Expertgids voor het Lassen van Gietijzer: Bewijste Technieken voor Sterke, Duurzame Lassen

Waarom het Lassen van Gietijzer Uitdagend Is

Het lassen van gietijzer is mogelijk, maar problematisch door de hoge koolstofinhoud. Deze bedraagt vaak 2-4%, ongeveer tien keer zoveel als bij de meeste stalen. Tijdens het lasproces migreert deze koolstof naar het lasmetaal en/of de warmtebeïnvloede zone (WBZ), wat leidt tot verhoogde brosheid en hardheid. Hierdoor kunnen na het lassen scheuren ontstaan.

Gietijzer bestaat uit ijzer en koolstof in wisselende verhoudingen, aangevuld met elementen zoals mangaan, silicium, chroom, nikkel, koper, molybdeen, etc. om specifieke eigenschappen te verbeteren. Bovendien kan het aanzienlijk hogere zwavel- en fosforgehalten bevatten dan zuiver ijzer, wat lassen zonder scheurvorming bemoeilijkt.

Soorten Gietijzer en hun Lasbaarheid

De verschillende soorten gietijzer zijn grijz gietijzer, wit gietijzer, spheroidaal grafiet gietijzer (duktil) en malleabel gietijzer, met wijd uiteenlopende lasbaarheid. Alle categorieën gietijzer, met uitzondering van wit gietijzer, worden als lasbaar beschouwd, hoewel het lassen aanzienlijk moeilijker kan zijn dan het lassen van koolstofstaal.

Het kan echter lastig zijn om het verschil tussen deze soorten gietijzer te zien zonder een gedetailleerde metallurgische analyse. Toch is gietijzer een langdurig, slijtvast metaal dat al eeuwenlang wordt gebruikt.

Voorbereidende Stappen voor het Lassen van Gietijzer

Vier cruciale stappen moeten worden genomen voordat men begint om effectief gietijzer te lassen:

• Bepaling van het type gietijzer
• Reinigen van de gieting
• Selecteren van de juiste voorverhittingstemperatuur
• Kiezen van de juiste lastechniek

1. Bepaling van het Type Gietijzer

De eerste stap is het identificeren van welk type gietijzer er gebruikt wordt. Er zijn talrijke typen, en de meeste zijn niet geschikt voor lassen.

Gietijzer heeft slechte duktiliteit en kan scheuren door thermische spanningen bij snelle opwarming of afkoeling. De gevoeligheid voor scheurvorming hangt af van het type gietijzer. Het is dus essentieel om te weten met welke legering je werkt:

• Grijz gietijzer: De meest voorkomende vorm. Koolstof neerslaat als grafietvlammen in een perliet- of ferrietkristallijne microstructuur. Het is duktiler en beter lasbaar dan wit gietijzer, maar de grafietvlammen kunnen in het lasbad treden en embrittlement veroorzaken.
• Wit gietijzer: Bevat koolstof als ijzercarbied (cementiet), wat een zeer harde, brosse microstructuur geeft. Wit gietijzer wordt over het algemeen als niet-lasbaar beschouwd.
• Spheroidaal grafiet (duktil) en malleabel gietijzer: Deze zijn minder bros door microstructuurverschillen. Alle drie hebben sferoidale koolstofmicrostructuren door hun unieke productieprocessen.

De eenvoudigste manier om het type gietijzer te bepalen is de oorspronkelijke specificatie te controleren. Chemische en metallografische analyse kan ook helpen. Visueel toont grijz gietijzer een grijze breuk, wit gietijzer een wittere breuk door cementiet, maar duktil gietijzer kan ook een witte breuk tonen en is toch goed lasbaar.

Grijz gietijzer is het meest شيوع type dat gelast wordt en zou de enige moeten zijn die je probeert te lassen, tenzij je ervaren bent met gieten of lassen van andere typen. Begeleiding door een ervaren persoon is een goed alternatief.

2. Reinigen van de Gieting

Ongeacht de legering moeten alle gietingen voor het lassen correct worden voorbereid. Het is cruciaal om alle oppervlaktematerialen te verwijderen. De gieting moet in de laszone volledig schoon zijn. Verwijder verf, vet, olie en ander vreemd materiaal. Het is raadzaam om de laszone voorzichtig en langzaam kort te verwarmen om ingeperste gassen uit het basismetaal te verwijderen.

Een eenvoudige test voor de gereedheid van het oppervlak is een laslaag aanbrengen; deze zal porieus zijn als verontreinigingen aanwezig zijn. Deze laag kan afgeschliffen worden en het proces herhaald worden tot de porositeit verdwenen is.

3. Voorverhittingstemperatuur

Alle gietijzers zijn kwetsbaar voor scheurvorming onder spanning. Warmtebeheersing is de allerbelangrijkste factor om scheuren te voorkomen.

Een gietijzerlas vereist drie stappen:

• Voorverhitten
• Lage warmteinvoer
• Langzame afkoeling

De primaire reden voor warmtebeheersing is thermische uitdijting. Wanneer metaal warm wordt, zet het uit. Geen spanning ontstaat wanneer een heel object gelijkmatig opwarmt, maar spanning bouwt op wanneer warmte gelokaliseerd is in een kleine warmtebeïnvloede zone (WBZ).

Gelokaliseerde opwarming veroorzaakt beperkte uitdijting omdat de WBZ wordt ingeperkt door het koudere omringende metaal. De mate van spanning hangt af van het thermische gradient tussen de WBZ en de gieting. In staal en andere duktiele metalen wordt spanning door rekingen ontlast. Gietijzer heeft echter slechte duktiliteit, wat scheurvorming tijdens krimp kan veroorzaken. Voorverhitting vermindert het thermische gradient, wat de trekspanning minimaliseert. Hogere temperatuur lasmethoden vereisen over het algemeen hogere voorverhittingstemperaturen.

Wanneer voldoende voorverhitting niet mogelijk is, is de beste strategie om de warmteinvoer te minimaliseren, een laagtemperatuurlasproces te kiezen en lasstaven of -draden met een laag smeltpunt te gebruiken.

De afkoelsnelheid is een andere factor die direct de geïnduceerde spanningen beïnvloedt. Snelle afkoeling veroorzaakt krimp, wat brosse, gemakkelijk scheurende lassen oplevert. Langzame afkoeling vermindert verharding en krimpspanning.

4. Lastechnieken voor Gietijzer

Theoretisch kunnen alle gangbare booglassenprocessen worden gebruikt, zoals handbooglassen (MMA), kernbooglassen (FCAW), MAG-lassen, onderpoederbooglassen (SAW), WIG-lassen, etc. Een proces dat langzame opwarming en afkoeling faciliteren, wordt over het algemeen bevorzugd.

1. Handbooglassen (MMA/SMAW)

Dit wordt over het algemeen beschouwd als het beste algehele proces voor gietijzerlassen, mits de juiste lasstaven worden gebruikt. De keuze van de elektrode hangt af van de toepassing, de vereiste kleuraanpassing en de hoeveelheid nabewerking.

De twee hoofdelektrodetypes zijn ijzer-gebaseerd en nikkel-gebaseerd. Ijzer-gebaseerde elektrodes produceren lasmetaal met hoog-koolstof martensiet, beperkt tot kleine reparaties en kleuraanpassing. Nikkellegeringselektrodes zijn het meest gebruikt, bieden duktiler lasmetaal en kunnen voorverhitting en WBZ-scheurvorming reduceren door lagersterkte lasmetaal te leveren. In alle gevallen moet de smelting van het basismetaal geminimaliseerd worden om verdunning te beperken.

2. MAG-lassen

MAG-lassen wordt over het algemeen uitgevoerd met een nikkel-invulmateriaal. Een mengsel van 80% argon en 20% koolstofdioxide werkt voor de meeste toepassingen. Hardsolderdraad kan worden gebruikt, maar wordt over het algemeen niet aanbevolen omdat het zoldermetaal aanzienlijk zwakker is dan de gieting.

3. WIG-lassen

WIG-lassen kan een schone las op gietijzer geven, maar wordt niet algemeen bevorzugd vanwege de sterk gelokaliseerde opwarming. De kwaliteit hangt sterk af van de vaardigheid van de lasser.

4. Oxy-acetyleenlassen

Oxy-acetyleenlassen gebruikt elektrodes, maar de energie komt van een oxy-acetyleenbrander. Gietijzerelektrodes en koper-zinkelektrodes zijn beide geschikt. Men moet oxidatie van het gietijzer voorkomen, want dit veroorzaakt siliciumverlies en vorming van wit gietijzer in de las. De lasstaaf moet in het gesmolten lasbad smelten, niet direct door de vlam, om temperatuurgradiënten te minimaliseren.

5. Hardsolderen (Brazing)

Hardsolderen is een veelgebruikte methode voor het verbinden van gietijzeronderdelen door de minimale invloed op het basismetaal. Een lasstaaf levert het invulmateriaal dat hecht aan het gietijzeroppervlak. Vanwege het lagere smeltpunt van het vulmateriaal mengt dit zich niet met het gietijzer, maar hecht aan het oppervlak.

Oppervlakteschonheid is cruciaal omdat de verbinding afhangt van de benettingskwaliteit. Het gebruik van flux om oxidevorming te voorkomen is gebruikelijk. Flux bevordert benetting, laat het vulmateriaal over de metalen vloeien en reinigt oxiden voor een stevigere binding.

Lastechnieken Zonder Voorverhitting

De afmetingen van de gieting of omstandigheden kunnen vereisen dat de reparatie zonder voorverhitting gebeurt. In dat geval moet het onderdeel koel, maar niet koud blijven.

Het opwarmen tot ongeveer 38°C (100°F) is nuttig. Als het onderdeel op een motor zit, kan het enkele minuten draaien om deze temperatuur te bereiken. Verhit nooit tot je je blote hand niet meer op kunt leggen.

Maak korte, ongeveer 2,5 cm lange lassen. Na het lassen is peenen (beukelen) belangrijk. Laat de las en de gieting afkoelen. Versnel de afkoeling niet met water of geperste lucht. Het kan mogelijk zijn om in een ander gebied te lassen terwijl de vorige las afkoelt. Alle krater moeten gevuld worden. Zo mogelijk moeten de lassen in dezelfde richting worden aangebracht, en de uiteinden van parallelle lassen mogen niet met elkaar lijnen.

Invulmateriaal: Draden en Elektrodes voor Gietijzerlassen

De keuze van de lasstaaf is cruciaal; de meeste experts adviseren nikkelstaven.

1. 99% Nikkelstaven

Deze zijn duurder maar leveren de beste resultaten. Ze produceren bewerkbare lassen en werken het beste op gietingen met laag tot middelmatig fosforgehalte. Zuivernikkelstaven geven een zacht, smeedbaar lasafzetting.

2. 55% Nikkelstaven (Ferro-nikkel)

Goedkoper dan 99% nikkel, ook bewerkbaar en vaak gebruikt voor dikwandige reparaties. Een lagere uitdijtingscoëfficiënt zorgt voor minder fusielijnscheuren dan 99% nikkelstaven. Ideaal voor het lassen van gietijzer op staal.

3. Staalstaven

De goedkoopste optie, best voor kleine reparaties en vullen. Produceren harde lassen die extra afslippen vereisen en niet bewerkbaar zijn. Wel bieden ze kleuraanpassing en verdragen viesere gietingen beter dan nikkelstaven.

4. Hardsolderbrons

Kan met oxy-acetyleen gehardsoldeerd worden of met een WIG-lasser. Goede manier voor sterke verbindingen in scheuren of tussen componenten, zonder scheurvorming of verandering van gietijzereigenschappen.

Reinigen en Peenen van Lasoppervlakken

Net als bij meeste lassen: hoe schoner het oppervlak, hoe beter de lassen. Soms bevat het materiaal een levenslange aanvang van rook of olie, wat uitdagingen geeft. Speciale lasconsumpties zoals MG-289 Gietijzer Laslegering staven zijn ontworpen voor vervuild gietijzer en zorgen voor voldoende laskwaliteit.

Peenen is het tikken van de zachte las tijdens afkoeling met een balpenhamer om scheurvorming te voorkomen. Dit moet voorzichtig gebeuren en alleen als de las kan vervormen. Het is niet altijd noodzakelijk, want de primaire oorzaak van scheuren is oneffenmatige of snelle opwarming/afkoeling. Voorverhitting en langzame afkoeling zijn het belangrijkst.

Voorverhitten of Koud Lassen?

Er zijn verschillende meningen over of je warm of koud moet lassen. Iedereen is het erover eens dat voorverhitting een goede optie is, maar sommigen stellen dat lassen met minimaal warmte ook voldoende is.

Bij het beslissen hoe gietijzer te lassen, is een van deze benaderingen noodzakelijk, omdat gietijzer, anders dan de meeste metalen, bros is en nauwelijks kan vervormen door buigen of uitdijting/krimp. Warmte heeft altijd een vervormend effect, en als één deel sneller opwarmt/afkoelt dan een ander, ontstaat spanning en scheurvorming.

Voorverhitting minimaliseert dit effect door de omringende zone dichter bij de lastemperatuur te brengen, zodat het hele onderdeel uniform verandert. Gietijzer verandert eigenschappen boven 760°C (1400°F), dus het is cruciaal om geen overmatige warmte toe te voegen.

Koud lassen zonder voorverhitting en met minimaal warmte kan helpen door de algehele temperatuur te verlagen. Dit kan zichtbare scheuren voorkomen en levert een sterker las dan warm lassen zonder voorverhitting. Toch blijft interne spanning achter, die later in de levensduur kan verschijnen, en produceert een algeheel zwakkere las dan correct voorverhitten.

Ervaren gietijzerlassers die regelmatig repareren of produceren, voorverhitten altijd en uitsluitend. Dit is de beste manier om een intern sterke las te garanderen, niet alleen zichtbaar scheurvrij.