Löten, Hartlöten und Schweißen von rostfreiem Stahl an Kupfer – in 5 einfachen Schritten!

Wenn Sie ein Projekt bauen, bei dem Sie ein Kupfer- und ein Edelstahlteil miteinander verbinden müssen, wird Ihnen dieser Artikel zeigen, wie das geht. In meinem Fall baute ich einen selbstgebauten Destillierapparat und musste die Tri-Clamp-Hülsen aus Edelstahl mit einer 2″-Kupfersäule verbinden. Dies ist eine sehr häufige Verbindung in der Brauerei- und Destillationsindustrie, und wenn man weiß, wie man diese beiden unterschiedlichen Metalle richtig verbindet, ist der Erfolg des Projekts gesichert. Es ist möglich, eine 2″-Kupferhülse zu kaufen, die an Ort und Stelle gelötet werden kann, aber sie sind im Vergleich zu den Edelstahlhülsen ziemlich teuer, und wir hatten in der Facebook-Gruppe Diskussionen darüber, dass die Kupferhülsen mit der Zeit nicht mehr richtig abdichten. Aufgrund der Weichheit von Kupfer sind diese Hülsen anfällig für Kratzer und Dellen. Aus diesen Gründen denke ich, dass ich bei der Verwendung einer Tri-Clamp-Hülse aus Edelstahl bleiben werde. Die große Frage ist also, ob Kupfer durch Löten oder Schweißen verbunden werden kann, und wenn ja, wie?

Kann man Kupfer und Edelstahl zusammenschweißen?

Können Kupfer und Edelstahl zusammengeschweißt werden? Die kurze Antwort lautet „Ja“, aber es ist äußerst schwierig und bietet nur eine geringe strukturelle Festigkeit. Warum, fragen Sie? Nun, hier ist die lange Antwort.

Es gibt zwei Probleme beim Schweißen von Kupfer und rostfreiem Stahl. Erstens haben die beiden Metalle sehr unterschiedliche Schmelzpunkte. Rostfreier Stahl schmilzt bei etwa 1400 °C, während Kupfer bei 1085 °C schmilzt. Das ist ein Unterschied von 315 °C, was die Bildung einer Schmelze aus den beiden Metallen extrem schwierig macht. Hinzu kommt das metallurgische Problem der Vermischung ungleicher Metalle während des Schweißvorgangs. Da nichtrostender Stahl in Kupfer nicht vollständig löslich ist und einen wesentlich höheren Schmelzpunkt hat, wird er zuerst erstarren und Korn-/Kristallstrukturen bilden. Das vorhandene Kupfer bleibt flüssig und wird zwischen diese sich bildenden Kristallstrukturen gepresst, wodurch eine sehr schwache Verbindung entsteht. Wenn die Schweißnaht weiter abkühlt, beginnt sich das Edelstahlkorn durch die Abkühlung zusammenzuziehen, so dass die Körner auseinander gezogen werden. Zu diesem Zeitpunkt ist das Kupfer noch zu heiß, um dem Korngefüge strukturelle Festigkeit zu verleihen, und die Schweißnaht bildet große Risse, die als Heißrisse bezeichnet werden. Die Heißrissbildung beeinträchtigt die Festigkeit dieser Art von Schweißnaht erheblich. Wenn Sie Kupfer und rostfreien Stahl miteinander verbinden wollen, ist Hartlöten oder Löten die beste Lösung. Wenn Sie über die richtige Ausrüstung und das nötige Geschick verfügen, wie z. B. in der Eb-Industrie, ist das Zusammenschweißen von Kupfer und Edelstahl jedoch möglich.

Wie schweißt man Kupfer an Edelstahl

Wenn Sie kein Elektronenstrahlschweißgerät wie Eb Industries in Ihrer Garage haben, gibt es eine andere Möglichkeit, Edelstahl und Kupfer zu schweißen/zu löten. Unten sehen Sie ein Bild einer erfolgreichen Schweißung von Kupferrohr an Edelstahl mit Tri-Clamp-Klemme. Dies wurde mit einem Tig-Schweißgerät mit einem Siliziumbronzestab durchgeführt. Technisch gesehen handelt es sich hier um Tig-Löten, da der Edelstahl einen höheren Schmelzpunkt hat als der Siliziumbronze-Zusatzdraht. Siliziumbronze hat einen Schmelzpunkt von etwa 1050 °C, während Edelstahl einen Schmelzpunkt von 1400-1450 °C hat. Das Verfahren wird auf adiforums.com näher erläutert, falls Sie daran interessiert sind, zu sehen, was einige Profis über das Wig-Schweißen von Kupfer und Edelstahl sagen.

Wenn Sie versuchen möchten, mit Ihrem Wig-Schweißgerät Kupfer an Edelstahl zu schweißen/löten, hat Tom Spisak III einige gute Ratschläge. Er sagt: „Jeder mit etwas Tig-Erfahrung sollte in der Lage sein, diese Verbindung herzustellen, indem er Silikonbronzedraht verwendet, der in jedem Schweißgeschäft erhältlich ist. „Das Bild oben zeigt eine Schweißnaht, die Tom zwischen einer Tri-Clamp-Hülse aus Edelstahl und einem Kupferrohr hergestellt hat.

Was Sie zum Schweißen/Löten von Kupfer und Edelstahl benötigen:

• Tig-Schweißgerät
• Argon-Gas
• 1/16″-Silikonbronze-Stab
• Spitzen-Wolfram-Elektrodenkopf

Schweißverfahren:

• Schritt 1: Reinigen Sie alle zu schweißenden/zulötenden Teile mit einem Stück Emory- oder Stahlwolle.
• Schritt 2: Setzen Sie die Teile zusammen und achten Sie darauf, dass sie gut zusammenpassen. Falls erforderlich, klemmen.
• Schritt 3: Argon-Gas einschalten, Tig-Schweißgerät auf Gleichstrom und
  33 pps mit einer spitzen Wolfram-Elektrode einstellen.
• Schritt 4: Konzentrieren Sie Ihre Hitze auf das Kupfer und fügen Sie langsam Schweißzusatzmaterial in das Becken, während Sie Ihr Becken zur Edelstahl-
  Ferrule ziehen. Sie wollen den Edelstahl hier nicht schmelzen, sonst bekommen Sie strukturelle Risse wie oben erwähnt.
• Schritt 5: Sobald Sie die Schweißnaht fertiggestellt haben, reinigen Sie den Bereich mit einer Drahtbürste auf Unvollkommenheiten und überprüfen Sie ihn auf eventuelle Lecks. Wenn Sie wie ich ein Destilliergerät bauen, müssen Sie sicherstellen, dass es keine Lecks gibt.

Hier ist ein Video, das das Wig-Schweißen/Löten von Kupfer an Edelstahl zeigt.

Können Kupfer und Edelstahl miteinander verlötet werden?

Ja, Kupfer und rostfreier Stahl lassen sich mit Hilfe eines Zusatzwerkstoffs, der in der Regel Zinn und Silber enthält, problemlos miteinander verlöten oder hartlöten. Im Gegensatz zum Schweißen, bei dem die beiden Metalle zusammengeschmolzen werden, wird beim Hartlöten ein Zusatzwerkstoff verwendet, um die beiden Teile miteinander zu verbinden, ohne sie zu schmelzen. Die Temperatur unterscheidet das Hartlöten vom Weichlöten, bei dem in der Regel eine Erhitzung auf über 450°C/840°F erforderlich ist, um die Teile mit Hilfe eines Lötstabs zu verbinden. Das Löten erfolgt bei Temperaturen unter 450°C/840°F unter Verwendung von Lot. Beide Zusatzwerkstoffe enthalten Silber. Je höher der Silbergehalt, desto höher der Schmelzpunkt und desto stärker die Verbindung zwischen den Teilen. Das Hartlöten ergibt also eine viel stärkere Verbindung als das Löten.

Löten von Edelstahl an Kupfer

Wenn Sie Ihre Bauteile zusammenlöten wollen, ist ein gewöhnliches Klempnerlot mit 95 % Zinn und 5 % Antimon genau richtig. Sie können auch das Lincon Electric Solder Stay-Bright Kit With Flux verwenden, das zu 95 % aus Zinn und zu 5 % aus Silber besteht und bessere Ergebnisse liefert. Beide Lote haben einen Schmelzpunkt von 230°C /450°F und können mit einer einfachen Propan- oder Mapp-Gasfackel erhitzt werden. Sie müssen beide Teile gründlich reinigen und eine Schicht Flussmittel auf alle zu lötenden Oberflächen auftragen. Ich verwende für diese Aufgabe gerne die weiße Harris-Flussmittelpaste. Flussmittel ist wichtig, weil es Oxide auflöst, die sich während des Erhitzens bilden, und den Fluss des Lötzinns in die Lötstelle unterstützt, indem es einen Schutzschild gegen den Sauerstoff in der Luft bildet. Unten sehen Sie ein Video, in dem das Löten von Edelstahl an Kupfer und die anschließende Prüfung der Verbindung auf Festigkeit gezeigt werden.

Ich habe den Prozess des Lötens von Kupfer an Edelstahlfittings in einer Schritt-für-Schritt-Anleitung aufgeschlüsselt, so dass Sie ihn leicht nachvollziehen können. Wenn Sie Kupfer an Kupfer löten wollen, könnte Sie dieser Leitfaden zum Löten von Kupfer interessieren

Materialien, die zum Löten benötigt werden:

• Propan- oder Mapp-Gasbrenner
• Lötzinn mit 95% Zinn 5% Antimon oder Lincon Electric Solder Stay-Bright Kit mit Flussmittel, das 95% Zinn und 5% Silber enthält, ist besser
• Harris White Flux Paste oder ein gleichwertiges Flussmittel, stellen Sie sicher, dass es in der Lage ist, Edelstahl zu ätzen.
• Stahlwolle oder Emorytuch

Lötvorgang:

• Schritt 1: Reinige alle zu lötenden Teile mit einem Stück Emory- oder Stahlwolle.
• Schritt 2: Trage weiße Flussmittelpaste auf die zu lötenden Oberflächen auf. Es ist wichtig, ein Flussmittel zu verwenden, das für rostfreien Stahl geeignet ist, da es die Oberfläche anätzen muss, damit das Lot richtig haften kann. Sie können
  Muriasäure (Salzsäure), Phosphorsäure, Fluorborat-Flussmittel und Zinkchlorid verwenden, die alle funktionieren.
• Schritt 3: Legen Sie die beiden Teile zusammen und beginnen Sie, das Kupfer mit einer Propan- oder MAPP-Gasfackel zu erhitzen. Erhitzen Sie den rostfreien Stahl nicht direkt. Sobald das Lot auf dem Kupfer zu schmelzen beginnt, gehen Sie mit der Hitze auf den Edelstahl über. Erhitzen Sie, bis Sie sehen, dass das Lot in die Verbindung fließt. Entfernen Sie dann die Wärmequelle.
• Schritt 4: Lassen Sie das Teil abkühlen, bis es warm ist, und wischen Sie dann überschüssiges Flussmittel mit Wasser und Seife ab.
• Schritt 5: Führen Sie einen Lecktest durch, um sicherzustellen, dass die Verbindung vollständig abgedichtet ist.

Hier sind ein paar weitere Produkte, die von den Mitgliedern der Home Disttilers of America Facebook-Gruppe empfohlen werden:

• Stay-brite 8 1/8″ Silver Solder
• Harris SCLF16 Stay Clean Liquid Soldering Flux, 16 oz

How to Braze Stainless Steel To Copper

Das Hartlöten von Kupfer bietet eine stärkere Verbindung aufgrund des hohen Silberanteils im Lötstab. Es ist jedoch auch teurer und erfordert die Verwendung eines Acetylen- oder Mapp-Gasbrenners zum Schmelzen des Hartlötstabs. Sie können Lötstäbe mit unterschiedlichem Silberanteil und entweder mit oder ohne Flussmittel kaufen. In meinem Fall würde ich empfehlen, einen mit blauem Flussmittel beschichteten Lotstab mit 45 % Silbergehalt zu verwenden, der eine Schmelztemperatur von ca. 600 °C/ 1100 °F hat, um die Kupfer- und Edelstahlteile zu verbinden. Wenn Sie eine höhere Festigkeit benötigen, können Sie einen mit orangefarbenem Flussmittel beschichteten Lötstab mit 56 % Silberanteil verwenden. Sie sollten auch Harris „Stay-Silv“ Silberlötflussmittel oder ein gleichwertiges Produkt verwenden, um alle Teile vor dem Löten zu reinigen. Nachfolgend finden Sie ein Video, in dem das Hartlöten von Kupfer an Edelstahl demonstriert wird.

Ich habe den Prozess des Hartlötens von Kupfer an Edelstahlfittings in einem Schritt-für-Schritt-Format aufgeschlüsselt. Bevor Sie beginnen, sollten Sie wissen, dass Sie die Oberfläche von rostfreiem Stahl beschädigen können, wenn Sie sie während des Lötvorgangs überhitzen. Chrom wird in rostfreiem Stahl verwendet, um Korrosion zu verhindern. Wenn Sie rostfreien Stahl über einen längeren Zeitraum auf Temperaturen zwischen 425 und 870 °C erhitzen, kann das Chrom von der Oberfläche wegdiffundieren und Chromkarbide bilden, die den Stahl nicht mehr rostfrei machen. Dadurch wird er anfällig für Korrosion und Rissbildung. Sie können dies verhindern, indem Sie übermäßiges Erhitzen der Teile vermeiden und Ihre Teile nach 4 Minuten Erhitzung in Wasser abschrecken.

Materialien, die zum Hartlöten benötigt werden:

• Acetylenbrenner oder Mapp-Gasbrenner
• Blauer, mit Flussmittel beschichteter Lötstab mit 45% Silberanteil
• Stahlwolle oder Emorytuch

Lötverfahren:

• Schritt 1: Reinigen Sie die Oberfläche mit Stahlwolle oder einem Emorytuch.
• Schritt 2: Tragen Sie Flussmittel auf beide zu lötenden Oberflächen auf, stellen Sie sicher, dass Sie ein Flussmittel haben, das in der Lage ist, Edelstahl zu ätzen und das für die hohe Hitze des Lötens (über 840 F) gedacht ist, Sie können hier kein typisches Klempnerflussmittel verwenden.
• Schritt 3: Stecken Sie die Teile zusammen und beginnen Sie mit dem Erhitzen des Kupfers in einer kreisförmigen Bewegung, wobei Sie darauf achten, dass das Rohr gleichmäßig erhitzt wird. Wenn der Lötdraht zu fließen beginnt, bewegen Sie den Brenner mehr in Richtung des rostfreien Stahls, um das Flussmittel in die Verbindung zwischen den beiden Teilen zu ziehen. Edelstahl überträgt Wärme langsamer als Kupfer, so dass es nicht annähernd so lange dauert, bis er auf Temperatur ist. Deshalb erhitzen wir zuerst das Kupfer. Wenn Sie ein Ventil löten, das temperaturempfindlich sein kann, wickeln Sie das Ventil mit einem feuchten Rad ein, damit die inneren Teile des Ventils nicht schmelzen.
• Schritt 4: Lassen Sie das Teil abkühlen, bis es sich warm anfühlt, und entfernen Sie dann das Flussmittel mit Wasser und Seife, bevor es vollständig abkühlt.
• Schritt 5: Führen Sie eine Dichtheitsprüfung durch, um sicherzustellen, dass die Verbindung vollständig abgedichtet ist.

Was ist der Unterschied zwischen flussmittelbeschichtetem und unbeschichtetem Silberlötstab?

Lassen Sie uns über die Vor- und Nachteile der Verwendung von flussmittelbeschichteten Hartlötstäben im Vergleich zu unbeschichteten Hartlötstäben sprechen. Der offensichtliche Vorteil der Verwendung von flussmittelbeschichteten Hartlötstäben ist die Bequemlichkeit. Wir brauchen kein Flussmittel auf die zu lötenden Teile aufzutragen, da es sich bereits auf dem Stab befindet, und müssen daher kein Silberlötflussmittel separat kaufen. Der Nachteil eines flussmittelbeschichteten Lötstabs ist, dass es schwierig ist, die Menge des auf die Lötstelle aufgetragenen Flussmittels zu kontrollieren, wenn es sich bereits auf dem Stab befindet, und, was noch schlimmer ist, wenn man die Lötstelle überhitzt, kann das Flussmittel einen harten, schwarzen, glasartigen Film bilden, der unglaublich schwer zu entfernen ist. Ich habe schon viele Argumente gehört, aber mir persönlich gefallen die flussmittelbeschichteten Stäbe besser. Ich würde gerne Ihre Meinung dazu hören, welche Methode Sie bevorzugen. Schreiben Sie mir einen Kommentar am Ende des Artikels.

Weitere Ressourcen

Hier sind einige weitere Ressourcen über das Löten, Hartlöten von Kupfer und den Bau von Destillierapparaten, die eine Lektüre wert sind.

• Homedistillers.org – How-to Solder SS Ferrule to Copper Pipe
• Facbook Group Discussion – Tips on Attaching Stainless Furrel To Copper Pipe.
• Ebindustries.com – Schweißen von Kupfer an Edelstahl
• Learntomoonshine.com – Bauen Sie Ihre eigene Kupfer-Moonshine-Destille