Motorenumbau Wassergekühlt

GG-20 ist ein Grauguss mit Lamellengraphit, entspricht einem GJL 200.

Diese Gusse lassen sich ganz gut schweißen. Dafür gibt's wegen der Farbübereinstimmung richtige Graugusselektroden.

Ich würde definitiv auf eine hoch nickelhaltige Elektrode setzen, denn Nickel kann viel Kohlenstoff lösen.

Vorwärmen über Martensitstarttemperatur, etwa auf 450°, unbedingt großflächig, bzw das ganze Teil!

Falls Interesse an Guss schweißen besteht kann ich dazu gern mal einen umfangreichen Beitrag verfassen.

Dann unbedingt Ferronickel!

Zum Beispiel Castolin Xuper 2240 oder CarboWeld NiFe 60/40.

Ich habe in der Zerspanungsbude zum Thema Gusse schonmal etwas ähnliches geschrieben, hier die erwas abgewandelte Version:

Gusseisen ist ein stark kohlenstoffhaltiges Eisenmetall. Es gibt verschiedene Arten, grundsätzlich unterscheidet man in Grauguss, mit Lamellengraphit oder mit Kugelgraphit, das hängt ab vom Kohlenstoffgehalt, ob der Kohlenstoff laminar oder globular ausfällt (4,3% Grenze)

Was wir uns gleich mal noch fürs schweißen metken ist, dass es beim gießen im Allgemeinen eher nicht zur Aufhärtung bzw gar Rissbildung kommt, denn die mit der Schmelze eingebrachte Wärme ist extrem hoch. Infolge der geringen Wärmeableitung durch den Formsand erfolgt die Abkühlung so langsam, dass die Schmelze nach dem stabilen System erstarren kann (Grauerstarrung). Der überschüssige Kohlenstoff scheidet sich in Form von Lamellengraphit oder bei bestimmten Zusammensetzungen in Form von Kugelgraphit im metallischen Matrixgefüge aus. In Abhängigkeit der chemischen Zusammensetzung sowie der Abkühlgeschwindigkeit bildet sich das Matrixgefüge perlitisch, perlitisch-ferritisch oder ferritisch aus.

Dadurch, dass es beim Schweißen nur örtlich begrenzte Schmelzbäder geringen Volumens gibt, erfolgt die Abkühlung gern mal einige Zehnerpotenzen schneller als beim gießen. Als Folge tritt Weißerstarrung ein. Dabei besteht das Gefüge in der Wärmeeinflusszone und in der Najt im wesentlichen aus Ledeburit und Zementit, beides hart und rissempfindlich. Eine erfolgreiche Schweißzng von Gusseisen ist nur möglich, wenn es gelingt durch entsprechende Maßnahmen die Abkühlgeschwindigkeit und die Gefügeausbildung im wesentlichen so zu beeinflussen, dass es keine Rissbildungen gibt und Aufhärtungen auf ein minimales begrenzt werden.

Außerdem gibt es durch tempern zäh gemachte Gusse, genannt Tempergusse (AHA!)
Hier wird nochmals unterschieden in weißen oder schwarzen Temperguss.
Weißer Temperguss wurd extrem lange (>100h) geglüht, um (mal vereinfacht gesagt) ein rein ferritisches Randgefüge zu entwickeln. Sprich ohne Kohlenstoff. Das geschieht durch eine hohe Glühtemperatur und eine oxidierende Atmosphäre. Schwarzer Temperguss ist ähnlich, jedoch wird er kürzer bei niedrigeren Temperaturen geglüht. Dadurch bleibt das Gefüge homogen, lediglich der Ledeburit zerfällt in Austenit und C (wie beim weißen auch)

Beim Temperguss gilt die Werkstattregel: lässt er sich schmieden, lässt er sich auch schweißen.

Sphäroguss ist mittlerweile wegen seiner besseren mechanischen Eigenschaften häufig anzutreffen.
Grauguss mit Lamellengraphit trifft man gerade bei altem Kram häufiger an. Unterscheiden lassen sie sich per Funkenprobe.
Auch an (frischen) Bruchstellen kann man etwas erkennen: Zementite vom weißen Gusseisen lassen die Bruchstelle weißer erscheinen als andere Gussarten. Ebenfalls einen hellen Schimmer hat Sphäroguss, der Unterschied zwischen weißem und Sphäroguss ist aber sehr schwer erkennbar.

Die meisten Gusse haben ihre kritische Temperatur bei ~780°C, ab hier können Risse auftreten. (Kommt durch den Kohlenstoff, er lässt das Metall schrumpfen, und durch seine geringe Duktilität reißen.
Daher sollte man niemals über 700°C vorwärmen. Vorwärmtemperaturen, wenn man denn vorwärmt, liegen zwischen etwa 250-650°C. Vorwärmen ist gut, aber nicht zwingend nötig. Dazu später mehr.
Aus demselben Grund sollte man die Abkühlzeit so lang wie möglich ziehen, und natürlich auch nicht zu heiß werden.
Wichtig beim Vorwärmen ist auch, das man dass gesamte Teil möglichst gleichmäßig erwärmt. Ansonsten kann es durch den Wärmeverzug zu Rissen kommen, da Gusseisen durch seine geringe Duktilität eher zum reißen als zum verformen neigt.
Sollte man nicht gleichmäßig vorwärmen können, wählt man eine kühle Schweißtechnik, macht lange Pausen und wärmt nur auf etwa 250°C vor, um weit vom kritischen Punkt wegzubleiben.
Wenn möglich sollte man schon vorwärmen, es bringt einige Vorteile nicht zuletzt im Bezug auf Sauberkeit mit sich. Denn durch die Temperatur verflüchtigt sich Öl etc, was Guss ja bekanntermaßen wie ein Schwamm einlagert.
Beim vorgewärmten Schweißen sollte man sich auf einen verhältnismäßig niedrigen Schweißstrom beschränken, und keine langen Stücke in einer Naht machen. Desto höher man vorwärmt, desto länger kann man am Stück schweißen, aber desto länger muss man auch pausieren um nicht den kritischen Punkt zu überschreiten.
Beim abkühlen sollte man darauf achten dass es dauert, um Rissbildungen zu vermeiden. Leichtes nachheizen per Brenner ist nicht verkehrt, alternativ isolieren, ich benutze dazu Steinwolle.
Am häufigsten geschweißt wird mit Nickelelektroden.
Das hat den Grund, dass Nickel viel mehr Kohlenstoff als beispielsweise Stahl im Gefüge lösen kann. Dadurch härtet die Schweißzone weniger stark auf, und die Wahrscheinlichkeit der Rissbildung nimmt ab.
Nickelelektroden sind häufig legiert, beispielsweise Ferronickel mit verkupfertem Kerndraht.
Auch anzutreffen, aber seltener, sind legierte Kupferelektroden sowie umhüllte Graugusselektroden. Letztere bieten bis auf die Farbübereinstimmung nur Nachteile.
Durch die besseren metallurgischen Eigenschaften von Nickelhaltigen Zusatzwerkstoffen werden diese häufiger eingesetzt.
Wichtig beim Schweißen selber ist alles. Angefangen bei der Geräteeinstellung, nicht zu viel Strom um eine zu starke Wärmebelastung von Werkstoff und auch der Elektrode zu vermeiden. Den Lichtbogen sollte man imner auf das Schmelzbad richten, nicht auf den Grundwerkstoff.
Um Spannungsrisse zu vermindern ist es empfehlenswert die Schweißnaht in der Abkühlphase (zwischen glühen und etwas nach dem erstarren) mit einem Hammer zu "hämmern". Dadurch werden Spannungen abgebaut.
Die Nähte immer schön kurz halten, und beim wiederzünden nicht im Endkrater sondern auf der letzten Naht zünden. Und möglichst immer in die selbe Richtung schweißen.
Beim schweißen mehrerer Lagen übereinander muss man die Werkstücktemperatur im Blick behalten. Desweiteren sollte man vor jeder neuen Lage die alte etwas überschleifen.
Außerdem muss man die Temperatur im Auge behalten. Abkühlen muss es wie ich bereits schrieb eher langsam. Denn der Kohlenstoff ist in flüssigem Gusseisen gelöst, je nach Abkühltemperatur fällt er dann unterschiedlich aus. Man kann unterscheiden in Eisencarbide die bei schnellem abkühlen entstehen, und in Graphite, die bei langsamen abkühlen entstehen.
Daher kommt auch das Aufhärten. Abgesehen davon, dass eh Kohlenstoff in die Naht diffundieren kann es beim abkühlen Martensit gibt. Hat etwas mit der Martensitstarttemperatur zu tun (möchte ich nicht näher drauf eingehen).
Man kann durch vorwärmen und langsames abkühlen das aufhärten etwas umgehen, indem man auf etwa 420-450°C vorwärmt (höher als Martensitstarttemperatur)
Ganz verhindern kann man es nicht, da es durch den hohen Kohlenstoffgehalt trotzdem noch aufhärten kann.
Schweißen kann man in den verschiedensten Verfahren, am gebräuchlichsten ist das Lichtbogenhandschweißen. Dicht gefolgt von WIG und Autogen. MIG geht auch, allerdings nur mit einer teuren NiFe Drahtelektrode
Beim Lichtbogenhandschweißen werden zu 90% hoch nickelhaltige Zusätze verwendet. Beispielsweise Ferronickelektroden.
Die anderen 10% teilen sich umhülte Graugusselektroden und kupferlegierte Elektroden.
Die Unterschiede bestehen in Gefüge sowie mechanischen Eigenschaften der Nähte, und der Farbübereinstimmung. Während man eine mit einem Nickelzusatz geschweißte Naht immer sehen wird, ist etwas mit Gusseisen geschweißtes fast unsichtbar.

Beim WIG sowie Autogenschweißen verwendet man in der Regel Reinnickelzusätze. WIG schweißen geht sehr kalt ohne vorwärmen und abkühlen, das ist bei großen Teilen von Vorteil.
Beim Autogenschweißen sieht es ähnlich aus, man kann mit Nickel, Messing oder Eisenzusätzen schweißen.
Allerdings muss man hier die "ideale" Einstellung finden, damit der Guss nicht oxidiert was zu Siliziumverlust und Bildung von weißem Guss in der Schweißzone führen kann.
Das Autogenschweißen bietet aufgrund seiner niedrigen Temperaturen (im Vergleich zum Lichtbogen) einen Vorteil. Der Kohlenstoff wandert in nicht so großen Mengen von der Wärmeeinflusszone in die Schweißnaht (weniger Aufhärtung und Randentkohlung)

Ich hab bei solchen Gussarbeiten gute Erfahrungen mit CuSi3 Löten gemacht. Das wäre deutlich weniger Aufwand als schweißen und du kannst als Wasserkasten normales Blech verwenden.

geht.

Allerdings geht es mit Ferronickelektroden besser.

Ich würde sagen ja.

Ist aber immer so eine Sache wenn man es nicht selbst gesehen hat.

Zu den Elektroden kann ich nichts sagen, kenne diese nicht.

Ich würde, wie bereits gesagt, auf Ferronickel gehen.

Mit der Castolin Xuper 2240 habe ich schon erfolgreich Stahl/GJL Verbindungen hergestellt.

Je nachdem wie potent deine Wasserkühlung ist würde ich nur die obersten oder untersten 2 Kühlrippen mit einem "Deckel" versehen und da 2 Stutzen mit einschweißen. Dann hast du immer noch Kühlfläche für den Fahrtwind, was während der Fahrt das meiste Abführt. Im Auto sind da auch nur einige Kanäle um die Zylinderwand angeordnet. Oft werden diese Öffnungen oben aufgefräßt oder durch Erodierung sogar mit einander verbunden damit um die Zylinderöffnung herum mehr Wärmeaufnahme erfolgt. Habe auch schonmal gesehen das im Kopf ein Kanal mit einem Gewindeschneider bearbeitet wurde, dadurch hat man auch mehr Fläche zur Wärmeaufnahme.

Geht es um die Temperaturen im Stand oder musst du aufgrund von Tuning mehr Wärme abführen?

Mach mal ein Foto von oben auf den Kolben damit man sieht wie viel Platz du um die Zylinderöffnung herum hast?