Fugenlöten von verzinkten Stahl- und Gußwerkstoffen
Fugenlöten mit Castolin 18 F/18 MF und Flussmittel Castolin 18
Dauerhaufte Leistung…
Stärker mit
Castolin Eutectic
Kostengünstige Verbindungen an Wassersprüh- und Löschanlagen Sprinkleranlagen, CO2-Leitungssysteme, Schiffbauten Hohe Festigkeit, hohe Riss-Sicherheit VdS-Anerkennung (ortsfeste Wasserlöschanlagen)
Fugenlöten Einleitung Das Fugenlöten wird zum Verbinden von verzinkten Stahl- und Gußwerkstoffen einschließlich verzinkter Stahlrohre eingesetzt. Im Vergleich mit anderen Verbindungsverfahren (z.B. Schrauben) ist das Fugenlöten schon deshalb wirtschaftlicher, weil auch dünnwandige Rohre eingesetzt werden können. Weiterhin können durch fachgerechte Verarbeitung Lotmaterial und Arbeitszeit eingespart werden (siehe Tabelle, Seite 5). Darüber hinaus lassen sich korrosionsbeständige Rohrverbindungen von hoher Festigkeit durch Fugenlöten herstellen (siehe Abb. 1). Die Erzielung qualitativ guter Lötverbindungen setzt voraus, dass: das nötige theoretische Grundwissen vorhanden ist, die richtige Arbeitstechnik angewandt wird, geeignete Qualitätssicherungsmaßnahmen eingehalten werden.
Anwendungsbeispiele des Fugenlötens ortsfeste Wasserlöschanlagen Sprinkleranlagen Treibhausinnen- und Außenverrohrungen Abwasserentsorgung Kühlwasserleitungen Preßluftleitungen Zur Spülung der Leitungen sind genügend Entleerungen vorzusehen. Bei Preßluftleitungen sind zusätzlich genügend Festpunkte wegen Spülung zu planen.
Spaltbreiten gemäß Abb. 3 bis 5 wählen. Bei Stumpfstößen und Abzweigungen (im Kehlnahtbereich) müssen die Verbindungsflanken frei von Zink sein, damit die Festigkeit der Verbindung gewährleistet ist. Wird das Zink an den Verbindungsflächen nicht entfernt, entstehen fehlerhafte Verbindungen.
Korrosionsschutz im Lötbereich
Nach dem Löten sind die Flußmittelreste wie folgt zu entfernen: von der Rohraußenseite mit Wasser und einer Wurzelbürste bzw. Messingbürste; ersatzweise kann auch eine CrNi-Bürste verwendet werden. von der Rohrinnenseite lösen sich die Flußmittelreste innerhalb von mindestens 24 Stunden, wenn das Leitungssystem mit Wasser befüllt wird. Zur Entfernung der Flußmittelreste ist anschließend das Leitungssystem mit Wasser zu spülen.
Vor dem Heften werden die Lötstellen innen und außen ca. 20 mm breit mit Flußmittel bestrichen. Anschließend wird mittels Schweißbrenner so viel Wärme in die zu lötenden Werkstücke eingebracht, bis die Farbe des Flußmittels von gelb auf weiß umschlägt.
Auswahl von Brennern und Brennerspitzen
Bei der direkten Erwärmung der Lötfuge auf Arbeitstemperatur von ca. 880 °C wird in der angrenzenden Zone die Verzinkung flüssig (Schmelzpunkt von Zink: 419 °C); eine Oxidation des Zinks wird durch die Abdeckung mit Flußmittel verhindert.
In der Praxis hat sich gezeigt, daß mit einer Brennergröße von 1 - 2 mm Rohre bis 250 mm Ø und einer Wanddicke von 2 - 6 mm gelötet werden können. Bei größeren Wandstärken ist für die Wurzel eine Brennergröße von 2 - 4 mm zu wählen.
Die auf dem Stahl befindliche Zinkschicht wird zwar flüssig, bleibt jedoch erhalten, da eine Zerstörung der Zinkschicht (Verdampfungstemperatur von Zink: 906 °C) vermieden wird. Vor Auftragen von einer Füll- und Decklage sind verbrannte Flußmittelreste mechanisch zu entfernen und die Lötzonen neu mit Flußmittel zu bestreichen.
Die Auswahl der Brennergröße ist abhängig von Größe und Wandstärke der zu lötenden Rohre.
Für Zwischen- und Decklagen wird die Brennergröße 1 - 2 mm eingesetzt. Bei größeren Rohrdurchmessern (über 250 mm) bzw. stärkeren Wanddicken ist eine Brennergröße von 2 - 4 mm zu wählen. In der Regel ist der Brenner eine Nummer kleiner als beim Gasschweißen von Rohren gleichen Durchmessers zu wählen
Nahtvorbereitung (Fugenvorbereitung) Bis ca. 2,5 mm Materialdicke: I-Naht, über 2,5 mm Materialdicke: V-Naht. 60 °-Öffnungswinkel bei V-Naht (einseitiges Anschrägen von 30 ° durch Schleifen, Fräsen, Drehen, Feilen). Steghöhe ca. 1 mm (wegen Überhitzung nicht scharfkantig anschrägen, evtl. Kante brechen).
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Abb. 1: Zugfestigkeit(temperaturabhängig) von Stumpfstoßverbindungen an verzinkten Stahlgrundwerkstoffen, die mit Castolin 18 F/18 MF gelötet sind.
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Fugenlöten Eine zu große Brennerspitze bewirkt Überhitzung und Zinkabbrand (Korrosion). Weiterhin besteht die Gefahr, dass flüssiges Zink in die Lötfuge läuft mit der Folge verschlechterter Zähigkeit: die Verbindung versprödet. Bei zu kleiner Brennerspitze kommt es zu Bindefehlern. Besonders gut geeignet für das Löten von verzinktem Stahl ist der Castolin-Niederdruckbrenner Autoflam 500. Dieses ergonomisch konstruierte Präzisionslötwerkzeug hat sich in der Praxis bewährt.
Flammeneinstellung Als Wärmequelle dient die AcetylenSauerstoff-Flamme. Eine leicht mit Sauerstoff-Überschuss eingestellte Flamme wirkt oxidierend, d. h. die mit Sauerstoff-Überschuss eingestellte Flamme bildet beim Aufschmelzen des Lotes mit dem im Lot vorhandenen Silizium (0,5 %) Siliziumoxid und verhindert somit die Oxidation bzw. ein Abdampfen des Zinks. Die Brennerspitze muss einen sauberen Flammenkegel erzeugen, damit die Wärme gebündelt in der Lötfuge geführt wird. Unsaubere Flammenkegel bewirken Wärmestreuung mit der Gefahr von Überhitzung eines angrenzenden Nahtbereiches.
Arbeitstechniken Das Löten wird in der Arbeitstechnik “nach links” ausgeführt (Lötstab vor der Flamme).
Abb. 3: I-Naht, b = 3 - 3,5 mm
Abb. 2: Arbeitstechniken beim Hartlöten in Zwangpositionen (schematisch)
Anstellwinkel der Brennerspitze im Wurzelbereich: 70 ° - 75 ° (Abb. 2). Anstellwinkel Zwischen- und Decklage: 15 ° - 30 °. Bei waagerechter (drehender) Rohrachse ist die Lötposition “steigend” (PF) anzustreben. In dieser Position sind Lötbad-Übersicht und Wärmeführung optimal. Bei Zwangslagen-Löten in der Position. “überkopf” (PE) ist besonders darauf zu achten, die Wurzelkanten vom Rohr zu erfassen. Der Flammenkegel ist konsequent in der Lötfuge zu belassen, damit keine Bindefehler entstehen. Ein Wurzelrückfall > 0,5 mm ist zu vermeiden.
Fällen evtl. in drei Lagen gelötet werden, um zu starken Wurzeldurchhang zu vermeiden. Wärmestau in dieser Position kann zu Rissbildung führen. Die Decklage in Position “quer” (PC) erfordert besondere Aufmerksamkeit, weil diese leicht nach unten absacken kann. Hierbei kann eine zweite Decklage erforderlich werden, damit der gewünschte Nahtquerschnitt erreicht wird. Der Lotstab muß immer im rechten Winkel zur Rohrachse zugeführt werden.
Bis zu einer Materialstärke von 4 mm wird in Einlagen-Technik gearbeitet, ab 4 mm Materialstärke mit zwei und mehr Lagen. In der Position “Wannenlage” (PA) muss in beiden
Abb. 4: Y-Naht b = 3,5 - 4,5 mm s < 2,5 mm, c = ca. 1 mm α = 60 o, s > 2,5 mm
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Abb. 5: Einlöten von Rohrstutzen an verzinkte Stahlrohre b = 3,5 - 4,5 mm, f = 0,5 x s
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Fugenlöten Hinweise zum Verlegen der Rohre beim Fugenlöten Beim Verlegen fugengelöteter Rohre und Rohrleitungen müssen mehr Festpunkte berücksichtigt werden als bei geschweißten Leitungen. Der verminderte Befestigungsabstand für verzinkte Stahlrohre resultiert aus der niedrigeren Duktilität der Lötverbindungen im Vergleich zu Schweißverbindungen. Üblicherweise wird der Abstand von Befestigungspunkten auf 0,6 x Befestigungsabstand beim Schweißen reduziert. Für die Wasserleitungen werden handelsübliche, elastische Rohrführungen oder, falls erforderlich, Festpunkte eingesetzt. Zum Dehnungsausgleich bei Druckluftleitungen (verminderter Befestigungsabstand ist wegen Spülung zu planen - Faktor 0,6) werden je nach Konstruktion und Belastung, ggf. auch Festpunkte und entsprechende Kompensatoren eingesetzt (z. B. Stahlbalgkompensatoren nach DIN 30 681). Rohrabzweigungen sind nach Möglichkeit mit Formstücken auszuführen, ansonsten werden Öffnungen ausgebohrt und nachgearbeitet durch Feilen oder Schleifen (kein Brennschneiden!). Beim Löten müssen die Rohrleitungen im Nahtbereich spannungsfrei aufliegen, sonst kann es zum Rohrversatz kommen.
Rohrmaterial, Formstücke zum Fugenlöten Verwendbar sind nahtlose und geschweißte Rohre aus unlegiertem Stahl nach DIN EN ISO 3183 bzw. DIN EN 10296-1 sowie Gewinderohre nach DIN EN 10255. Sämtliche Rohre müssen Zinküberzüge nach DIN EN 10240 aufweisen. Qualitätsrohre sind mit entsprechend aufgedruckter Schriftmarkierung gekennzeichnet. Die nach DIN EN genormten Formstücke zum Einschweißen sind auch für das Fugenlöten geeignet, zum Beispiel: Rohrbögen Reduzierstücke Rohrkappen T-Stücke
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Sämtliche Formstücke müssen derDIN EN ISO 1461 “Durch Feuerverzinken auf Stahl aufgebrachte Zinküberzüge” entsprechen.
muß außerhalb der aufsteigenden Rauchsäule sein. Der MAK-Wert für Zinkoxid (Rauch) beträgt 1 mg/m³ Luft.
Zum Feuerverzinken eignen sich unlegierte Eisenwerkstoffe, insbesondere unberuhigte, nicht siliziumberuhigte Stahlsorten. Die genannten Stahlsorten gewährleisten nicht nur gute Verzinkungsqualität sondern auch gute Löteignung.
Prüfung fugengelöteter Verbindungen
Werden andere Rohre und Formstücke verwendet (z. B. nach ASTM), ist auf einwandfreie Verzinkung zu achten.
Auswahl der Lote und Flussmittel Castolin 18 F: flussmittelumhüllte Zusatzstäbe Castolin 18 MF: Zusatzstäbe, gekerbte Oberfläche mit Flussmittel Castolin 18: Flussmittel Flußmittel Castolin 18 entspricht FH 21 EN 1045 (F-SH 2 DIN 8511, Teil 1). Flussmittel zum Fugenlöten verzinkter Stahlrohren müssen wasserlöslich sein. Das Flussmittel Castolin 18 erfüllt diese Forderungen.
Anwendung der Lote Castolin 18 F: Wurzel-, Füll- und Decklagen Castolin 18 MF: Füll- und Decklagen
Arbeitsschutz beim Löten von verzinkten Stahlrohren Die Technischen Regeln für Gefahrenstoffe TRGS 528 „Schweißtechnische Arbeiten“ sind zu beachten. Weitere arbeitsschützende Maßnahmen sind: Schutzbrille nach DIN EN 169: Schutzstufe 5 Lederschutzhandschuhe ohne Trikotrücken Lederschürze bei Überkopfnähten Der Arbeitsraum, in welchem gelötet wird, ist gut zu belüften, bzw. es ist eine Absaugung zu benutzen. Der Atmungsbereich des Löters
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Mit dem Lot Castolin 18 F/18 MF hergestellte Verbindungen wurden bei der Staatlichen Materialprüfungsanstalt Darmstadt und bei der SLV München begutachtet. Die Prüfung der Qualität der Lötverbindung kann je nach Anforderung unterschiedlich durchgeführt werden: Sichtprobe Druckprobe Röntgenprobe Biegeprobe (Kronenprobe) Schliff (metallurgische Untersuchung im Labor). Zur Bewertung der Lötnähte können die DIN EN ISO 18279 und EN 13134 herangezogen werden.
Zulassungen folgender Institution: Verband der Schadensversicherer e. V. - VdS -, Köln
Ausbildung/Schulung Löten erfordert eine handwerkliche Schulung sowohl praktischer als auch theoretischer Art. Das gilt in besonderem Maße für das Hartlöten verzinkter Stahlrohre. CASTOLIN bietet einen 2-tägigen Sonderlehrgang an mit dem Titel: “Fugenlöten von verzinkten Stahl- und Gusswerkstoffen” Absolventen dieses Lehrganges wird durch ein Zertifikat der fachgerechte Umgang mit dem Speziallot “Castolin 18 F/18 MF” bescheinigt. Dieser Sonderlehrgang findet in Castolin Institut der Castolin GmbH in Kriftel statt; er kann jedoch auch extern im Hause des Anforderers durchgeführt werden. Interessenten wenden sich bitte an das CASTOLIN Institut: Tel.: 0 61 92 / 40 32 - 258 Frau Eva Prillwitz Fax: 06192-403-387 E-Mail: eva.prilllwitz@castolin.de
Fugenlöten Hartlöten von verzinkten Rohren Kalkulationsbeispiele zum Löten verzinkter Stahlrohre Rohr-Ø und Lötposition
Hauptzeit Löten [min]
Nebenzeit Vorbereitung
Nachbehandlung
(Einstreichen mit Flußmittel) [min]
(Flumittelreste entfernen) [min]
GesamtZeit [min]
Stab-Ø
Lotbedarf
[mm]
[g]
1/2” Drehnaht
1,8
2
1
4,8
3
10
1/2” waagerecht eingespannt
2,7
2
1
5,7
3
10
1/2” senkrecht eingespannt
2,7
2
1
5,7
3
10
3/4” Drehnaht
2,7
2
1
5,7
3
15
3/4” waagerecht eingespannt
3,6
2
1
6,6
3
15
3/4” senkrecht eingespannt
3,6
2
1
6,6
3
15
1” Drehnaht
3,6
2
1
6,6
3
20
1” waagerecht eingespannt
4,5
2
1
7,5
3
20
1” senkrecht eingespannt
4,5
2
1
7,5
3
20
1½” Drehnaht
3,6
2
1
6,6
3
25
1½” waagerecht eingespannt
4,5
2
1
7,5
3
20
1½” senkrecht eingespannt
5,4
2
1
8,4
3
30
2” Drehnaht
6,3
2
1,5
9,8
3
40
2” waagerecht eingespannt
7,2
2
1,5
10,7
3
40
2” senkrecht eingespannt
7,2
2
1,5
10,7
3
40
3” Drehnaht
12,6
3
1,8
17,4
3
80
3” waagerecht eingespannt
12,6
3
1,8
17,4
3
80
3” senkrecht eingespannt
13,5
3
1,8
18,3
3
80
4” Drehnaht
12,6
4
2
18,6
3
90
4” waagerecht eingespannt
17,1
4
2
23,1
3
100
4” senkrecht eingespannt
18
4
2
24
3
100
6” Drehnaht
27
5
3
35
3
200
6” waagerecht eingespannt
27
5
3
35
3
225
6” senkrecht eingespannt
27
6
3
35
3
175
Die Kalkulationsangaben wurden unter günstigen Laborbedingungen ermittelt und sind daher als Richtwerte zu betrachten. Unter Baustellenbedingungen sind diese Werte um ca. 10 bis 15 % zu erhöhen.
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I h r Pa r t n e r f ü r Ve r s c h l e i ß s c h u t z , Re p a ra t u r u n d s p e z i e l l e Ve r b i n d u n g s t e c h n i k Unsere Anwendungsspezialisten im Außendienst stehen Ihnen auf Wunsch für Beratungen zur Verfügung und unterstützen Sie gerne bei der Lösung fertigungs- und anwendungstechnischer Probleme. Gemeinsam analysieren wir die individuellen Anforderungen und entwickeln situationsgerechte, wirtschaftliche Lösungen. Das entbindet den Benutzer jedoch nicht davon, unsere Angaben und Empfehlungen vor Verwendung für den eigenen Gebrauch eigenverantwortlich zu prüfen. Dies gilt insbesondere für Anwendungen und Verfahrensweisen, die von unseren Empfehlungen abweichen. Für technische Beratung und Veranstaltung von praktischen Schweißkursen in Ihrem Betrieb wenden Sie sich an unsere Spezialisten für Anwendungsprobleme. Änderungen, die dem technischen Fortschritt dienen, behalten wir uns vor. © by Castolin
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Österreich
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