Guss gehört zu den ältesten Werkstoffen im Maschinenbau und erfreut sich auch heute noch großer Beliebtheit. Geht ein Bauteil kaputt, stehen Fachleute jedoch vor einer Herausforderung: Denn durch den hohen Kohlenstoffanteil ist das Schweißen von Guss nur eingeschränkt möglich. Wir erklären, wie es dennoch funktioniert, worauf zu achten ist und welche Gase beim Schweißen von Guss zum Einsatz kommen.
Die Themen im Überblick:
Schweißen von Guss: Die Herausforderung liegt im C-Anteil
Während reines Eisen und Stahl einen eher geringen Kohlenstoffanteil haben, enthält Gusseisen viel davon. Je nach Herstellungsverfahren und Gussart sind es üblicherweise 2 bis 4 Prozent. Dieser hohe Kohlenstoffanteil macht das Schweißen von Guss zu einer Herausforderung. Denn:
- Kohlenstoff liegt gebunden als Zementit oder frei als Grafit vor
- Materialschichten dehnen sich beim Schweißen unterschiedlich aus
- beim Erwärmen und Abkühlen entstehen Spannungen und Risse
Die Folge sind häufig Gefügeveränderungen, Risse und Sprödbrüche. Die Werkstücke lassen sich unter Umständen nicht mehr wie gewünscht verwenden und Sie müssen diese teilweise ersetzen.
Wichtig zu wissen: Das Schweißen von Guss ist in vielen Fällen möglich. Es setzt allerdings bestimmte Verfahren und Arbeitsschritte voraus, um den Nachteilen entgegenzuwirken.
Verschiedene Arten von Gusseisen und ihre Eigenschaften
Wie gut das Schweißen von Guss funktioniert, hängt vor allem von der Zusammensetzung der Werkstücke und damit von der Art des Gusseisens ab. Während sich Sphäroguss noch recht gut bearbeiten lässt, ist das Schweißen von Grauguss bereits eine größere Herausforderung. Weißes Gusseisen gilt hingegen als nicht schweißbar, wie die folgende Tabelle zeigt.
| Gussart | C-Anteil | Aufbau | Eigenschaften | Schweißbarkeit |
|---|---|---|---|---|
| Grauguss | 2,5 bis 4 % | Grafit liegt hier in Lamellen vor, was das Material spröde macht | Werkstücke lassen sich sehr gut gießen und erhalten eine hohe Druckfestigkeit. Sie verfügen dafür über eine niedrige Zugfestigkeit | Schweißen von Grauguss ist schwer möglich, da durch Grafitlamellen schnell Risse entstehen. Sie sollten Werkstücke vorwärmen und spezielle Elektroden verwenden. |
| Temperguss (geglühter Guss) | 2,5 bis 3,5 % | Grafit liegt durch längeres Glühen von Weißguss in Kugel-/Knollenform vor | Der Werkstoff ist zäher als Grauguss und dadurch mechanisch stärker belastbar. | Es kommt leicht zur Rissbildung. Mit Vorwärmung und passenden Elektroden ist das Schweißen von Temperguss aber eingeschränkt möglich. |
| Sphäroguss (Nodular- oder Duktilguss) | 3 bis 4 % | Grafit liegt durch die Zugabe von Magnesium hier in Kugelform vor | Durch das Kugelgrafit erhält Gusseisen beinahe Stahleigenschaften. Es erreicht eine höhere Festigkeit sowie Zähigkeit. | Schweißen von Sphäro-/ Duktilguss ist anspruchsvoll, aber möglich. Wichtig sind eine Vorwärmung, ein spezielles Zusatzmaterial und ein langsames Abkühlen. |
| Weißes Gusseisen (Hartguss) | 2,5 bis 4 % | Kohlenstoff liegt fast ausschließlich gebunden als Zementit vor | Das Material ist durch seinen Aufbau sehr hart und spröde. Werkstücke erreichen eine extreme Verschleißfestigkeit, lassen sich aber kaum bearbeiten. | Das Schweißen von Weiß- oder Hartguss ist praktisch nicht möglich. Das Material neigt sehr stark zur Rissbildung sowie zur Gefügeveränderung. |
Entscheidend dafür, wie gut das Schweißen von Guss funktioniert, ist also das Material selbst. Während Sphäro- oder Duktilguss am besten schweißbar ist, lässt sich weißer Grauguss (auch Hartguss genannt) kaum bearbeiten.
Gussarten unterscheiden: Farbe, Beschaffenheit und Klang testen
Geht es um das Schweißen von Guss, ist es also wichtig, das Material zunächst richtig zu bestimmen. Möglich ist das mit einer optischen Untersuchung an der Bruchstelle, wie die folgende Übersicht zeigt:
- Grauguss: mattgrau, körnig, spröder Bruch durch Grafitlamellen.
- Sphäroguss: dunkler, etwas glänzender, zäher Bruch mit unregelmäßiger Oberfläche.
- Weißer Guss: heller, glänzend-weiß, sehr harter und spröder Bruch.
- Temperguss: je nach Glühbehandlung ähnlich Sphäroguss, aber oft feiner.
Die folgende Übersicht zeigt weitere Methoden zum Erkennen der Gussart.
Wer hier unsicher ist, kann auch eine Feilenprobe vornehmen. Während sich Grauguss noch hervorragend feilen lässt, ist weißer Guss kaum feilbar. Sphäroguss und Temperguss liegen im Bereich dazwischen.
Darüber hinaus kann auch eine Klangprobe Aufschluss geben. Schlagen Sie mit einem Hammer auf das Material, hört sich Grauguss sehr dumpf an, während der Klang von Weißguss deutlich heller ist. Sphäroguss liegt auch hier im Bereich dazwischen.
Hilft das alles nicht, können Sie nur eine chemische oder metallografische Untersuchung durchführen lassen. Das ist zwar aufwendiger und mit höheren Kosten verbunden, sorgt dafür aber für zuverlässige Ergebnisse.
Wichtig zu wissen: Allein von außen lässt sich die Gussart oft nicht zuverlässig bestimmen. Entscheidend ist immer das Bruchbild. Denn dieses gibt Aufschluss über die innere Struktur. Von außen lassen sich zwar Vermutungen anstellen, durch Farben, Beschichtungen etc. sind diese aber eher vage.
Top-Tipps: Die Besonderheiten beim Schweißen von Guss
Möchten Sie Guss schweißen, kommt es auf Temperaturen, Spannungen und passende Materialien an. Wichtig ist außerdem ausreichend Erfahrung, um Schäden am Werkstück bestmöglich zu vermeiden. Fehlt diese noch, verhelfen die folgenden Tipps zu guten Ergebnissen.
A und O für das Schweißen von Guss ist die Bestimmung des Werkstoffs. Nur wenn dieser bekannt ist, lässt sich das Verfahren so gestalten und steuern, dass Risse oder Gefügeveränderungen ausbleiben. Zudem hilft das Bestimmen der Gussart dabei, Mühe und Kosten zu sparen. Der Fall ist das zum Beispiel bei weißem Guss, der sich praktisch nicht schweißen lässt. Hier können Sie gleich über einen Austausch der Bauteile nachdenken.
Durch die besondere Gefügestruktur und den hohen C-Anteil kommt es beim Schweißen von Guss schnell zu Spannungen und Rissen. Um dem vorzubeugen, sollten Sie die Werkstücke gleichmäßig auf 300 bis 600 °C vorwärmen. Nach dem Arbeitsgang empfiehlt es sich, Materialien langsam abkühlen zu lassen. Das funktioniert zum Beispiel mit Thermodecken oder mit trockenem Sand.
Ist das Bauteil auf Temperatur, können Sie Guss schweißen. Häufig kommt dabei das Lichtbogenhandschweißen (E-Hand) mit Spezialelektroden zum Einsatz. Wenn die Zusatzwerkstoffe passen, können Sie aber auch MIG-Schweißen oder MAG-Schweißen. Prüfen Sie alternativ aber auch, ob Hartlöten oder das Kleben „Kaltmetall“ möglich ist. Bei letzterem handelt es sich um ein Gemisch aus Epoxidharz und Metallpulver, das sich wie eine Spachtelmasse ein- und aufbringen lässt. Beide Verfahren sind einfacher, erreichen aber nicht die gleiche Festigkeit.
Indem Sie das passende Zusatzmaterial wählen, verhindern Sie, dass sich Sprödbrüche bilden. Außerdem erleichtern sie die Bearbeitung deutlich. Gut geeignet sind dabei Nickel- oder Nickel-Eisen-Elektroden. Für kleinere Reparaturen können Sie aber auch Kupfer-Nickel-Zusätze wählen.
Neben Temperatur, Verfahren und Zusatzwerkstoff kommt es beim Schweißen von Guss auch auf die richtige Technik an. Wichtig sind unter anderem kurze Nähte oder punktuelles Schweißen, damit sich die Wärme gleichmäßig verteilt. Zudem sollten Sie nach jedem Ansatz hämmern oder peenen. Dabei klopft man mit einem kleinen Hammer auf die noch warmen kurzen Schweißnähte, damit sich das Metall minimal dehnen und beim Abkühlen spannungsärmer zusammenziehen kann. Wichtig ist es außerdem, alle Oberflächen gründlich vorzubereiten, Risse auszuschleifen und Öl sowie Schmutz bestmöglich zu entfernen.
Nach dem Schweißen kommt es auf ein langsames Abkühlen an – wenn nötig mit Sand oder Decken. Kontrollieren Sie dabei auch die Oberfläche und stellen Sie sicher, dass keine Risse oder Poren vorhanden sind. Wenn nötig, empfiehlt sich das sogenannte Nachglühen, um Spannungen im Material weiter zu reduzieren.
Schweißverfahren und Gase für Werkstücke aus Gusseisen
Grundsätzlich kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz, wenn Sie Guss schweißen möchten. Am weitesten verbreitet und am flexibelsten ist das E-Hand-Schweißen mit Nickel-Elektrode. WIG-Schweißen mit Argon liefert hochwertige Ergebnisse und das MIG-Schweißen ist schnell, aber riskant. Früher setzten Schweißer zudem auf das Autogenschweißen mit Acetylen-Sauerstoff-Flamme. Durch den hohen Wärmeeintrag und die geringe Kontrolle ist das Verfahren bei Gussteilen heute jedoch eher selten. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die verschiedenen Verfahren und die benötigten Gase zum Schweißen von Guss.
| Verfahren | Zusatz-Werkstoff | Schutzgas / Flamme | Schweiß-eignung | Besonder-heiten |
|---|---|---|---|---|
| E-Hand (Lichtbogenhand) | Nickel- oder Nickel-Eisen-Elektroden, Kupfer-Nickel | keins (umschlossene Elektrode) | Am weitesten verbreitet, robust | Gut für Reparaturen, auch ohne Gas, auf Baustellen einsetzbar |
| WIG (TIG) | Nickel- oder Nickelbasisdraht | Argon, evtl. Argon/Helium | Sehr gute Nahtqualität, präzise | Für dünnwandige Teile geeignet, geringe Geschwindigkeit |
| MIG | Nickel- oder Nickel-Eisen-Draht | Argon, Argon/Helium, teils Ar/CO₂ | Eingeschränkt – höhere Rissgefahr | Schnell, für dickwandige Bauteile, Vorwärmung nötig |
| Autogen (Gas-schweißen) | Gusseisenstäbe mit hohem C-Anteil | Acetylen /Sauerstoff-Flamme | Möglich, aber heute selten | Sehr weiche Wärmeführung, langsames Verfahren |
Das E-Hand-Schweißen kommt üblicherweise bei Reparaturschweißungen, Ausbrüchen und Rissen zum Einsatz. WIG-Schweißen eignet sich für dünnwandige Teile und MIG-Schweißen ermöglicht eine hohe Produktivität bei höherem Risiko.
Unser Tipp: Prüfen Sie immer auch, ob das Schweißen von Guss nötig ist. Bei kleineren Reparaturen sind Verfahren wie das Hartlöten oder das Kaltmetall-Kleben einfacher anzuwenden.
FAQ: Häufig gestellte Fragen und Antworten zum Thema
Nicht jede Gussart eignet sich für das Schweißen. Während Sphäroguss gute Chancen auf eine stabile Verbindung bietet, gilt Grauguss schon als problematisch. Weißer Guss oder Hartguss lassen sich in der Regel überhaupt nicht schweißen, weil das Material zu spröde ist und schnell reißt.
Das liegt am hohen Kohlenstoffanteil, der zwischen zwei und vier Prozent beträgt. Dieser Kohlenstoff liegt im Gefüge entweder gebunden oder als Grafit vor. Beim Erhitzen und Abkühlen dehnen sich die Materialschichten unterschiedlich aus. Dadurch entstehen hohe Spannungen, die Risse oder Sprödbrüche nach sich ziehen können.
Einen ersten Eindruck verschafft das Bruchbild. Grauguss zeigt eine matte und körnige Oberfläche, Sphäroguss wirkt dunkler und zäher, während Weißguss hell glänzt und sehr hart bricht. Zusätzlich geben Feilen- und Klangprobe Hinweise. Wer absolute Sicherheit benötigt, lässt eine Laboranalyse durchführen.
Eine gleichmäßige Vorwärmung auf 300 bis 600 Grad Celsius ist entscheidend, um Spannungen zu vermeiden. Nach dem Schweißen muss das Bauteil langsam abkühlen. Das gelingt zum Beispiel, wenn man es in trockenen Sand legt oder mit speziellen Decken abdeckt.
Am weitesten verbreitet ist das E-Hand-Schweißen mit Nickel-Elektroden, da es robust und flexibel einsetzbar ist. Für sehr präzise Arbeiten bietet sich WIG-Schweißen mit Argon an, während MIG-Schweißen schneller geht, aber eine erhöhte Rissgefahr mit sich bringt. Das Autogenschweißen hat heute kaum noch Bedeutung, weil der Wärmeeintrag sehr hoch ist und sich die Kontrolle schwierig gestaltet.
Nickel- oder Nickel-Eisen-Elektroden gleichen Spannungen gut aus und erleichtern die Bearbeitung nach dem Schweißen. Für kleinere Reparaturen kommen auch Kupfer-Nickel-Zusätze infrage. Wichtig ist, dass der Zusatzstoff zum jeweiligen Guss passt, um Brüche und Gefügeveränderungen zu vermeiden.
WIG- und MIG-Schweißen erfolgen in der Regel mit Argon, teils auch mit einer Mischung aus Argon und Helium. Bei speziellen Anwendungen kann man Argon mit Kohlendioxid kombinieren. Für das Autogenschweißen dient eine Acetylen-Sauerstoff-Flamme, die jedoch kaum noch verwendet wird.
Ja, in vielen Fällen lassen sich Risse oder Ausbrüche auch durch Hartlöten oder den Einsatz von Kaltmetall reparieren. Kaltmetall besteht aus einem Epoxidharz mit Metallpulver und härtet bei Raumtemperatur aus. Es lässt sich nach der Aushärtung wie Metall bearbeiten und eignet sich besonders dann, wenn sich Schweißarbeiten nicht lohnen oder zu riskant sind.
