FAQ und Fachartikel zu Löten und Schweißen

Kupfer gehört zu jenen Metallen, welches bereits in vorgeschichtlicher Zeit genutzt wurde. Es fand sich an vielen Orten der Erde in reiner Form und ist das älteste Gebrauchsmaterial. Es ist eines der wenigen Metalle, das in gediegener Form (unlegiert), große technische Bedeutung erlangt hat.

Dies ist insbesondere auf folgende Eigenschaften zurückzuführen :
Kupfer hat nach Silber (Ag) die zweithöchste elektrische Leitfähigkeit aller Metalle.

Aus diesem Grunde werden viele elektrische Bauteile oder Leitungen aus Kupfer gefertigt. Auf Grund der außerordentlichen Korrosionsbeständigkeit, der guten Verarbeitbarkeit sowie der optisch schönen roten Farbe, findet Kupfer in vielen Anwendungsbereichen Platz. Zum Beispiel in der Installationstechnik im Sanitär und Heizungsbereich. Kupferrohre werden seit langem in der Kälte- und Klimatechnik im Apparatebau (Kühl-schränke und Kühlvitrinen) verarbeitet. In der Bauspenglerei wird Kupfer aus optischen Gründen und der Beständigkeit zur Fertigung von Dächern und Dachrinnen verwendet. Weiters ist Kupfer ein besonders wichtiger bzw. ausgezeichneter Legierungsbestandteil für viele Gebrauchsmetalle. (Bronzen)

Mit dem Sammelnamen "Bronze" werden alle Legierungen aus Kupfer mit Zinn, Blei, Aluminium, Silizium und Beryllium bezeichnet. Eine Übersicht über die gebräuchlichsten Sorten mit den Handelsbezeichnungen folgt in nächster Ansicht.

Das Einsatzgebiet der bekanntesten Kupferlegierungen (Bronzen) sind :

Kupfer und Zinn ergibt die Zinnbronze
Verwendung für Kirchenglocken, Skulpturen und Medaillen. In der Bronzezeit eines der wichtigsten Gebrauchsmetalle.

Kupfer und Zink ergibt Messing
Dieses wird zur Herstellung von Armaturen, Beschlägen und zur Erzeugung von Blasinstrumenten verwendet.

Kupfer, Zinn und Zink ergibt Rotguss
Zur Herstellung von Armaturen, Pumpen etc... Kupfer, Zinn und Nickel ergibt Neusilber. Zur Erzeugung von Essbesteck, Modeschmuck etc...

Symbol Cu - Schwermetall

Dichte : 8,94 kg/dm³
Schmelzpunkt 1083 °C
Siedepunkt ca. 2300 °C
Elektrische Leitfähigkeit 58 Sm/mm² bei SE-Cu
Hohe Wärmeleitfähigkeit (etwa 7 mal höher als bei Stahl)
Wärmedehnung (etwa 2mal größer als bei Stahl)
Hohe chemische Beständigkeit
Großes Lösungsvermögen für Gase bei höheren Temperaturen
An frischen Schnittflächen ist Kupfer von glänzender, hellroter Farbe.

 

Die Werkstückvorbereitung ist praktisch die gleiche wie beim Löten von Schwermetallen. Die Lötflächen sind mechanisch zu säubern und fettfrei zu machen. Die Einzelteile sind provisorisch zu fixieren. Die optimale Lötspaltbreite liegt im Bereich von 0,10 und 0,20 mm. Die Verbindungsstellen werden vor dem Zusammenbau mit Flussmittelpaste eingestrichen.

Das Hartlöten von Kupfer wird bei Arbeitstemperaturen von 600 - 900 °C ausgeführt und bietet gegenüber dem Schweissen den Vorteil einfacher Ausführung.

Es sind folgende Verbindungen mit Schweiss- und Lötbrenner oder Ofen- und Hochfrequenslöten gebräuchlich:

Neben den für das lötgerechte Konstruieren gebräuchlichen Spaltformen kommt bei Rohren die Kehlnaht in Betracht, wenn zähflüssige Phosphorkupfer- oder Messinglote verwendet werden. Silberlote mit 20 bis 45 % Silber zählen zu den wichtigsten Hartloten.

Cadmiumfreie Silberhartlote nach DIN EN ISO 3677

Für Verbindungen die mit Lebensmitteln bzw. Trinkwasser in Berührung kommen.
Für Lötstellen mit Betriebstemperaturen bis 200 °C

Hartlötflussmittel nach DIN EN 1045

Universalflussmittel für Schwermetalle

Die Flussmittel werden vorwiegend in Pastenform verwendet. Die Rückstände der Silberlotflussmittel korrodieren und müssen nach dem Lötvorgang sorgfältig entfernt werden. Diese können mechanisch mit einer Bürste unter lauwarmen Wasser entfernt werden. Sollte die Entfernung der Flussmittelrückstände auf dem mechanischen Wege nicht ausreichen, kann eine 10 %ige Schwefelsäure zu Hilfe genommen werden.
Nach dem Beizvorgang die Werkstücke mit Wasser passivieren!

Das Weichlöten von Kupfer wird am häufisten angewendet, da es bei Arbeitstemperaturen von 200 - 350 °C ausgeführt werden kann. Gebräuchliche Verfahren sind das Flammlöten mit Lötbrenner oder Lötlampe, das Kolbenlöten, Ofenlöten, Induktionslöten, Tauchbadlöten u.a.

Für die verschiedenartigen Anwendungsgebiete steht ein umfangreiches Weichlotprogramm zur Verfügung.

Es sind folgende Lotgruppen zu unterscheiden:
Zinn - Blei Weichlote (Lötzinn mit und ohne Flussmittelfüllung)
Zinn - Blei Weichlote mit Kupfer- oder Silberzusatz
Zinn - Silberlegierungen oder Zinn- Kupferlegierungen.

Die Zinn - Silber- oder Kupferlegierungen sind für grössere Temperatur-Korrosions- und Spannungsbelastungen entwickelt worden.

Cadmiumfreie Weichlote nach DIN EN 29453

Für Verbindungen die mit Lebensmitteln bzw. Trinkwasser in Berührung kommen.

Weichlötflussmittel nach DIN EN 29454-1

Von den vielen Hart- und Weichloten sowie deren Flussmittel die für die Kupferlötungen Verwendung finden, konnte nur ein kleiner Teil angeführt werden. Für Ihren speziellen Anwendungsfall fragen sie Ihren Lothersteller der Ihnen gerne mit technischen Auskünften zur Verfügung steht.

Kupfer neigt beim Schweissen sowie bei anderen Wärmebehandlungen zur Bindung von Wasserstoff. Bei Erhitzung über 500 °C kann Wasserstoff in das Kupfer diffundieren. Bei sauerstoffhaltigen Kupfer ist die Bildung von Wasserdampf möglich, was zur gefährlichen Wasserstoffkrankheit führt. Durch diese Wasserdampfeinschlüsse kommt es zu oren- und Rissbildungen. Für Schweisszwecke sind daher sauerstoff-freie Kupfersorten desoxidiert besonders geeignet. Der Sauerstoff selbst wird im flüssigen Kupfer aufgenommen und bleibt als Kupferoxidul gebunden. Ein kupferoxidulgehalt von mehr als 1 % macht Kupfer dickflüssig und vermindert die Zugfestigkeit, Dehnung und Leitfähigkeit. Auf Grund des Lösungsvermögen für Gase (O und H) im erhitzten Zustand, kommen bei der Flammlötung Flussmittel zum Einsatz.

• Starke Wärmedehnung, daher kein Heften möglich
  (Keilförmige Nahtfuge und richtige Schweissfolge wählen)
• Grosse Wäremleitfähigkeit, daher erhöhte Wäremzuführung notwendig.
  (Vorwärmen, grösseren Schweissbrenner verwenden)
• Lösevermögen für Gase im erhitzten zustand beachten.
  (Flamme neutral, Flussmittel- oder Schutzgasabdeckung)
• Warmsprödigkeit beachten, bei Temperaturen zwischen 350 und 650 °C ist Kupfer nicht geschmeidig. Rissgefahr!
  (Kein Hämmern oder Zweilagenschweissen beim Gasschweissen)

 

Dies ist die älteste Schmelzverbindung von Kupfer und stellt besondere Anforderungen an die Erfahrung des Schweissers. Es werden folgende Schweissformen vorgeschlagen:

Die Nähte werden wegen der hohen Wärmedehnung nicht geheftet, sondern nur mit Klammern gehalten. Geeignete Flußmittel werden auf der Ober- und Unterseite breit aufgetragen. Vorwärmung auf Rotwärme. Mit neutral eingestellter Schweißflamme wird nach der Linksschweißmethode ( Schweißen mit nacheilendem Brenner ) geschweißt. Es darf nur in einer Lage gearbeitet werden. ( kein Nachschweißen - Rißgefahr ) Bei dicken Blechen in kurzen Absätzen mit Nachwärmen und Hämmern bei Rotwärme. Beste Ergebnisse werden mit den silberlegierten Schweißdrähten erzielt, die auch in allen Lagen verwendet werden können.

Schweissstab und Flussmittel

Die Flußmittelreste sind nicht hygroskopisch und können durch Abschrecken in Wasser oder mechanisch entfernt werden. Eine rasche Abkühlung bringt eine Feinkornbildung und somit eine Gütesteigerung.
Die Schweißverbindung ist farbgleich und ebenso chemisch widerstandsfähig wie das Grundmaterial.
Der elektrische Leitwert des Schweißstabes Silox S 1 liegt zwischen 30 - 45 Sm/mm².

 

Güte der Schweissverbindung mit Silox S 1

 

3.2 Das Gasschweissen 3.2 Das Gasschweissen 3.2 Das Gasschweissen

Das WIG-Schutzgasschweissverfahren ist bei Blechen von 2 - 5 mm Stärke besonders wirtschaftlich. Gegenüber der Autogenschweissung ist zu bemerken, dass die Verwerfung und Rissgefahr geringer und auch die Erweichungszone schmäler ist. Die Schweissnähte werden im allgemeinen wie für die Autogenschweissung vorbereitet. Für das WIG-Verfahren kommt neben der Type Silox S 1 (S-CuAg) auch der Typ Silox S 1 L (S-CuSn) zur Anwendung, der auch bei dicken Blechen Porenfreiheit gewährleistet. Der Schweissstab wird in den mit der nichtabschmelzenden Wolframelektrode gezogenen Lichtbogen in der Argon-Atmosphäre fegührt. Geschweisst wird mit Gleichstrom; Elektrode am Minuspol.

Schweissstäbe:

Flussmittel Silox F 1 (Schweisspaste für Kupfer) kann zum Schutz der Blechoberfläche aufgetragen werden.

Güte der Schweissverbindungen

 

Die Schweissnaht der Hartkupferlegierung (Silox S 1 L) darf nicht gehämmert werden. Das Gefüge der WIG - Schweissnaht ist feinkörniger als bei der Gasschweissung. Die Schweissverbindung (WIG) mit Silox S 1 L besitz eine hohe chemische Beständigkeit

Die höchsten Schweissleistungen werden mit dem MIG - Schutzgasschweissverfahren erreicht. Es kommt vor allem für Serienschweissungen und für grosse Werkstücke mit dicken Wandstärken in Frage. Als Zusatzdraht hat sich die Type Silox R 1 L (S-CuSn) bewährt, die bei hohen Strom- und Temperaturbelastungen einwandfrei verarbeitet werden kann. Bei dickeren Wandstärken wird eine Vorwärmung empfohlen. Es muss kein Flussmittel zusätzlich aufgebracht werden.

Drahtelektrode:

Bei der MIG - Schweissung von Kupfer sind die Angaben der Schweissmaschinenhersteller zu beachten!

Die Lichtbogenschweissung von Kupfer hat mit ummantelten Kupferelektroden nur geringe Bedeutung, da wegen der grossen Wärmeleitung von Kupfer eine zusätzliche Erwärmung notwendig ist. Es können nur kleine Teile oder kurze Nähte geschweisst werden. An Stelle von Kupferelektroden können auch Bronzeelektroden verwendet werden, die eine geringe Vorwärmung benötigen und für Kupfer-Stahl Kehlnahtverbindungen geeignet sind.