Schweißkonstruktionen mit Weißem Temperguß

Guß-Verbundschweißen - die wirtschaftliche Lösung

Eine der wichtigsten Eigenschaften von Weißem Temperguß ist seine Schweißbarkeit. Dies eröffnet dem Anwender vielfältige Möglichkeiten, seine Konstruktionen unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten zu optimieren. Denn das Kombinieren von Gießen und Schweißen verbindet die Vorteile beider Fertigungsverfahren und bietet zusätzlich neue Möglichkeiten, konstruktive und fertigungstechnische Aufgaben zu lösen.


Hinterachs-Schräglenker für einen PKW der oberen Leistungsklasse. Auf den Bildern rechts Lenkeraugen und Radträger
aus EN GJMW-360-12-S, die mit der Mittelschale aus Stahl verschweißt werden.

Diffizil geformte Bauteile lasse sich häufig einfacher und damit wirtschaftlicher herstellen, wenn man sie in einzelne Komponenten unterteilt, diese separat fertigt und durch Schweißen miteinander verbindet. Besonders erfolgreich ist eine solche Arbeitsweise dann, wenn komplizierte Bereiche einer Konstruktion gegossen werden; die einfacheren aus vorgeformten Blechen, Rohren oder anderem Halbzeug bestehen. Das Guß-Verbundschweißen zum Verbinden von Bauteilen aus Weißem Temperguß mit anderen Elementen aus Eisen oder Stahl ergänzt sinnvoll das Fertigungsverfahren Gießen.

Zwei Güteklassen

Bei Weißem Temperguß kann die Qualität der Schweißverbindung, abgestimmt auf die spätere Betriebsbeanspruchung, durch entsprechende Wahl der Einflußparameter gezielt eingestellt werden. Es werden zwei Güteklassen unterschieden:

  • Bei Güteklasse A ist die Schweißverbindung in Ihren Eigenschaften denen des ungeschweißten Werkstoffs gleichwertig.

  • Bei Güteklasse B sind die Eigenschaften unterschiedlich, genügen jedoch den Anforderungen eines bestimmten Verwendungszwecks
    (= zweckbedingte Güte).


Beim Konstruieren in Weißem Temperguß für Guß-Verbund-Schweißkonstruktionen ist generell darauf zu achten, daß in den Zeichnungen vermerkt wird, an welcher Stelle geschweißt werden soll. Dies ist die Voraussetzung, um eine optimale und auch kostengünstige entkohlende Glühbehandlung der Schweißfase sicherzustellen.

Schweißneigung von Weißem Temperguß

Die Wärmebehandlung des Rohgusses - ein entkohlendes Glühen in oxidierender Ofenatmosphäre - ist ein zwingend notwendiger Fertigungsschritt beim Herstellen von Weißem Temperguß. Abhängig von der Glühdauer und der Gußstückwanddicke entsteht dabei ein heterogenes, wanddickenabhängiges Gefüge aus Ferrit, Perlit und Temperkohle, die einen voneinander abweichenden Einfluß auf die Schweißeignung haben.

Entscheidend für die Schweißneigung von Weißem Temperguß ist in erster Linie der Kohlenstoffgehalt im Bereich der Schweißnaht. Da dieser von der Art der Wärmebehandlung abhängig ist, die kritisches Grenze beträgt 0,3%, ist die Schweißeignung der verschiedenen Sorten des Weißen Tempergusses unterschiedlich.

Schweißneigung von EN-GJMW-360-12W

Dieser Werkstoff ist speziell für Konstruktionsschweißungen entwickelt worden. Er wird besonders stark entkohlend geglüht. Im Rohgußzustand hat Weißer Temperguß allgemein einen Kohlenstoffgehalt von etwa 3%. Um diesen während des oxidierenden Glühens - dem Tempern - in wirtschaftlich vertretbaren Zeiten auf einen Maximalgehalt von 0,3% in der Schweißzone abzusenken, darf bei EN-GJMW-360-12W der unbearbeitete Schweißquerschnitt eine Wanddicke von 8mm nicht überschreiten; dies ist Voraussetzung für ein sicheres Entkohlen. Mit Hilfe konstruktiver Maßnahmen, beispielsweise Vorsehen einer Schweißfase oder Anbringen von Ausnehmungen bei zu dicken Querschnitten, kann dieser Wert eingehalten werden.

Mit EN-GJMW-360-12W wird ohne zusätzlichen Aufwand (Wärmebehandeln vor, während und nach dem Schweißen) mit handelsüblichen unlegierten Schweißzusatzwerkstoffen die Güteklasse A erreicht. Nennenswerte Aufhärtungen treten nicht auf, die Schweißverbindungen sind zäh. GTW-S 38-12 ist ohne Einschränkung für alle Schweißverfahren geeignet und wird auch für abnahmepflichtige, druckbeaufschlagte Konstruktionen eingesetzt.

Schweißneigung von EN-GJMW-350-4, EN-GJMW-400-5 und EN-GJMW-450-7

Diese Weißen Tempergußwerkstoffe sind aufgrund des höheren Kohlenstoffgehalts nur bedingt schweißbar, das heißt, für Güteklasse A ist im Gegensatz zu EN-GJMW-360-12W ein zusätzlicher Aufwand nötig. Sonst wird mit vorzugsweise artfremden Zusatzwerkstoffen nur Güteklasse B erreicht.

Wird Güteklasse A gefordert, so muß bei Kohlenstoffgehalten über 0,3% in der Schweißzone auf 250 bis 400°C vorgewärmt werden. Ist der Kohlenstoffgehalt wesentlich höher, so daß sich selbst nach Vorwärmen ein Härtungsgefüge (Ledeburit) bildet, ist ein ein- oder zweistufiges Glühen nach dem Schweißen erforderlich. Erfahrungsgemäß führt dies zu Eigenschaften, die nicht ganz denen des ungeschweißten Werkstoffs entsprechen.

Der beim Verschweißen hochnickelhaltiger Zusatzwerkstoffe unvermeidbare schmale Saum von Härtungsgefüge an der Verbindungszone Temperguß / Schweißzusatz läßt sich auch durch ein Hochtemperaturglühen nicht beseitigen.

Güteklasse A kann ebenfalls  mit den mechanisierten und automatisierten Verfahren Abbrennstumpfschweißen, Reibschweißen, Metall-Schutzgasschweißen, sowie mit dem Metall-Lichtbogenschweißen unter Verwendung von kalkbasisch umhüllten Elektroden erreicht werden. Mit anderen Schweißverfahren wird Güteklasse A dann erreicht, wenn die Wanddicke in der Schweißzone nicht größer als 4 mm ist oder eine auf Schweißeignung ausgerichtete Werkstoffüberwachung vorgenommen wird.

Die verschiedenen Schweißtechnologien

Werkstoffsorte und Güteklasse bestimmen die erforderliche Schweißtechnologie und den notwendigen Aufwand. Prinzipiell können alle Schweißverfahren angewendet werden, unabhängig davon, ob sie mit oder ohne Zusatzwerkstoff arbeiten.
Die äußere Randzone von Weißem Temperguß besteht aus einer oxidhaltigenSchicht von etwa 0,3 mm Dicke, der sogenannten Temperhaut, die das schweißen beeinträchtigen kann. Daher wird sie oft spanend entfernt.
Anderseits wird der Einfluß der Temperhaut dadurch eliminiert, daß Schweißzusatzwerkstoffe mit ausreichender Desoxidationswirkung verwendet und/oder entsprechende Schweißparameter eingestellt werden. Weitere Möglichkeiten sind die Wahl eines geeigneten Schweißverfahrens (Preßschweißen mit Wulstbildung), sowie entsprechende Brennereinstellung beim Gasschweißen.
Die Nahtart kann entsprechend der Erfordernisse des Schweißverfahrens ,ähnlich wie bei Stahl, gewählt werden. Beim Preßschweißen ist für das Bemessen des Stauchwegs zu berücksichtigen, daß Temperguß und Stahl einen unterschiedlichen Schmelzbereich haben.

Artgleiches Schweißen

Die Gußstücke werden je nach Kompliziertheitsgrad auf 250 bis 400 °C vorgewärmt; der Zusatzwerkstoff führt zu einem artgleichen Schweißgut. Es wird auch bei Kohlenstoffgehalten von mehr als 0,3% im Schweißbereich Güteklasse A erreicht. Bei Restkohlenstoffgehalten von weniger als 2% im Schweißbereich, das heißt unterhalb der Ledeburitgrenze, braucht nicht zusätzlich graphitisch geglüht werden, es genügt ein Anlassen.

Artfremdes Schweißen

Mit artfremdem Zusatzwerkstoff wird die Güteklasse B erreicht, es wird nicht oder nur geringfügig vorgewärmt. Die Eigenschaften der Schweißverbindung können durch eine ein- oder mehrstufige thermische Nachbehandlung verbessert werden, wobei ein Anlassen häufig ausreichend ist.

Die Qualitätssicherung

Die anzuwendenden Qualitätsicherungsmaßnahmen müssen sich an den Sicherheitsanforderungen und dem Verwendungszweck der Konstruktion orientieren. Über die Durchführung der jeweils notwendigen Maßnahmen muß fallweise entschieden werden. Sie sind in den einschlägigen Normen beschrieben.

  • Die Schweißzusatzwerkstoffe müssen auf den jeweiligen Grundwerkstoff abgestimmt sein.
  • Schweißverfahren und Schweißtechnik müssen auf das Gefüge des Werkstoffs an der Schweißstelle abgestimmt sein.
  • Die Schweißer müssen für das Schweißen der betreffenden Werkstoffe ausreichend geschult sein.
  • Zur einwandfreien Ausführung der Schweißarbeiten gehören die sorgfältige Wahl der Betriebsdaten, Abmessung des Schweißzusatzwerkstoffes, Polung, Stromstärke, Nahtaufbau, Schweißposition und Wärmeführung, sowie die Anwendung geeigneter Betriebsmittel, Vorrichtung und Werkzeuge.
  • Schweißungen in Gußstückbereichen mit mehr als 8 mm Wanddicke oder einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,3% erfordern eine auf den Werkstoff abgestimmte Wärmenachbehandlung.
  • Zum Nachweis einer einwandfreien Ausführung können die Schweißungen mit Hilfe eines geeigneten Prüfverfahrens untersucht werden, zum Beispiel Härteprüfung, Magnetpulverprüfung, stichprobenweise metallographische Untersuchung.