DE2716975B2

DE2716975B2 - Verfahren zum Verbinden von Gußeisenteilen oder Stahlteilen mit Gußeisenteilen

Info

Publication number: DE2716975B2
Application number: DE19772716975
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Vacuum Soldeer Centrum Vof Amsterdam
Current assignee: Vacuum Soldeer Centrum Vof Amsterdam
Priority date: 1976-04-20
Filing date: 1977-04-16
Publication date: 1980-02-28
Also published as: FR2348782B1; FR2348782A1; BE853628A; NL7604170A; IT1081350B; DE2716975A1; DE2716975C3; CH620385A5; GB1572472A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vakuumlöten von Gußeisenteilen oder Stahlteilen mit Gußeisenteilen.

Es ist bekannt, daß das Hartlöten von Gußeisenteilen besonders problematisch ist und bei diesem schwierigen Material nicht jeder Lötvorgang zum Erfolg führt. Aus dem »Handbuch der Löttechnik« von E. Lüder ist bekannt, daß beim Lötvorgang die Grenzflächenreaktion zwischen Gußeisen und geschmolzenem Lot träger verläuft und zuweilen gänzlich unterbleibt. Die Schuld an der mangelnden Bindung trägt vor allem das Graphit in der Lötfläche beim Gußeisen. Ohne die Beseitigung des Graphits, die mechanisch durch Sandstrahlen oder mit Oxydation durch Zugabe von Kupferoxyd beim Boraxflußmittel erreichbar erscheint, also erhebliche Vorarbeiten und Zusatzmittel notwendig sind, läßt sich nach herkömmlicher Weise eine feste Lötverbindung kaum erreichen.

In der DE-AS 12 28 125 wird die Möglichkeit des Hartlötens von einem stählernen Tragkörper, beispielsweise einem Ventilschaft, mit einer gußeisernen Endkappe beschrieben. Das gußeiserne Teil muß hierzu galvanisch vorbehandelt werden, um einen Überzug von Lot auf die zu lötende Fläche zu bekommen. Erst dann läßt sich durch Löten der Teile eine feste Bindung schaffen. Dies ist aber nur bei kleinen Teilen zu realisieren. Die galvanischen Vorarbeiten sind recht aufwendig und lassen sich an sperrigen Gegenständen kaum durchführen. Es ist auch sehr schwierig, die galvanischen Überzüge nur an den Stellen zu erhalten, die als Schweißstelle betrachtet wird. Vielmehr wird der Lötüberzug auch an Stellen entstehen, die nicht zur Bearbeitungsfläche gehören und infolgedessen teuer und zum Teil nicht durchführbar sein.

Schließlich ist aus den Berichten von Firma Degussa eine Veröffentlichung über Vakuumhartlote bekannt, mit denen je nach Grundwerkstoff und Löttemperatur im Vakuum zwischen 10~² und 1O^-6 Torr gelötet werden soll. Die dabei anzuwendenden Lote sollen frei

von fluchtigen metallischen und nicht-metallischen Verunreinigungen sein. Es werden hierbei die reinen Metalle, wie z.B. Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Germanium, Indium, Platin und Paladium sowie ihre Legierungen genutzt Diese Lote sind sehr teuer. Man wird infolgedessen diese Loie nur für sehr hochwertige Werkstoffe, wie hochlegierte Stähle verwenden. Gußeisen, das von Hause aus sehr viele unreine Einschlüsse besitzt und sehr billig ist, wird man nicht mit diesen sehr kostspieligen und hochlegierten Loten verbinden. In dem vorbekannten Bericht von Firma Degussa wird besonders darauf hingewiesen, daß die zu lötenden Flächen und Teile sorgfältig vorbearbeitet werden müssen und dabei von Oxydhäuten, Fett, Schmutz usw. auf chemischen und mechanischem Wege gereinigt und anschließend mit Trichlorethylen gespült werden müssen. Man hat auch erkannt, daß man mit hohem Vakuum die Oxydhaut auf dem Werkstück während der Erhitzung im Ofen reduzieren kann und diese umso schneller schwindet, je tiefer das Vakuum angesetzt ist. Deshalb war bisher auch immer das Bestreben, bei einem möglichst niedrigen Druck zu arbeiten. Bei Gußeisen stellte man aber fest, daß die Verbindung eine schlechte Qualität aufweist und daß das Gußeisen selbst sehr schlechte Eigenschaften davon bekam. Deshalb war bisher die Meinung, daß Gußeisen nicht vakuumgelötet werden könne, zumal ein so billiges Material nicht mit den Edelloten in Verbindung gebracht wurde, die sehr teuer sind und normalerweise nur für die Raumfahrttechnik in Frage kommen.

Die Aufgabe der Erfindung liegt nun in dem Schaffen eines Verfahrens, mit dem Gußeisenteile bzw. Gußeisen- mit Stahlteilcn in beliebiger Form und Größe fest zu einem Stück verbunden werden können, wobei die mechanischen Eigenschaften und der Werkstoffzustand mindestens die gleiche Qualität behalten soll, die vor der Verbindung uiid vor der Behandlung vorhanden waren.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß 1er Merkmale des Anspruchs 1. Die zu verbindenden Gußteile werden dabei unter Zugabe eines bekannten Lots, das mindestens 50% Kupfer enthält bei einem gemäßigten Druck, der zwischen ΙΟ"⁴ und 100 Torr beträgt, zusammengelötet. Wie die Praxis gezeigt hat, treten an dem zu bearbeitenden Werkstück bei dieser Temperatur- und Druckbehandlung keine Strukturwandlungen auf. Viele Versuche haben gezeigt, daß die dabei verlöteten Gußeisenteile und auch Guß-/Stahlteile sich sehr gut und innig verbinden lassen und ihre mechanischen Eigenschaften unverändert geblieben sind und zum Teil verbessert wurden. Diese Schweißverbindung bei dem genannten Druck und den übrigen Bedingungen gemäß dem Hauptanspruch läßt sich beliebig oft mit dem jeweils gleich guten Ergebnis wiederholen. Entscheidend ist natürlich auch, daß der Lötvorgang in einem geschlossenen Raum, d. h. in einem Ofen vollzogen wird. Wie bereits erwähnt, sind die Temperaturen so zu wählen, daß das Lot gut fließt und die zu verbindenden Teile nur aufnahmebereit für das Lot sind, ohne selbst in Fluß zu geraten. Dies erfolgt selbst bei starken und auch bei kleinen Teilen in dem Temperaturbereich von 800°C bis 1350°C.

Für das Verfahren hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Merkmale des Anspruchs 2 genutzt werden. Das Verfahren ist überraschend einfach, weil die zu verbindenden Teile vorab bereits in die Lage gebracht und fixiert werden, wie sie später fest verbunden sein sollen. Außerdem legt man das zu verbindende Lotmaterial bereits auf die Stellen, die sich

innig verbinden sollen, je nach Größe des Objekts und der Spaltweite wird man Draht oder Pulver nehmen oder gar eine Folie dazwischenlegen. Durch das Fixieren werden die Teile während des Lötvorgangs sich nicht verschieben, und in dem Vakuum wird das mit mindestens 50% Kupfer enthaltende Lot die Lötnaht voll ausfüllen.

Um eine saubere Lotnaht zu erreichen, sind die Anwendung bestimmter Verfahrensschritte von großem Vorteil, welche aus Patentanspruch 3 hervorgehen. Bei Verwendung eines solchen Verfahrens ergibt sich eine besonders hochwertige Verbindung zwischen den unterschiedlichen Teilen. Die Praxis hat gezeigt, daß die Eigenschaften cn der Verbindungsstelle nahezu gleich oder sogar besser als die Eigenschaften der zu verbindenden Materialien sind. Das Verfahren eignet sich zum Löten von aller Art Gußeisen, wie ferritiscfves, ferritische-i und perlitisches, perlitisches und/oder austenitisches Gußeisen, nicht legiertes, niedrig legiertes und/oder hochlegiertes Gußeisen, für Gußeisen mil Schichtenstruktur, Nodularstruktur und/oder zwischenliegender Mischstruktur, wobei diese Gußeisenarten miteinander und/oder mit jeder Art von Stahl verbunden werden können. Da die Aufheizung in einem Ofen erfolgt, ergibt sich eine gleichmäßige, allseitige Erwärmung, so daß keine Verformung der zu verbindenden Teile auftritt Auch Verbindungen an sehr schwer zugänglichen Stellen und Verbindungen von Teilen mit sehr verschiedenem Querschnitt sind ohne Schwierigkeiten mit dem Verfahren herstellbar. Bei diesem Lötverfahren im Ofen ist ein Flußmittel entbehrlich. Dadurch wird der Nachteil vermieden, daß wegen eventuell zu großer Mengen Flußmittel das Lot

ίο nicht an alle Stellen gelangen kann. Die zusammengelöteten Gegenstände sind nach dem Lötvorgang vollkommen sauber, so daß eine nachträgliche Reinigung sich erübrigt
Mit diesem neuartigen Verfahren in Druckbereichen,

i"> die im allgemeinen und insbesondere für Gußeisen bisher nicht denkbar waren, erreicht man hochwertige Verbindungen, ohne daß Vorarbeiten stattfinden müssen und zu dem auch keine Nacharbeiten notwendig sind. Ein einfacheres Lötverfahren für Gußeisenteile, deren gule mechanischen Eigenschaften nach der Verbindung beibehalten bleiben, und mit dem auch eine innige und feste Verbindung erreicht wird, ist kaum denkbar und auch aus der Praxis bisher nicht bekannt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Vakuumlöten von Gußeisen teilen oder Stahlteilen mit Gußeisenteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile mit einem an sich bekannten Lot getötet werden, das mindestens 50% Kupfer enthält und daß der Lötvorgang in einem Ofen bei einem Druck zwischen 10-« Torr und 100 Torr und bei einer Temperatur zwischen 800⁰C und 1350⁰C durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verbindenden Teile vor Einführung in den Ofen einander gegenüber genau fixiert werden und Lötmaterial in die Nähe der herzustellenden Lötnaht in der Form eines Drahts, einer Folie oder eines Pulvers oder in einer davon abgeleiteten Form gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Einführung der zu verbindenden Teile in den Ofen, der Ofen zunächst evakuiert wird, worauf die Temperatur im Ofen auf den erwünschten Wert erhöht und dann eine Abkühlung, nötigenfalls beschleunigt, bis unterhalb 15O⁰C durchgeführt wird, worauf ein inertes Gas in den Ofen eingeführt wird.