Gietijzer


Omhoog

 

Het lassen van gietijzer

Henk Sprong.
Wagenvoorde Lastechniek b.v.  Middelburg.

Algemeen

 

Zodra een materiaal elektrisch geleidend is bestaat er een goede kans dat we deze materialen onderling kunnen verbinden met een elektrisch booglasproces.

In de regel kiezen we dan voor een lastoevoegmateriaal dat qua chemische samenstelling en mechanische eigenschappen van het te lassen materiaal, overeenkomt met dat basismateriaal. Bij het lassen van gietijzer doen we dat echter niet.

Wat is gietijzer

Er wordt niet zelden een gedachtefout gemaakt waarbij men gietijzer met gietstaal verwart. Gietstaal kan als normaal staal gelast worden waarbij er dan uitgegaan wordt van chemische samenstelling en mechanische waarden van dat type gietstaal. Gietijzer is dus een geheel andere groep materiaal waarvan ook verschillende soorten op de markt zijn. Alle soorten gietijzer hebben een zeer hoog koolstofgehalte. Afhankelijk van het type gietijzer is dat 2 tot 4%. De lage smelttemperatuur is een belangrijk doel van het hoge koolstofgehalte. Willen we dat lassen met een lastoevoegmateriaal dat overeenkomt met het gietijzer, dan zou dat alleen mogelijk zijn als er zeer hoog voorverwarmd wordt. Gedacht moet dan worden aan zon 650C. Dit wordt gedaan in gieterijen waar nieuwe producten uit meer gietdelen bestaan. Een gloeibehandeling na lassen is dan altijd nodig. Het repareren of herstellen van gietijzeren producten gebeurt relatief koud. Het toevoegmateriaal is dan sterk afwijkend van het basismateriaal.

Soorten gietijzer

Grijs gietijzer

Gietijzer komt in verschillende soorten voor. De meest voorkomende soort is grijsgietijzer (GG) ook wel lamelair gietijzer genoemd. Het is een legering die uit ijzer, koolstof en silicium bestaat. Er zit veel meer koolstof in dan in vaste toestand aanwezig kan zijn. Daarom zal tijdens het afkoelen de koolstof zich uitscheiden als grafiet lamellen. Het zijn platte plakjes koolstof die verspreid door het gietijzer aanwezig zijn. Eigenlijk zijn het scheuren die gevuld zijn met koolstof. Het breukvlak vertoont een grijze kleur waar aan dit materiaal zijn naam dankt. Het is een goed bewerkbare legering. Het is de minst dure in haar soort en de meest voorkomende. De rek van het materiaal is vrijwel nihil, 1 2 %, belangrijk om te weten als we eraan moeten lassen. Er zit ruim 3% koolstof, ruim 2% silicium en 0,6% mangaan in. Op wat fosfor en zwavel na bestaat de rest geheel uit ijzer.

Wit gietijzer

Heeft dezelfde scheikundige samenstelling als grijs gietijzer maar heeft tijdens de productie een ander afkoeltraject doorlopen. Er vind hierbij een snellere afkoelingsplaats waardoor de koolstof geen tijd heeft zich af te scheiden in lamellen. Hierdoor ontstaan ijzercarbiden, een combinatie van ijzer en koolstof ook wel cementiet genoemd. Lassen van dit materiaal zal weinig succes vol zijn omdat het zeer hard is. Om diezelfde reden is het ook moeilijk of niet na te bewerken.

Smeedbaar gietijzer

Ook wel temperijzer genoemd, is een wit gietijzer waar een warmtebehandeling op losgelaten is. Er wordt een langdurige gloeibehandeling aan gegeven bij een temperatuur van zon 1000 graden. Hierdoor kunnen de zojuist besproken ijzercarbiden zich ontbinden. Er ontstaat, door de uitscheidende koolstof, grafiet die zich afgescheiden in het ijzer bevindt en bij dikwandige gietstukken in de kern van de dikte aanwezig zal blijven. Aan de oppervlakte echter is een soort ontkoling ontstaan door oxidatie van de koolstof. Hierdoor is het goed te lassen en tevens enigszins vervormbaar, vandaar de naam. Dit materiaal komt weinig voor omdat de toepassing ervan zich beperkt tot relatief kleine onderdelen.

Nodulair gietijzer

Dit gietijzer komt qua chemische samenstelling sterk overeen met grijs gietijzer. De staalfabrikant past hier echter een trucje toe in de bereiding. Er wordt aan het vloeibare materiaal een kleine hoeveelheid, 0.1%, magnesium toegevoegd. Hierdoor veranderd de oppervlaktespanning en zal de koolstof zich gaan uitscheiden als grafietballetjes, ook wel nodulen genoemd. Hieraan dankt dit gietijzer haar naam. Deze vorm van grafiet draagt bij tot een hoge taaiheid voor gietijzer en een treksterkte die veel staalsoorten benadert. Zo zijn de voordelen van gietbaarheid, mechanische waarden en bewerkbaarheid optimaal verkregen. Lassen aan dit materiaal is goed mogelijk en kan vergeleken worden met grijsgietijzer.

Voorbereiding van het laswerk 1

Identificatie

Belangrijk is ruim de tijd te nemen om het laswerk voor te bereiden. Dan is de kans op succes het grootst. Identificatie van het materiaal is belangrijk omdat we dan weten of het gietijzer wel of niet te verlassen is. Wit gietijzer is niet met succes te lassen. De andere 3 soorten kunnen, indien de juiste voorbereidingen getroffen zijn met succes gelast worden. Als we niet weten welk type gietijzer het is kunnen we gaan testen of onderzoeken of we gaan het uitproberen. Door slijpen of de hardheid te testen kunnen we ook informatie verkrijgen. Wit gietijzer is namelijk zeer hard en dus vrijwel niet te bewerken. De grijs en nodulair gietijzersoorten komen het meest voor, goed herkenbaar aan hun bewerkbaarheid.

Voorbereiding laswerk 2

Is het gietijzer verbrand, met olie doordrenkt of heeft het in een corrosief medium, bijvoorbeeld zeewater, gelegen, dan kunnen we lassen wel vergeten en is vervanging van het werkstuk de enige optie die u heeft.

 Voorbereiding laswerk 3

 

Als besloten is om toch te gaan lassen zijn de volgende werkzaamheden erg belangrijk voordat u gaat starten.

        De te lassen plaats maken we goed schoon, verf, vet, olie, roest en andere ongerechtigheden gaan we nauwkeurig verwijderen.

        We slijpen daarna de oppervlakte schoon, een scheur slijpen we in en maken daar een lasnaad van. Scheuren boren we op de uiteinden af om verder scheuren tijdens de bewerking te voorkomen.

        Een penetrant onderzoek is zelf eenvoudig uit te voeren en dan ook raadzaam als het om scheuren gaat. We kunnen dan beter zien of de scheur volledig is uitgeslepen.

        Als we een lasnaad moeten creren maak dan een ruime openingshoek om daar tijdens het lassen en de bijkomende bewerkingen de ruimte te hebben. Een V-naad moet dan ook minstens een openingshoek hebben van 70. Laat voldoende materiaal staan zodat er niet door heen gebrand wordt tijdens het lassen.

        Al het vrijgekomen grafiet tijdens het slijpen moet u zien als verontreiniging. Er dient dan ook na het slijpen opnieuw gereinigd te worden. Grafiet dat vast aan de oppervlakte zit kan verwijderd worden met een vlam. Het grafiet springt dan los waarna u het eraf kan borstelen.

        Elektrisch gutsen is ook een prima methode om reparaties voor te bereiden. Het voordeel ten opzicht van slijpen is dat het sneller gaat en tot in de hoeken van een werkstuk een lasnaad gemaakt kan worden.

 Warm lassen van gietijzer

Kleine onderdelen kunnen volledig opgewarmd tot 5 600C gelast worden, gesoleerd afkoelen na het lassen is noodzakelijk. Als er de mogelijkheid is dit in een over te doen dan is dat een pr. U zou bij voldoende vermogen van de oven dan ook nog kunnen denken aan een gloeiproces direct na het lassen.

Koud lassen van gietijzer

Vaak is een werkstuk zo groot van afmeting dat volledig verwarmen niet mogelijk is. Demonteren van het te repareren onderdeel is dan ook niet mogelijk waardoor andere materialen zoals pakkingen en andere aanwezige kunststoffen kunnen smelten of verbranden. We moeten dan koud lassen. Als het mogelijk is om toch plaatselijk 100 of 150C of meer voor te warmen dan is dat mooi meegenomen en verhoogt de kans op succes.

Alle voorbereidingen zijn getroffen, het toegepaste lasproces is meestal het elektrodeproces. Als we de onderdelen direct met elkaar verbinden passen we een elektrode toe die vrijwel geheel uit nikkel bestaat zoals de FusoNi  of een elektrode die uit nikkel met 40% of 45% ijzer bestaat zoals de FusoNiFe. Deze elektroden hebben hun kwaliteit al op meerdere gietijzer lasklussen bewezen. Er wordt veel gekozen voor de volledige nikkel kerndraad omdat hiervan de ductiliteit het grootst is en de kans op scheuren dan ook het kleinst. Voor tempergietijzer ofwel smeedbaar gietijzer of gietijzer aan staal is een elektrode met een behoorlijke legering aan ijzer een betere keuze. Afhankelijk van opmenging en uitvoering van het lassen mag verwacht worden dat de mechanische waarden van een verbinding gelast met een nikkel/ijzer elektrode, hoger zijn.

Het is bekend dat gietijzer een hoog koolstofpercentage bevat. Om die reden is het ook belangrijk om de opmenging met het moedermateriaal minimaal te houden. Door te kiezen voor de maximale toepasbare elektrodediameter, te lassen met een minimale stroom, kan de opmenging beperkt blijven.

De lassnoeren overlappend naast elkaar te verlassen levert eveneens een bijdrage tot lagere opmenging. De eerste lagen geven vaak poreusheid door de grafietopmenging. Slijp deze eerst schoon voordat er verder gelast wordt.

Krimpspanning

In het ontstaan van scheuren spelen spanningen een onmisbare rol. Immers zonder spanning geen scheur. Het is om die reden dan ook bijzonder belangrijk om daar tijdens het lassen rekening mee te houden. Het mooiste is om geen spanningen te creren maar dat is bij een lasproces niet mogelijk. Wat ons dan nog aan preventieve maatregelen ter beschikking staat zijn de volgende acties.

 

        Het uithameren van elke lasrups van de krater naar de startkop. Doe dat wel na elk lassnoer en hou de lengte van lassnoeren beperkt, afhankelijk van de scheurgevoeligheid in de aanwezige omstandigheden. Een voorwarmtemperatuur van 300C kan bijvoorbeeld een langer lassnoer hebben dan volledig koud lassen. Bij dat laatste moet u wel denken aan hele korte snoeren van maximaal 5cm. Voor het uithameren van de las hebben we wel naadruimte nodig. Eerder is besproken een openingshoek van 70 maar soms is er wel 80 nodig.

        Een juiste lasvolgorde is belangrijk. Zeker bij ingesloten lasnaden, zoals een plaat in een plaat, is een lasvolgorde bepaling een must. Het zogenaamde achteruit of teruglopend lassen zal de krimpspanning verdelen en deels opheffen.

        Als 2 aparte werkstukken nog los zijn van elkaar is het aanbrengen van een ductile bufferlaag op de naadflanken een mooie oplossing om spanningen te vermijden bij de uiteindelijke verbinding. Vooral bij dikkere werkstukken is dit een aan te bevelen procedure.

 Conclusies

 

       Het lassen van gietijzer hoeft geen probleem te zijn, voorwaarde is wel dat er een optimale voorbereiding aan vooraf gaat.

       Als we het soort gietijzer kennen zal de kans op succes groter zijn.

       De te gebruiken elektroden kunnen opgedeeld worden in zon 3 typen. Een 100% nikkel kerndraad en nog 2 typen met bimetalen kerndraad die meestal uit een nikkel/ijzerlegering bestaat.

       Er moet veel aandacht en tijd besteed worden aan preventieve acties en nabewerkingen om de krimpspanningen zodanig laag te houden dat scheuren niet ontstaan.

       Opmenging met basismateriaal moet minimaal gehouden worden. Hulpmiddelen daarbij zijn, zo dik mogelijke elektrodediameter, lage stroomsterktes, lassnoeren laten overlappen en ietwat neergaand lassen.

       Poreusheid in de eerste lagen komt vaak voor, slijp deze uit voor er verder gelast wordt.

       Als er voorverwarmd kan worden zal dat de succesfactor vergroten. De hoogte van de voorwarmtemperatuur is afhankelijk van de omstandigheden. Een voorschrift is er niet maar als 300C kan, doe dat dan ook.

       Maak laswerk achter elkaar af, vaak staan er 2 lassers op 1 klus, mede ook om het werkstuk op temperatuur te houden.

        Indien laswerk en nabewerking gereed zijn moet er langzaam afgekoeld worden hoe trager hoe beter. Grote werkstukken worden ingepakt met isolatiemateriaal, kleinere kunnen in een oven of onder zand afkoelen. Voor grote werkstukken moet u rekening houden met lange afkoeltijden 20-30 uur is geen zeldzaamheid.

 Veel succes met het lassen van deze materialen.