Wiki - Schweißen von Grauguss

Als Grauguss werden Eisen-Kohlenstoff-Gusslegierungen mit Lamellengraphit bezeichnet, die im Hochofen als Roheisen erschmolzen, anschließend im Kupolofen umgeschmolzen und in Formen vergossen werden.

Der Kohlenstoff liegt lamellar vor, wobei Silizium die Ausscheidung des Kohlenstoffs als Graphit in lamellarer Form fördert. Mangan wirkt festigkeitssteigernd, Phospor macht die Schmelze dünnflüssig und damit leichter vergießbar, erhöht aber andererseits die Sprödigkeit.

Die Festigkeit von Grauguss wird neben seiner chemischen Zusammensetzung durch die Abkühlungsgeschwindigkeit während und nach der Erstarrung beeinflusst.

Die gebräuchlichen Graugusssorten weisen etwa folgende Zusammensetzung auf:

C 3,1–3,4 %
Si 1,8–2,3 %
Mn 0,5–0,9 %
P 0,5 %
S 0,1 %

Gusseisen mit Kugelgraphit oder Sphäroguss GGG ist ebenfalls ein Eisen-Kohlenstoff-Gusswerkstoff, bei dem das Graphit statt lamellar in Kugelform vorliegt.

Die kugelige oder globulare Ausbildung des Graphits wird durch Sonderzusätze in der Schmelze wie z. B. Magnesium und durch Glühbehandlungen erreicht. Dadurch wird ein perlitisches bis ferritisches Grundgefüge erzielt, was in seinen Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften dem normaler Stahlwerkstoffe angenähert ist.

Temperguss Weiß GTW oder Temperguss Schwarz GTS sind auch Eisen-Kohlenstoff-Gusswerkstoffe, die legierungsseitig so eingestellt sind, dass nach dem Vergießen ein graphitfreies, hartes Zementitgefüge entsteht. Durch eine anschließende Glühbehandlung wird das Material dann in Temperguss überführt.

Nach der Art der Glühbehandlung wird unterschieden in:

Weißer Temperguss.
Geglüht in entkohlender Atmosphäre, Entkohlungstiefe etwa 4 mm. In diesem entkohlten Bereich mit hellem weißen Bruchgefüge ist normale Schweißeignung vorhanden. Werkstücke mit Wanddicken bis 8 mm können deshalb mit unlegierten Stabelektroden einwandfrei geschweißt werden. Durch eine vorangegangene Bearbeitung wird dagegen bei größeren Wanddicken die Schweißarbeit durch Anschneiden zementithaltiger Bereiche mehr oder weniger eingeschränkt.

Schwarzer Temperguss:
Bei ihm wird durch eine Glühbehandlung der Kohlenstoff in Temperkohle über-führt. Er ist fein verteilt über den gesamten Querschnitt. Das Bruchgefüge ist schwarz.

Als austenitisches Gusseisen werden hochlegierte Eisen-Kohlenstoff-Guss-werkstoffe bezeichnet, deren Grundgefüge, bedingt durch die hohen Legierungs-anteile, austenitisch ist. In diesem Gefüge ist der Kohlenstoff in Form von Graphit eingelagert.

Man unterscheidet:

Austenitisches Gusseisen mit Lamellengraphit und
Austenitisches Gusseisen mit Kugelgraphit

Bei letzterem wird die Ausbildung des Kugelgraphits ebenfalls durch legierungs- und gießtechnische Maßnahmen erreicht.

Darüber hinaus gibt es noch eine Vielzahl von Sondergusssorten, bei denen es sich fast ausnahmslos um legierte Qualitäten für besondere Verwendungszwecke handelt.

Schweißen

Das Schweißen von Gusseisen kann mittels:

Warmschweißung
Halbwarmschweißung
Kaltschweißung

vorgenommen werden.

Bei der Warmschweißung von Grauguss werden artgleiche Zusatzwerkstoffe eingesetzt, wobei in der Praxis folgende Schweißverfahren üblich sind:

Gasschmelzschweißen
Lichtbogenhandschweißung

Die zu schweißenden Werkstücke werden langsam und gleichmäßig im Glühofen oder in einer Schweißgrube auf 600 bis 700 °C vorgewärmt. Während des gesamten Schweißvorganges muss die Vorwärmtemperatur gehalten werden. Die Schweißstelle ist wegen des dünnflüssigen und großen Schmelzbades gut mit Graphitplatten, feuerfesten Steinplatten oder Formkohle einzuformen. Zur Vermeidung von Spannungen in der Schweiße und im Gusskörper ist nach dem Schweißen langsam und vollständig abzukühlen.

Mit der Grauguss-Warmschweißung werden artgleiche und dichte Schweißverbindungen erzielt, die leicht mechanisch zu bearbeiten sind.

Eine Variante der Warmschweißung von Grauguss ist die Grauguss-Halbwarmschweißung. Sie wird beim Schweißen einfacher und großer Gusskörper angewandt. Hierbei wird nur die Schweißstelle örtlich gleichmäßig und vorsichtig auf 350 bis 500 °C erwärmt. Geschweißt wird wie bei der Grauguss-Warmschweißung.


Bei der Grauguss-Kaltschweißung wird mit artfremden Zusatzwerkstoffen mittels Lichtbogenhandschweißung geschweißt. Dabei haben sich als Zusatzwerkstoffe Nickelbasislegierungen wie Nickel-Eisen oder Reinnickel bewährt. Die mit diesen Werkstoffen ausgeführten Schweißungen sowie die Übergangszonen sind feilenweich und mechanisch bearbeitbar. Sofern eine spanabhebende Bearbeitung nicht gefordert wird, können auch unlegierte, basisch umhüllte Stabelektroden verwendet werden. Bei der Kaltschweißung von Grauguss ist auf eine möglichst geringe Wärmezufuhr zu achten, um auftretende Spannungen möglichst niedrig zu halten und die Bildung von Rissen zu vermeiden. Geschweißt wird ohne Vorwärmung, die Zwischenlagentemperatur sollte 100 °C nicht überschreiten.

Die Vorbereitung der Werkstücke hat besonders sorgfältig zu erfolgen. Für Schweißarbeiten, die während der Herstellung eines Gussstückes durchgeführt werden müssen (Beseitigung von Lunkern, Blasen usw.) wie auch für Instandsetzungsarbeiten an verschlissenen oder gebrochenen Gussteilen ist es von größter Wichtigkeit, die Schweißstelle und ihre Umgebung von Verunreinigungen wie Fetten, Ölen, Farbresten, Sandeinschlüssen, Resten der Gusshaut usw. zu säubern. Die Schweißstelle muss metallisch blank und rein sein. Risse sind fachgerecht an den Enden abzubohren.

Die Öffnungen der Schweißfugen sind aus Spannungsgründen klein zu halten. Bei großen Wanddicken haben sich Tulpen- oder Doppeltulpennähte bewährt. Kanten und Ecken sind gut ab- bzw. auszurunden um dieAufschmelzung klein zu halten.

Nicht jeder Grauguss läßt sich schweißen. Insbesondere Gussteile, die über längere Zeit Dampf, Hitze oder Chemikalien ausgesetzt waren wie z. B. Teile von Heizungsanlagen, sog. Brandguss, oder Teile, die sich mit Ölen, Fetten, Schmierstoffen und Verbrennungsprodukten vollgesogen haben, sog. versotteter Guss, bereiten beim Schweißen große Schwierigkeiten, da der Schweißzusatzwerkstoff mit dem Grauguss keine Bindung eingeht. Das Schweißgut perlt und bildet kleine Kügelchen, die ohne Verbindung zum Grundwerkstoff bleiben. Derartige Erscheinungen treten bevorzugt beim Kaltschweißen von Grauguss auf. Erfahrungen haben aber gezeigt, dass u. U. in solchen Fällen nach mehrmaligem Schweißen und Ausschleifen des eingebrachten Schweißgutes eine Bindung mit dem Grundwerkstoff erreicht werden kann.

Die Kaltschweißung von Grauguss ist für Dichtschweißungen nicht geeignet.

Bei der Schweißung von Grauguss sollten folgende grundsätzliche Hinweise beachtet werden:

Grauguss-Warmschweißung
Stabelektroden mit maximalem Strom verschweißen
Langsames und gleichmäßiges Vorwärmen und Abkühlen der Gussteile
Während des Schweißens nur die Schweißstellen aufdecken
Den Schweißvorgang nach Möglichkeit nicht unterbrechen
Während des Schweißvorganges ein möglichst großes Schmelzbad halten
Schweißstelle gut einformen, damit das flüssige Schmelzbad nicht ausbricht und abläuft
Geschweißt wird ausschließlich in PA(w)-Position
Beim Gasschweißen von Grauguss ist mit geringem Gasüberschuss zu arbeiten (reduzierende Flamme).
In einigen Fällen, z. B. beim Auftreten von Gasblasen hat sich allerdings ein geringer Überschuss an Sauerstoff bewährt.
Zur Desoxydation des Schweißbades wird ein spezielles Schweißpulver verwendet, welches Oxide löst und einen klaren Fluss des Schmelzbades bewirkt. Dadurch kann der aufgeschmolzene Grundwerkstoff entgasen und man erhält ein dichtes und porenfreies Schweißgut

Grauguss-Kaltschweißung
Geschweißt wird mit möglichst geringem Wärmeeintrag ohne Vorwärmung, Zwischenlagentemperatur max. 100 °C. An der Schweißstelle sollte die Temperatur, Handwärme nicht übersteigen, ansonsten Abkühlungspausen einlegen.
Zum Schweißen sollten möglichst dünne Elektroden verwendet werden, die mit minimalen Strom zu verschweißen sind.
Geschweißt wird zweckmäßigerweise ohne zu pendeln, in kurzen Abständen und in Strichraupen von 30 bis 50 mm Länge. Es muss vermieden werden, längere Zeit an der gleichen Stelle zu schweißen.
Die Aufschmelzung des Grundwerkstoffes ist so gering wie möglich zu halten, was neben niedriger Stromstärke beim Schweißen durch eine starke Überlappung der einzelnen Raupen erreicht wird.
Ein Vorpuffern der Nahtflanken vor der eigentlichen Schweißung wird empfohlen.
Zum Abbau von Schrumpfspannungen ist das noch warme Schweißgut bzw. sind die einzelnen Schweißraupen sofort durch Hämmern zu strecken, auch bei Verwendung unlegierter basisch umhüllter Elektroden.
Schweißen auch in Zwangspositionen möglich, bevorzugt werden aber Wannen- oder Steigpositionen.