Wie man Gusseisen schweißt

Schweißen von Gusseisen im Haus ist möglich – unter bestimmten Bedingungen

Effektives internes Schweißen von Gusseisenteilen kann Zeit und Geld sparen – aber es gibt Herausforderungen. Schweißfehler können oft zu Rissen oder anderen Schäden führen. Wenn es sich um kritische Teile handelt, kann es ratsam sein, die Arbeit einer Schweißeinrichtung mit erfahrenen Schweißern in Anspruch zu nehmen, um ein erfolgreiches Ergebnis sicherzustellen.

Wenn das Schweißen im eigenen Haus durchgeführt wird, ist es entscheidend, die Schritte zu untersuchen, die erforderlich sind, um ein geschweißtes Teil effektiv herzustellen. Bevor Sie beginnen, sollten vier wichtige Schritte unternommen werden:

1. Identifizieren Sie die Legierung
2. Reinigen Sie das Gussteil gründlich
3. Wählen Sie eine Vorwärmtemperatur aus
4. Wählen Sie eine geeignete Schweißtechnik aus

Identifizieren Sie die Legierung

Gusseisen sind eine Familie von Eisen-Kohlenstoff-Legierungen. Ihr hoher Kohlenstoffgehalt (meist 2–4 %) verleiht Gusseisen seine charakteristische Härte. Diese Härte geht jedoch auf Kosten der Duktilität. Es ist im Vergleich zu Stahl oder Schmiedeeisen weniger formbar. Die Erwärmungs- und Abkühlungszyklen während des Schweißens verursachen eine Ausdehnung und Kontraktion des Metalls, wodurch Zugspannungen induziert werden. Gusseisen dehnt oder verformt sich nicht, wenn es erhitzt oder belastet wird – stattdessen reißt es – was es extrem schwierig macht, es zu schweißen. Diese Eigenschaft kann durch Zugabe verschiedener Legierungen verbessert werden.

Einige Gusseisenlegierungen lassen sich leichter schweißen als andere:

• Grauguss
  Grauguss ist die häufigste Form von Gusseisen. Kohlenstoff scheidet sich während der Herstellung in Graphitflocken entweder in einer kristallinen Perlit- oder Ferrit-Mikrostruktur aus. Es ist duktiler und schweißbarer als weißes Gusseisen. Für angehende Schweißer stellt es jedoch immer noch eine Herausforderung dar, da die Graphitflocken im Grauguss in das Schweißbad gelangen und eine Versprödung des Schweißguts verursachen können.

• Weißes Gusseisen
  Weißes Gusseisen behält den Kohlenstoff als Eisencarbid, ohne ihn als Graphit auszufällen. Die kristalline Mikrostruktur des Zementits ist sehr hart und spröde. Weißer Guss gilt allgemein als nicht schweißbar.
• Dehnbar, knötchenförmig oder formbar Eisen
  Diese Gusseisen sind alle weniger spröde aufgrund herstellungsbedingter Gefügeunterschiede. Alle drei haben kugelförmige Kohlenstoffmikrostrukturen, die durch ihre einzigartigen Herstellungsverfahren erzeugt werden.

Der beste Weg, um festzustellen, ob Sie Weiß- oder Grauguss haben, ist die Überprüfung der ursprünglichen Spezifikation. Die spektrochemische Analyse kann diese Spezifikation nachträglich liefern. Wenn diese genauen Möglichkeiten nicht möglich sind, gibt es einige Möglichkeiten, im Shop nachzusehen.

Grauguss wird entlang einer Bruchstelle aufgrund des Graphits in seiner Mikrostruktur grau. Weißes Eisen ist aufgrund des Zementits entlang eines Bruchs weißer. Leider ist die Bruchprüfung nur sinnvoll, wenn der Schweißer weiß, dass das Material entweder grau oder weiß ist. Dies sind ältere, traditionellere Formen von Gusseisen. Sie sind auch in bestimmten Warenklassen häufiger anzutreffen. Sphäroguss, ein relativer Neuling, ist jedoch auch entlang des Bruchs ziemlich weiß und viel besser schweißbar.

Funkentests können auch von einem erfahrenen Metallurgen verwendet werden, um zu versuchen, die Art des Eisens zu bestimmen.

Reinigen Sie das Gussteil

Unabhängig von der Legierung müssen alle Gussteile vor dem Schweißen ordnungsgemäß vorbereitet werden. Bei der Vorbereitung des Gussstücks zum Schweißen ist es entscheidend, alle Oberflächenmaterialien zu entfernen. Das Gussteil muss im Bereich der Schweißnaht absolut sauber sein. Entfernen Sie Farbe, Fett, Öl und andere Fremdstoffe aus der Schweißzone. Es ist am besten, den Schweißbereich für kurze Zeit vorsichtig und langsam zu erhitzen, um eingeschlossenes Gas aus der Schweißzone des Grundmetalls zu entfernen.

Eine einfache Technik zum Testen der Bereitschaft der Gusseisenoberfläche besteht darin, eine Schweißnaht auf das Metall aufzubringen – es wird porös, wenn irgendwelche Verunreinigungen vorhanden sind. Diese Passage kann abgeschliffen und der Vorgang einige Male wiederholt werden, bis die Porosität verschwindet.

Vorheizen

Alle Gusseisen sind anfällig für Spannungsrisse. Wärmekontrolle ist der wichtigste Faktor bei der Vermeidung von Rissen.

Eine Gusseisenschweißung erfordert drei Schritte:

• Vorwärmen
• Geringer Wärmeeintrag
• Langsame Abkühlung

Der Hauptgrund für die Wärmekontrolle ist die Wärmeausdehnung. Wenn sich Metall erwärmt, dehnt es sich aus. Es entsteht keine Spannung, wenn sich ein gesamtes Objekt mit der gleichen Geschwindigkeit erwärmt und ausdehnt, aber Spannung baut sich auf, wenn Wärme in einer kleinen Wärmeeinflusszone (HZ) lokalisiert wird.

Lokales Erhitzen verursacht eine eingeschränkte Ausdehnung – das HZ wird durch das kühlere Metall um es herum eingeschlossen. Die Höhe der resultierenden Spannungen hängt vom Temperaturgradienten zwischen HZ und Gusskörper ab. Bei Stahl und anderen duktilen Metallen wird Spannung, die durch eingeschränkte Ausdehnung und Kontraktion aufgebaut wird, durch Strecken abgebaut. Unglücklicherweise kann dies während der Kontraktionsperiode zu Rissen führen, da Gusseisen eine relativ schlechte Duktilität aufweist. Durch das Vorwärmen wird der Wärmegradient zwischen dem Gusskörper und dem HZ verringert, wodurch die durch das Schweißen verursachte Zugspannung minimiert wird. Im Allgemeinen erfordern Hochtemperatur-Schweißverfahren eine höhere Vorwärmtemperatur. Wenn ein angemessenes Vorwärmen nicht möglich ist, besteht die beste Strategie darin, die Wärmezufuhr zu minimieren – wählen Sie ein Niedrigtemperatur-Schweißverfahren und Schweißstäbe oder -drähte mit niedrigem Schmelzpunkt.

Die Abkühlgeschwindigkeit ist ein weiterer Faktor, der sich direkt auf die an der Schweißnaht induzierten Spannungen auswirkt. Schnelles Abkühlen verursacht eine Kontraktion, die zu spröden, leicht rissigen Schweißnähten führt. Im Gegensatz dazu reduziert eine geringe Kühlung die Verhärtung und die Kontraktionsspannung.

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Vorwärmen vor dem Schweißen

Alle Gusseisen sind anfällig für Spannungsrisse, dies kann jedoch durch Vorwärmen verhindert werden. Sehen Sie sich das Video an, um zu sehen, wie Wärme auf Metall vor dem Schweißen angewendet wird.

Schweißtechnik

Schweißtechniken sollten basierend auf ihrer Eignung für die zu schweißende Gusseisenlegierung ausgewählt werden. Die gebräuchlichsten Schweißverfahren sind Stab-, Autogen- und Hartlötschweißen.

Stick-Schweißen

Das Stabschweißen, auch bekannt als Shielded Metal Arc Welding oder MMA, verwendet eine mit einem Flussmittel bedeckte Abschmelzelektrode. Abhängig von der Anwendung, der erforderlichen Farbanpassung und dem Umfang der nach dem Schweißen durchzuführenden Bearbeitung können verschiedene Elektrodentypen verwendet werden.

Es gibt drei Hauptfüllstofftypen, die sich gut für das Stabschweißen von Gusseisen eignen:

• Ummantelte Elektroden aus Gusseisen
• Elektroden aus Kupferlegierung
• Nickellegierungselektroden

Nickellegierungselektroden sind die beliebtesten für das Schweißen von Gusseisen. Laut New Hampshire Materials Laboratory Inc. ist die Nickel-Eisen-Schweißung stärker mit einem niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten, wodurch Schweißspannungen reduziert und die Rissbeständigkeit verbessert werden.

Ein Lichtbogen zwischen Elektrode und Schweißbereich schmilzt die Metalle und bewirkt eine Verschmelzung. Der Lichtbogen sollte auf das Schweißbad und nicht auf das Grundmetall gerichtet werden, da dies die Aufmischung minimiert. Es wird empfohlen, die niedrigste vom Hersteller zugelassene Stromeinstellung zu verwenden, um die Hitzebelastung zu minimieren. Teile vor dem Schweißen mit Gusseisen- oder Kupferelektroden auf mindestens 250 °F vorwärmen. Nickelelektroden können ohne Vorwärmung verwendet werden.

Sauerstoffschweißen

Beim Autogenschweißen werden ebenfalls Elektroden verwendet, aber anstelle eines Lichtbogens, der durch Strom erzeugt wird, liefert ein Autogenbrenner die Energie zum Schweißen. Sowohl Gusseisenelektroden als auch Kupfer-Zink-Elektroden sind für das Autogenschweißen von Gusseisen geeignet.

Es muss darauf geachtet werden, dass das Gusseisen beim Acetylenschweißen nicht oxidiert, da dies zu Siliziumverlust und zur Bildung von weißem Eisen in der Schweißnaht führt. Der Schweißdraht sollte im geschmolzenen Schweißbad geschmolzen werden und nicht direkt durch die Flamme, um Temperaturgradienten zu minimieren.

Lötschweißen

Lötschweißen ist aufgrund der minimalen Auswirkungen auf das Grundmetall selbst eine gängige Methode zum Verbinden von Gusseisenteilen. Ein Schweißdraht liefert den Füllstoff, der an der Gusseisenoberfläche haftet. Aufgrund des niedrigeren Schmelzpunktes des Füllstoffs im Vergleich zum Gusseisen verdünnt sich der Füllstoff nicht mit dem Gusseisen, sondern haftet an der Oberfläche.

Die Sauberkeit der Oberfläche ist für diese Schweißtechnik entscheidend, da die Verbindung von der Qualität des Füllstoffs abhängt, der die Oberfläche des Grundmetalls benetzt. Laut Machine Design ist die Verwendung von Flussmitteln zur Verhinderung der Bildung von Oxiden während des Lötens üblich. Es ist eine benetzungsfördernde Flüssigkeit, die den Füllstoff über die zu verbindenden Metallteile fließen lässt. Es reinigt auch die Teile von Oxiden, so dass der Füllstoff fester an den Metallteilen haftet. Außerdem werden Flussmittel beim Schweißen verwendet, um die Metalloberflächen zu reinigen.

Fertigstellung

Rissbildung tritt normalerweise während der thermischen Kontraktionsphase auf – Zugspannung baut sich auf, wenn die Schweißnaht abkühlt und sich zusammenzieht. Wenn die Spannung einen kritischen Punkt erreicht, reißt die Schweißnaht.

Die Risswahrscheinlichkeit kann verringert werden, indem eine Druckspannung angelegt wird, um der Zugspannung während des Abkühlens entgegenzuwirken. Schweißer verwenden eine Technik namens Peening (mäßige Schläge mit einem Kugelhammer) auf eine verformbare Schweißraupe, während die Schweißnaht noch weich ist. Kugelstrahlen verringert das Rissrisiko in der Schweißnaht und in der HZ, sollte aber nur versucht werden, wenn mit relativ duktilem Schweißgut gearbeitet wird.

Der letzte Schritt der Schweißung ist die Kühlkontrolle. Bei diesem Verfahren werden Isoliermaterialien verwendet, um die Abkühlung so weit wie möglich zu verlangsamen, oder es wird periodisch Wärme auf die Schweißnaht angewendet, um den natürlichen Abkühlungsprozess zu verlangsamen.

Eigenes Schweißen

Während die Beauftragung eines Fachmanns mit Gusseisenschweißen eine qualitativ hochwertige Schweißnaht garantieren kann, ist es möglich, eine Schweißnahtreparatur im eigenen Haus mit sorgfältiger Vorbereitung durchzuführen. Befolgen Sie die Schritte zum Identifizieren Ihrer Legierung, zum Vorbereiten des Materials und zum Auswählen der am besten geeigneten Schweißtechnik.

Quellen

• Gesamte Materia. „Schweißen von Gusseisen und anderen Eisen.“
• Materiallabor in New Hampshire. „Tipps zum Schweißen von Gusseisen.“
• Das Schweißinstitut. „Schweißbarkeit von Werkstoffen:Gusseisen.“