Gusseisen lasern: Grauguss und Sphäroguss sicher kennzeichnen

Gusseisen lasern ist in Gießereien und bei Zulieferern ein Standardthema, sobald ein Kunde Rückverfolgbarkeit bis zum einzelnen Teil verlangt. Ein eingegossenes Zeichen im Modell zeigt Werkstoff, Modellnummer oder Hersteller, aber keine Seriennummer und keine Schmelze. Diese Daten bringt der Laser nach dem Abguss auf das Teil, und zwar für jedes Stück anders. Mit dem Werkstoff selbst kommt der Faserlaser gut zurecht. Aufwand machen in der Praxis die raue Gusshaut mit Formsandresten und Oxid, der angeschnittene Graphit und eine Prozesskette, in der nach dem Markieren oft noch gestrahlt, bearbeitet und lackiert wird.

Was Gusseisen beim Lasern von Stahl unterscheidet

Gusseisen enthält deutlich mehr Kohlenstoff als Stahl, und ein großer Teil davon liegt als freier Graphit im Gefüge. Wie dieser Graphit geformt ist, prägt das Verhalten unter dem Laserstrahl.

Im Grauguss (EN-GJL) bildet der Graphit Lamellen. An einer gefrästen Fläche sind diese Lamellen angeschnitten, die Oberfläche besteht also aus metallischer Matrix mit vielen feinen Graphitlinien dazwischen. Der Laser verbrennt den Graphit an der Oberfläche, und an diesen Stellen entsteht kein gleichmäßiges Oxid. Eine Anlassmarkierung wird deshalb dunkel, aber leicht fleckig. Für Klarschrift reicht das fast immer, bei kleinen DataMatrix-Codes kann die ungleichmäßige Fläche die Lesequote drücken.

Sphäroguss (EN-GJS) hat kugeligen Graphit. Die Matrix ist zusammenhängender, die Fläche nach der Bearbeitung homogener. Anlassmarkierungen auf gedrehtem oder gefrästem Sphäroguss sehen deshalb fast aus wie auf Stahl. Bei Temperguss und Guss mit Vermiculargraphit klären Sie das Anlassbild am besten an einem Musterteil.

Was alle Gusssorten mit unlegiertem Stahl teilen: Sie haben keine Passivschicht. Wie sich das auf blanken Stahl auswirkt, beschreibt der Beitrag Stahl lasern. Auf Gusseisen gilt dasselbe. Blank gelaserte Stellen, vor allem auf Grauguss, zeigen erfahrungsgemäß schon nach kurzer Lagerung Flugrost.

Gusseisen lasern auf roher Gusshaut

Die Gusshaut aus dem Sandguss ist rau, uneben und von Teil zu Teil verschieden. Oft haften noch Formstoffreste, Schlichte oder eine Oxidschicht vom Abkühlen. Ein Code, den Sie direkt auf diese Fläche schreiben, hat wenig Kontrast und schwankt in der Lesbarkeit.

Bewährt hat sich ein zweistufiger Ablauf. Im ersten Durchgang fährt der Laser das Codefeld flächig ab und trägt Oxid, Rückstände und die obersten Rauheitsspitzen ab. Es entsteht ein helles, mattes Feld mit metallischem Grund. Im zweiten Durchgang setzt er auf dieses Feld den Code, entweder als dunkle Anlassmarkierung oder als Gravur. Der Kontrast ist danach gleichmäßig, weil jedes Teil denselben Untergrund bekommt, egal wie die Gusshaut vorher aussah.

Manchmal genügt auch die umgekehrte Variante: Der Laser legt nur die Module des Codes metallisch frei und lässt die dunkle Gusshaut drumherum stehen. Das geht schneller, funktioniert aber nur auf gleichmäßig dunkler Gusshaut zuverlässig.

Am elegantesten ist eine kleine, vorgefräste Codefläche. Sie kostet einen Arbeitsgang in der Bearbeitung, gibt aber eine definierte Höhe und eine glatte Fläche. Ist die Konstruktion noch offen, sprechen Sie die Codefläche früh an.

Gravur, wenn Strahlen oder Lack folgen

Viele Gussteile werden nach der Kennzeichnung noch gestrahlt, grundiert, lackiert oder tauchlackiert. Eine Anlassmarkierung überlebt das nicht. Das Strahlmittel trägt die wenige Mikrometer dünne Oxidschicht ab, und Lack deckt jeden Farbkontrast zu.

In diesen Fällen trägt der Laser Material ab und schreibt den Code als Vertiefung ins Teil. Lesbar bleibt er dann über die Geometrie: Die Kanten der Module zeichnen sich durch die Lackschicht ab, und eine Kamera mit flacher Beleuchtung erkennt die Struktur. Die Tiefe muss deutlich über dem liegen, was Strahlen abträgt und Lack auffüllt. Feste Werte gibt es dafür nicht, weil Strahlmittel, Strahldauer und Schichtdicke von Betrieb zu Betrieb verschieden sind. Wie der Laser größere Tiefen in Schichten aufbaut, erklärt der Beitrag zur Tiefengravur in Metall.

Wenn es der Ablauf zulässt, markieren Sie nach dem Strahlen. Die gestrahlte Fläche ist gleichmäßiger als die Gusshaut, der Code wird schneller und sauberer, und Sie brauchen weniger Tiefe.

Bearbeitete Gussflächen: Anlassen oder Gravieren

Auf gefrästen, gedrehten oder geschliffenen Flächen haben Sie mehr Auswahl. Eine Anlassmarkierung ist glatt, nicht ertastbar und erzeugt keine Kerbe. Auf Sphäroguss wird sie tiefbraun bis schwarz, auf Grauguss etwas grauer und fleckiger. Eine Faserlaserquelle mit MOPA-Technik hilft hier, weil Sie die Pulsdauer getrennt von der Frequenz einstellen und so ein ruhigeres Anlassbild finden.

Muss die Markierung Waschen mit aggressiven Medien, Ölnebel und jahrelangen Einsatz überstehen, ist eine flache Gravur mit leichtem Abtrag die robustere Wahl. Dichtflächen, Lagersitze und Passungen bleiben in jedem Fall frei.

DataMatrix auf Gussteilen

Für Rückverfolgbarkeit in der Serie ist der DataMatrix-Code auf Guss der Normalfall. Drei Punkte entscheiden über die Lesequote. Die Modulgröße muss zur Oberfläche passen, auf rauem Guss also größer ausfallen als auf einer gefrästen Welle. Die Ruhezone um den Code braucht dieselbe Vorbehandlung wie das Codefeld selbst. Und Lesegerät samt Beleuchtung fahren Sie am besten zusammen mit dem Laser ein, bevor die Linie in Betrieb geht. Wie die Codequalität nach ISO/IEC TR 29158 bewertet wird und was in Automotive-Linien üblich ist, steht im Beitrag zur Laserbeschriftung in der Automotive-Traceability.

Typische Teile sind Bremsscheiben und Bremssättel, Achsschenkel, Pumpen- und Ventilgehäuse, Hydraulikblöcke, Getriebe- und Kurbelgehäuse sowie Maschinenbetten und Gestellteile im Werkzeugmaschinenbau.

Staub, Höhe und Taktzeit in der Praxis

Beim Abtragen auf Gusseisen entstehen feiner Eisenoxid- und Graphitstaub. Ohne gute Absaugung setzt er sich auf dem Schutzglas der Optik ab, und die Markierung wird von Teil zu Teil schwächer. Wie Sie Erfassung und Filter auslegen, steht unter Absaugung bei der Laserbeschriftung.

Gussteile haben Maßtoleranzen, und die Markierfläche liegt nicht bei jedem Teil auf derselben Höhe. Bei großen Gehäusen oder Rohteilen kann die Schwankung größer sein als die Tiefenschärfe des Objektivs. Dann brauchen Sie eine Vorrichtung, die direkt an der Markierfläche referenziert, oder eine Höhenanpassung vor jedem Markiervorgang.

Für die Taktzeit zählt vor allem die mittlere Laserleistung, weil sie bestimmt, wie viel Material der Laser pro Sekunde abträgt. Bei einer reinen Anlassmarkierung auf gefräster Fläche ist ein Code in wenigen Sekunden fertig. Ein zweistufiger Code auf Gusshaut oder eine tiefe Gravur für den Lackprozess dauert spürbar länger.

Welches System für Gussteile passt

Für Gusseisen ist der Faserlaser mit 1064 nm die richtige Quelle. Gussteile sind oft schwer und sperrig, deshalb entscheidet häufig der Bauraum über das System. Der GLX500 ist für große, schwere Teile und automatisierte Abläufe ausgelegt. Soll die Markierung in eine Bearbeitungslinie oder Roboterzelle, ist der INTEGRA Faserlaser das Integrationsgerät. Kleinere Gussteile wie Ventilkörper oder Armaturen in mittleren Stückzahlen markiert der GRAVIS Faserlaser in Laserklasse 1.

Am belastbarsten ist ein Test mit Ihrem Teil im Originalzustand, also mit Gusshaut, gestrahlt oder bearbeitet, so wie es später in die Station kommt. Wenn Sie dazu ein paar Teile aus der Lackierung mitschicken, prüfen wir auch, ob der Code den gesamten Ablauf übersteht. Wir markieren die Muster in Rüthen und dokumentieren die Parameter. Schreiben Sie uns.