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Vakuumlötung

Starke, hochleitfähige thermische und mechanische Verbindungen und Dichtungen

Vacuum Brazing Übersicht

Vakuumgelötete Baugruppen finden sich in einer weiten Bandbreite von Märkten und Anwendungen. Diese Elemente können von Ölkühlern in Anwendungen für Fahrzeuge bis zu hochkomplexen Umweltkontrollsystemen mit reduziertem Gewicht für die Raumfahrt- und Verteidigungsgüterbranche reichen. Das Vakuumlötverfahren ist besonders ideal für Produkte, bei denen hochwertige Verbindungen, leichte Baugruppen sowie hohe thermische und mechanische Leistungen erforderlich sind.

Die Vakuumlötung bietet gegenüber anderen metallurgischen Verfahren der Verbindung von Aluminium zahlreiche technische Vorteile:

Mechanische Festigkeit:

  • Hochfeste, voidfreie, leckagefreie Verbindungen ähnlich wie Beilagematerialien
  • Drucke können bis zu 800 psi und Berstdrücke bis zu 1300 psi erreichen
  • Füllung langer, üblicherweise nicht erreichbarer Verbindungsstellen
  • Option für innere Gelenke, auch in komplexen Strukturen, Erhöhung der Gesamtfestigkeit des Teils


Hervorragende thermische Eigenschaften:

  • Einheitliche Wärmeleitfähigkeit bei Verwendung ähnlicher Eltern- und Lötmaterialeigenschaften
  • Temperaturwiderstand von bis zu 350 °F (176 °C)
  • Ermöglicht hochverbesserte Oberflächenstrukturen zur Verbesserung der wärmeübertragenden


Konsistente & saubere Ergebnisse:

  • Minimale Verzerrung durch gleichmäßiges Heizen und Kühlen, ideal für komplexe Geometrien
  • Wiederholbare, einheitliche Ergebnisse mit verbundenen Oberflächen mit sehr engen Toleranzen
  • Extrem saubere Bauteile ohne ätzende Rückstände von Flussmitteln aufgrund des flussmittelfreien Prozesses (im Gegensatz zum Tauchlöten)
  • Kein Oberflächenverschlechterung während des Prozesses

Die Einzelprozessfertigung komplexer Baugruppen mit mehreren Verbindungen kann die Kosten senken und gleichzeitig die Produktqualität erhöhen. Die Vakuumlötung ermöglicht üblicherweise eine Rendite in Höhe von 80 %, bei einem sorgfältig gesteuerten Prozess sind sogar Renditen in Höhe von 98 % oder mehr möglich. Da die Vakuumlötung bei komplexen Baugruppen hohe Renditen ermöglicht, ist sie das bevorzugte Verfahren zur Fertigung leistungsstarker Kühlplatten und Wärmetauscher aus Aluminium.

Der Vacuum-Braze-Prozess

Vakuumlöten ist ein Herstellungsprozess zum Verbinden von Bauteilen durch Erhitzen einer Lötlegierung zwischen den Montagekomponenten. Braze-Legierungen haben eine niedrigere Schmelztemperatur als das Ausgangskomponentenmaterial. Vor dem Erhitzungsprozess wird die Lötlegierung zwischen eng aneinander liegende Komponenten der Ausgangslegierung aufgetragen, die fixiert werden. Um die Montage zu beschleunigen, können speziell mit Löten verkleidete Komponenten den Aufklärer der Lötlegierung entfernen. Die montierten Teile werden zusammengehalten, um den Kontakt während des Heizens und Kühlens aufrecht zu erhalten. Die Baugruppen werden in einem Vakuumofen platziert, der auf mindestens 450°C erhitzt wird, ein Niveau, das die Lötlegierung schmelzen lässt, aber nicht das Hauptmaterial. Der Ofen verfügt über eine Vakuumumgebung, die das Risiko der Oxidation und den Bedarf an Flussmittel eliminiert. Die geschmolzene Lötlegierung füllt Lücken zwischen den Komponenten durch Kapillarwirkung, so dass sie beim Abkühlen des Teils ein Gelenk durch atomare Anziehung und Diffusion bildet. Vakuumlöten erzeugt eine saubere, einteilige Konstruktion mit starken Verbindungen mit Wärmeleitfähigkeit, die fast dem Ausgangsmaterial entspricht.

Gleichmäßige Erwärmung, enge Temperaturregelung, keine Nachreinigungsprozesse und Prozesswiederholbarkeit machen Vakuumlöten zu einem idealen Verfahren für thermische und strukturelle Baugruppen. Aluminium-Kaltplatten, Platten-Fin-Wärmetauscher und Flachrohr-Wärmetauscher sind oft vakuumgelöstet.

Vakuumlöten Vorbereitung & Aufbau

Vor dem Vakuumlöten werden Kaltblech- und Wärmetauscherkomponenten gereinigt. Das Entfernen von Fett, Öl, Schmutz und Oxiden sorgt für eine gleichmäßige Kapillarwirkung der Lötlegierung. Saubere Komponenten sind erforderlich, um die hochwertigsten Lötverbindungen zu erreichen.

Temporäre Teile werden an die komplexeren Baugruppen geschweißt, um die Ausrichtung während der Komponentenausdehnung und Kontraktion während des Heiz- und Kühlzyklus beizubehalten. Dies ist wichtig für Wärmetauscher, die aus vielen Schichten kleinerer Komponenten gebaut werden.


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Vakuumlöten & Vakuum-Lötenöfen

Das Ofenprofil legt die Temperatur, das Vakuumniveau und die Zykluszeit fest. Das Hartlöten von Kühlplatten und Wärmetauschern erfolgt üblicherweise bei einer Temperatur von 1100 °F (593 °C) und einem Vakuumniveau zwischen 5 und 6 Torr. Allerdings hängt das Profil größtenteils von der ausgewählten Legierung, der Gesamtmasse im Ofen und dem genutzten Vakuumofen ab. Der Bediener überwacht die Vakuumniveaus und die Temperaturen und geht automatisch zum nächsten im Rezept programmierten Segment weiter, bis der Zyklus abgeschlossen ist.

Aavid, Thermal Division der Boyd Corporation Brazeöfen sind zertifiziert, um nach AWS C3,7 Klasse A, B und C zu löten.

Vakuumlöten Nachbearbeitung

Zu Beginn des Lötverfahrens werden die Bauteile montiert und in Lötvorrichtungen platziert. Haltevorrichtungen mit geringer Wärmeleitfähigkeit reduzieren die Lötdauer. Wenn Magnesium nicht in der Legierung vorhanden ist, wird es dem Ofen hinzugefügt, um verbleibende Sauerstoffmoleküle zu sammeln und Oxidation zu verhindern. Bevor Baugruppen gelöten werden, definieren Ingenieure ein Temperaturprofil für den Vakuumofen, um die höchste Qualität für die spezifische Konstruktion und Anwendung zu erzielen.

Nach der temporären Bauteilentnahme und Endmontagereinigung werden gelötete Baugruppen in versiegelten Behältern gelagert und in einen temperatur- und feuchtigkeitsgeregelten Montageraum gestellt. Dadurch wird ein optimaler Schutz der Bauteile vor zusätzlicher Oxidation und Kontamination vor der Montage und der Lötung gewährleistet. Während der Montage werden darüber hinaus Schutzhandschuhe getragen, um die Bauteile noch effektiver vor Kontamination zu schützen.

Vakuumgelöte Montage Qualitätssicherung

Je nach den Anwendungsanforderungen eines Teils und dessen Komplexität kann die Dichtheit der gelöteten Verbindungen mithilfe einer Helium-Dichtheitsprüfung nachgewiesen werden. Für Teile, die eine Härtestufe T4 oder T6 erfordern, wird nach den Dichtheitsprüfungen eine Wärmebehandlung durchgeführt. Dies ermöglicht eine maschinelle Bearbeitung mit ähnlichen Zuführungen und Geschwindigkeiten wie bei unbehandeltem Aluminium. Je nach der Geometrie eines individuellen Teils ermöglichen zusätzliche Verfahren, wie etwa Begradigung, effektivere Methoden, um die fertigen Komponenten bei Bedarf maschinell zu bearbeiten.

Vakuumgelöte Baugruppen

Obwohl sich durch Fixierung oder Ofengröße Einschränkungen ergeben können, ist die Vakuumlötung ein extrem vielseitiger und sauberer Prozess. Folglich ist dieses Verfahren der bevorzugte Herstellungsprozess für die Fertigung leichter, leistungsstarker Baugruppen mit erweiterten inneren Oberflächen. Diese Strukturen können von brettartigen Baugruppen mit inneren Kanälen bis zu elektronischen Abdeckungen reichen, mit besonderen Eigenschaften im Inneren wie kalten Wänden oder ohne besondere Eigenschaften.

Aavid ist auf gelötete Wärmetauscher, Kühlplatten für Flüssigkeitskühlung, Heatsinks, Baugruppenträger und Gehäuse spezialisiert.

Kühlplatten für Flüssigkeitskühlung

Aluminium vakuumgelöstete Kaltplatten kanalisieren Flüssigkeitsfluss innerhalb eines Hohlraums zwischen zwei Aluminiumplatten:

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Erweiterte Oberfläche

Kalte Platten mit Mesokanälen, Mikrokanälen oder verlängerten Oberflächen mit geschwenkten oder gefalteten Flossen bieten eine hohe thermische Leistung.

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Vortex

Hoch spezialisierte Geometrie ermöglicht eine einheitliche Kühlung auf beiden Seiten der Kühlplatte für eine konsistentere Leistung.

Wärmetauscher

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Flachrohr-Wärmetauscher

Flachrohr-Wärmetauscher, auch ölkühler genannt, haben Flossen zwischen flachen Rohren. Erhöhen Sie die Oberfläche in flachen Rohren und Außenflossen, um die thermische Leistung Ihres Wärmetauschers zu maximieren

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Rohr-Lamellen-Wärmetauscher

Tube-Fin Heat Exchanger nutzen Rohre, die durch einen dichten Flossenstapel gehen. Typischerweise unterstützt durch einen Montagerahmen für zusätzliche mechanische Festigkeit. Auch bekannt als Rippenspulen-Wärmetauscher.

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Plattenwärmetauscher mit Lamellen

Feststoffplatten leiten Wärme von Flüssigkeitsströmungswegen zu Sekundärflüssigkeitsströmen und bieten eine erhöhte strukturelle Integrität und einfache Anpassung innerhalb von Plattenflossen-Wärmetauschern.

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Wärmetauscher Re-Core

Reduzieren Sie die Kosten für einen vollständigen Austauscher mit Wärmetauscher-Recores um bis zu 30 %.

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Häufige Aluminiumlötlegierungen und Füllstoffe

Zu den Lötlegierungen zählen:

  • Knetlegierungen aus Aluminium 6061, 6063, 6082, 6951 (wärmebehandelbar) und 1100
  • 3000-Serie (nicht wärmebehandelbar)
  • Gusslegierungen A356, A357 und 443, 700 Serie (weniger gängig)
  • Materialien aus Serie 2000 und 7000 werden aufgrund von Legierungseinschränkungen in der Regel nicht gelötet
  • Serie 5000 aufgrund des Magnesiumgehalts

Schweißzusatzwerkstoffe

  • Silizium, Kupfer, Zink und weitere Stoffe, die dem Aluminium in kleinen Mengen zugegeben werden, um seinen Schmelzpunkt zu senken
  • Magnesium zum Vakuumlöten
  • Zu den klassischen korrosionsbeständigen Füllerlegierung zählen 4047, 4343 und 4045
  • Als Blech, Draht oder Puder erhältlich
  • Plattierte Lötbleche (in Aluminiumoberflächen eingebettete Füllerlegierungen) werden ebenfalls verwendet
  • Nr. 21 bis 24 können für Vakuumlötungen verwendet werden

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