Was ist Lichtbogenlöten?

Beim Lichtbogenlöten verbindet ein Lichtbogen dünne Stahlbleche mit einem Draht auf Kupferbasis, meist CuSi3Mn1 oder CuAl8. Das Lot schmilzt bei rund 1000 °C, der Stahl erst bei rund 1500 °C. Der Grundwerkstoff bleibt deshalb fest, das flüssige Lot benetzt ihn nur. Die Anlage ist fast dieselbe wie beim MIG/MAG-Schweißen.

Am häufigsten ist das MSG-Löten: Der Kupferbasisdraht wird wie ein Schweißdraht durch das Schlauchpaket gefördert und schmilzt im Lichtbogen ab. Daneben gibt es das WIG- und das Plasmalöten, bei denen der Draht stromlos in den Lichtbogen läuft, und als verwandtes Verfahren das Laserstrahllöten. Ein Flussmittel braucht keines dieser Verfahren, denn der Lichtbogen reinigt und aktiviert die Oberfläche selbst.

Physikalisch ist es Hartlöten: Die Verbindung entsteht über Benetzung und Diffusion an der Grenzfläche, nicht über ein gemeinsames Schmelzbad. Anders als beim Ofen- oder Flammlöten wirkt aber kaum Kapillarkraft. Das Lot füllt keinen engen Spalt, sondern bildet eine Naht wie beim Schweißen, meist eine Kehlnaht am Überlappstoß. Eine Nahtvorbereitung ist in der Regel nicht nötig.

Welche Verfahren es gibt und wie sie sich unterscheiden, zeigt Verfahren im Überblick.

Warum lötet man verzinkte Bleche, statt sie zu schweißen?

Weil Zink bei 419 °C schmilzt und bei 907 °C verdampft, also weit unter der Schmelztemperatur des Stahls. Beim Schweißen verdampft das Zink breitflächig, der Dampf stört den Lichtbogen und verursacht Poren und Spritzer. Beim Löten bleibt die Temperatur niedriger, die Zinkschicht wird nur auf einem schmalen Streifen geschädigt.

Neben einer Lötnaht auf verzinktem Blech sieht man nach DVS 0938-1 zwei Zonen: unmittelbar an der Naht eine zinkfreie Zone, in der das Zink verdampft ist, und daneben eine dunkle Zone, in der es nur angeschmolzen und wieder erstarrt ist. Gut eingestellt bildet sich auf der Blechrückseite nur die dunkle Zone. Die Zinkschicht bleibt dort geschlossen und schützt weiter.

Daraus ergeben sich die bekannten Vorteile:

  • Die Korrosionsschutzschicht bleibt weitgehend erhalten, auch auf der Rückseite und in Hohlräumen, wo man nicht nachkonservieren kann.
  • Kaum Spritzer und Poren durch Zinkdampf, weniger Nacharbeit.
  • Geringe Wärmeeinbringung, deshalb wenig Verzug und kaum Durchbrand an dünnen Blechen.
  • Die Lötnaht selbst korrodiert nicht wie Stahl, denn sie besteht aus einer Kupferlegierung.
  • Gute Spaltüberbrückung, besonders mit dem Impulslichtbogen.

Bleche mit Zinkauflagen bis 15 µm lassen sich nach DVS 0938-1 im Allgemeinen problemlos löten. Dickere Schichten, etwa an stückverzinkten Teilen, erfordern eigene Versuche. Mehr dazu unter Grundwerkstoffe und Beschichtungen.

Löten oder MAG-Schweißen: der direkte Vergleich

Merkmal Lichtbogenlöten (MSG-Löten) MAG-Schweißen
Zusatzwerkstoff Draht auf Kupferbasis, z. B. CuSi3Mn1 oder CuAl8 Stahldraht, z. B. G3Si1
Schmelztemperatur des Zusatzes rund 900 bis 1070 °C rund 1500 °C
Grundwerkstoff wird nicht oder kaum angeschmolzen wird aufgeschmolzen
Zinkschicht neben der Naht schmale Zone, Rückseite bleibt weitgehend geschützt breit verdampft, Nachkonservieren nötig
Spritzer, Poren durch Zinkdampf wenig deutlich mehr
Verzug gering größer
Festigkeit der Naht durch das Lot begrenzt, Zugfestigkeit über 340 MPa (CuSi3Mn1) artgleich mit dem Stahl
Blechdicke bis etwa 3 mm ohne diese Grenze
Nahtfarbe kupfer- bis goldfarben wie der Stahl

Richtwerte. Schmelzbereiche und Festigkeit der Lote nach DVS 0938-1, Tabelle 5 (Herstellerangaben für das reine Lötgut). Wie stark die Zinkschicht leidet, hängt vor allem von den Einstellwerten ab.

Wo liegen die Grenzen des Lichtbogenlötens?

Bei der Festigkeit, der Temperatur und der Blechdicke. Das Lot ist weicher als hochfeste Stähle, Kupferbasislote kriechen bei höheren Betriebstemperaturen, und das Verfahren ist für Bleche bis etwa 3 mm gedacht. Zugbeanspruchte, umgeformte Bereiche neigen zur Lötrissigkeit.

  • Festigkeit: CuSi3Mn1 erreicht im reinen Lötgut eine Dehngrenze über 200 MPa und eine Zugfestigkeit über 340 MPa, CuAl7 (früher CuAl8) über 380 MPa. Bei weichen Tiefziehstählen reicht das; im Scherzug versagt dann das Blech und nicht die Naht. Bei höherfesten Stählen ist das Lot das schwächste Glied. DVS 0938-2 zeigt schon bei H260LA und 1 mm einen Grenzfall, der unbedingt zu prüfen ist.
  • Betriebstemperatur: Nach DVS 0938-1 ist die Kriechfestigkeit der Kupferbasislote bis etwa 250 °C gegeben, darüber können sie kriechen. Das ältere Merkblatt DVS 0938-2 empfiehlt über 180 °C noch kein Lichtbogenlöten. Oxidationsbeständig sind Kupferbasislote bis etwa 450 °C. Für tiefe Temperaturen gibt es dagegen keine Grenze, Kupferwerkstoffe verspröden nicht.
  • Blechdicke: Beide DVS-Merkblätter gelten für Bleche bis 3 mm. Darüber verliert das Löten seinen Vorteil, die nötige Wärme schädigt die Beschichtung ohnehin.
  • Lötrissigkeit: Unter Zugspannung kann flüssiges Lot entlang der Korngrenzen in den Stahl eindringen. Deshalb gilt: nicht an umgeformten, unter Zugspannung stehenden Konturen löten und die Naht frei schrumpfen lassen. Bei austenitischen CrNi-Stählen mit Eigenspannungen rät DVS 0938-2 vom Lichtbogenlöten ab. Mehr unter Nahtfehler und Lötrissigkeit.
  • Aussehen: Die Naht ist kupfer- bis goldfarben. Auf Sichtflächen aus Edelstahl oder unlackiertem Stahl fällt das auf.

Eine Lötnaht darf nie überschweißt werden, auch nicht nach dem Abschleifen. Kupfer im Schmelzbad des Stahls führt zu Versprödung und Rissen (DVS 0938-2). Nachgearbeitet wird nur mit artgleichem Lot.

Wo wird lichtbogengelötet?

Überall, wo dünne, verzinkte Bleche dauerhaft verbunden werden und der Korrosionsschutz erhalten bleiben soll: im Karosseriebau, in der Lüftungs- und Klimatechnik, im Schaltschrank- und Containerbau, an Geländern, Zäunen und Fassaden, im Heizungs- und Abgasbereich und im Schiffbau.

  • Fahrzeugbau: Hier begann das Verfahren, und hier liegen bis heute die meisten Anwendungen. DVS 0938-2 zeigt ein automatisiert plasmagelötetes Karosseriedach aus 0,8 mm verzinktem DC05 mit CuSi3. Sichtbare Nähte an der Außenhaut werden heute oft laserstrahlgelötet, siehe Laser- und Hybridlöten.
  • Abgasanlagen: Ein Auspufftopf aus dem ferritischen Edelstahl 1.4510 mit 0,4 bis 0,8 mm Wanddicke wird automatisiert MIG-gelötet, mit CuAl5Ni2 unter Argon (Beispiel aus DVS 0938-2).
  • Schiffbau: An der Universität Rostock wurden verzinkte Seewasserrohrleitungen mit Überlappmuffen MIG-gelötet statt geschweißt. Die Nachkonservierung entfiel, die Zinkschicht im Rohrinneren zeigte im Korrosionstest keine Auffälligkeiten, und die Herstellkosten sanken um rund 30 % (Wanner, Henkel, Anders, Hein, DVS-Berichte 275, 2011).
  • Lüftung, Gebäude, Möbel: Lüftungskanäle, Wintergärten, Geländer, Schaltschränke und Möbelgestelle aus verzinktem Blech oder Rohr. Wo die Naht sichtbar bleibt, wird oft CuAl8 gewählt, weil seine goldene Farbe gleichmäßiger wirkt.

Löten oder schweißen? Eine Entscheidungshilfe

Löten lohnt sich, wenn verzinkte oder anders beschichtete Bleche bis etwa 3 mm verbunden werden, der Korrosionsschutz erhalten bleiben soll und die Festigkeit des Lotes ausreicht. Schweißen ist die bessere Wahl bei dicken oder hochfesten Teilen, hohen Betriebstemperaturen und dort, wo die Naht so fest sein muss wie der Stahl.

 

Eher löten

  • verzinkte, aluminierte oder anders metallisch beschichtete Feinbleche
  • Blechdicke bis etwa 3 mm, Kehlnaht am Überlappstoß, Bördelnaht
  • Rückseite oder Hohlraum nicht nachkonservierbar
  • wenig Verzug und wenig Spritzer gefordert
  • Betriebstemperatur bis etwa 180 °C, mit Nachweis bis etwa 250 °C

Eher schweißen

  • Bleche und Profile über 3 mm, feuerverzinkte Teile mit dicker Zinkschicht
  • hochfeste Stähle, bei denen die Naht die Festigkeit des Blechs erreichen muss
  • dauerhaft hohe Betriebstemperaturen
  • Naht soll farbgleich und unauffällig sein, ohne Lackierung

Im Zweifel entscheidet ein Versuch am Originalbauteil: Scherzug-, Schälzug- oder Biegeproben zeigen, ob das Blech oder die Naht versagt. Nach DVS 0938-2 ist eine Lötung dann geeignet, wenn der Bruch im Grundwerkstoff liegt und nicht in der Naht.

Welcher Lötdraht passt?

Für verzinkte Bleche ist CuSi3Mn1 der Standard, in Deutschland am weitesten verbreitet. CuAl8 nimmt man für aluminierte Bleche, für Edelstahl und wenn die Naht sichtbar bleibt. Beide werden meist in 1,0 mm verarbeitet.

  • ML CuSi3: Kupfer-Silizium-Draht für verzinkte Stahlbleche, auch als ML CuSi28L mit gleicher Zusammensetzung.
  • ML CuAl8: Aluminiumbronze für aluminierte Bleche, Edelstahl und dekorative Nähte.

Alle Kupferdrähte im Überblick: Kupfer-Schweißdraht und Lötdraht. Wie die Lote genormt sind und welches wofür taugt, erklärt Lote und Normbezeichnungen.

Häufige Fragen

Ist Lichtbogenlöten Hart- oder Weichlöten?

Hartlöten. Die Lote auf Kupferbasis schmelzen bei rund 900 bis 1070 °C, weit über der Grenze von 450 °C, ab der man von Hartlöten spricht.

Braucht man beim MSG-Löten ein Flussmittel?

Nein. Der Lichtbogen reinigt und aktiviert die Oberfläche, das Schutzgas schützt das flüssige Lot. Die Bleche müssen aber sauber und frei von Öl, Wachs und Klebstoff sein.

Kann ich mit meinem MIG/MAG-Gerät löten?

Meist ja. Die Stromquelle muss aber im unteren Bereich von etwa 25 bis 100 A stabil arbeiten, und für den weichen Kupferdraht braucht man eine Kunststoffseele und passende Vorschubrollen. Moderne Impulsgeräte bieten eigene Kennlinien für CuSi3 und CuAl8. Mehr unter MSG-Löten und Drahtförderung.

Wie fest ist eine Lötnaht?

Das reine Lötgut aus CuSi3Mn1 erreicht über 340 MPa Zugfestigkeit. An weichen Tiefziehblechen reißt im Scherzugversuch meist das Blech neben der Naht. Bei höherfesten Stählen muss die Eignung geprüft werden.

Kann man eine gelötete Naht später schweißen?

Nein. Eine Lötnaht darf nicht überschweißt werden, auch abgeschliffen nicht, weil das Kupfer den Stahl verspröden kann. Ausgebessert wird mit artgleichem Lot.

Weiterlesen: Fachbeiträge zum Lichtbogenlöten

Die Reihe in der Reihenfolge, in der sich die Fragen in der Praxis stellen: vom Verfahren über Lot, Gas und Werkstoff bis zur fertigen Naht. Den Überblick gibt die Seite Lichtbogenlöten.

  1. Verfahren im Überblick
  2. MSG-Löten
  3. WIG- und Plasmalöten
  4. Laser- und Hybridlöten
  5. Lote und Normbezeichnungen
  6. Schutzgas
  7. Grundwerkstoffe und Beschichtungen
  8. Drahtförderung
  9. Stoßarten und Nahtgeometrie
  10. Nahtfehler und Lötrissigkeit
  11. Prüfung, Nacharbeit, Arbeitsschutz

Über den Autor

Robert Lahnsteiner, Ing., ist Schweißfachingenieur (SFI/IWE) und Geschäftsführer der MIGAL.CO GmbH. Nach seiner Ausbildung in Nachrichtentechnik und Elektronik an der HTL Braunau arbeitete er ab 1983 achtzehn Jahre bei Fronius in der Schweißtechnik. Seit 2001 führt er MIGAL.CO, den Hersteller von Aluminium-Schweißdraht in Landau an der Isar, gemeinsam mit Martin Erl. Seine Schwerpunkte sind Aluminium-Schweißzusätze, Drahtfertigung und Drahtförderung sowie die Überwachung von Schweißprozessen. Im DVS arbeitet er seit rund 30 Jahren im Fachausschuss FA03 „Lichtbogenschweißen“ mit und ist Obmann der Arbeitsgruppe 2.4.4 „MIG-Schweißen von Aluminium“.

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