{"id":9064,"date":"2024-10-08T20:24:16","date_gmt":"2024-10-08T20:24:16","guid":{"rendered":"https:\/\/ipsenglobal.com\/?page_id=9064"},"modified":"2025-05-21T16:39:59","modified_gmt":"2025-05-21T16:39:59","slug":"introduction-to-vacuum-aluminum-brazing","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/ipsenglobal.com\/de\/introduction-to-vacuum-aluminum-brazing\/","title":{"rendered":"Einf\u00fchrung in das Vakuum-Aluminium-L\u00f6ten"},"content":{"rendered":"

Willkommen bei der W\u00e4rmebehandlung: Reihe 101<\/h3>\n\n\n\n
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Einf\u00fchrung in das Vakuum-Aluminium-L\u00f6ten<\/h1>\n\n\n\n
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Was ist Hartl\u00f6ten?<\/h2>\n\n\n\n

Es gibt viele M\u00f6glichkeiten, ein Metallteil dauerhaft mit einem anderen Metallteil zu verbinden, ohne ein Befestigungsmittel zu verwenden. Die g\u00e4ngigsten Methoden sind L\u00f6ten, Schwei\u00dfen und Hartl\u00f6ten.<\/p>\n\n\n\n

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L\u00f6ten<\/h4>\n\n\n\n

Die meisten Menschen haben in ihrem Leben schon einmal gel\u00f6tet oder etwas damit gemacht. Ein \u00fcbliches Projekt in der Mittelstufe k\u00f6nnte darin bestehen, eine Perle aus geschmolzenem L\u00f6tzinn auf Kupferdr\u00e4hte zu tr\u00e4ufeln, um eine Batterie mit einer Gl\u00fchbirne zu verbinden. Dazu wird mit einer L\u00f6tpistole ein Draht erhitzt, der eine Legierung enth\u00e4lt, die h\u00e4ufig haupts\u00e4chlich aus Zinn besteht, das mit anderen Metallen wie Kupfer, Antimon oder Silber legiert ist. Die Legierung ist in einem Flussmittel suspendiert, das den Fluss des Lots unterst\u00fctzt und die Oberfl\u00e4che des zu l\u00f6tenden Bauteils sauber und oxidfrei halten soll, bevor es verdampft und nur die gew\u00fcnschte Metalllegierung zur\u00fcckl\u00e4sst. Aufgrund des Flussmittels und der Beschaffenheit der Legierung schmilzt das Lot bei einer niedrigeren Temperatur als die Kupferdr\u00e4hte, so dass es wie eine Kleberaupe verwendet werden kann, die, sobald sie abgek\u00fchlt ist, die beiden Dr\u00e4hte zusammenh\u00e4lt. Und aufgrund der metallischen Beschaffenheit der Legierung kann das L\u00f6tzinn dabei helfen, Strom \u00fcber die Verbindung zu leiten.<\/p>\n\n\n\n

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Schwei\u00dfen<\/h4>\n\n\n\n

Das Schwei\u00dfen geht beim Verbinden von Metallen noch etwas weiter. Anstatt nur den Schwei\u00dfzusatz zu erhitzen, werden beim Schwei\u00dfen auch die beiden zu verbindenden Metallteile so erhitzt, dass die beiden Metalle miteinander verschmelzen. Vielleicht haben Sie in einer Autowerkstatt schon einmal einen Schwei\u00dfer in Aktion gesehen. Bei einem Autounfall kann ein Metallteil verformt werden, das entfernt und ersetzt werden muss. Ein Karosserietechniker kann dann einen Acetylenbrenner verwenden, um das besch\u00e4digte Teil abzuschneiden und durch ein neues Teil zu ersetzen, das so zugeschnitten ist, dass es mit dem Originalteil \u00fcbereinstimmt und an dessen Stelle geschwei\u00dft wird.<\/p>\n\n\n\n

Durch das Verschwei\u00dfen zweier Metalle entsteht eine starke Verbindung, da die Metalle der beiden Teile an der Verbindungsstelle miteinander verschmolzen sind. Die kristalline Struktur der beiden unterschiedlichen Teile hat sich vermischt und kann so wirken, als w\u00e4ren sie immer Teil derselben Struktur gewesen. Optimale Schwei\u00dfbedingungen setzen voraus, dass die beiden zu verschwei\u00dfenden Teile eine \u00e4hnliche urspr\u00fcngliche kristalline Struktur aufweisen, was in der Regel bedeutet, dass sie aus der gleichen oder einer recht \u00e4hnlichen Metalllegierung hergestellt sind.<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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WARNUNG:<\/strong> Schauen Sie niemals direkt in einen Schwei\u00dffunken. Die Temperatur an der Schwei\u00dfstelle kann weit \u00fcber 6.000 Grad Fahrenheit betragen, und der Funke kann heller sein als die Sonne!<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

L\u00f6ten<\/h4>\n\n\n\n

Das Hartl\u00f6ten liegt in der Welt zwischen L\u00f6ten und Schwei\u00dfen. Wie beim L\u00f6ten wird auch beim Hartl\u00f6ten ein Zusatzwerkstoff verwendet, der schmilzt und abk\u00fchlt und entweder zwei Teile entlang einer Naht miteinander verbindet oder durch Kapillarwirkung einen Spalt ausf\u00fcllt. Nach Angaben der American Welding Society wird beim L\u00f6ten ein Zusatzwerkstoff verwendet, der bei oder unter 840 Grad Fahrenheit (450 Celsius) schmilzt, w\u00e4hrend beim Hartl\u00f6ten ein Zusatzwerkstoff verwendet wird, der zum Flie\u00dfen h\u00f6here Temperaturen ben\u00f6tigt. Die L\u00f6ttemperaturen sind jedoch nicht so hoch, dass die kristallinen Strukturen des Ausgangsmaterials schmelzen und miteinander verschmelzen.<\/p>\n\n\n\n

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Das Hartl\u00f6tmaterial kann \u00e4hnliche Eigenschaften wie das Ausgangsmaterial haben, ist aber so legiert, dass der Schmelzpunkt des Hartlotes etwas niedriger ist. Um sicherzustellen, dass der Zusatzwerkstoff schmilzt, ohne die Struktur des Ausgangsmaterials zu ver\u00e4ndern, erfordert der L\u00f6tprozess ein h\u00f6heres Ma\u00df an thermischer Gleichm\u00e4\u00dfigkeit und Prozesskontrolle. Durch diese Kontrolle kann der Lotwerkstoff vorhersehbar wirken und durch Kapillarwirkung N\u00e4hte oder Hohlr\u00e4ume gleichm\u00e4\u00dfig genug ausf\u00fcllen, um starke, luftdichte Verbindungen herzustellen.<\/p>\n\n\n\n

Das Hartl\u00f6ten hinterl\u00e4sst in der Regel saubere, attraktive Verbindungen, die in der Regel keine nennenswerte Nachbearbeitung erfordern. Nach dem Hartl\u00f6ten ist keine weitere W\u00e4rmebehandlung erforderlich, um die urspr\u00fcnglichen metallischen Eigenschaften des Teils wiederherzustellen, da nur das Hartlot bis zum Punkt der Fl\u00fcssigkeitsumwandlung erhitzt wurde - die Integrit\u00e4t des Metalls in den Originalteilen wurde nicht beeintr\u00e4chtigt.<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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Gel\u00f6tete Teile haben an der Verbindungsstelle einen gekr\u00fcmmten Meniskus, der oft an einen frischen Wulst aus Dichtungsmasse um eine Badewanne herum erinnert. Dieser Meniskus verleiht dem Teil zus\u00e4tzliche Stabilit\u00e4t, reduziert Spannungskonzentrationen und verbessert die Erm\u00fcdungseigenschaften an der Verbindung.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

Warum Vakuuml\u00f6ten?<\/h3>\n\n\n\n

Das Vakuuml\u00f6ten erm\u00f6glicht das Verbinden von Werkstoffen mit einem Zusatzwerkstoff, der kein separates Flussmittel ben\u00f6tigt, um Oxide in Schach zu halten. Die Aufrechterhaltung eines Vakuums w\u00e4hrend des gesamten L\u00f6tvorgangs \u00fcbernimmt den gr\u00f6\u00dften Teil der Arbeit, um Sauerstoff aus dem Prozess herauszuhalten. Dies ist wichtig f\u00fcr Kunden, die sehr spezielle Teile haben, bei denen Chemikalien oder Metalle, die in einem Flussmittel enthalten sein k\u00f6nnen, unerw\u00fcnschte Verunreinigungen in der endg\u00fcltigen Verbindung verursachen k\u00f6nnten. Das Ergebnis ist die Lieferung au\u00dfergew\u00f6hnlich sauberer Teile.<\/p>\n\n\n\n

Da Vakuum\u00f6fen mit Blick auf die Temperaturkontrolle entwickelt wurden, wissen Metallurgen, dass ein Vakuumofen das L\u00f6tmaterial und die zu verbindenden Teile mit Pr\u00e4zision, Gleichm\u00e4\u00dfigkeit und Wiederholbarkeit erhitzen kann. Teile mit komplexer Architektur, die an schwer zug\u00e4nglichen Stellen gef\u00fcgt werden m\u00fcssen, oder Baugruppen mit einer gro\u00dfen Anzahl von Verbindungen lassen sich in einer Vakuumofenumgebung leichter l\u00f6ten.<\/p>\n\n\n\n

Das Vakuuml\u00f6ten eignet sich auch hervorragend, wenn zwei Teile mit sehr d\u00fcnnem oder sehr dickem Querschnitt mit einer gewissen strukturellen Integrit\u00e4t verbunden werden m\u00fcssen. Bei d\u00fcnnen Teilen ist es wichtig, dass die Temperatur pr\u00e4zise gesteuert wird, damit sie sich nicht verziehen, w\u00e4hrend bei Teilen mit gr\u00f6\u00dferem Querschnitt die \u00dcberwachung durch Thermoelemente f\u00fcr eine angemessene Durchw\u00e4rmungszeit sorgt und das Teil gleichm\u00e4\u00dfig erw\u00e4rmt.<\/p>\n\n\n\n

Die in einem Vakuumofen herrschende Atmosph\u00e4re und Temperaturkontrolle erm\u00f6glicht eine gleichm\u00e4\u00dfige Temperatur f\u00fcr Teile mit komplexen Oberfl\u00e4chen. Durch das Erhitzen und Abschrecken der Teile mit einer vorhersehbaren Geschwindigkeit bietet ein Vakuumofen eine au\u00dfergew\u00f6hnliche Kontrolle \u00fcber die Umwandlung des Hartlots in eine Fl\u00fcssigkeit bei einer Temperatur, die die zu verbindenden Teile nicht verformt oder verzieht.<\/p>\n\n\n\n

Ein weiterer bedeutender Vorteil der Verwendung einer Vakuuml\u00f6tl\u00f6sung ist die M\u00f6glichkeit, die Nebenprodukte des Prozesses zu kontrollieren. Vakuumofensysteme sind so konstruiert, dass sie Abgase besser kontrollieren und verarbeiten k\u00f6nnen als ein vergleichbares Salzbad oder eine atmosph\u00e4rische L\u00f6sung, und sie ben\u00f6tigen keine scharfen Chemikalien oder geschmolzenen Salze, die sorgf\u00e4ltig aufbewahrt und entsorgt werden m\u00fcssten. Saubere Vakuuml\u00f6tverfahren erfordern keine zus\u00e4tzliche Teilereinigung nach der Verarbeitung, was ebenfalls den Chemikalienabfall reduziert.<\/p>\n\n\n

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Warum Aluminiuml\u00f6ten?<\/h3>\n\n\n\n

W\u00e4hrend viele verschiedene Metalle zum Hartl\u00f6ten von Teilen verwendet werden k\u00f6nnen - Kupfer, Silber, Messing und Nickellegierungen sind beliebte Hartl\u00f6tmaterialien - bietet Aluminium ein leichtes, aber starkes Material, das sich mit einer Vielzahl anderer Metalllegierungen verbinden l\u00e4sst.<\/p>\n\n\n\n

Hartgel\u00f6tete Aluminiumteile finden Sie \u00fcberall dort, wo W\u00e4rme von einer Fl\u00fcssigkeit an die Umgebungsluft in einem geschlossenen Fl\u00fcssigkeitssystem \u00fcbertragen werden muss. Dazu geh\u00f6ren beispielsweise Autok\u00fchler, Ladeluftk\u00fchler, Klimaanlagen oder Verdampfer. Die komplexen Geometrien von Rohren, die sich entlang eines strikten Pfades mit einer gro\u00dfen Oberfl\u00e4che hin und her winden, sind eine ideale Situation f\u00fcr das Vakuum-Aluminiuml\u00f6ten, um eine vollst\u00e4ndige Abdichtung in den Biegungen und T\u00e4lern des Teils zu gew\u00e4hrleisten.<\/p>\n\n\n\n

Das Vakuum-Aluminiuml\u00f6ten ist auch f\u00fcr Teile interessant, bei denen es auf Sauberkeit ankommt - Komponenten f\u00fcr die Luft- und Raumfahrt, medizinische Ger\u00e4te oder andere hochpr\u00e4zise Teile. Da die Teilereinigung ein notwendiger Schritt vor dem L\u00f6tprozess ist, wird ein atmosph\u00e4renfreier Prozess wahrscheinlich zu einem oxidfreien, sauberen Endprodukt f\u00fchren.<\/p>\n\n\n\n

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Warum einen speziellen Vakuum-Aluminiuml\u00f6t-Ofen kaufen?<\/h3>\n\n\n\n

Das Vakuum-Aluminiuml\u00f6ten kann technisch gesehen in praktisch jedem Vakuumofen mit einer metallischen Heizzone durchgef\u00fchrt werden, wird aber nicht empfohlen. Ein spezieller Vakuum-Aluminiuml\u00f6tofen, wie der VAB-Ofen von Ipsen, verf\u00fcgt \u00fcber Eigenschaften, die ein Standard-Vakuumofen nicht hat, und das Verfahren ist f\u00fcr einen Ofen auf eine Weise hart, wie es bei vielen anderen W\u00e4rmebehandlungsverfahren nicht der Fall ist.<\/p>\n\n\n\n

W\u00e4hrend die meisten Ipsen-Vakuum\u00f6fen f\u00fcr den Betrieb bei Temperaturen zwischen 540 \u00b0C und 1320 \u00b0C (1.000 \u00b0F und 2.400 \u00b0F) optimiert sind, ist der VAB-Ofen auf den Betrieb zwischen 320 \u00b0C und 650 \u00b0C (600 \u00b0F und 1.200 \u00b0F) ausgerichtet, wo der Liquiduszustand der meisten Aluminiumzusatzwerkstoffe auftritt.<\/p>\n\n\n\n

Zus\u00e4tzliche Thermoelementkontrollen sorgen daf\u00fcr, dass die Temperaturen in der gesamten Kammer einen engen Bereich von 10 \u00b0C (50 \u00b0F) von vorne nach hinten und von oben nach unten einhalten. Diese hohe Pr\u00e4zision bei niedrigeren Temperaturen ist notwendig, um die anspruchsvollen Standards von Branchen wie der Luft- und Raumfahrt zu erf\u00fcllen.<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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Wussten Sie schon?<\/h3>\n\n\n\n

Die NASA hat vor kurzem an Bord der ISS eine Studie \u00fcber das L\u00f6ten von Aluminium in der Schwerelosigkeit abgeschlossen, die den Titel \"BRazing of Aluminum alloys IN Space\" tr\u00e4gt und f\u00fcr die Abk\u00fcrzung \"BRAINS\" steht.

Die Studie untersuchte die Auswirkungen der Mikrogravitation auf das L\u00f6ten von Aluminium in einer Niederdruck-Stickstoffatmosph\u00e4re oder im Hochvakuum.

\"Neben den wissenschaftlichen Grundlagen, die mit dem Aluminiuml\u00f6ten unter Mikrogravitationsbedingungen verbunden sind, gibt es zwei pragmatische Ziele.

\"Erstens kann ein Hartl\u00f6tverfahren eingesetzt werden, um die Folgen von Hochgeschwindigkeitseinschl\u00e4gen von Mikrometeoriten und\/oder Weltraumm\u00fcll und das m\u00f6gliche katastrophale Eindringen von aus Aluminium gefertigten Gegenst\u00e4nden in den Weltraum abzumildern.

\"Zweitens m\u00fcssen beim Bau im Weltraum komplexe Baugruppen (z. B. Habitatsysteme) zusammengef\u00fcgt werden, wobei das Hartl\u00f6ten eine sinnvolle Herstellungsoption f\u00fcr eine dauerhafte Verbindung darstellt (sowohl im Vakuum des offenen Weltraums als auch unter kontrollierter Atmosph\u00e4re in geschlossenen Weltraumhabitaten).

Quelle: nasa.gov<\/a><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

\"Die meisten Aluminiumwerkstoffe der 4000er-Serie gehen bei 565 \u00b0C bis 575 \u00b0C in den Liquiduszustand \u00fcber. Die Sollwerte f\u00fcr die Atmosph\u00e4re liegen normalerweise bei 625 \u00b0C. Es ist wichtig, dass das Basismaterial (in der Regel Aluminium der Serie 3000) 603 \u00b0C nicht \u00fcberschreitet, um Erosion zu vermeiden.<\/h6>\n\n\n\n
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- Jim Haggerty, Global Aluminum Brazing<\/h6>\n\n\n\n
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Beim L\u00f6ten von Aluminium in einem Vakuumofen ist die Bildung von Magnesiumoxid eines der gr\u00f6\u00dften Probleme, mit denen die Betreiber zu k\u00e4mpfen haben. Magnesium wird als Zusatzstoff f\u00fcr das Aluminium-Zusatzmaterial verwendet und wirkt \u00e4hnlich wie ein Flussmittel. Aluminiumlegierungen, die Magnesium enthalten, haben einen niedrigeren Schmelzpunkt als reines Aluminium oder andere g\u00e4ngige Legierungen. Wenn sich das Hartl\u00f6tmaterial erhitzt, verdampft das freigesetzte Magnesium und sucht im Vakuumofen nach verbleibenden Sauerstoffatomen, die es von der Verbindung fernh\u00e4lt. Magnesium greift auch jegliches Aluminiumoxid an, das sich auf der Oberfl\u00e4che des Aluminiums befindet, um sicherzustellen, dass das verbleibende Hartlot gleichm\u00e4\u00dfig an den Teilen haftet.<\/p>\n\n\n\n

Diese chemischen Reaktionen treten auf, wenn der Ofen eine Temperatur von 570 \u00b0C (1.060 \u00b0F) erreicht und \u00fcberschreitet, was zu einem \"Magburst\" f\u00fchrt - einem Ausgasungssprung. Das optimale Ofendesign zur Bew\u00e4ltigung dieses Ausgasungssprungs muss \u00fcber ein ausreichend robustes Pumpsystem verf\u00fcgen, um ein Vakuum von 10-4<\/sup> bis 10-5<\/sup> Torr. Da der Vakuumofen weiterhin die neuen Gase abpumpt, kann der Prozess Ausgasungsr\u00fcckst\u00e4nde an den W\u00e4nden der hei\u00dfen Zone hinterlassen.<\/p>\n\n\n\n

Der Umgang mit Magnesiumoxidr\u00fcckst\u00e4nden ist schwierig, da diese R\u00fcckst\u00e4nde eine \u00e4hnliche chemische Zusammensetzung haben wie eine Stra\u00dfenfackel. Die meiste Zeit der Wartung eines Vakuumofens, in dem Aluminium gel\u00f6tet wird, wird f\u00fcr die Reinigung dieser Magnesiumoxidablagerungen aufgewendet. Das Abschaben der Kammerw\u00e4nde und der Abschirmungen der hei\u00dfen Zone muss mit einem eisenfreien Schabematerial erfolgen, um zu vermeiden, dass ein Funke entsteht, der das schnell brennende Oxid entz\u00fcnden w\u00fcrde. Sind die Magnesiumoxidablagerungen zu schwer und lassen sich nur schwer abkratzen, muss m\u00f6glicherweise ein Luftausbrennzyklus durchgef\u00fchrt werden, um die gr\u00f6\u00dferen Magnesiumoxidcluster aufzubrechen. Sobald der Gro\u00dfteil der R\u00fcckst\u00e4nde entfernt ist, ist ein normaler Vakuumausbrand erforderlich, um den Ofen f\u00fcr die k\u00fcnftige L\u00f6tproduktion vorzubereiten. Auch die Diffusionspumpen m\u00fcssen regelm\u00e4\u00dfig gereinigt werden, wobei die Angaben des Herstellers zu beachten sind.<\/p>\n\n\n\n

Derzeit produziert Ipsen VAB-\u00d6fen, die mit Magnesium-Kollektorplatten ausgestattet sind. Diese Konstruktionsinnovation hilft den Kunden, die Ausfallzeiten bei der Wartung zu reduzieren, und verhindert Magnesiumablagerungen in Bereichen wie der Stromdurchf\u00fchrung des Ofens und den Thermoelementdurchf\u00fchrungen - Bereiche, die schwer sauber zu halten sind.<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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Einige der chemischen Reaktionen, die w\u00e4hrend des Aluminiuml\u00f6tprozesses ablaufen, sind:
Mg + H2O \u2192 MgO + H2
Mg + O2 \u2192 2 MgO
Mg + Al2O3 \u2192 MgO + Al
Mg + N2 \u2192 Mg3N2<\/p>\n\n\n\n

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Magnesiumoxid-R\u00fcckst\u00e4nde nach einem typischen Vakuum-Aluminium-L\u00f6tverfahren<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

Schlussfolgerung<\/h3>\n\n\n\n

Vakuum-Aluminiuml\u00f6ten ist eine bew\u00e4hrte L\u00f6sung f\u00fcr die Verbindung von Metallteilen in tiefen T\u00e4lern oder komplexen Geometrien. Unternehmen, die Aluminium im Vakuum hartl\u00f6ten wollen, ben\u00f6tigen einen Ofen, der ein tiefes Vakuum, eine pr\u00e4zise Temperaturregelung und eine hervorragende Temperaturgleichm\u00e4\u00dfigkeit bietet.<\/p>\n\n\n\n

Der Aluminiuml\u00f6tprozess erfordert ein h\u00f6heres Ma\u00df an Prozesskontrolle und Temperaturgleichm\u00e4\u00dfigkeit bei einer niedrigeren Temperatur als bei einem herk\u00f6mmlichen Vakuumofen. Die Verwendung eines Standard-Vakuumofens f\u00fcr normale Aluminiuml\u00f6tprozesse ist ein wenig so, als w\u00fcrde man einen Vorschlaghammer verwenden, um ein Bild im Wohnzimmer aufzuh\u00e4ngen - beim Aluminiuml\u00f6ten sind niedrigere Temperaturen mit h\u00f6herer thermischer Genauigkeit erforderlich.<\/p>\n\n\n\n

Ein spezieller Vakuum-Aluminiuml\u00f6tofen, wie der VAB-Ofen von Ipsen, bietet optimale Bedingungen, indem er ein konstantes Vakuum erzeugt, das einem Magburst standh\u00e4lt, eine pr\u00e4zise Temperatur- und Vakuumregelung aufrechterh\u00e4lt und kostspielige Ausfallzeiten und Wartungsarbeiten minimiert, die normalerweise nach dem L\u00f6ten in anderen \u00d6fen erforderlich sind.<\/p>\n\n\n\n

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Mitwirkende: Jim Grann - Ipsen Technical Director, Mark Heninger - Ipsen Director of Equipment Sales, John Pease - Ipsen Regional Sales Manager, <\/em>Jim Haggerty - Eigent\u00fcmer von Global Aluminum Brazing, LLC<\/em><\/a><\/p>\n\n\n\n

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