwendung auf einen Rotor, wobei

F i g. 3a eine Draufsicht und

Fig.3b einen Schnitt entlang der Linie B-B der F ig. 3a zeigt;

F i g. 4 eine weiter.·; Ausführungsform der Erfindung bei einem Rotor, wobei

F i g. 4a eine Draufsicht und

Fig.4b einen Schnitt entlang der Linie B-B der F ig. 4a zeigt;

Fig.5 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäß hergestellten T-Lötverbindung;

Fig.6 den Lötzustand der T-Lötverbindung gemäß F ig. 5, und zwar

F i g. 6a eine Seitenansicht; F i g. 6b eine Frontansicht und

F i g. 6c eine Draufsicht der Lötfugen;

F i g. 7 eine weitere Ausführungsform zur Erläuterung eines praktischen Problems der Erfindung, und zwar

F i g. 7a eine Seitenansicht; Fig. 7b eine Frontansicht und

F i g. 7c eine Draufsicht der Lötfuge.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder sich entsprechende Bauteile. Fig. 2 zeigt

eine erste Ausfülirungsfonn des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein vertikales Metallbauteil 2 wird derart auf ein horizontales Metallbauteil 1 aufgesetzt, daß die Unterkante des vertikalen Metallbauteils 2 schräg mit einem Winkel θ zur horizontalen Fläche des horizontalen Metallbauteils ί verläuft Diese. Abschrägung verläuft jn der Fuge in.Längsrichtung des vertikalen Metallbauteils Z Hierdurch kommt eine schräge Fuge zustande, die sich in Längsrichtung der Füge erv/eitert, derart, daß der Abstand zwischen dem horizontalen Metallbauteil 1 und dem vertikalen Metallbauteil 2 in Längsrichtung der Fuge zunimmt Das horizontale Metallbauteil 1 und das vertikale Metallbauteil 2 werden in dieser Position erhitzt, und das Ende eines Hartlotes 3 oder eines Lotes wird in Kontakt mit den beiden Metallbauteilen 1 und 2 gebracht, und zwar beginnend im engsten Fugenbereich der schrägverlaufenden Fuge, wobei das Lot in die Fuge eindringt Sodann wird das Lot entlang der Fuge geführt, und zwar vom engen Bereich zum weiten Bereich der Fuge hin. Bei dieser Ausführungsform ist die Ausbreitung des Lotes aufgrund der Kapillarkräfte in Querrichtung :;ar Fuge in die Fuge hinein stets größer als die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lotes entlang der Seitenkanten in Längsrichtung der Fuge, und das geschmolzene Lot wird aufgrund der Kapillarkräfte vollständig in den Spalt der Fuge gezogen. Das geschmolzene Lot 4 wird gemäß der gestrichelten Linie zum weiten Ende der Fuge hin (zur rechten Seite in F i g. 2) geführt, und die Fuge der T-Verbindung wird vollständig mit dem geschmolzenen Lot 4 gefüllt Es kommt somit nicht zur Ausbildung von Hohlräumen in der Fuge, und man erhält eine T-Verbindung mit hoher Festigkeit und vorzüglicher Leitfähigkeit Der Abschrägungswinkel θ kann je nach den speziellen Bedingungen der Bauelemente und des Lötens gewählt werden. Er liegt in einem Bereich, der nach oben vorzugsweise 45°, speziell durch 30° und insbesondere durch 20°, begrenzt ist-und der nach unten vorzugsweise durch 1°, speziell durch 2° und insbesonder j durch 3°, begrenzt ist

Fig.3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, und zwar in Anwendung auf einen Rotor. Dabei wird eine Vielzahl von Stangen 8 als vertikale Metallbauelemente auf die Oberfläche eines ringförmigen Flansches 7, welcher als horizontales Metallbauteil dient aufgelötet, wobei die Mttallstangen 8 sich einerseits von der Fläche des Ringbauteils 7 vertikal nach oben und andererse-ts in Radialrichtung erstrekken. Die Stangen 8 werden in Form eines Kranzes angeordnet Sie werden mit ihren unteren Stirnflächen aufgelötet F i g. 3 zeigt den Zustand vor dem Löten. Die unteren Stirnflächen der Stangen 8_r welche als Verbindungsflächen dienen, weisen eine Abschrägung in Radialrichtung auf, d. h. in Längsrichtung der Lötfuge, so daß die Spaltweite der Lötfuge sich von außen nach innen vergrößert. Die Abschrägung der Stirnflächen der Stangen 8 kann durch Schleifen oder Drehen erfolgen. Der Flansch 7 und die Stangen 8 werden erhitzt und das Ende der Lotlegierung (Hartlotlegierung) 3 wird in Kontakt mit den beiden Bauelementen im Bereich der Lötfuge gebracht, und zwar beginnend am engsten Bereich der Lötfuge unter Führung des Lotes entlang der Fuge zum weiteren Ende derselben hin. Dabei dringt das Lot allseitig in die Fuge ein, ohne daß Hohlräume verbleiben. Daher weist die Verbindung der Stangen 8 mit dem Flansch 7 eine außergewöhnliche Festigkeit auf.

Fig.4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung zur Herstellung eines Rotors. Dabei weist der Flansch.7 auf seiner Oberfläche eine Ringnut 10 auf, welche aus einer vertikalen Ringfläche¹ und einer abgeschrägten (Boden-)RingfIäche besteht Die Abschrägung ist so gewählt, daß die Ringnut an der Peripherie weniger tief ist als im Innenbereich, d.h. in Richtung zum Zentrum des Flansches hin tiefer wird. Eine Vielzahl von Stangen 8 wird auf die Nut 10 aufgesetzt Die Stirnflächen der Stangen 8 verlaufen in

ίο einem 90° Winkel zu den Seitenflächen. Die Stangen 8 werden vertikal zur Oberfläche des Flansches, jedoch nicht zur Bodenfläche der Ringnut 10 aufgesetzt so daß ein abgeschrägter Spalt zwischen der Bodenfläche der Ringnut 10 und der Stirnfläche der Stangen 8 verbleibt Die Spaltweite nimmt zum Zentrum des Ringflansches 7 hin zu, d. h. wiederum in Längsrichtung der Verbindungsfuge. Auf in diesem Falle kann man eine ausgezeichnete Lötverbindung erhalten, wobei das Lot überall in die Fugen eindringt und keine Hohlräume verbleiben. Auf diese Weise können die Stangen 8 vertikal mit großer Festigkeit aufgeredet werden.

Bei den bisher beschriebenen Ausiiihrungsformen weist entweder das horizontale Metallbauteil oder das vertikale Metallbauteil eine abgeschrägte Verbindungsfläche auf. Es ist jedoch auci. möglich, an beiden Bauteilen abgeschrägte Verbindungsflächen vorzusehen. Die Zufuhr der Hartlotlegierung erfolgt beginnend beim engsten Bereich der Lötfuge. Es ist jedoch bei der praktischen Durchführung des Lötvorgangs auch möglich, die Hartlötlegierung derart zuzuführen, daß man in anderen Bereichen der Lötfuge oder zugleich an einer Vielzahl von Stellen der Lötfuge beginnt.

Fig.5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei die Stirnfläche des vertikalen Metallbauteils 2 eine Sägezaünform aufweist so' daß sägezahnförmige, abgeschrägte Lötfugen gebildet werden. Hierdurch wird verhindert, daß die sich in Längsrichtung der Lötfuge vergrößernde Spaltweite zu einer zu großen Spaltweite am Ende der Lötfuge führt.

Fig.6 zeigt den Zustand beim Hartlöten zur Aurbildung der T-Lötve.rbindung. Dabei sind wiederum die abgeschrägten Fugen in Sägezahnform am vertikalen Metallbauteil 2 ausgebildet Es ist jedoch auch möglich, das horizontale Metallbauteil 1 derart zu bearbeiten, daß es eine Nut mit einer sägezahnförmigen Bodenfläche erhält. Bei der gezeigten Ausführungsform handelt es sich um eine Sägezahnfläche mit abwechselnd schräg ansteigenden, linearen Flächen und vertikalen Flächen. Allgemein ist es erforderlich, abwechselnd konvexe und konkave Bereiche auszubilden, d.h. anstellt; der vertikalen Flächenbereiche können auch abgeschrägte Flächenbereiche, anstelle der linearen Flächenbereiche auch konvex oder konkav abgerundete Bereiche, und anstelle der unstetigen

Knickpunkte auch stetige Übergänge vorgesehen sein.

Wenn man eine in Längsrichtung der Lötverbindung

schräg verlaufende Fuge ausbildet ohne diese sägezahnförmig-zu gestalten, so kommt es bei langen Fugen selbst bei einem geringen Steigungswinkel θ von l. B. 3° an einem Ende der Fuge zu einer äußerst großen Fugenwtite. Wegen des großen Fugenvolumens ist für die vollständige Füllung der Fuge eine größere Menge der Lotlegierung erforderlich, und der Lötvorgang nimmt eine längere Zeit in Anspruch. Außerdem reicht die Oberflächenspannung (Kohäsion) der geschmolzenen Lotlegierung nicht aus, um am weiten Ende der Fuge eine stabile Füllung zu gewährleisten. Diese Problematik ist in F i g. 7 dargestellt. Das Bezugszeichen

6 deutet dabei einen konkaven Bereich am weiten Ende der Fuge an, der aufgrund der nicht ausreichenden Oberflächenspannung der geschmolzenen Lotlegierung entsteht Durch den konkaven Bereich 6 wird die Festigkeit der Lötverbindung herabgesetzt. Bei der Ausführungsform der F i g. 6 tritt ein konkaver Endbereich der Fugenfüllung nicht auf, und. man erhält stabile Verbindungen höchster Qualität.

Es können natürlich auch Fugen vorgesehen sein, welche sowohl in der Längsrichtung der Lötverbindung als auch in der Querrichtung, d. h. der Dickenrichtung des vertikalen Metallbauteils, schräg verlaufen. Die Erweiterung der Fuge in Dickenrichtung des vertikalen Metallbauteils kann z. B. erreicht werden, indem man entweder das vertikale Metallbauteil derart schräg auf das horizontale Metallbauteil aufsetzt, daß sich aufgrund dieser Anordnung die angestrebte schräge Fuge ergibt, oder dadurch, daß man das vertikale Metallbauteil an seiner Stirnfläche entsprechend abschrägt

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. .Verfahren zur Herstellung einer T-förmigen Lot- oder Hartlötverbindung einer Stirnfläche eines vertikalen Metallbauteils mit einer Oberfläche eines horizontalen Metallbauteils durch Ausbildung einer schrägen, sich erweiternden Fuge zwischen den zu verbindenden Flächender Metallbauteile und Füllen der ,Fuge mit einer Lotlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß man die schräge, sich erweiternde Fuge so ausbildet, daß sie sich in longitudinaler Richtung der Lötverbindung erweitert

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die schräge, sich erweiternde Fuge durclveine schräge Bearbeitung der Stirnfläche des vertikalen Metallbauteils oder durch Ausbildung einer Nut in der Oberfläche des horizontalen Metallbauteils ausbildet

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die schräge, sich erweiternde Fuge sägezahnförmig ausbildet

4. Verfahren nach Anspracht, dadurch gekennzeichnet, daß die schräge, sich erweiternde Fuge durch schräges Aufsetzen des vertikalen Metallbauteilsauf das horizontale Metallbauteil ausbildet

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die schräge, sich erweiternde Fuge so ausbildet daß sie sich sowohl in longitudinaler Richtung der Lötverbindung als auch in Dickenrichtung des vertikalen Metallbauteils erweitert

6. Verfahren nach eimern der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß man mit der Zufuhr der. Lotlegierung an der engsten S¹-· tile der schrägen, sich erweiternden Fuge beginnt