Hoe gietijzer te lassen:een complete gids

Gietijzeren lassen is mogelijk maar problematisch vanwege het hoge koolstofgehalte. Dit koolstofgehalte is vaak 2-4%, wat ongeveer tien keer zo hoog is als dat van de meeste staalsoorten. Tijdens het lasproces migreert deze koolstof in het lasmetaal en/of de hittebeïnvloede zone, wat leidt tot een verhoogde brosheid/hardheid. Dit kan op zijn beurt leiden tot scheuren na het lassen.

Gietijzer bestaat uit ijzer en koolstof in wisselende verhoudingen, met aanvullende elementen zoals mangaan, silicium, chroom, nikkel, koper, molybdeen, enz. om bepaalde eigenschappen te verbeteren. Bovendien kan het aanzienlijk hogere zwavel- en fosforgehaltes bevatten dan onzuiverheden, wat het lassen moeilijk maakt zonder te barsten.

De verschillende soorten gietijzer zijn grijs gietijzer, wit gietijzer, nodulair gietijzer en smeedbaar gietijzer met sterk variërende lasbaarheid. Alle categorieën gietijzer, met uitzondering van wit ijzer, worden als lasbaar beschouwd, hoewel lassen aanzienlijk moeilijker kan zijn in vergelijking met het lassen van koolstofstaal.

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

Pre-lasstappen voor gietijzer

Voordat u aan de slag gaat, moeten vier belangrijke stappen worden genomen om het effectieve lassen van gietijzer te garanderen. Deze omvatten:

• Het type gietijzer bepalen
• De cast schoonmaken
• De juiste voorverwarmtemperatuur selecteren
• De juiste lastechniek kiezen

1. Het type gietijzer bepalen

De eerste stap van dit soort lassen is het identificeren van wat voor soort gietijzer het is. Er zijn talloze soorten en de meeste wil je niet lassen.

Gietijzer heeft een slechte ductiliteit en kan daarom barsten als gevolg van thermische spanningen wanneer het snel wordt verwarmd of afgekoeld. De gevoeligheid voor scheurvorming is afhankelijk van het type/categorie gietijzer. Dit betekent dat u moet weten met welk type legering u werkt:

• Grijs gietijzer: Het is de meest voorkomende vorm van gietijzer. Koolstof slaat neer in grafietvlokken tijdens de productie in een perliet of ferriet kristallijne microstructuur. Het is kneedbaarder en lasbaarder dan wit gietijzer. Het vormt echter nog steeds een uitdaging voor toekomstige lassers, aangezien de grafietvlokken in grijs gietijzer het smeltbad kunnen binnendringen en het lasmetaal bros maken.
• Wit gietijzer: Wit gietijzer houdt de koolstof vast als ijzercarbide zonder het als grafiet neer te slaan. De kristallijne microstructuur van cementiet is erg hard en bros. Wit gietijzer wordt over het algemeen als niet-lasbaar beschouwd.
• Nodulair, nodulair of smeedbaar ijzer: Deze gietijzeren zijn allemaal minder bros vanwege microstructurele verschillen als gevolg van fabricage. Alle drie hebben bolvormige koolstofmicrostructuren die zijn gecreëerd door hun unieke fabricageprocessen.

De eenvoudigste manier om te bepalen met welk type strijkijzer u werkt, is door de originele specificatie te controleren. Chemische en metallografische analyse kan ook helpen bij het identificeren van de categorie gietijzer waarmee u werkt.

Er zijn enkele andere manieren om het verschil tussen legeringen te zien; grijs ijzer toont grijs samen met een breukpunt, terwijl wit ijzer een wittere kleur zal vertonen langs een breuk vanwege het cementiet dat het bevat. Nodulair gietijzer bijvoorbeeld zal echter ook een wittere breuk vertonen, maar is veel beter lasbaar.

Grijs gietijzer is het meest voorkomende type gelast gietijzer en zou het enige gietijzer moeten zijn dat u probeert te smelten, tenzij u ervaring heeft met gieten of lassen. Iemand met ervaring hebben om je te helpen is een andere goede optie.

2. Maak het gietstuk schoon

Ongeacht de legering moeten alle gietstukken goed worden voorbereid voordat ze worden gelast. Bij het voorbereiden van het gietstuk voor het lassen is het van cruciaal belang om alle oppervlaktematerialen te verwijderen. Het gietstuk moet in het gebied van de las volledig schoon zijn. Verwijder verf, vet, olie en ander vreemd materiaal uit de laszone. Het is het beste om gedurende een korte tijd voorzichtig en langzaam warmte toe te passen op het lasgebied om ingesloten gas uit de laszone van het basismetaal te verwijderen.

Een eenvoudige techniek om de gereedheid van het gietijzeren oppervlak te testen, is door een laslaag op het metaal aan te brengen - het zal poreus zijn als er onzuiverheden aanwezig zijn. Deze pas kan worden weggeslepen en het proces wordt een paar keer herhaald totdat de porositeit verdwijnt.

3. Voorverwarmtemperatuur

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

Een gietijzeren lasnaad vereist drie stappen:

• Voorverwarmen
• Lage warmte-inbreng
• Langzaam afkoelen

De belangrijkste reden voor warmtebeheersing is thermische uitzetting. Als metaal opwarmt, zet het uit. Er wordt geen stress veroorzaakt wanneer een heel object met dezelfde snelheid opwarmt en uitzet, maar er ontstaat wel stress wanneer warmte wordt gelokaliseerd in een kleine hittebeïnvloede zone (HZ).

Plaatselijke verwarming veroorzaakt beperkte uitzetting. De HZ wordt tegengehouden door het koelere metaal eromheen. De mate van resulterende spanning hangt af van de thermische gradiënt tussen de HZ en het gietlichaam. In staal en andere ductiele metalen wordt de spanning die wordt opgebouwd door beperkte uitzetting en samentrekking, verlicht door uitrekken.

Helaas kan dit tijdens de krimpperiode scheuren veroorzaken, aangezien gietijzer een relatief slechte ductiliteit heeft. Voorverwarmen vermindert de thermische gradiënt tussen het gietlichaam en de HZ, waardoor de trekspanning veroorzaakt door lassen wordt geminimaliseerd. Over het algemeen vereisen lasmethoden bij hogere temperaturen een voorverwarming bij hogere temperatuur.

Wanneer voldoende voorverwarmen niet mogelijk is, is de beste strategie om de warmte-invoer te minimaliseren, een lasproces met lage temperatuur te selecteren en lasstaven of -draden met een laag smeltpunt te lassen.

De afkoelsnelheid is een andere factor die een directe invloed heeft op de spanningen die bij de las worden opgewekt. Snelle afkoeling veroorzaakt krimp, waardoor brosse, gemakkelijk gescheurde lassen ontstaan. Daarentegen vermindert een lage koeling de uithardings- en krimpspanning.

4. Lastechniek Gebruik om gietijzer te lassen

Theoretisch kan elk van de gebruikelijke booglasprocessen worden gebruikt, zoals handmatig metaalbooglassen, booglassen met gevulde draad, actief metaalgaslassen, ondergedompeld booglassen, wolfraambooglassen, enz., een proces dat langzame verwarming en afkoeling mogelijk maakt. algemeen de voorkeur.

1. Handmatig metaalbooglassen (MMA)

Dit type lassen, ook bekend als afgeschermde metalen booglassen (SMAW), wordt algemeen beschouwd als het beste algemene proces voor het lassen van gietijzer, op voorwaarde dat de juiste lasstaven worden gebruikt. De keuze van de elektrode hangt af van de toepassing, de vereiste kleurovereenkomst en de hoeveelheid nabewerking.

De twee belangrijkste elektrodetypen voor handmatig metaalbooglassen zijn op ijzerbasis en op nikkelbasis. De op ijzer gebaseerde elektrode zal lasmetaal produceren met martensiet met een hoog koolstofgehalte, en is daarom over het algemeen beperkt tot kleine reparaties aan het gietstuk en wanneer kleuraanpassing vereist is.

Elektroden van nikkellegeringen worden het meest gebruikt en bieden een meer ductiel lasmetaal. Nikkelelektroden kunnen ook helpen om de voorverhitting en HAZ-scheuren te verminderen door een lasmetaal met een lagere sterkte te bieden.

In alle gevallen moet ervoor worden gezorgd dat het smelten van het moedermetaal tot een minimum wordt beperkt. Dit minimaliseert de verdunning.

2. MAG-lassen

MAG-lassen wordt over het algemeen uitgevoerd met een nikkel-slijtmiddel. Een mengsel van 80% argon tot 20% kooldioxidegas zal voor de meeste toepassingen werken. Hoewel soldeerdraad kan worden gebruikt, wordt dit over het algemeen niet aanbevolen, omdat soldeermetaal aanzienlijk zwakker is dan het gietstuk.

3. TIG-lassen

TIG-lassen kan een schone las op gietijzer opleveren, maar heeft over het algemeen niet de voorkeur vanwege de zeer plaatselijke verwarmingseigenschappen. Zoals bij alle TIG-lassen, wordt de kwaliteit van de voltooide las grotendeels bepaald door de vaardigheid van de lasser.

4. Oxy-acetyleen lassen

Oxy-acetyleenlassen maakt ook gebruik van elektroden, maar in plaats van een boog die wordt gegenereerd door de stroom, levert een oxy-acetyleentoorts de energie voor het lassen. Gietijzeren elektroden en koper-zinkelektroden zijn beide geschikt voor het oxy-acetyleenlassen van gietijzer.

Er moet op worden gelet dat het gietijzer niet oxideert tijdens het lassen met acetyleen, omdat dit verlies van silicium en de vorming van wit ijzer in de las veroorzaakt. De lasstaaf moet worden gesmolten in het smeltbad, in plaats van direct door de vlam, om temperatuurgradiënten te minimaliseren.

5. Solderen lassen

Soldeerlassen is een veelgebruikte methode voor het verbinden van gietijzeren onderdelen vanwege de minimale impact op het basismetaal zelf. Een lasstaaf zorgt voor de vulstof die aan het gietijzeren oppervlak hecht. Door het lagere smeltpunt van de vulstof ten opzichte van het gietijzer, verdunt de vulstof niet met het gietijzer maar hecht zich aan het oppervlak.

Reinheid van het oppervlak is van cruciaal belang voor deze lastechniek, aangezien de verbinding afhankelijk is van de kwaliteit van het vulmiddel dat het oppervlak van het basismetaal bevochtigt. Volgens Machine Design is het gebruikelijk om flux te gebruiken om de vorming van oxiden tijdens het solderen te voorkomen.

Het is een vloeistof die de bevochtiging bevordert, waardoor de vulstof over de te verbinden metalen delen kan stromen. Het reinigt ook de delen van oxiden, zodat de vulstof steviger hecht aan de metalen delen. Bovendien worden vloeimiddelen gebruikt bij het lassen om metalen oppervlakken te reinigen.

Lastechnieken zonder voorverwarmen

De grootte van het gietstuk of andere omstandigheden kunnen vereisen dat de reparatie wordt uitgevoerd zonder voorverwarmen. Wanneer dit het geval is, moet het onderdeel koel worden gehouden, maar niet koud.

Het is handig om de giettemperatuur te verhogen tot 100 graden F. Als het onderdeel zich op een motor bevindt, kan het mogelijk zijn om het een paar minuten te laten draaien om deze temperatuur te verkrijgen. Verwarm het gietstuk nooit zo heet dat u er niet met uw blote hand op kunt komen.

Maak korte, ongeveer 2,5 cm lange lassen. Peening na het lassen is belangrijk bij deze techniek. Laat de las en het gietstuk afkoelen. Versnel de afkoelsnelheid niet met water of perslucht.

Het kan mogelijk zijn om in een ander deel van het gietstuk te lassen terwijl de vorige las afkoelt. Alle kraters moeten worden gevuld. Waar mogelijk moeten de kralen in dezelfde richting worden geplaatst en het heeft de voorkeur dat de uiteinden van parallelle kralen niet op één lijn liggen.

Gebruik van vuldraad of elektrode voor gietlassen

Zoals hierboven vermeld, is de keuze van de lasstaaf belangrijk voor het lassen van gietijzer, hoewel de meeste experts zouden adviseren om nikkelstaven te gebruiken.

1. 99% nikkel staven

Deze elektroden zijn duurder dan andere opties, maar geven ook de beste resultaten. 99% nikkelstaven produceren lasnaden die machinaal kunnen worden bewerkt en het beste werken op gietstukken met een laag of gemiddeld fosforgehalte. Deze pure nikkelstaven produceren een zachte, kneedbare lasafzetting.

2. 55% Nikkel Staven

Deze zijn minder duur dan 99% staven, ze zijn ook machinaal te bewerken en worden vaak gebruikt voor reparaties van dikke secties. Een lagere uitzettingscoëfficiënt betekent dat deze minder scheuren in de smeltlijn produceren dan de 99% staaf. Deze ferro-nikkelstaven zijn ideaal voor het lassen van gietijzer op staal.

Er zijn goedkopere opties beschikbaar, zoals stalen staven, hoewel deze niet zo effectief zijn als nikkelstaven:

3. Stalen staven

Stalen staven bieden de goedkoopste optie van de drie en zijn het beste voor kleine reparaties en vulling. Stalen elektroden produceren harde lassen, die extra geslepen moeten worden om af te werken en die niet machinaal kunnen worden bewerkt. Ondanks deze nadelen bieden stalen staven kleurafstemming en kunnen ze gietstukken die niet helemaal schoon zijn beter verdragen dan nikkelen staven.

4. Solderen van brons

U kunt oxy-acetyleen solderen of de staven gebruiken met een TIG-lasapparaat. Het is een goede manier om een ​​versteviging te bieden in een scheur of tussen twee componenten die moeten worden verbonden, zonder scheuren en een verandering van de gietijzeren eigenschappen te veroorzaken.

Reinigen en slijpen van lasoppervlakken

Zoals bij de meeste laswerkzaamheden geldt:hoe schoner het oppervlak, hoe beter uw lassen zullen zijn. Soms heeft het materiaal dat u aan het lassen bent een leven lang rook of olie door het hele gietstuk heen gehad, en dit zal problemen opleveren bij het lassen. Er zijn bepaalde dingen waar u op moet letten bij het lassen van gietijzer.

Het gebruik van lastoevoegmaterialen, zoals de MG-289 Cast Iron Welding Alloy-staven, die zijn ontworpen voor verontreinigd gietijzer, is de beste manier om ervoor te zorgen dat de las voldoende is.

Peenen is het proces waarbij op de zachte las wordt getikt terwijl deze afkoelt met een kogelhamer om barsten te voorkomen. Dit moet met de nodige voorzichtigheid gebeuren en alleen als de las kan vervormen, maar het is niet altijd nodig, aangezien de oorzaak van scheuren vooral de onregelmatige of snelle verwarming of afkoeling van het onderdeel is. Het voorverwarmen en langzaam afkoelen van uw project is het belangrijkste.

Voorverwarmen of koud lassen?

Er zijn een paar verschillende meningen over of je warm of koud moet lassen. Iedereen is het erover eens dat voorverwarmen een goede optie is, maar er zijn een paar mensen die suggereren dat lassen met minimale warmte ook voldoende is.

Bij het beslissen over het lassen van gietijzer, is een van deze benaderingen noodzakelijk, omdat gietijzer, in tegenstelling tot de meeste metalen, bros is en een zeer minimaal vermogen heeft om te vervormen door buigen of uitzetten en krimpen. Warmte heeft altijd een vervormend effect op metaal, en als het ene deel van het metaal sneller opwarmt of afkoelt dan het andere, ontstaan ​​er spanningen en barsten in het gietijzer of de las.

Voorverwarmen minimaliseert dit effect door de omgeving van de las dichter bij de lastemperatuur te brengen, waardoor het hele onderdeel gelijkmatig verandert. Gietijzer verandert eigenschappen boven 1400 graden Fahrenheit, dus het is van cruciaal belang om geen overmatige hitte in het onderdeel te brengen.

Gietijzer op een koele manier lassen zonder voorverwarmen en met minimale warmte wordt verondersteld dit te helpen door de algehele temperatuur te verlagen. Dit kan gunstig zijn om geen zichtbare scheuren te veroorzaken, en het zal een sterkere las zijn dan een hete las zonder voorverwarmen. Er treedt echter nog steeds interne spanning op, wat zich later in de levensduur van het onderdeel kan manifesteren, en het produceert een algehele zwakkere las dan goed voorverwarmen vóór het lassen.

Ervaren gietijzeren lassers die regelmatig gietijzeren producten repareren of vervaardigen werken altijd en alleen voor. Dit is de beste manier om ervoor te zorgen dat de las van binnen sterk is en niet alleen zichtbaar minder barst.