DE2435925B2

DE2435925B2 - Verfahren zum Verbinden von Edelstahlrohren

Info

Publication number: DE2435925B2
Application number: DE2435925A
Authority: DE
Inventors: Takehiko Kamagaya Chiba Ito; Toshihiko Saitama Taguchi
Original assignee: Senju Metal Industry Co Ltd; Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd; Senju Metal Industry Co Ltd
Priority date: 1973-08-13
Filing date: 1974-07-25
Publication date: 1981-02-12
Also published as: SE419951B; DE2435925A1; SE7409358L; FR2240789B1; US3963162A; JPS5340933B2; DE2435925C3; JPS5039257A; CA1008310A; GB1481965A; FR2240789A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier Edelstahlrohre mittels Weichlot, bei dem die Rohrverbindungsstelle derart gebildet wird, daß ein Ende des 1. Rohres so erweitert wird, daß ein Ende des 2. Rohres in diese Erweiterung gesteckt werden kann und zwischen den beiden Rohren im Bereich der Rohrverbindungsstelle ein radialer lichter Abstand verbleibt.

Anwendungsgebiet der Erfindung ist das Weichlöten von Edelstahlrohren, die zur Verwendung in Wasserleitungen vorgesehen sind.

Edelstahle sind vorzügliche Materialien zur Verwendung in Wasser- oder Heißwasserleitungen, weil sie eine hohe Korrosions-, Wärme- und mechanische Festigkeit besitzen. Aus diesem Grund ist oftmals versucht worden, Edelstahlrohre als Wasserleitungsrohre innerhalb und außerhalb von Gebäuden zu verwenden. Falls es sich als möglich erweist, Edelstahlrohre als Wasserleitungsrohre zu verwenden, so läßt sich das bei konventionellen, galvanisierten Stahlrohren und Kupferrohren auftretende Problem der für den Menschen schädlichen Verunreinigung des Wassers beseitigen. Da Edelstahlrohre auch starr sind und eine vorzügliche Korrosionsfestigkeit besitzen, lassen sie sich, in einen Betonfußboden einbetten. Dagegen müssen die üblicherweise verwendeten Kupferrohre oberhalb der Fußbodenfläche verlegt werden, so daß Platz beansprucht wird. Edelstahlrohre werden durch Benutzung weniger abgenutzt als Rohre aus Polyvinylchlorid, und es kommen bei ihnen Wasserlecks oder ein Aufplatzen beim Einfrieren des Wassers im Winter kaum vor.

Das Löten von Edelstahl mit Weichloten hat sich jedoch als sehr schwierig erwiesen. Nach E. Lüder, Handbuch der Löttechnik, VEB-Verlag Technik, Berlin, 1952, in dem auf Seite 185 u. a. auch die Herstellung von Rohrverbindungen durch Weichlöten beschrieben ist, werden, wie aus Seite 193 hervorgeht, rostfreie austenitische Chromnickelstähle (VA-Stähle usw.) nur selten weich gelötet. Die Lötstellen müssen dabei sorgfältig vorbereitet werden. Als Lot verwendet man Zinnlote, die 50% Zinn, jedoch auch 30—98% Zinn, und restlich hauptsächlich Blei enthalten.

Es ist jedoch bisher nicht gelungen, eine weichgelötete Verbindung von Rohren aus rostfreiem Stahl oder Edelstahl herzustellen, die sich zur Verwendung in Kaltoder Heißwasserleitungsrohren, bei denen die gelötete Rohrverbindung eine hohe Korrosionsfestigkeit und vollständige Dichtigkeit aufweisen muß, als befriedigend erwiesen hat. Wie nachstehend berichtet wird, haben sich Schwierigkeiten ergeben.

1. Edelstahle sind mit einer eigenartigen Oxidschicht bedeckt, die durch das darin enthaltene Chrom

gebildet wird. Diese Oxidschicht ist dünn, aber kaum löslich, und es wird zum Löten ein besonderes Flußmittel benötigt, um die Oxidschicht vollkommen aufzulösen. Der Rückstand des Flußmittels ist jedoch korrosiv gegenüber der Me::allgrundlage, d.h.dem Edelstahl.

2. Die bei 0,03—0,06cal/cm sec "C liegende thermische Leitfähigkeit des Edelstahls ist sehr niedrig im Vergleich zu der bei 0,94 cal/cm sec "C liegenden thermischen Leitfähigkeit des Kupfers. Bei Anwendung iss üblichen Lötverfahrens ist es deshalb nicht ungewöhnlich, daß die Temperaturverteilung in der Rohrverbindung während des Lötens ungleichmäßig wird, wodurch sich aufgrund ungleicher Verteilung des geschmolzenen Lötmittels Hohlräume in den Verbindungsstellen ergeben. Diese Hohlräume in einer gelöteten Rohrverbindung stellen schwerwiegende Mangel dar bei Rohrverbindungen, die zur Verwendung in Rohrleitungen vorgesehen sind, weil sie dit Haltbarkeit gegenüber Leckbildung nachteilig beeinflussen. Es war bisher sehr schwierig, Edelstahlrohre zu löten, ohne daß sich größere Hohlräume in den gelöteten Verbindungen bilden.

3. Beim Löten von Edelstahlen mit Weichloten muß ein aggressives Flußmittel, z. B. ein chloridenthaltendes Flußmittel, verwendet werden, damit die schwerlösliche Oxidschicht entfernt werden kann. Der Rückstand des Flußmittels läßt sich nicht vollkommen von der Innenseite der gelöteten jo Verbindung wegwischen und hat eine starke korrosive Wirkung, welche ein Aushöhlen der Edelstahlgrundlage zur Folge hat Deshalb sollten beim Löten von Edelstahl mit Weichloten keine chloridhaltigen Flußmittel verwendet werden.

4. Nichtkorrodierende Flußmittel, wie Flußmittel auf Phosphorsäurebasis, gegebenenfalls mit einer kleinen Beimengung von Kupfer- oder Zinnsalzen, lassen sich beim Lötverfahren mit Endeinführung verwenden, wobei beim Löten von Edelstahlrohren ein stangen- oder drahtförmiges Weichlot während des Lötens in den Zwischenraum der Verbindungsstelle eingeführt wird. Die US-PS 35 97 285 beschreibt eine Flußmittelzusammensetzung zum Löten von Edelstahl, welche hauptsächlich aus Orthophosphorsäure oder phosphorige Säure sowie feinzerteiltem Kupfer und/oder Kupfersalzen als unerläßliche Bestandteile besteht. Aufgrund des engen Aktivierungstemperaturbereiches derartiger nichtkorrosiver Flußmittel sowie der geringen thermischen Leitfähigkeit des Edelstahls enthält die hergestellte Rohrverbindung viele größere Hohlräume und ist nicht einwandfrei. Es ist äußerst schwieng, den geeignetsten Zeitpunkt zum Einführen des Weichlots in den Zwischeniaum der Verbindungsstelle zu bestimmen.

Weil das dem Stand der Technik entsprechende, orthophosphorsäurehaltige Flußmittel viele unvermeidbare Nachteile aufweist, wurde i.uch die Verwendung einer orthophosphorsäurehaltigen so Lötpaste in Betracht gezogen. Diese Zusammensetzung ist jedoch nicht lagerfähig. Eine Lötmittelzusammensetzung, die zur Verbesserung der Haltbarkeit mit einem Aminsalz enthaltenden Zusatz versehen ist, wurde in der US-Patentanmeldung 2 17 832 vom U.Januar 1972 beschrieben. Das Löten von Edelstahlrohren unter Verwendung von Lötpaste wird jedoch nicht erwähnt.

5. Bei Edelstahlrohran ist es aufgrund der eigenartigen mechanischen Eigenschaften, wie geringer Formbarkeit und Federwirkung, schwieng, die erforderliche Genauigkeit der Form und Größe zwecks Anpassung zu erzielen.
Aus gleichem Grund ist es auch schwieng, an der Rohrverbindungsstelle einen erforderlichen, mit eager Toleranz im Bereich von 0,1—0,2 mm liegenden Zwischenraum herzustellen. Wenn der für das tiefe Eindringen des Weichlots in die Rohrverbindung kritische Zwischenraum zu groß ist oder in seiner Größe variiert, können an der gelöteten Rohrverbindungsstelle größere Hohlräume auftreten und diese verschlechtern.

Aus den angegebenen Gründen ist bei Edelstahlrohren noch keine weichgelötete Rohrverbindung, die bei Kalt- oder Heißwasserversorgungsleitungen zufriedenstellend verwendbar ist, herstellbar geworden.

Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, ein Verfahren zum Verbinden von Edelstahlrohren vorzusehen, welches befriedigen Je Rohrverbindungen zur Verwendung in Kalt- oder Heißwasserversorgungsieitungen ergibt

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geiöst, daß der Zwischenraum zwischen den einen radialen lichten Abstand von 0,05 —1,00 mm aufweisenden Rohrstücken mit einer Lötpaste gefüllt, und daß sofort nach dem durch Erhitzen der Rohrverbindungsstelle verursachten Schmelzen der Lötpaste der Zwischenraum mit einem zusätzlichen eingeführten Weichlot aufgefüllt wird.

Mit diesem Verfahren läßt sich eine zufriedenstellende, weichgelötete Edelstahlrohrverbindung herstellen. Eine noch bessere Verbindung läßt sich dadurch herstellen, daß bei dem angegebenen Verfahren eine Lötpaste verwendet wird, die zu 20—80 Gew.-°/o aus einer Flußmittelzusammensetzung und zu 80—20 Gew.-°/o aus Lötpulver besteht, wobei die Flußmittelzusammensetzung aus einer in einem Träger aufgelösten oder aufgeschwemmten Flußmittelkomponente besteht, und daß die Flußmittelkomponente aus einer Mischung von 5—50 Gew.-% Orthophosphorsäure (H₃PO₄) und 95—50 Gew.-% Monoammoniumphos.phat (NH₄H₂PO₄) besteht.

Ein mit der Erfindung erzielbarer Vorteil besteht darin, daß ein Verfahren zum Weichlöten von Edelstahlrohren vorgesehen wird, bei dem sich konventionelle Heizgeräte, z. B. ein Widerstandsheizgerät, ein Ultrarotstrahler, ein Schweiß- oder Gasbrenner usw., einsetzen lassen.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, daß die auf der Edelstahloberfläche befindliche Chromoxidschicht bei der Löttemperatur vollkommen entfernt wird, so daß die Oberfläche ohne die Gefahr einer auftretenden Korrosion der gelöteten Edelstahlrohrverbindung aktiviert werden kann.

Noch ein Vorteil der Erfindung ist es, daß ein Verfahren zum Weichlöten von Edelstahlrohren vorgesehen wird, bei dem die Edelstahlrohrverbindungen in erwünschter Weise im wesentlichen frei sind von größeren Hohlräumen, auch wenn ein nichtkorrodierendes Flußmittel auf Orthophosphorsäurebasis, das einen schmalen Aktivierungstemperaturbereich aufweist, verwendet wird.

Ferner ist es ein mit der Erfindung erzielbarer Vorteil, daß ein Verfahren zum Weichlöten von Edelstahlrohren vorgesehen wird, welches auch bei relativ Undefinierten

Lötbedingungen, z. B. einer ungleichmäßigen Beheizung und einem zu großen lichten Abstand der Verbindungsstücke, eine zufriedenstellende Edelstahlrohrve:rbindung ergibt.

Erfindungsgemäß wird eine Lötpaste auf die Oberflächen der durch Weichlöten zu verbindenden Rohrstükke aufgetragen. Die Lötpaste enthält Lötpulver in einer Flußmittelzusammensetzung. Durch Erhitzen der Verbindungsstelle wird die Lötpaste zum Schmelzen gebracht. Die Oberflächen, die den später mit zusätzlichem Weichlot zu füllenden Zwischenraum definieren, werden zunächst mit dem Lötmetall der Lötpaste beschichtet. Der Zeitpunkt, zu dem das zusätzliche Weichlot mit Erfolg eingeführt werden kann, läßt sich !eicht bestimmen, weil das geschmolzene Lötpulver eine silberähnliche Erscheinung aufweist, wodurch in klarer Weise angezeigt wird, daß die erforderliche Löttemperatur erreicht ist. Dann läßt sich ein zusätzliches Lötmetall, z. B. ein drahtförrniges Lötmelall, in den Raum zwischen den zu verbindenden Stücken einführen, um diesen aufzufüllen.

Demnach werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die den Zwischenraum zwischen den zu verbindenden Stücken definierenden Oberflächen vollkommen mit dem Lötmetall bedeckt und der Raum zwischen den Verbindungsstücken läßt sich fast gleichzeitig mit dem eingeführten Lötmetall auffüllen, ohne daß sich darin größere Hohlräume bilden, auch wenn der Abstand zwischen den zu verbindenden Stücken ein einwandfreies Löten nach dem üblichen Lötverfahren nicht zuläßt. Es ist zu bemerken, daß der lichte Zwischenraum zwischen den zu verbindenden Stücken nicht mit der Lötpaste allein vollständig aufgefüllt werden kann, und daß deshalb erfindungsgemäß ein zusätzliches Lötmittel von der Art eines Weichlötmetalls sofort nach der Beobachtung, daß das Lötpulver der Lötpaste geschmolzen ist in den Zwischenraum zwischen den zu verbindenden Stücken einzuführen ist. Obwohl jedes geeignete Lötmetall auf Sn-Pb-Basis als das in der Lötpaste enthaltende Lötpulver verwendet werden kann, wird ein Lötpulver bevorzugt, das zu 40—80 Gew.-% aus Zinn und zu 60—20 Gew.-°/b aus Blei besteht und eine Korngröße aufweist, die einer Sieböffnung von weniger als 149 μπι entspricht.

Das zusätzliche Lötmetall kann die gleiche Zusammensetzung aufweisen wie das Lötpulver. Vorzugsweise kann das Lötmetall der Lötpaste zu 50 Gew.-% aus Zinn und zu 50 Gew.-% aus Blei bestehen, wobei das zusätzliche Weichlot zu 50 Gew.-% aus Zinn und zu 50 Gew.-% aus Blei besteht In einigen Fällen kann die Zusammensetzung des zusätzlichen Lötmittels von der des Lötpulvers verschieden sein.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Rohrverbindungsstelle vorbereitet indem das Endstück des einen Edelstahlrohres ausgeweitet wird, um das Endstück des zweiten Edelstahlrohres aufzunehmen. Die Rohrverbindungsstelle kann durch eine andere geeignete Bearbeitung, z. B. eine maschinelle Bearbeitung, vorbereitet werden. Als Alternative kann zu diesem Zweck ein Verbindungsstück verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Löten von Edelstahlrohren unter Verwendung eines Flußmittels auf Orthophosphorsäurebasis, dessen thermische Haltbarkeit bei Verwendung im üblichen Lötverfahren unzulänglich ist Orthophosphorsäure wirkt bei EdelstahleaffldrtipjTosiv.

Die bei der Erfindung verwendbare Lötpaste besteht vorzugsweise zu 20—80 Gew.-% aus einer Flußmittelzusammensetzung und zu 80—20 Gew.-% aus Sn-Pb-Lötpulver, wobei die Flußmittelzusammensetzung aus ί einer Fiußmittelkomponente in einem Träger bezieht, die eine Mischung aus 5—50 Gew.-°/o Orthophosphorsäure (H₃PC₄) und 95—50 Gew.-°/o Monoammoniumphosphat (N H₄H₂PO₄) enthält.
Die Flußmittelzusammensetzung besteht vorzugsweise aus einer Flußmittelkomponente, die eine Mischung aus 10-30 Gew.-% Orthophosphorsäure (H₃PO₄) und 70—90 Gew.-% Monoammoniumphosphat (NH₄H₂PO₄) in einem Träger enthält.

Obwohl der Träger keinen Einschränkungen unter-

!5 liegt, solange er keinen nachteiligen Einfluß auf die Flußmittelwirkung der Zusammensetzung ausübt, kann der Träger aus mindestens einer der Substanzen aus der Gruppe Wasser, Alkohole, Glykole und Glykoläther bestehen.

Die benetzende Wirkung des Lötmittels auf dem Edelstahl ist nur genügend, wenn eine ausreichende Reaktion, die von der Temperatur abhängt zwischen dem Flußmittel und der Oberfläche des Edelstahls stattfindet. Dies ist besonders auffallend bei Flußmitteln auf Orthophosphorsäurebasis. Wenn die Erwärmung nicht gleichmäßig über die gesamte zu lötende Fläche stattfindet, verteilt sich das Lötmittel ungleichmäßig, wobei sich größere Hohlräume bilden. Ferner ist die Hitzeresistenz des Flußmittels auf Orthophosphorsäurebasis und sogar des Monoammoniumphosphatflußmittels niedriger als die eines Chloridflußmittels, so daß zur Herstellung einer einwandfreien Lötverbindung erhebliches Geschick erforderlich ist.

Bei üblichen Verfahren zum Löten von Edelstahl muß

)5 deshalb die durch ein nichtkorrosives Orthophosphorsäureflußmittel aktivierte Edelstahloberfläche aktiviert gehalten werden durch den Zusatz eines Kupfersalzes oder eines Zinnsalzes zum Flußmittel, um den schmalen Aktivierungstemperaturbereich des Flußmittels zu erweitern. Bei der entsprechend der Erfindung verwendeten Lötpaste für Edelstahlrohre wird jedoch die aktivierte Oberfläche durch das sofort schmelzende Lötpulver geschützt, welches in der Lötpaste enthalten ist Aus diesem Grund lassen sich einwandfreie Ergebnisse mit der Flußmittelzusammensetzung aus Orthophosphorsäure und Monoammoniumphosphat allein erhalten, wobei ein Kupfer- oder ein Zinnsalz nicht unbedingt erforderlich ist Vorausgesetzt daß Orthophosphorsäure und Monoammoniumphosphat die Hauptbestandteile der Rußmittelzusammensetzung sind, können andere Bestandteile, mit Ausnahme von Chloriden, Sulfiden und Nitraten, mitverwendet werden. Wie bereits erwähnt können Chloride die Edelstahloberfläche aushöhlen und Sulfide und Nitrate können die Lötfähigkeit nachteilig beeinflussen, so daß diese Substanzen auszuschließen sind.

Es kann bei der Erfindung die Flußmittelzusammensetzung bis zu 20 Gew-% eines zusätzlichen Bestandteils, ausgenommen Chloride, Sulfide und Nitrate, enthalten. Zum Beispiel kann der zusätzliche Bestandteil ein Kupfersalz, wie Kupfersulfat Kupfercarbonat usw, und/oder ein Zinnsalz, wie Zinnphosphat sein.

Anhand der Figuren wird die Erfindung noch näher erläutert Es zeigt

Fi g. 1 Querschnitte durch zwei Edelstahlrohrstücke, die unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zusammengefügt werden;
Fig.2 eine graphische Darstellung, in der für das

übliche sowie für das erfindungsgemäße Verfahren die Flächen von Hohlräumen in Verbindungsstellen gegen die lichten Abstände der verbundenen Rohrstücke aufgetragen sind;

Fig.3 eine photographische Mikroaufnahme des Querschnitts durch eine übliche, weichgelötete Edelstahlrohrverbindung;

Fig.4 eine photographische Mikroaufnahme des Querschnitts durch eine erfindungsgemäß gelötete Edelstalrohrverbindung;

F i g. 5 eine graphische Darstellung der zeitlichen Änderung des elektrischen Korrosionsstromes zwischen einem der US-Norm AISI 304 (des American Iron and Steel Institute) entsprechenden Edelstahl und einer 60% Sn-40% Pb-Lötlegierung in einer chlorionenhaltigen wäßrigen Lösung;

Fig.6 eine photographische Mikroaufnahme des Querschnitts durch ein mit einer Silberhartlotlegierung hartgelötetes Edelstahlstück, in der die auf der Edelstahlgrundlage auftretende Korrosion sichtbar ist.

Unter Bezugnahme auf die F i g. 1 der Zeichnung wird eine Schrittfolge (a—e)dargestellt, in der die Endstücke eines ersten und eines zweiten Edelstahlrohres 1 und 2, die zur Verwendung in einer Wasser- oder Heißwasserversorgungsleitung vorgesehen sind, erfindungsgemäß weichgelötet werden. Wie beim Schritt (angezeigt wird, ist das Edelstahlrohr 2 an seinem Verbindungsende 3 ausgeweitet, so daß ein Zwischenraum von 0,05— 1,00 mm lichtem Abstand entsteht, wenn das Rohr 1 in das ausgeweitete Endstück 3 des Rohres 2 eingeführt wird. Die Oberflächen der Endstücke der Rohre 1 und 2, auf die das Lötmittel aufgetragen werden soll, werden vor dem Verbinden entfettet.

Die Außenoberfläche des Endstücks des ersten Rohres 1 wird dann, wie dies beim Schritt (b) gezeigt wird, bestrichen mit einer Lötpaste 4, bestehend aus Sn-Pb-Lötpulver und der erwähnten Flußmittelzusammenseti-ung, die als Hauptbestandteile Orthophosphorsäure und Monoammoniumphosphat enthält. Das Edelstahlror 1 wird dann in das ausgeweitete Endstück 3 des Edelstahlrohres 2 so weit eingeführt, bis die äußere Kante des Edelstahlrohres t gegen die sich verjüngende innere Wandung des ausgeweiteten Endstücks 4 des Rohres 2 anstößt. Es wird darauf hingewiesen, daß die Lötpaste 4 den ringförmigen Zwischenraum oder radialen lichten Abstand zwischen den Endstücken des ersten und des zweiten Rohres 1 und 2 ausfüllt, wie dies beim Schritt fcj gezeigt wird, und daß vorzugsweise die Rohre 1 und 2 durch eine geeignete Halterung festgehalten werden, damit während des Lötens der radiale Abstand zwischen den zu verbindenden Stücken am ganzen Umfang im wesentlichen gleich bleibt.

Schritt (d) zeigt die Edelstahlrohrverbindung während des Erhitzens, welches gleichmäßig um den Umfang der Rohrverbindung herum mittels einer geeigneten Heizvorrichtung, z.B. einem Propangasbrenner 5, durchgeführt wird. (Die Gleichmäßigkeit des Erhitzens ist beim konventionellen Verfahren nicht streng erforderlich). Beim Erhitzen wird das Lötpulver der im Zwischenraum zwischen den zu verbindenden Stücken befindlichen Lötpaste geschmolzen, um eine silberartige Erscheinung zu ergeben und um die Rohroberflächen, welche den Zwischenraum zwischen den zu verbindenden Stücken definieren, zu beschichten, wie dies bei Schritt (d) gezeigt wird. Dies bedeutet daß die optimale Löttemperatur erreicht ist Unmittelbar nach der Beobachtung, daß das Lötpulver vollkommen geschmolzen ist ond der Erkenntnis, daß im Zwischenraum zwischen den zu verbindenden Stücken die richtige Löttemperatur erreicht worden ist, wird irgendein anderes geeignetes zusätzliches Lötmittel, wie drahtförmiges Lötmetall 7, in den Zwischenraum

■■> zwischen den zu verbindenden Stücken eingeführt, wobei das Erhitzen fortgesetzt wird, um den Zwischenraum zwischen den zu verbindenden Stücken vollkommen mit geschmolzenem Lot 8 auszufüllen, wie dies bei Schritt (e) gezeigt wird. Es wird darauf hingewiesen, daß

in sich während des Einführens des Lötmetalls 7 das geschmolzene Lötpulver 6 mit dem geschmolzenen zusätzlichen Lötmetall 7 vermischt, um eine einzige Lötlegierung 8 zu ergeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verbinden

i', von Edelstahlrohren wird anhand der folgenden Versuchsbeispiele erläutert.

Versuchsbeispiel 1
I. Herstellung der Lötpaste

Es wurden 50Gcw.-% einer Flußmittclzusammensetzung und 50 Gew.-% Lötpulver, bestehend aus b0 Gew.-% Zinn und 40 Gew.-% Blei (Sieböffnung 100 μπι) vollkommen miteinander vermischt. Die Flußmittelzu- ;·, sammensetzung enthielt 68 Gew.-% einer FluBmittclkomponente. 29 Gcw.-% Diäthylenglykolmonoäthyläther und 3 Gew.-% Wasser, wobei die Flußmittelkomponente aus 75 Gew.-% Monoammoniumphosphat und 25 Gew.-% Orthophosphorsäure bestand.

in ,

2. Lotvorgang

Zwei Rohre aus AlSI 304 Edelstahl (siehe z. B. E. Houdremont. Handbuch der Sonderstahlkunde. 3. Auflage, Band I, Springer Verlag. 1956. Seite 770) mit is einem Außendurchmesser von 22,2 mm und einer Wandstärke von 0.8 mm wurden zur Bildung einer Rohrverbindungsstellc mit einem Zwischenraum von 0,2—0,3 mm lichtem Abstand zwischen den zu verbindenden Stücken und einer Überlappungsstrecke von 20 mm verwendet. Nach dem Entfetten der zu lötenden Oberflächen mit Trichloräthylen wurde die Lötpaste auf die äußere Oberfläche des ersten Rohres, welches in das ausgeweitete Endstück des zweiten Rohres eingefügt werden sollte, aufgetragen. Nach dem Zusammensetzen der Edelstahlrohrverbindungsstelle wurde die Verbindungsstelle mit einem Propangasbrenner erhitzt. Nachdem beobachtet wurde, daß das Flußmittel siedete, und daß das Lötpulver im Flußmittel geschmolzen war, wurde ein drahtförmiges Weichlot, bestehend aus 3.5

so Gew.-% Silber und 96,5 Gew.-% Zinn, mit einem Durchmesser von 1.6 mm, während des Erhitzens in den Zwischenraum eingeführt

3. Prüfergebnisse

Die gelötete Rohrverbindung wurde 3 min einem Wasserdruck von 5.88MPa ausgesetzt wobei kein Wasserleck usw. festgestellt wurde. Die geprüfte Rohrverbindung wies eine Zugfestigkeit von 3.100 kg auf, welche dem Zweck entsprechend groß genug war.

bo Die F i g. 2 ist eine graphische Darstellung, in der die Flächen der Hohlräume innerhalb verschiedener, zwischen AISI-Edelstahlrohre hergestellten Lötstellen, als Prozentsatz der Fläche der jeweiligen Lötstelle, gegen die jeweiligen lichten Abstände zwischen den

b5 verbundenen Stücken aufgetragen sind. Die Kurve A betrifft erfindungsgemäß weichgelötete Rohrverbindungen, und die Kurve B betrifft Verbindungen, die nach dem üblichen Endeinführungslötverfahren mit einem

Flußmittel auf Chloridbasis hergestellt wurden.

Aus der F i g. 2 geht deutlich hervor, daß bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in bemerkenswerter Weise die Hohlraumflächen in Rohrverbindungen im gesamten Prüfbereich verschiedener lichter Abstände zwischen den verbundenen Stücken gegenüber den beim konventionellen Verfahren auftretenden Hohlraumflächen verringert sind.

Die Fig.3 und 4 sind Photoaufnahmen (bei lOfacher Vergrößerung) von Querschnitten von gelöteten Edelstahlrohrverbindungen, die durch ein konventionelles Lötverfahren unter Verwendung eines Flußmittels auf Cloridbasis bzw. durch das erfindungsgemäße Verfahren erhalten worden sind. Diese Photoaufnahmen zeigen deutlich, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren weichgelöteten Verbindungen keine großen Hohlräume aufweisen, die bei Verwendung der Rohre in Wasser- oder Hcißwasserversorgungsleitungen schädlich sein können, und im wesentlichen einwandfrei sind, während die durch das konventionelle Verfahren gelöteten Edelstahlrohrverbindungen viel größere Hohlräume aufweisen.

Versuchsbeispiel 2
1. Herstellung der Lötpaste

Es wurden 50 Gew.-% einer die unten angegebenen Bestandteile enthaltenden Flußmittelzusammensetzung und 50 Gew.-% Sn-Pb-Lötpulver, bestehend aus 50 Gew.-% Zinn und 50 Gew.-% Blei (Sieböffnung 60 μηι), in einem Rührgerät zusammengemischt.

Flußmittelzusammensetzung:

Monoammoniumphosphat 8OGew.-°/o|
Orthophosphorsäure 19 Gew.-% f35 Gew.-%

Kupferphosphat 1 Gew.-% j

Diäthylenglykol 65 Gew.-°/o

2. Lötvorgang

Zwei Edelstahlrohre aus AISI 304-Edelstahl mit einem Außendurchmesser von 22 Tim und einer Wandstärke von 1 mm wurden zur Bildung einer Rohrverbindungsstelle mit einem radialen lichten Zwischenraum von 0,1 -0,2 mm und einer Überlappungsstrecke von 16—17 mm verwendet. Nach dem Entfetten der zu lötenden Oberfläche mit Trichloräthylen wurde die Lötpaste auf die äußere Oberfläche des in das ausgeweitete Endstück des zweiten Rohres einzuführenden ersten Rohres aufgetragen. Nach dem Zusammensetzen der Edelstahlrohrverbindung wurde die Verbindungsstelle mit einem Propangasbrenner erhitzt Nachdem beobachtet wurde, daß das Flußmittel siedete, und daß da·: im Flußmittel enthaltene Lötpulver geschmolzen war, wurde ein drahtförmiges Weichlot, bestehend aus 50 Gew.-% Zinn und 50 Gew.-°/o Blei, mit einem Durchmesser von 1,6 mm, sofort in die Verbindungsstelle eingeführt, während diese erhitzt wurde.

3. Prüfergebnisse

Die weichgelötete Edelstahlrohrverbindung wurde 3 min an ihrer inneren Oberfläche einem Wasserdruck von 3,43 MPa ausgesetzt, wobei kein Wasserleck oder

ι» ähnliches auftrat. Die geprüfte Rohrverbindung wies eine Zugfestigkeit von 2.750 kg auf, die für Anwendungen in Wasserleitungsrohren groß genug ist.

Bisher wurde angenommen, daß sich eine Weichlötlegierung zum Löten von Edelstahlen nicht einwandfrei verwenden läßt, weil eine elektrische Potentialdifferenz zwischen der Lötlegierung und dem Edelstahl auftritt und zu einer Korrosion der Lötlegierung führt, wodurch die Korrosionsfestigkeit von weichgelöteten Rohrverbindungen beeinträchtigt wird. Aus diesem Grund wurde zum Löten von Edelstahlen eine Silberhartlötlegierung verwendet, von der angenommen wurde, daß sie eine geringere Poteniialdifferenz verursacht als eine Weichlötlegierung (z. B. eine Legierung auf Sn-Pb-Basis).

Es wurde jedoch jetzt festgestellt, daß sich in dieser Hinsicht eine Weichlötlegierung auf zufriedenstellende Weise zum Löten von Edelstahlen verwenden läßt. Dies geht aus den F i g. 5 und 6 klar hervor.

Fig.5 zeigt die zeitliche Änderung eines galvani-

Xi sehen .Corrosion verursachenden Stroms, welcher zwischen einer Weichlötlegierung und einem AISI 304-Edelstahl in Wasser mit 200 ppm Cl- bei Zimmertemperatur fließt. Der elektrische Strom ist mehrere Tage lang groß, nimmt aber schnell ab. Nach einem Monat wird

η kein erheblicher Stromfluß mehr festgestellt und die weichgelötete Verbindung verbleibt in einem stabilen Zustand.

Die F i g 6 ist eine photographische Mikroaufnahme (mit einer lOfachen Vergrößerung) des

4« Querschnitts einer aus einer Silberhartlotlegierung (Ag—Cu-In—Ni) und einem AISI 304-Edeistahl gebildeten Verbindung nach einmonatigem Eintauchen in Wasser bei 80⁰C, welches 200 ppm Cl" enthielt Die Aufnahme zeigt deutlich, daß die Verbindung zwischen der Silberhartlötlegierung b und dem Edelstahl a eine Korrosionsstelle c des Edelstahls a aufweist Folglich eignet sich die Silberhartlötlegierung nicht in einwandfreier Weise zum Löten von Edelstahlrohren.
Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt einwand-

5» freie Edelstahlrohrverbindungen und weist gegenüber den konventionellen Verfahren zum Verbinden von Edelstahlrohren viele Vorteile auf.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verbinden zweier Edelstahlrohre mittels Weichlot, bei dem die Rohrverbindungsstelle derart gebildet wird, daß ein Ende des ersten Rohres so erweitert wird, daß ein Ende des zweiten Rohres in diese Erweiterung gesteckt werden kann und zwischen den beiden Rohren im Bereich der Rohrverbindungsstelle ein radialer lichter Abstand ι ο verbleibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen den einen radialen lichten Abstand von 0,05 bis UX) mm aufweisenden Rohrstücken mit einer Lötpaste gefüllt, und daß sofort nach dem durch Erhitzen der Rohrverbindungssteile verursachten Schmelzen der Lötpaste der Zwischenraum mit einem zusätzlich eingeführten Weichlot aufgefüllt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzlich eingeführtes Weichlot ein Weichlot von der gleichen Zusammensetzung wie das in der Lötpaste enthaltene Lötmetall verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lötpaste mit darin enthaltenem Lötmetall aus 50 Gew.-% Zinn und 50 Gew.-% Blei verwendet wird, und daß das zusätzlich eingeführte Weichlot zu 50 Gew.-°/o aus Zinn und zu 50 Gew.-% aus Blei besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lötpaste mit darin enthaltenem Lötmetall aus 60 Gew.-% aus Zinn und 40 Gew.-°/o Blei verwendet wird, und daß das zusätzlich eingeführte Weichlot zu 3,5 Gew.-% aus Silber und zu 96,5 Gew.-% aus Zinn besteht.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lötpaste aus 20—80 Gew.-% einer Flußmittelzusammensetzung und 80—20 Gew.-°/o Lötpulver verwendet wird, wobei die Fiußmittelzusammenset- ίο zung aus einer Flußmittelkomponente in einem Träger besteht, und die Flußmittelkomponente zu 5—50 Gew.-% aus Orthophosphorsäure (H₃PO₄) und zu 95—50 Gew.-% aus Monoammoniumphosphat (NH₄H₂PO₄) besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Flußmittelkomponente eine Zusammensetzung aus 10—30 Gew.-% Orthophosphorsäure (H3PO4) und 70—90 Gew.-°/o Monoammoniumphosphat (NH₄H₂PO₄) verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Lötpulver ein Sn-Pb-Lötpulver und als Träger mindestens eine Substanz aus der Gruppe Wasser, Alkohole, Glykole und Glykoläther verwendet wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5—7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kupfersalz und/oder ein Zinnsalz zusätzlich zur Lötpaste gegeben wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1—7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lötpaste, die zu 50 Gew.-% aus einer Flußmittelzusammensetzung und zu 50 Gew.-% aus einem Sn-Pb-Lötpulver besteht, verwendet wird, daß die Flußmittelzusammensetzung zu 29 Gew.-% aus Diäthylenglykolmonoäthyläther, zu 3 Gew.-% aus Wasser und zu 68 Gew.-°/o aus einer Flußmittelkomponente besteht, und daß die Flußmittelkomponente 75 Gew.-% Monoammoniumphosphat und 25 Gew.-% Orthophosphorsäure enthält

10. Verfahren nach Anspruch 1—7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lötpaste, die zu 50 Gew.-% aus einer Flußmittelzusammensetzung und zu 50 Gew.-°/o aus einem Sn-Pb-Lötpulver besteht, verwendet wird, daß die Flußmittelzusammensetzung zu 65 Gew-% aus Diäthylenglykol und zu 35 Gew.-°/o aus einer Flußmittelkomponente besteht, und daß die Flußmittelkomponente aus 80 Gew.-% Monoammoniumphosphat, 19 Gew.-% Orthophosphorsäure und 1 Gew.-% Kupferphosphat besteht