WO2007060101A1 - Fluxless brazing - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for soldering metal components, in which substantially flux-free metal components are soldered in a protective gas atmosphere and a corresponding device for soldering metal components in a protective gas atmosphere.
  • soldering metal components For soldering metal components, various soldering methods are known. In vacuum brazing, the metal components are exposed in a vacuum to an extremely pure soldering atmosphere during the heating and soldering phases. The use of flux is not necessary in vacuum brazing, but the vacuum technology entails high investment costs, which are reflected in the cost of the brazed metal component. For soldering with flux, corrosive or non-corrosive flux must be applied to the metal parts before the soldering process. This also results in investment and / or operating costs, in particular for the flux application and for the flux itself. In addition, when using corrosive fluxes, a complex cleaning of the soldered components is added in order not to leave a corrosive flux on the solder joints.
  • soldered metal components which include a variety of solder joints or hard-to-reach solder joints, for example, in heat exchangers with tube-fin design
  • the cleaning effort is usually significant and causes additional operating costs.
  • Aluminum alloy it is also known to dispense with the flux, provided that the brazing takes place in a protective gas atmosphere and the solders of an aluminum alloy with wetting-demanding alloying elements such as nickel, lithium or berrylium.
  • Corresponding aluminum alloys are problematic in terms of their recycling and thus their use in the recycling cycle, since standard alloys usually do not contain the abovementioned alloy constituents.
  • the alloying elements mentioned influence the properties of
  • metal components consisting of a standard aluminum alloy are flux-free soldered in a protective gas atmosphere, for example a nitrogen atmosphere of technical purity, the solder seams have considerable quality problems.
  • the present invention seeks to provide an inexpensive method for soldering substantially flux-free metal components available, with which can be dispensed with a costly vacuum brazing and yet achieves a sufficiently high quality of the solder joints becomes.
  • the invention has for its object to provide a corresponding device with which the inventive method can be performed.
  • the object derived above is procedurally achieved by virtue of the fact that the protective gas volume immediately surrounding the metal components and / or the solder seams and its Minimized interaction with the rest of the soldering atmosphere.
  • soldering seams of sufficiently good quality could be produced by minimizing the protective gas volume directly surrounding the metal components and / or the solder joints and minimizing the interaction of this protective gas volume with the rest of the soldering atmosphere, despite dispensing with flux.
  • a significant increase in the solder seam quality could be found. This can be dispensed with the use of flux, but also on a costly vacuum brazing, as it was previously necessary when soldering flux-free metal components.
  • a minimization of the metal components and / or the solder joints immediately surrounding protective gas volume and minimizing the Interaction of said protective gas volume with the remaining Lötatmospreheat be achieved that at least during the soldering the metal components and / or solder joints immediately surrounding protective gas volume from the remaining Lötatmospreheatre is at least partially spatially separated by release agent.
  • spatially separated is not a gas-tight separation of the protective gas volume directly surrounding the metal components and / or the solder joints from the rest of the soldering atmosphere. A minimal replacement of the protective atmosphere and the soldering atmosphere can still be made possible.
  • the expense of separating the protective gas volume from the remaining Lötatmospreheat be further reduced that at least during the heating and holding at soldering temperature, the metal components and / or solder joints immediately surrounding protective gas volume by release agent from the rest Lötatmosppianre is at least partially spatially separated.
  • soldering of substantially flux-free metal components under a protective gas atmosphere with high solder seam quality can be provided in a particularly simple manner become.
  • the metal components can be manually or automatically introduced into a container and complete a soldering line along with container or be soldered in a batch oven. Subsequently, the soldered metal components are removed again from the container.
  • a wrap of the too soldering metal component with a film or the use of a hood on a conveyor belt of a continuous soldering oven achieved a sufficient separation of the protective gas volumes, so that good soldering results are achieved.
  • containers, hoods and / or foils are used whose solidus temperature is greater than the brazing temperature.
  • stainless steel containers are advantageous in the brazing of metal components made of an aluminum alloy, since they show no interaction with the soldering to the components to be soldered at the soldering temperatures of the aluminum solder while having a good thermal conductivity.
  • aluminum containers can be used in the brazing of aluminum alloys, wherein the solidus temperature of the aluminum alloy of the container must be greater than the brazing temperature.
  • aluminum containers, hoods or foils are limited in their maximum application temperature, however, they have the advantage that because of the better heat conduction, they release the heat introduced from outside more quickly to the interior to the solder joints.
  • inert gas any inert gas, in particular nitrogen, can be used, with nitrogen being used as the lowest-priced inert gas.
  • inert gas mixtures or mixtures of an inert gas and a reducing gas can be used as protective gas.
  • means are used to set a reducing protective gas atmosphere in the protective gas volume surrounding the metal component and / or the solder joints.
  • a reducing protective gas atmosphere reduces oxidic reactions with oxygen remaining in the protective gas atmosphere of the metal component, so that the quality of the soldered seams and their susceptibility to corrosion is markedly improved.
  • magnesium strips or particles can be introduced into the protective atmosphere immediately surrounding the solder joints, which serve as getter materials for oxygen.
  • organic getter materials provided that they are resistant to the high soldering temperatures.
  • the method according to the invention is particularly advantageous in that at least one metal component consists of an aluminum alloy, in particular a standard aluminum alloy which is readily recyclable.
  • a good solderability is achieved even with metal components consisting of a standard aluminum alloy in a protective gas atmosphere. This allows a particularly cost-effective production of soldered metal components, such as heat exchangers, which in turn are easy to recycle.
  • the inventive method can be used particularly effectively due to the compact design of heat exchangers or heat exchanger-like components and the number of solder joints.
  • the above-described object is achieved by a device for soldering metal components for realizing the soldering process according to the invention characterized in that means for minimizing the protective gas volume surrounding the metal components and / or the solder joints and to minimize the interaction between the inert gas volume and of the remaining soldering atmosphere are provided.
  • the inventive method can be realized, so that can be dispensed with the use of flux and the use of a vacuum brazing during soldering of metal components.
  • the volume and interaction with the remaining Lötatmosphotre of the metal components and / or the solder joints immediately surrounding protective gas can be minimized in a simple manner by means for at least partial spatial separation of the immediately surrounding the metal components and / or the soldering protective gas volume of the remaining Lötatmospreheat are provided.
  • a container, a hood and / or a foil for the metal components to be soldered is provided as a particularly simple means for at least partial spatial separation of the protective gas volume immediately surrounding the metal components and / or the solder joints or in which the metal components are soldered.
  • the device according to the invention can be further developed advantageous in that the container, hood or foil consists of a metal which has a solidus temperature which is greater than the soldering temperature.
  • the container, the hood or the film made of stainless steel but also made of an aluminum alloy.
  • stainless steel has a good thermal conductivity and is resistant even at very high soldering temperatures.
  • the aluminum alloy has a much higher thermal conductivity, so that the heating of the solder joints is significantly accelerated within, for example, the container.
  • the single figure in a sectional view shows a container with a metal component as it was used in the embodiment of the method according to the invention.
  • the cooler-like component 1 comprises lamellae 2 and pipes 3 to be brazed made of a recycling-friendly aluminum alloy with the designation EN-AW 3003, which were free of flux.
  • the cooler-like component 1 has been soldered according to the invention in a filled with protective gas 4 stainless steel container 5. During soldering, the container 5 is closed in order to separate the protective gas or protective gas volume 4 surrounding the metal components from the remaining soldering atmosphere 6, which is located outside the container 5.
  • a protective gas nitrogen was used in both experiments. It is also It is conceivable to use any other inert gas, for example a noble gas, an inert gas mixture or a mixture of inert gas and a reducing gas, as protective gas.
  • the brazed rib width has been assigned an error factor C, which is the fraction of the non-brazed rib width. If the rib is not completely soldered, the result is an error factor C of 1, with a rib width soldered in three quarters results in an error factor C of 0.25. From the product of Number of Albertlötstellen B and the associated error factor is now an error size FC obtained, the sum of which gives an error E associated with the component. Since the number of solder joints in the cooler-like component is proportional to the solder seam length of the component, a percentage error with respect to the solder joints can be calculated from the sum of the defect sizes and the total solder joint length of the component. The total solder seam length of the soldered component was 143.56 cm.
  • the quality of the solder seam can be significantly increased by a simple measure, for example the fact that the coolant-like component is soldered in a stainless steel container with dimensions which are only slightly larger than those of the component to be soldered.

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Abstract

The invention relates to a method of brazing metal components, in which essentially fluxless metal components are brazed in an inert gas atmosphere, and to a corresponding device for brazing metal components in an inert gas atmosphere. The problem of providing a cost-effective method of brazing essentially fluxless metal components with which expensive vacuum brazing can be dispensed with and yet a sufficiently high quality of the brazed locations is achieved, is solved by a brazing method of the type in question by virtue of the fact that the inert gas volume directly surrounding the metal components and/or the brazed locations and its interaction with the rest of the brazing atmosphere are minimized.

Description

Flussmittelfreies Löten Flux-free soldering
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Löten von Metallbauteilen, bei welchem im Wesentlichen flussmittelfreie Metallbauteile in einer Schutzgasatmosphäre gelötet werden sowie eine entsprechende Vorrichtung zum Löten von Metallbauteilen in einer Schutzgasatmosphäre.The invention relates to a method for soldering metal components, in which substantially flux-free metal components are soldered in a protective gas atmosphere and a corresponding device for soldering metal components in a protective gas atmosphere.
Zum Löten von Metallbauteilen sind verschiedene Lötverfahren bekannt. Beim Vakuumlöten werden die Metallbauteile in einem Vakuum einer extrem reinen Lötatmosphäre während der Aufheiz- und Lötphase ausgesetzt. Der Einsatz von Flussmitteln ist beim Vakuumlöten nicht notwendig, jedoch zieht die Vakuumtechnologie hohe Investitionskosten nach sich, die sich in den Kosten für das gelötete Metallbauteil widerspiegeln. Beim flussmittelbehafteten Löten muss vor dem Lötprozess korrosives oder nicht korrosives Flussmittel auf die Metallteile appliziert werden. Auch hierdurch entstehen Investitions- und/oder Betriebskosten, insbesondere für die Flussmittelapplikation sowie für das Flussmittel selber. Zusätzlich kommt bei der Verwendung von korrosiven Flussmitteln eine aufwändige Reinigung der gelöteten Bauteile hinzu, um kein korrosives Flussmittel auf den Lötstellen zu hinterlassen. Insbesondere bei gelöteten Metallbauteilen, welche eine Vielzahl von Lötnähten oder schwer zugängliche Lotnähte umfassen, beispielsweise bei Wärmetauschern mit Rohr-Lamellen-Design ist der Reinigungsaufwand zumeist erheblich und verursacht zusätzliche Betriebskosten. Beim Löten von Metallbauteilen aus einerFor soldering metal components, various soldering methods are known. In vacuum brazing, the metal components are exposed in a vacuum to an extremely pure soldering atmosphere during the heating and soldering phases. The use of flux is not necessary in vacuum brazing, but the vacuum technology entails high investment costs, which are reflected in the cost of the brazed metal component. For soldering with flux, corrosive or non-corrosive flux must be applied to the metal parts before the soldering process. This also results in investment and / or operating costs, in particular for the flux application and for the flux itself. In addition, when using corrosive fluxes, a complex cleaning of the soldered components is added in order not to leave a corrosive flux on the solder joints. In particular, in soldered metal components, which include a variety of solder joints or hard-to-reach solder joints, for example, in heat exchangers with tube-fin design, the cleaning effort is usually significant and causes additional operating costs. When soldering metal components from a
Aluminiumlegierung ist es darüber hinaus bekannt, auf das Flussmittel zu verzichten, sofern das Löten in einer Schutzgasatmosphäre stattfindet und die Lote aus einer Aluminiumlegierung mit benetzungsfordernden Legierungselementen wie Nickel, Lithium oder Berrylium bestehen. Entsprechende Aluminiumlegierungen sind jedoch hinsichtlich ihres Recyclings und damit ihres Einsatzes im Wertstoffkreislauf problematisch, da Standardlegierungen die oben genannten Legierungsbestandteile in der Regel nicht enthalten. Darüber hinaus beeinflussen die genannten Legierungselemente die Eigenschaften vonAluminum alloy, it is also known to dispense with the flux, provided that the brazing takes place in a protective gas atmosphere and the solders of an aluminum alloy with wetting-demanding alloying elements such as nickel, lithium or berrylium. Corresponding aluminum alloys, however, are problematic in terms of their recycling and thus their use in the recycling cycle, since standard alloys usually do not contain the abovementioned alloy constituents. In addition, the alloying elements mentioned influence the properties of
Standardlegierungen negativ, was bis zur Unbrauchbarkeit der rezyklierten Aluminiumlegierung führen kann.Standard alloys negative, which can lead to the uselessness of the recycled aluminum alloy.
Werden Metallbauteile bestehend aus einer Standardaluminiumlegierung flussmittelfrei in einer Schutzgasatmosphäre, beispielsweise einer Stickstoff- Atmosphäre technischer Reinheit, gelötet, so weisen die Lötnähte erhebliche Qualitätsprobleme auf.If metal components consisting of a standard aluminum alloy are flux-free soldered in a protective gas atmosphere, for example a nitrogen atmosphere of technical purity, the solder seams have considerable quality problems.
Von dem zuvor geschilderten Stand der Technik ausgehend, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Verfahren zum Löten von im Wesentlichen flussmittelfreien Metallbauteilen zur Verfügung zu stellen, mit welchem auf ein aufwändiges Vakuumlöten verzichtet werden kann und dennoch eine ausreichend hohe Qualität der Lötstellen erzielt wird. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine entsprechende Vorrichtung anzugeben, mit welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.Based on the previously described prior art, the present invention seeks to provide an inexpensive method for soldering substantially flux-free metal components available, with which can be dispensed with a costly vacuum brazing and yet achieves a sufficiently high quality of the solder joints becomes. In addition, the invention has for its object to provide a corresponding device with which the inventive method can be performed.
Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben hergeleitete Aufgabe verfahrensmäßig dadurch gelöst, dass das die Metallbauteile und/oder die Lötnähte unmittelbar umgebende Schutzgasvolumen und dessen Wechselwirkung mit der übrigen Lötatmosphäre minimiert werden .According to a first teaching of the present invention, the object derived above is procedurally achieved by virtue of the fact that the protective gas volume immediately surrounding the metal components and / or the solder seams and its Minimized interaction with the rest of the soldering atmosphere.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass durch die Minimierung des unmittelbar die Metallbauteile und/oder die Lötstellen umgebenden Schutzgasvolumens und durch die Minimierung der Wechselwirkung dieses Schutzgasvolumens mit der übrigen Lötatmosphäre trotz des Verzichts auf Flussmittel Lötnähte mit ausreichend guter Qualität hergestellt werden konnten. Insbesondere im Vergleich zu Lötungen, bei welchen das Volumen der Schutzgasatmosphäre, das in Kontakt mit den Lötstellen steht, nicht minimiert wurde, konnte eine deutlicher Anstieg der Lötnahtqualität festgestellt werden. Damit kann auf den Einsatz von Flussmitteln, aber auch auf ein kostenintensives Vakuumlöten, wie es bisher beim Löten von flussmittelfreien Metallbauteilen notwendig war, verzichtet werden. Offensichtlich bewirkt die Minimierung des Schutzgasvolumens auf die unmittelbare Umgebung der Metallbauteile bzw. der Lötnähte, dass die Benetzungseigenschaften, insbesondere auch von Standardlegierungen, ohne den Einsatz von Flussmitteln deutlich verbessert werden. Im Ergebnis kann ein kostengünstiges Lötverfahren zur Verfügung gestellt werden, welches trotz des Verzichts auf Flussmittel eine ausreichend hohe Lötstellenqualität erzielt. Selbstverständlich können zusätzlich benetzungsfordernde Legierungselemente in den zu lötenden Metallbauteilen verwendet werden, wobei das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit eröffnet, andere beispielsweise hinsichtlich des Recyclings weniger problematische benetzungsfordernde Legierungselemente zu verwenden.It has surprisingly been found that soldering seams of sufficiently good quality could be produced by minimizing the protective gas volume directly surrounding the metal components and / or the solder joints and minimizing the interaction of this protective gas volume with the rest of the soldering atmosphere, despite dispensing with flux. In particular, compared to soldering, in which the volume of the inert gas atmosphere, which is in contact with the solder joints, was not minimized, a significant increase in the solder seam quality could be found. This can be dispensed with the use of flux, but also on a costly vacuum brazing, as it was previously necessary when soldering flux-free metal components. Obviously, the minimization of the inert gas volume to the immediate vicinity of the metal components or the solder seams, that the wetting properties, especially of standard alloys, significantly improved without the use of flux. As a result, a low-cost soldering method can be provided, which achieves a sufficiently high soldering point quality despite dispensing with flux. Of course, additionally wetting-demanding alloying elements can be used in the metal components to be soldered, the method according to the invention opening up the possibility of using other wetting-requiring alloying elements which are less problematic, for example, with regard to recycling.
Auf besonders einfache Weise kann eine Minimierung des die Metallbauteile und/oder die Lötnähte unmittelbar umgebenden Schutzgasvolumens sowie eine Minimierung der Wechselwirkung des genannten Schutzgasvolumens mit der übrigen Lötatmosphäre dadurch erreicht werden, dass zumindest während des Lötens das die Metallbauteile und/oder die Lötstellen unmittelbar umgebende Schutzgasvolumen von der übrigen Lötatmosphäre durch Trennmittel zumindest teilweise räumlich getrennt wird. Als räumlich getrennt wird erfindungsgemäß keine gasdichte Trennung des unmittelbar die Metallbauteile und/oder die Lötstellen umgebenden Schutzgasvolumens von der übrigen Lötatmosphäre verstanden. Ein minimaler Austausch der Schutzatmosphäre und der Lötatmosphäre kann weiterhin ermöglicht werden.In a particularly simple way, a minimization of the metal components and / or the solder joints immediately surrounding protective gas volume and minimizing the Interaction of said protective gas volume with the remaining Lötatmosphäre be achieved that at least during the soldering the metal components and / or solder joints immediately surrounding protective gas volume from the remaining Lötatmosphäre is at least partially spatially separated by release agent. According to the invention, spatially separated is not a gas-tight separation of the protective gas volume directly surrounding the metal components and / or the solder joints from the rest of the soldering atmosphere. A minimal replacement of the protective atmosphere and the soldering atmosphere can still be made possible.
Gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Aufwand der Trennung des Schutzgasvolumens von der übrigen Lötatmosphäre dadurch weiter verringert werden, dass zumindest während des Aufheizens und des Haltens auf Löttemperatur das die Metallbauteile und/oder die Lötstellen unmittelbar umgebende Schutzgasvolumen durch Trennmittel von der übrigen Lötatmosphäre zumindest teilweise räumlich getrennt ist.According to a next advantageous embodiment of the method according to the invention, the expense of separating the protective gas volume from the remaining Lötatmosphäre be further reduced that at least during the heating and holding at soldering temperature, the metal components and / or solder joints immediately surrounding protective gas volume by release agent from the rest Lötatmosphäre is at least partially spatially separated.
Werden zur räumlichen Trennung des die Metallbauteile und/oder die Lötstellen unmittelbar umgebenden Schutzgasvolumens von der übrigen Lötatmosphäre Behälter, Hauben und/oder Folien verwendet, kann ein Löten von im Wesentlichen Flussmittel freien Metallbauteilen unter einer Schutzgasatmosphäre mit hoher Lötnahtqualität auf besonders einfache Weise zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise können die Metallbauteile von Hand oder automatisch in einen Behälter eingebracht werden und samt Behälter eine Lötstraße durchlaufen oder in einem Batch- Ofen gelötet werden. Anschließend werden die gelöteten Metallbauteile wieder aus dem Behälter entnommen. Alternativ dazu wird auch durch eine Umwicklung des zu lötenden Metallbauteils mit einer Folie oder die Verwendung einer Haube auf einem Förderband eines Durchlauflötofens eine ausreichende Trennung der Schutzgasvolumina erreicht, so dass gute Lötergebnisse erzielt werden.If containers, hoods and / or foils are used for the spatial separation of the protective gas volume immediately surrounding the metal components and / or the solder joints, soldering of substantially flux-free metal components under a protective gas atmosphere with high solder seam quality can be provided in a particularly simple manner become. For example, the metal components can be manually or automatically introduced into a container and complete a soldering line along with container or be soldered in a batch oven. Subsequently, the soldered metal components are removed again from the container. Alternatively, by a wrap of the too soldering metal component with a film or the use of a hood on a conveyor belt of a continuous soldering oven achieved a sufficient separation of the protective gas volumes, so that good soldering results are achieved.
Vorzugsweise werden, gemäß einer nächsten weitergebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, Behälter, Hauben und/oder Folien verwendet, deren Solidustemperatur größer als die Löttemperatur ist. Beispielsweise sind Edelstahlbehälter vorteilhaft beim Verlöten von Metallbauteilen aus einer Aluminiumlegierung, da sie bei den Löttemperaturen des Aluminiumlots keine Wechselwirkungen mit den zu lötenden Bauteilen zeigen und gleichzeitig eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzen. Andererseits können auch Aluminiumbehälter beim Löten von Aluminiumlegierungen verwendet werden, wobei die Solidustemperatur der Aluminiumlegierung des Behälters größer als die Löttemperatur sein muss. Aluminiumbehälter, -hauben oder Folien sind zwar in ihrer maximalen Anwendungstemperatur beschränkt, haben allerdings den Vorteil, dass diese aufgrund der besseren Wärmeleitung die von außen eingebrachte Hitze schneller an den Innenraum zu den Lötstellen abgeben.Preferably, according to a next further developed embodiment of the method according to the invention, containers, hoods and / or foils are used whose solidus temperature is greater than the brazing temperature. For example, stainless steel containers are advantageous in the brazing of metal components made of an aluminum alloy, since they show no interaction with the soldering to the components to be soldered at the soldering temperatures of the aluminum solder while having a good thermal conductivity. On the other hand, aluminum containers can be used in the brazing of aluminum alloys, wherein the solidus temperature of the aluminum alloy of the container must be greater than the brazing temperature. Although aluminum containers, hoods or foils are limited in their maximum application temperature, however, they have the advantage that because of the better heat conduction, they release the heat introduced from outside more quickly to the interior to the solder joints.
Als Schutzgas kann ein beliebiges inertes Gas, insbesondere Stickstoff, verwendet werden, wobei Stickstoff als preisgünstigstes inertes Gas bevorzugt verwendet wird. Alternativ können auch inerte Gasgemische oder Gemische aus einem inerten Gas und einem reduzierend wirkendem Gas als Schutzgas verwendet werden.As inert gas, any inert gas, in particular nitrogen, can be used, with nitrogen being used as the lowest-priced inert gas. Alternatively, inert gas mixtures or mixtures of an inert gas and a reducing gas can be used as protective gas.
Vorzugsweise werden Mittel verwendet, um in dem das Metallbauteil und/oder die Lötstellen umgebenden Schutzgasvolumen eine reduzierende Schutzgasatmosphäre einzustellen. Typischerweise werden mit einer reduzierenden Schutzgasatmosphäre oxidische Reaktionen mit in der Schutzgasatmosphäre verbliebenem Sauerstoff des Metallbauteils verringert, so dass die Qualität der Lötnähte und deren Korrosionsanfälligkeit deutlich verbessert wird. Beispielsweise können beim Löten von Aluminiumbauteilen Magnesiumstreifen oder -partikel mit in die unmittelbar die Lötstellen umgebende Schutzatmosphäre eingebracht werden, welche als Getter-Materialien für Sauerstoff dienen. Denkbar ist aber auch der Einsatz von organischen Getter-Materialien, sofern diese beständig gegenüber den hohen Löttemperaturen sind.Preferably, means are used to set a reducing protective gas atmosphere in the protective gas volume surrounding the metal component and / or the solder joints. Typically with a reducing protective gas atmosphere reduces oxidic reactions with oxygen remaining in the protective gas atmosphere of the metal component, so that the quality of the soldered seams and their susceptibility to corrosion is markedly improved. For example, when brazing aluminum components, magnesium strips or particles can be introduced into the protective atmosphere immediately surrounding the solder joints, which serve as getter materials for oxygen. However, it is also conceivable to use organic getter materials, provided that they are resistant to the high soldering temperatures.
Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch, dass mindestens ein Metallbauteil aus einer Aluminiumlegierung, insbesondere einer gut rezyklierbaren Standard-Aluminiumlegierung, besteht. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine gute Lötbarkeit auch bei aus einer Standard-Aluminiumlegierungen bestehenden Metallbauteilen in einer Schutzgasatmosphäre erzielt. Dies ermöglicht eine besonders kostengünstige Fertigung von gelöteten Metallbauteile, beispielsweise Wärmetauschern, die wiederum gut rezyklierbar sind.The method according to the invention is particularly advantageous in that at least one metal component consists of an aluminum alloy, in particular a standard aluminum alloy which is readily recyclable. With the method according to the invention, a good solderability is achieved even with metal components consisting of a standard aluminum alloy in a protective gas atmosphere. This allows a particularly cost-effective production of soldered metal components, such as heat exchangers, which in turn are easy to recycle.
Werden Wärmetauscher oder wärmetauscherähnliche Bauteile gelötet, kann aufgrund der kompakten Bauweise von Wärmetauschern oder wärmetauscherähnlichen Bauteilen und der Anzahl an Lötstellen das erfindungsgemäße Verfahren besonders effektiv angewendet werden.If heat exchangers or heat exchanger-like components are soldered, the inventive method can be used particularly effectively due to the compact design of heat exchangers or heat exchanger-like components and the number of solder joints.
Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben hergeleitete Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Löten von Metallbauteilen zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Lötverfahrens dadurch gelöst, dass Mittel zur Minimierung des die Metallbauteile und/oder die Lötstellen umgebende Schutzgasvolumens und zur Minimierung der Wechselwirkung zwischen dem Schutzgasvolumen und der übrigen Lötatmosphäre vorgesehen sind. Durch die entsprechenden Mittel kann das erfindungsgemäße Verfahren realisiert werden, so dass auf den Einsatz von Flussmitteln sowie die Verwendung eines Vakuumlötens beim Löten von Metallbauteilen verzichtet werden kann.According to a second teaching of the present invention, the above-described object is achieved by a device for soldering metal components for realizing the soldering process according to the invention characterized in that means for minimizing the protective gas volume surrounding the metal components and / or the solder joints and to minimize the interaction between the inert gas volume and of the remaining soldering atmosphere are provided. By the corresponding means, the inventive method can be realized, so that can be dispensed with the use of flux and the use of a vacuum brazing during soldering of metal components.
Das Volumen und die Wechselwirkung mit der übrigen Lötatmosphäre des die Metallbauteile und/oder die Lötstellen unmittelbar umgebende Schutzgases kann auf einfache Weise dadurch minimiert werden, dass Mittel zur zumindest teilweisen räumlichen Trennung des unmittelbar die Metallbauteile und/oder die Lötstellen umgebenden Schutzgasvolumens von der übrigen Lötatmosphäre vorgesehen sind.The volume and interaction with the remaining Lötatmosphäre of the metal components and / or the solder joints immediately surrounding protective gas can be minimized in a simple manner by means for at least partial spatial separation of the immediately surrounding the metal components and / or the soldering protective gas volume of the remaining Lötatmosphäre are provided.
Als besonders einfache Mittel zur zumindest teilweisen räumlichen Trennung des unmittelbar die Metallbauteile und/oder die Lötstellen umgebenden Schutzgasvolumens ist, gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ein Behälter, eine Haube und/oder eine Folie für die zu lötenden Metallbauteile vorgesehen, in welchem bzw. in welcher die Metallbauteile gelötet werden.According to a next advantageous embodiment of the device according to the invention, a container, a hood and / or a foil for the metal components to be soldered is provided as a particularly simple means for at least partial spatial separation of the protective gas volume immediately surrounding the metal components and / or the solder joints or in which the metal components are soldered.
Beim Löten von Metallbauteilen aus einerWhen soldering metal components from a
Aluminiumlegierung kann die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass die Behälter, Haube oder Folie aus einem Metall besteht, welches eine Solidustemperatur aufweist, die größer als die Löttemperatur ist. Beispielsweise kann der Behälter, die Haube oder die Folie aus Edelstahl aber auch aus einer Aluminiumlegierung bestehen. Edelstahl weist, wie bereits ausgeführt, eine gute Wärmeleitfähigkeit auf und ist beständig auch bei sehr hohen Löttemperaturen. Die Aluminiumlegierung besitzt dagegen eine weit höhere Wärmeleitfähigkeit, so dass das Erwärmen der Lötstellen innerhalb beispielsweise des Behälters wesentlich beschleunigt wird.Aluminum alloy, the device according to the invention can be further developed advantageous in that the container, hood or foil consists of a metal which has a solidus temperature which is greater than the soldering temperature. For example, the container, the hood or the film made of stainless steel but also made of an aluminum alloy. As already stated, stainless steel has a good thermal conductivity and is resistant even at very high soldering temperatures. In contrast, the aluminum alloy has a much higher thermal conductivity, so that the heating of the solder joints is significantly accelerated within, for example, the container.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen einerseits auf die den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 9 nachgeordneten Ansprüchen sowie auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens in Verbindung mit der Zeichnung .There are now a variety of ways to design the inventive method and the device of the invention and further education. Reference is made here on the one hand to the independent claims 1 and 9 subordinate claims and to the description of an embodiment of the method according to the invention in conjunction with the drawing.
In der Zeichnung zeigt die einzige Figur in einer Schnittansicht einen Behälter mit einem Metallbauteil wie er im Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wurde.In the drawing, the single figure in a sectional view shows a container with a metal component as it was used in the embodiment of the method according to the invention.
Entsprechend dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein kühlerähnliches Bauteil 1 in einem Behälter 5 aus Edelstahl, welcher minimal größere Abmessungen aufweist als das kühlerähnliche Bauteil 1 selbst, einem Schutzgaslöten in einer Stickstoffatmosphäre 4,6 bei etwa 600 0C unterzogen worden.According to the embodiment of the method according to the invention, a cooler-like component 1 in a container 5 made of stainless steel, which has minimally larger dimensions than the cooler-like component 1 itself, has been subjected to inert gas soldering in a nitrogen atmosphere 4.6 at about 600 0 C.
Wie in der Schnittansicht der Fig. 1 zu erkennen ist, umfasst das kühlerähnliche Bauteil 1 Lammellen 2 und anzulötende Rohre 3 aus einer recyclingfreundlichen Aluminiumlegierung mit der Bezeichnung EN-AW 3003, welche flussmittelfrei waren. Das kühlerähnliche Bauteil 1 ist erfindungsgemäß in einem mit Schutzgas 4 gefüllten Edelstahlbehälter 5 verlötet worden. Beim Löten wird der Behälter 5 geschlossen, um das die Metallbauteile umgebende Schutzgas bzw. Schutzgasvolumen 4 von der übrigen Lötatmosphäre 6, welche sich außerhalb des Behälters 5 befindet, zu trennen. Als Schutzgas wurde bei beiden Versuchen Stickstoff verwendet. Es ist aber auch denkbar jedes andere Inertgas, beispielsweise ein Edelgas, ein Inertgasgemisch oder ein Gemisch aus Inertgas und einem reduzierend wirkenden Gas, als Schutzgas einzusetzen .As can be seen in the sectional view of FIG. 1, the cooler-like component 1 comprises lamellae 2 and pipes 3 to be brazed made of a recycling-friendly aluminum alloy with the designation EN-AW 3003, which were free of flux. The cooler-like component 1 has been soldered according to the invention in a filled with protective gas 4 stainless steel container 5. During soldering, the container 5 is closed in order to separate the protective gas or protective gas volume 4 surrounding the metal components from the remaining soldering atmosphere 6, which is located outside the container 5. As a protective gas nitrogen was used in both experiments. It is also It is conceivable to use any other inert gas, for example a noble gas, an inert gas mixture or a mixture of inert gas and a reducing gas, as protective gas.
Im Vergleich dazu wurde ein gleiches kühlerähnliches Bauteil 1, bestehend aus den gleichen Werkstoffen in dem gleichen Lötofen ebenfalls unter einerIn comparison, a similar cooler-like component 1, consisting of the same materials in the same soldering oven was also under a
Stickstoffschutzgas-Atmosphäre bei 600 0C flussmittelfrei verlötet, ohne dass sich das kühlerähnliche Bauteil 1 in einem Behälter 5 befand. Anschließend ist eine Analyse der Lötfehler durchgeführt worden.Nitrogen gas atmosphere at 600 0 C soldered flux-free, without that the cooler-like component 1 was in a container 5. Subsequently, an analysis of the soldering defects has been carried out.
Bei dem konventionell unter Schutzgasatmosphäre gelöteten Bauteil sind die Bereiche der Innenverlötung in den Rohren 3 erwartungsgemäß in guter Qualität. Allerdings zeigt sich in den äußeren Bereichen der Lötnähte zwischen den Lamellen 2 und den Rohren 3 ein deutlicher Abfall der Lötqualität. Als fehlerhaft werden die Lötstellen bezeichnet, welche die Lamelle 2 und das Rohr 3 nicht in vollständiger Breite miteinander verbinden.In the conventional soldered conventionally under inert gas atmosphere component, the areas of Innenverlötung in the tubes 3 are expected to be in good quality. However, in the outer regions of the solder seams between the slats 2 and the tubes 3, a clear drop in soldering quality is evident. The solder joints are referred to as defective, which do not connect the lamella 2 and the tube 3 in their full width.
Zur Beurteilung der Lötnahtqualität ist ein Bewertungsschema für die Rohr-Lamellen-Verbindung aufgestellt worden, bei welchem die Fehler in vier Fehlerklassen entsprechend dem in Vierteln aufgeteilten Anteil der angelöteten Rippenbreite einer Lammelle 2 eingeteilt werden.In order to evaluate the solder seam quality, an evaluation scheme has been established for the pipe-fin joint in which the defects are classified into four defect classes corresponding to the portion of the soldered fin width of a slab 2 divided into quarters.
Wie aus den unten stehenden Tabellen 1 und 2 ersichtlich ist, ist der angelöteten Rippenbreite ein Fehlerfaktor C zugeordnet worden, welcher sich aus dem Anteil der nicht angelöteten Rippenbreite ergibt. Ist die Rippe komplett nicht angelötet, ergibt sich ein Fehlerfaktor C von 1, bei einer zu drei vierteln angelöteten Rippenbreite ergibt sich ein Fehlerfaktor C von 0,25. Aus dem Produkt der Anzahl der Fehllötstellen B und des zugehörigen Fehlerfaktors wird nun eine Fehlergröße FC erhalten, dessen Summe einen dem Bauteil zugeordneten Fehler E ergibt. Da die Anzahl der Lötstellen in dem kühlerähnlichen Bauteil proportional zur Lötnahtlänge des Bauteils ist, kann aus der Summe der Fehlergrößen und dem Gesamtlötnahtlänge des Bauteils ein prozentualer Fehler hinsichtlich der Lötstellen berechnet werden. Die Gesamtlötnahtlänge des gelöteten Bauteils betrug 143,56 cm.As can be seen from Tables 1 and 2 below, the brazed rib width has been assigned an error factor C, which is the fraction of the non-brazed rib width. If the rib is not completely soldered, the result is an error factor C of 1, with a rib width soldered in three quarters results in an error factor C of 0.25. From the product of Number of Fehllötstellen B and the associated error factor is now an error size FC obtained, the sum of which gives an error E associated with the component. Since the number of solder joints in the cooler-like component is proportional to the solder seam length of the component, a percentage error with respect to the solder joints can be calculated from the sum of the defect sizes and the total solder joint length of the component. The total solder seam length of the soldered component was 143.56 cm.
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Tabelle 1Table 1
Am häufigsten trat bei dem konventionell gelöteten Bauteil der Fehler auf, dass nur die halbe Rippenbreite angelötet wurde. Unter diesem Fehlermerkmal wurden insgesamt 68 Fehllötstellen gefunden. Insgesamt ergab sich eine summierte Fehlergröße E von 64,25, welche normiert auf die Gesamtlötnahtlänge des kühlerähnlichen Bauteils einen prozentualen Lötfehler von 44,75 % ergibt. Dieses Ergebnis ist für kommerzielle Anwendungen inakzeptabel.The most common error with the conventionally soldered component was that only half the width of the rib was soldered. Under this error characteristic, a total of 68 failed soldering points were found. Overall, there was a summed error size E of 64.25, which gives a percent soldering error of 44.75% normalized to the total solder seam length of the cooler-like component. This result is unacceptable for commercial applications.
Im Vergleich dazu zeigt ein gleiches kühlerähnliches Bauteil, gelötet nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, einen sehr viel geringeren Lötfehler. Als häufigster Fehler wurde eine nicht angelötete Rippenbreite von einem Viertel gemessen. Insgesamt ergab sich eine summierte Fehlergröße E von 3, welche im Verhältnis zur Lötnahtlänge des kuhlerahnlichen Bauteils einen Lotfehler von 2,09 ergab .In comparison, a similar cooler-like component, soldered by the method according to the invention, shows a much lower soldering defect. The most frequent error was a non-soldered rib width of one quarter. Overall, a summed error size E of 3, which in relation to Lötnahtlänge of the coolant-type component yielded a solder error of 2.09.
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Tabelle 2Table 2
Überraschenderweise kann durch eine einfache Maßnahme, beispielsweise dadurch, dass das kuhlerahnliche Bauteil in einem Edelstahlbehalter mit Abmessungen, welche nur wenig großer als die des zu lotenden Bauteils liegen, gelotet wird, die Qualität der Lotnahte deutlich gesteigert werden . Surprisingly, the quality of the solder seam can be significantly increased by a simple measure, for example the fact that the coolant-like component is soldered in a stainless steel container with dimensions which are only slightly larger than those of the component to be soldered.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Löten von Metallbauteilen, bei welchem im Wesentlichen flussmittelfreie Metallbauteile in einer Schutzgasatmosphäre gelötet werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das die Metallbauteile und/oder die Lötstellen unmittelbar umgebende Schutzgasvolumen und dessen Wechselwirkung mit der übrigen Lötatmosphäre minimiert werden.1. A method for soldering metal components, in which substantially flux-free metal components are soldered in a protective gas atmosphere, d a d s e c t e c h e e s, which minimizes the protective gas volume immediately surrounding the metal components and / or the solder joints and its interaction with the rest of the soldering atmosphere.
2. Verfahren zum Löten von Metallbauteilen nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s zumindest während des Lötens das die Metallbauteile und/oder die Lötstellen unmittelbar umgebende Schutzgasvolumen zumindest teilweise von der übrigen Lötatmosphäre räumlich durch Trennmittel getrennt wird.2. Method for soldering metal components according to claim 1, wherein at least during the soldering, the protective gas volume immediately surrounding the metal components and / or the solder joints is at least partially spatially separated from the remaining soldering atmosphere by release agents.
3. Verfahren zum Löten von Metallbauteilen nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s zumindest während des Aufheizens und Haltens auf Löttemperatur das die Metallbauteile und/oder die Lötstellen unmittelbar umgebende Schutzgasvolumen zumindest teilweise von der übrigen Lötatmosphäre durch Trennmittel räumlich getrennt ist.3. A method for soldering metal components according to claim 1 or 2, wherein at least during the heating and holding at soldering temperature the protective gas volume directly surrounding the metal components and / or the solder joints is at least partially spatially separated from the remaining soldering atmosphere by release means.
4. Verfahren zum Löten von Metallbauteilen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s - 2 -4. A method for soldering metal components according to one of claims 1 to 3, characterized in that - 2 -
zur zumindest teilweisen Trennung des die Metallbauteile unmittelbar umgebenden Schutzgasvolumens von der übrigen Lötatmosphäre Behälter für die zu lötenden Metallbauteile verwendet werden.for the at least partial separation of the protective gas volume immediately surrounding the metal components from the remaining soldering atmosphere, containers for the metal components to be soldered are used.
5. Verfahren zum Löten von Metallbauteilen nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s Behälter, Folien oder Hauben verwendet werden, deren Solidustemperatur größer als die Löttemperatur ist.5. A method for soldering metal components according to claim 4, wherein a container, films or hoods whose solidus temperature is greater than the soldering temperature are used.
6. Verfahren zum Löten von Metallbauteilen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s als Schutzgas ein inertes Gas, insbesondere Stickstoff, verwendet wird.6. A method for soldering metal components according to one of claims 1 to 5, wherein a protective gas is an inert gas, in particular nitrogen, is used as the inert gas.
7. Verfahren zum Löten von Metallbauteilen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s Mittel verwendet werden, um in dem das Metallbauteil und/oder die Lötstellen umgebenden Schutzgasvolumen eine reduzierende Schutzgasatmosphäre einzustellen.7. Method for soldering metal components according to one of claims 1 to 5, characterized in that means are used to set a reducing protective gas atmosphere in the protective gas volume surrounding the metal component and / or the solder joints.
8. Verfahren zum Löten von Metallbauteilen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s mindestens ein Metallbauteil aus einer Aluminiumlegierung, insbesondere einer gut rezyklierbaren Standard-Aluminiumlegierung besteht.8. A method for soldering metal components according to one of claims 1 to 7, wherein a at least one metal component consists of an aluminum alloy, in particular a readily recyclable standard aluminum alloy.
9. Verfahren zum Löten von Metallbauteilen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s - 3 -9. A method for soldering metal components according to one of claims 1 to 8, characterized in that - 3 -
Wärmetauscher oder wärmetauscherähnliche Bauteile gelötet werden.Heat exchanger or heat exchanger-like components are soldered.
10. Vorrichtung zum Löten von Metallbauteilen in einer Schutzgasatmosphäre zur Verwirklichung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s Mittel (5) zur Minimierung des die Metallbauteile10. An apparatus for soldering metal components in a protective gas atmosphere for realizing a method according to one of claims 1 to 9, d a d u c h e c e n e c h e n e t, d a s s means (5) for minimizing the metal components
(1) und/oder die Lötnähte unmittelbar umgebenden Schutzgasvolumens (4) und zur Minimierung der Wechselwirkung des Schutzgasvolumens (4) mit der übrigen Lötatmosphäre (6) vorgesehen sind.(1) and / or the solder seams immediately surrounding protective gas volume (4) and to minimize the interaction of the protective gas volume (4) with the remaining Lötatmosphäre (6) are provided.
11. Vorrichtung zum Löten von Metallbauteilen nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s Mittel (5) zur zumindest teilweisen räumlichen Trennung des unmittelbar die Metallbauteile (1) und/oder die Lötnähte umgebenden Schutzgasvolumens (4) von der übrigen Lötatmosphäre (6) vorgesehen sind.11. A device for soldering metal components according to claim 10, characterized in that at least partial spatial separation of the protective gas volume (4) directly surrounding the metal components (1) and / or the soldered seams from the remaining soldering atmosphere (6) is provided.
12. Vorrichtung zum Löten von Metallbauteilen nach Anspruch 10 oder 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s als Mittel (5) zur zumindest teilweisen räumlichen Trennung des unmittelbar die Metallbauteile (1) und/oder die Lötnähte unmittelbar umgebenden Schutzgasvolumens (4) Behälter (5), Hauben und/oder Folien für die zu lötenden Metallbauteile (1) vorgesehen ist.12. A device for soldering metal components according to claim 10 or 11, characterized in that as a means (5) for at least partial spatial separation of immediately the metal components (1) and / or the solder joints immediately surrounding protective gas volume (4) container (5), hoods and / or foils for the metal components (1) to be soldered is provided.
13. Vorrichtung zum Löten von Metallbauteilen nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Behälter (5) aus Metall mit einer höheren - 4 -Device for brazing metal components according to claim 12, characterized in that the container (5) is made of metal with a higher - 4 -
Solidustemperatur als die verwendete Löttemperatur besteht . Solidus temperature than the soldering temperature used.
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