Gusseisen ist eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff sowie Legierungszusätzen oder Elementen, die aus dem metallurgischen Prozess stammen. Es handelt sich um ein sehr langlebiges und korrosionsbeständiges Material, das unter anderem zur Herstellung von Töpfen, Gartenmöbeln, Dekorationselementen oder sogar Schrauben und Schachtabdeckungen verwendet wird. Wie schweißt man Gusseisen? Warum sagt man, dass dies schwierig ist?
Welche Arten von Gusseisen gibt es?
Gusseisen gilt als das beste Metall zum Schmelzen, und dank seiner geringen Schrumpfung sowie seiner hohen Fließfähigkeit ist es beim Gießen sehr effizient. Es ist wichtig zu wissen, dass es (je nach chemischer Zusammensetzung) mehrere Arten dieser Eisen-Kohlenstoff-Legierung gibt:
- Weißguss – ist hart und zugleich spröde, er lässt sich nur schleifen. Er wird hauptsächlich verarbeitet, um eine formbare Variante zu erhalten, und seine chemische Zusammensetzung umfasst: Ledeburit, Perlit und Zementit. Aus Weißguss werden unter anderem Bremsbeläge hergestellt.
- Grauguss – ist weich und gut verarbeitbar; es handelt sich um eine Legierung aus Eisen, Kohlenstoff (in Form von Graphit) und Silizium, deren Zusammensetzung Schwefel, Phosphor und Mangan enthält. Er wird zur Herstellung von Badewannen, Heizkörpern, Ofenteilen und Maschinen verwendet.
- Halbgraues Gusseisen – auch als buntes Gusseisen bezeichnet; der darin enthaltene Kohlenstoff liegt sowohl in Form von Graphit als auch von Zementit vor. Es weist Eigenschaften auf, die zwischen denen von Weiß- und Grauguss liegen.
- Legiertes Gusseisen – enthält Legierungszusätze wie Nickel, Aluminium, Silizium oder Chrom. Dadurch lassen sich seine chemischen und physikalischen Eigenschaften modifizieren.
Gusseisen gilt als schwer schweißbar, weißes Gusseisen und einige legierte Sorten sogar als nicht schweißbar. Dies ist auf den hohen Kohlenstoffgehalt und die Sprödigkeit des Materials zurückzuführen. Wer Gusseisen schweißen möchte, muss das richtige Schweißverfahren wählen, da sonst die erwarteten Ergebnisse nicht erzielt werden können.
Wie schweißt man Gusseisen richtig?
Das zu schweißende Gusseisen muss entsprechend vorbereitet werden. Verunreinigungen müssen von den zu verbindenden Oberflächen sowie dem angrenzenden Bereich des Gussteils entfernt werden. Das Schweißen von ungereinigtem Guss führt zur Bildung von Blasen und Poren in der Schweißnaht sowie zu nichtmetallischen Einschlüssen. Um ein gerissenes Gusseisen zu reparieren, müssen zunächst an beiden Enden des Risses Löcher mit einem Durchmesser von mindestens 5 mm gebohrt werden, um ein weiteres Ausbreiten des Risses zu verhindern. Außerdem muss das Gusseisen entlang des Risses so entfernt werden, dass eine Schweißnut entsteht, die ein korrektes Manövrieren des Schweißbrenners oder der Elektrode ermöglicht. Für das Schweißen muss ein geeignetes Schweißgut ausgewählt werden. Dabei sind folgende Faktoren zu berücksichtigen:
- die Art des Gusseisens,
- das Schweißverfahren,
- die Bearbeitbarkeit der Schweißnaht,
- die farbliche Anpassung der Schweißnaht an das Gussteil,
Kaltverschweißen von Gusseisen
Das Kaltverschweißen von Gusseisen wird vor allem bei der Reparatur schwerer und großer Gussteile sowie in Situationen eingesetzt, in denen eine Erhöhung der Härte der Schweißnaht und des Gussteils zulässig ist. Während des Schweißens wird die Temperatur auf 60–70 °C gehalten; in einem Abstand von ca. 100 mm vom Schweißbad beträgt sie 30–40 °C. Das Kaltschweißen erfolgt ohne Vorwärmen der Legierung unter Verwendung der MMA-Methode, MIG MAG oder WIG. Wenn man sich für diese Lösung entscheidet, sollte man die Stromparameter so niedrig wie möglich einstellen und kurze Schweißnähte anlegen, damit sich das Gussteil nicht über 70 °C erwärmt. Es wird empfohlen, dass die Länge eines einzelnen Schweißabschnitts maximal 20 oder 30 mm beträgt. Der erste Abschnitt sollte in der Mitte des Risses angelegt werden, die nächsten an beiden Enden, und sie sollten abwechselnd ausgeführt werden, bis die gesamte Schweißnaht fertiggestellt ist.
Beim Kaltverschweißen von Gusseisen muss die Arbeit nach jedem Aufbringen eines Schweißabschnitts unterbrochen und dieser leicht mit einem Hammer nachgeschlagen werden. Für diese Methode werden teure Nickel-, Nickel-Kupfer- oder Eisen-Nickel-Lotmaterialien verwendet, gelegentlich kommt auch ein Stahl-Lot zum Einsatz.
Heißschweißen von Gusseisen
Das Heißschweißen von Gusseisen wird bei der Reparatur von Gussteilen eingesetzt, an die hohe Anforderungen hinsichtlich der Struktur und Formbeständigkeit gestellt werden. Zunächst wird das Material auf bis zu 700 °C erhitzt. Um eine Oxidation der Oberfläche zu verhindern, wird das Gussteil mit einer dickflüssigen Kalk- oder Kreidelösung überzogen (diese wird unmittelbar vor dem Schweißen mit einer Drahtbürste entfernt). Um Risse im Gusseisen durch die Einwirkung hoher Temperaturen zu vermeiden, sollte die Vorheizgeschwindigkeit 100 °C pro Stunde nicht überschreiten. Meistens wird hierfür ein mit Gas oder Holzkohle befeuerter Ofen verwendet. Bei kleinen Bauteilen kann die Vorwärmung auch mit einer Acetylen-Sauerstoff-Flamme erfolgen.
Das Heißschweißen erfolgt in der Unterlageposition mit hochintensivem Gleichstrom. Gussteile werden gasgeschweißt, entweder im WIG-Verfahren (unter Schutzgas mit einer nicht schmelzenden Schweiβelektrode) oder im Lichtbogenschweißen mit umhüllten Schweiβelektroden (EOZ). Bei der Wahl des Heißschweißens lässt sich ein geringeres Einbringen erzielen, das Schweißgut vermischt sich mit dem Gussteil. Die Abkühlgeschwindigkeit der Verbindung ist geringer, wodurch die Wärmeeinflusszone breiter ist und Strukturen mit geringerer Härte enthält. Nach dem Schweißen wird das Gussteil erneut auf eine hohe Temperatur (500–600 °C) erhitzt, um Spannungen zu beseitigen. Anschließend muss es langsam durch Kühlung abgekühlt werden; die empfohlene Geschwindigkeit der Kühlung beträgt maximal 50 °C pro Stunde.
Lötschweißen von Gusseisen
Bei Gusseisen kann auch das Lötschweißen angewendet werden. Dabei wird die Verbindung mit einem Lötmittel auf Kupferbasis hergestellt, dessen Schmelztemperatur unter der Schmelztemperatur des Gusseisens liegt. Zum Erhitzen des Materials wird ein Acetylen-Sauerstoff-Schweißbrenner verwendet, und der Vorgang des Lötschweißens selbst erfolgt nach dem WIG- oder MAG-Verfahren. Das Gusseisen wird nicht überhitzt, da das Lot die Wände der Nut benetzt. Für das Lötschweißen werden Messinglotmittel verwendet, manchmal mit Zusätzen wie beispielsweise Silizium oder Mangan, sowie Flussmittel vom Borax-Typ. Für das MAG-Lötschweißen werden hingegen Bronzelote verwendet, und als Schutzgas dient ein Gemisch aus Argon mit einer geringen Menge an O₂ und CO₂.
Mit welchem Schweißgerät lässt sich Gusseisen am besten schweißen?
Das Schweißen von Gusseisen gehört nicht zu den einfachsten Aufgaben, kann aber gelingen, insbesondere bei Verwendung der richtigen Ausrüstung. Einfache, kleinere Arbeiten lassen sich je nach gewählter Methode problemlos mit einem Schweißgerät (MIG), einem Gerät zum Handschweißen mit umhüllten Schweiβelektroden (MMA) oder einem WIG-Inverter durchführen. Um zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen, sollte man am besten auf bewährte Geräte zurückgreifen, wie z. B. SHERMAN DIGIMIG 200 Doppelpuls, Magnum THF 220S oder IDEAL EXPERT 220
. Im Shop Allweld.pl sind zahlreiche Schweißgeräte namhafter Hersteller erhältlich, die für das Schweißen verschiedener Werkstoffe, darunter auch Gusseisen, geeignet sind. Bei Unklarheiten oder Fragen können Sie sich gerne an uns wenden. Unsere Fachleute helfen Ihnen dabei, die passende Ausrüstung für jeden Schweißer zu finden, unabhängig von dessen Erfahrung oder dem jeweiligen Budget.