Lotflussvorhersage und Ausbreitung von Lotschmelzen in Lötspalten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Moderne Rechentechnik erlaubt die Berechnung immer komplexerer physikalischer Zusammenhänge. Somit ist es heute möglich, relativ schnell das Verhalten von Flüssigkeiten in hoher zeitlicher Auflösung zu bestimmen. Beim Löten von Bauteilen benetzen schmelzflüssige Legierungen die zu fügenden Partner und erzeugen nach der Erstarrung eine feste Verbindung. Der Prozess ist abhängig von vielen Einflussgrößen, wie Temperaturverteilung, Oberflächenrauheit, chemische Reaktionen und Diffusion. Somit stellt die Auslegung und Modellierung des Lötprozesses unter Einbeziehung der physikalischen Grundlagen eine hohe Anforderung an die Berechnung. In diesem Forschungsvorhaben wurde sowohl die Simulation als auch die Experimentaltechnik so weiterentwickelt, dass die komplexen Gegebenheiten beim Hartlöten genau untersucht werden können. Dabei wurde ein spezieller Lötofen entworfen und gebaut, in dem durch optische und thermographische Untersuchungen der Lotfluss sichtbar gemacht werden kann. Des Weiteren wurde der Fokus auf die Modellierung des Lotflusses gelegt, um allgemeine Regeln für eine Lotflusssimulation zu erhalten, die alle wichtigen Materialien und Simulationsmodelle beinhalten. Die praktisch durchgeführten Messungen stimmen gut mit den Simulationsergebnissen überein. Mit den gewonnenen Erkenntnissen ist es möglich, den Lotfluss bei komplexen Lötspaltgeometrien zu untersuchen und somit Fehler in der Benetzung zu erkennen und bereits bei der Konstruktion von Lötstellen auszuschließen. Damit kommt es zu einer erheblichen Zeit- und Kosteneinsparung bei der Entwicklung neuer Baugruppen. Durch eine Untersuchung der Lötstellen mit Hilfe der in diesem Forschungsvorhaben entwickelten Simulation kann die genaue Lotmenge für eine Lötverbindung ermittelt werden. Es ergibt sich ein erhebliches Einsparpotenzial an den meist teuren Lotwerkstoffen, besonders bei einer geplanten Serienproduktion der gelöteten Baugruppe. Weitere Entwicklungsschritte bei der Lotflusssimulation werden die Einbeziehung von chemischen Reaktionen in die Modellierung sein. Dabei ist zum einen der Einsatz von Flussmittel zu nennen und zum anderen aber auch die Reaktionen mit der umgebenden Atmosphäre und den Fügepartnern.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Modellierung des Fließverhaltens von Lotschmelzen in Lötspalten. Schriftenreihe Werkstoffe und werkstofftechnische Anwendungen, 15. Werkstofftechnisches Kolloquium, 20.-21.9.2012. 47 (2012), 316-32
T. Müller, D. Nestler, B. Wielage
