Kaltschweißen von Grauguss reduziert den Wärmeeintrag

29.09.2006Redakteur: MM

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Beim Schweißen von Gusseisen kann es durch die Wärmeeinbringung in das Bauteil leicht zu Gefügeveränderungen oder Spannungen kommen. Deswegen ist das Warmschweißen besonders bei großen Bauteilen schwierig und technisch aufwendig. Bei der Restaurierung eines gusseisernen Denkmals wurde deshalb das Verfahren des Kaltschweißens eingesetzt.Eine wichtige Verpflichtung bei Arbeiten des Metallhandwerks zur Wiederherstellung zerstörter Denkmäler besteht darin, die ursprünglich verwendeten Werkstoffe zu erhalten. Das ist nicht immer einfach, weil Vernachlässigungen im Schutz gegen Korrosion oder Einwirkungen von zerstörender Gewalt die Gebrauchs- und Verarbeitungseigenschaften der Werkstoffe verändert haben können und das Wiederherstellen des Originalzustandes besondere Fachkenntnisse und häufig auch erheblichen Aufwand erfordern. Wärmeeinbringung verändert das GefügeAnhand der Restaurierung des Liebermann-Denkmals in Berlin wird die Möglichkeit beschrieben, mit den Mitteln der Schweißtechnik gerissene Teile einer gusseisernen Konstruktion wieder zusammenzufügen. Eine wesentliche Forderung der Denkmalpflege bestand darin, Werkstoff und Formen des Grabmals zu erhalten. Das war teilweise nur mit Schweißen möglich. Doch das Schweißen von Gusseisen ist problematisch, weil Wärme in das Bauteil eingebracht wird und die dadurch erzeugten Gefügeveränderungen und Spannungen den wenig verformbaren Werkstoff belasten können. Der Erfolg hängt von der Güte des Werkstoffs und seiner Homogenität ab. Nicht selten erschweren Lunker die Arbeit, deren Vorhandensein sich plötzlich erst bei der Nahtvorbereitung oder beim Schweißen herausstellt. Beim Warmschweißen von Gusseisen wird vorausgesetzt, dass ein bestimmtes Wärmeregime sorgfältig eingehalten werden kann, das von der Werkstoffzusammensetzung abhängig ist. Dazu gehört, dass eine gleichmäßige Erwärmung und Abkühlung des Bauteils erreicht wird. Dies ist bei großen Bauteilen, komplizierten Konstruktionen oder unterschiedlichen Werkstoffdicken sehr schwierig, technisch aufwendig und es setzt große praktische Erfahrungen im Warmschweißen voraus. Bei der Restaurierung des gusseisernen Liebermann-Denkmals wurde ein Warmschweißen ausgeschlossen. Erfolgreich war ein Kaltschweißen, nachdem die dafür geltenden Regeln eingehalten werden konnten. Sie lassen sich wie folgt zusammenfassen: - Bei Rissen müssen die Rissenden abgebohrt werden, damit ein Weiterreißen beim Schweißen verhindert wird. - Die Nahtvorbereitung soll so ausgeführt werden, dass nach Möglichkeit ein Vollanschluss erreicht wird. Bei größeren Wandstärken ist eine U- oder Doppel-U-Naht mit einem 2 mm breiten Steg zweckmäßig. - Im Bereich der Schweißverbindung ist die Gusshaut zu entfernen.- Es muss darauf geachtet werden, dass während des Schweißens das Bauteil gleichmäßig handwarm bleibt.- Bei größeren Bauteilen ist ein vorsichtiges gleichmäßiges Vorwärmen des gesamten Bauteils auf Handwärme notwendig.- Es sollen möglichst Elektroden mit einem kleinen Durchmesser eingesetzt werden, um die Schweißwärme gering zu halten. Es sind nur kurze Nähte zu schweißen. deren Länge etwa zehn mal dem Elektrodendurchmesser beträgt.- Bei größeren Bauteilen ist an verschiedenen Stellen so zu schweißen, dass die Wärme gleichmäßig verteilt wird.- Die kurzen geschweißten Nähte sind unmittelbar nach dem Schweißen zur Verringerung der Spannungen leicht zu hämmern.- Das Bauteil muss nach dem Schweißen langsam und gleichmäßig abkühlen und ist deshalb entsprechend zu schützen.Bei dünnwandigen Bauteilen besteht RissgefahrVorbehalte gegen das Kaltschweißen gibt es bei den Fällen, wo es sich um sehr dünnwandige Bauteile handelt (Rissgefahr), Bauteile durch lange thermische Belastung ausgeglüht (Rissgefahr) oder die Rissflächen verölt sind (schlechte Bindung). Die Elektroden, die für das Schweißen erfolgreich eingesetzt werden können, sind Sonderelektroden aus Nickel für Grauguss und Temperguss oder Nickel-Eisen für Grauguss, Temperguss und Sphäroguss. Sie sind wegen der Forderung nach geringem und gleichmäßigem Wärmeeintrag mit möglichst kleinen Stromstärken zu verschweißen (2,5 mm Elektrodendurchmesser mit etwa 60 bis 80 A.) Die Schweißnähte können spanend bearbeitet werden (Härte etwa 160 bis 180 HB). Eine zusätzliche Sicherung der Schweißverbindung kann erreicht werden, wenn Decknähte quer zum Rissverlauf gesetzt und Stahlstifte in Sacklöchern des gesunden Grundwerkstoffs mitverschweißt werden. Dabei ist natürlich darauf zu achten, dass die Stahlstifte nicht in einer Linie angebracht werden, sondern im Abstand zur Naht versetzt sind. Wesentliche Teile des Berliner Liebermann- Denkmals, das aus 150 Einzelteilen besteht, konnten mit dem Kaltschweißen wieder verbunden und somit erhalten werden. Als Zusatzwerkstoff wurden hierfür Elektroden aus Nickel verwendet.