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I1.1 Schweißen G3 G 1 Bauteilverbindungen 1.1 Schweißen H. Wohlfahrt, K. Thomas und M. Kaßner, Braunschweig Beim Verbindungsschweißen werden die Teile durch SchweißnȨhte am Schweißstoß zum Schweißteil zusammen- gefɒgt. Mehrere Schweißteile ergeben die Schweißgruppe und mehrere Schweißgruppen die Schweißkonstruktion. Durch Auftragschweißen kɆnnen verschlissene FlȨchen von Werkstɒcken neu aufgetragen, OberflȨchen weniger ver- schleißfester Werkstoffe mit Schichten aus Verschleißwerk- stoffen gepanzert (Schweißpanzern), korrosiv unbestȨndige TrȨgerwerkstoffe mit korrosionsbestȨndigen Werkstoffen „plattiert“ (Schweißplattieren) oder zwischen nichtartglei- chen Werkstoffen kann durch den Auftragwerkstoff eine be- anspruchungsgerechte Bindung erzielt werden (Puffern). Ne- ben Metallen lassen sich auch viele Kunststoffe durch Schweißen miteinander verbinden. 1.1.1 Schweißverfahren Verbindungsmöglichkeiten. Beim Metallschweißen werden die metallischen Werkstoffe verbunden: Durch ErwȨrmen der Stoßstellen bis in den Schmelzbereich (Schmelzschweißen) meist unter Zusetzen von artgleichem Werkstoff (Zusatzwerkstoff) mit gleichem oder nahezu glei- chem Schmelzbereich wie die zu verbindenden Werkstoffe. An der Stoßstelle ist eine flɒssige Zone vorhanden, die nach dem Erkalten Gussgefɒge aufweist. Durch ErwȨrmen der Stoßstellen (u. U. bis zum Schmelzen) und Anwenden von Druck (Pressschweißen). Soweit an der Verbindungsstelle kein Schmelzfluß, aber große plastische Verformung eingetreten ist, wird das Gefɒge nach dem Erkal- ten in der Regel feinkɆrnig sein. Durch Anwenden von Druck im kalten Zustand der Werkstof- fe (Kaltpressschweißen). Die Verbindung lȨßt sich nur durch große plastische Verformungen der oxidfreien OberflȨchen an der Stoßstelle herstellen; das Gefɒge ist sehr stark kaltver- formt. Durch ErwȨrmen der Schweißzone im Vakuum oder in einem Schutzgas unter Anwendung von geringem Druck ohne plasti- sche Verformung an der Verbindungsstelle (Diffusions- schweißen). Die Temperatur an der Verbindungsstelle muß eine fɒr die Diffusion der Metallatome ausreichende HɆhe ha- ben. Außerdem wird dafɒr eine hinreichende Zeit benɆtigt. Wärmequellen. Gasflamme (Gasschweißen), elektrischer Lichtbogen (Lichtbogenschweißen), Joulesche WȨrme im Werkstɒck (Widerstandsschweißen), Induktion (Induktions- schweißen), Joulesche WȨrme in der flɒssigen Schweiß- schlacke (Elektro-Schlacke-Schweißen), Relativbewegung zwischen den GrenzflȨchen (Reibschweißen und Ultraschall- schweißen), Energie hoch beschleunigter Elektronen (Elek- tronenstrahlschweißen), Lichtenergie extremer Fokussierung oder Bɒndelung (Lichtstrahl-, Laserstrahlschweißen), exo- therme chemische Reaktion (aluminothermisches Schwei- ßen), flɒssiger WȨrmetrȨger (Gießschweißen) und Ofen (Feu- erschweißen). Verfahren. Beim Gas- und Lichtbogenschweißen ɒberwiegen immer noch die Handschweißverfahren, bei denen die WȨr- mequelle, die Gasflamme oder der elektrische Lichtbogen, durch den Schweißer von Hand gefɒhrt wird. Zur ErhɆhung der Schweißgeschwindigkeit kann der Schweißstelle der Zu- satzwerkstoff von Spulen (Drahtelektrode) zugefɒhrt werden teilmechanische Verfahren –, wobei wegen der Stromzu- fɒhrung zur Elektrode in unmittelbarer NȨhe des Lichtbogens eine wesentlich hɆhere Stromdichte als bei der Handschwei- ßung mit umhɒllter Elektrode mɆglich ist. Insbesondere im BehȨlterbau oder bei Auftragschweißungen kann auch das Fortschreiten der WȨrmequelle entlang der Schweißnaht durch eine Fahrbewegung des Schweißkopfes oder durch Be- wegen – Fahren oder Drehen – des Werkstɒcks bewirkt wer- den – vollmechanische Schweißverfahren. In der Massenferti- gung erfolgt das Schweißen in Spann- und Haltevorrichtun- gen mit automatischem – u. U. rechnergesteuertem – Ablauf des Schweißvorgangs – automatisches Schweißen –, meistens mit Robotern. Die hȨufig anzutreffenden Verfahren sind mit ihren Merkma- len und Hauptanwendungsgebieten in Tab. 1 zusammenge- stellt. Es werden weit ɒber 200 Schweißverfahren gezȨhlt. Neben den bereits aufgefɒhrten Merkmalen der WȨrmequel- len und dem Grad der Mechanisierung unterscheiden sich die Verfahren in den AnwendungsmɆglichkeiten. Bei manchen sind nur bestimmte Schweißpositionen mɆglich. Fugenform und Nahtart sind ebenfalls zum Teil oder ganz vom Schweiß- verfahren abhȨngig. Daneben bestehen beim Lichtbogen- schweißen Unterschiede im Einbrandverhalten, unter dem die Aufschmelztiefe der Fugenflanken unter der Einwirkung des Lichtbogens zu verstehen ist. Die Auswahl des fɒr die Fertigung optimalen Schweißverfah- rens wird von vielen technischen und wirtschaftlichen Fakto- ren bestimmt, so dass sich hierfɒr keine allgemein gɒltigen Regeln aufstellen lassen. 1.1.2 Schweißbarkeit der Werkstoffe Die Schweißbarkeit metallischer Werkstoffe wird nach DIN 8528 T1 in Schweißeignung (Verbindung kann aufgrund der Werkstoffeigenschaften hergestellt werden), Schweiß- mɆglichkeit (fachgerechte Herstellbarkeit) und Schweiß- sicherheit (BetriebsbewȨhrung des Bauteils) unterteilt. Bei Wahl eines zweckmȨßigen Schweißverfahrens und sachge- rechter Ausfɒhrung sind nahezu alle Stahlsorten und Nichtei- senmetalle schweißbar. Schweißeignung von Stahl Werkstoffbedingte Einflüsse. Sie gliedern sich wie folgt: Erschmelzungsart. MassenstȨhle (unlegierte StȨhle) und nied- riglegierte StȨhle werden im Sauerstoff-Aufblaskonverter, SonderstȨhle vorwiegend im induktiven oder Kohlelichtbo- gen-Elektroofen (E-Stahl) erschmolzen. Vergießungsart (Desoxidation). Seigerungszonen im Kern un- beruhigt vergossener StȨhle sollen beim Schweißen nicht auf- geschmolzen („angeschnitten“) werden (Bild 1), da sie An- reicherungen an Schwefel (Rotbruch), Phosphor (Kaltbruch), Stickstoff (Alterung) und Kohlenstoff (HȨrtung) enthalten. Durch Beruhigen der Schmelze (Zugabe von 0,1 bis 0,3% Si oder doppeltes Beruhigen mit Silizium und Aluminium) wer- den die EntmischungsvorgȨnge beim Erstarren vermieden. Alterung (Reckalterung). Wichtigstes Kennzeichen der Alte- rung von Stahl ist die Abnahme der ZȨhigkeit durch Lagern nach Kaltverformung, d. h. Ƞbergang vom zȨhen zum sprɆden Bruch (im Kerbschlagversuch bereits nahe Raumtemperatur). Alterung steigert beim Zusammentreffen ungɒnstiger Um- stȨnde die Gefahr eines SprɆdbruchs. C-Gehalt: In unlegierten StȨhlen ist bis zu 0,25% unter nor- malen Schweißbedingungen keine wesentliche AufhȨrtung neben der Schweißnaht zu erwarten; sie tritt erst auf, wenn die kritische Abkɒhlungsgeschwindigkeit verringert wird: durch hɆhere Kohlenstoffgehalte allein (ɒber 0,25%) oder durch Kohlenstoff in Verbindung mit Legierungselementen wie Mangan, MolybdȨn, Chrom, Nickel u. a. Gut schweißbar sind solche legierte Stahlwerkstoffe, z. B. Mn-StȨhle mit bis 4% Mn, wenn der C-Gehalt niedrig ist.

1 Bauteilverbindungen - metallbau-hss.de · I1.1 Schweißen G3 G 1 Bauteilverbindungen 1.1 Schweißen H. Wohlfahrt, K. Thomas und M. Kaßner, Braunschweig Beim Verbindungsschweißen

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I1.1 Schweißen G 3

G

1 Bauteilverbindungen

1.1 Schweißen

H. Wohlfahrt, K. Thomas und M. Kaßner, Braunschweig

Beim Verbindungsschweißen werden die Teile durchSchweißn�hte am Schweißstoß zum Schweißteil zusammen-gef�gt. Mehrere Schweißteile ergeben die Schweißgruppeund mehrere Schweißgruppen die Schweißkonstruktion.Durch Auftragschweißen k�nnen verschlissene Fl�chen vonWerkst�cken neu aufgetragen, Oberfl�chen weniger ver-schleißfester Werkstoffe mit Schichten aus Verschleißwerk-stoffen gepanzert (Schweißpanzern), korrosiv unbest�ndigeTr�gerwerkstoffe mit korrosionsbest�ndigen Werkstoffen„plattiert“ (Schweißplattieren) oder zwischen nichtartglei-chen Werkstoffen kann durch den Auftragwerkstoff eine be-anspruchungsgerechte Bindung erzielt werden (Puffern). Ne-ben Metallen lassen sich auch viele Kunststoffe durchSchweißen miteinander verbinden.

1.1.1 Schweißverfahren

Verbindungsm�glichkeiten. Beim Metallschweißen werdendie metallischen Werkstoffe verbunden:

Durch Erw�rmen der Stoßstellen bis in den Schmelzbereich(Schmelzschweißen) meist unter Zusetzen von artgleichemWerkstoff (Zusatzwerkstoff) mit gleichem oder nahezu glei-chem Schmelzbereich wie die zu verbindenden Werkstoffe.An der Stoßstelle ist eine fl�ssige Zone vorhanden, die nachdem Erkalten Gussgef�ge aufweist.

Durch Erw�rmen der Stoßstellen (u. U. bis zum Schmelzen)und Anwenden von Druck (Pressschweißen). Soweit an derVerbindungsstelle kein Schmelzfluß, aber große plastischeVerformung eingetreten ist, wird das Gef�ge nach dem Erkal-ten in der Regel feink�rnig sein.

Durch Anwenden von Druck im kalten Zustand der Werkstof-fe (Kaltpressschweißen). Die Verbindung l�ßt sich nur durchgroße plastische Verformungen der oxidfreien Oberfl�chen ander Stoßstelle herstellen; das Gef�ge ist sehr stark kaltver-formt.

Durch Erw�rmen der Schweißzone im Vakuum oder in einemSchutzgas unter Anwendung von geringem Druck ohne plasti-sche Verformung an der Verbindungsstelle (Diffusions-schweißen). Die Temperatur an der Verbindungsstelle mußeine f�r die Diffusion der Metallatome ausreichende H�he ha-ben. Außerdem wird daf�r eine hinreichende Zeit ben�tigt.

W�rmequellen. Gasflamme (Gasschweißen), elektrischerLichtbogen (Lichtbogenschweißen), Joulesche W�rme imWerkst�ck (Widerstandsschweißen), Induktion (Induktions-schweißen), Joulesche W�rme in der fl�ssigen Schweiß-schlacke (Elektro-Schlacke-Schweißen), Relativbewegungzwischen den Grenzfl�chen (Reibschweißen und Ultraschall-schweißen), Energie hoch beschleunigter Elektronen (Elek-tronenstrahlschweißen), Lichtenergie extremer Fokussierungoder B�ndelung (Lichtstrahl-, Laserstrahlschweißen), exo-therme chemische Reaktion (aluminothermisches Schwei-ßen), fl�ssiger W�rmetr�ger (Gießschweißen) und Ofen (Feu-erschweißen).

Verfahren. Beim Gas- und Lichtbogenschweißen �berwiegenimmer noch die Handschweißverfahren, bei denen die W�r-mequelle, die Gasflamme oder der elektrische Lichtbogen,durch den Schweißer von Hand gef�hrt wird. Zur Erh�hungder Schweißgeschwindigkeit kann der Schweißstelle der Zu-satzwerkstoff von Spulen (Drahtelektrode) zugef�hrt werden– teilmechanische Verfahren –, wobei wegen der Stromzu-f�hrung zur Elektrode in unmittelbarer N�he des Lichtbogens

eine wesentlich h�here Stromdichte als bei der Handschwei-ßung mit umh�llter Elektrode m�glich ist. Insbesondere imBeh�lterbau oder bei Auftragschweißungen kann auch dasFortschreiten der W�rmequelle entlang der Schweißnahtdurch eine Fahrbewegung des Schweißkopfes oder durch Be-wegen – Fahren oder Drehen – des Werkst�cks bewirkt wer-den – vollmechanische Schweißverfahren. In der Massenferti-gung erfolgt das Schweißen in Spann- und Haltevorrichtun-gen mit automatischem – u. U. rechnergesteuertem – Ablaufdes Schweißvorgangs – automatisches Schweißen –, meistensmit Robotern.Die h�ufig anzutreffenden Verfahren sind mit ihren Merkma-len und Hauptanwendungsgebieten in Tab. 1 zusammenge-stellt. Es werden weit �ber 200 Schweißverfahren gez�hlt.Neben den bereits aufgef�hrten Merkmalen der W�rmequel-len und dem Grad der Mechanisierung unterscheiden sich dieVerfahren in den Anwendungsm�glichkeiten. Bei manchensind nur bestimmte Schweißpositionen m�glich. Fugenformund Nahtart sind ebenfalls zum Teil oder ganz vom Schweiß-verfahren abh�ngig. Daneben bestehen beim Lichtbogen-schweißen Unterschiede im Einbrandverhalten, unter dem dieAufschmelztiefe der Fugenflanken unter der Einwirkung desLichtbogens zu verstehen ist.Die Auswahl des f�r die Fertigung optimalen Schweißverfah-rens wird von vielen technischen und wirtschaftlichen Fakto-ren bestimmt, so dass sich hierf�r keine allgemein g�ltigenRegeln aufstellen lassen.

1.1.2 Schweißbarkeit der Werkstoffe

Die Schweißbarkeit metallischer Werkstoffe wird nachDIN 8528 T1 in Schweißeignung (Verbindung kann aufgrundder Werkstoffeigenschaften hergestellt werden), Schweiß-m�glichkeit (fachgerechte Herstellbarkeit) und Schweiß-sicherheit (Betriebsbew�hrung des Bauteils) unterteilt. BeiWahl eines zweckm�ßigen Schweißverfahrens und sachge-rechter Ausf�hrung sind nahezu alle Stahlsorten und Nichtei-senmetalle schweißbar.

Schweißeignung von Stahl

Werkstoffbedingte Einfl�sse. Sie gliedern sich wie folgt:

Erschmelzungsart. Massenst�hle (unlegierte St�hle) und nied-riglegierte St�hle werden im Sauerstoff-Aufblaskonverter,Sonderst�hle vorwiegend im induktiven oder Kohlelichtbo-gen-Elektroofen (E-Stahl) erschmolzen.

Vergießungsart (Desoxidation). Seigerungszonen im Kern un-beruhigt vergossener St�hle sollen beim Schweißen nicht auf-geschmolzen („angeschnitten“) werden (Bild 1), da sie An-reicherungen an Schwefel (Rotbruch), Phosphor (Kaltbruch),Stickstoff (Alterung) und Kohlenstoff (H�rtung) enthalten.Durch Beruhigen der Schmelze (Zugabe von 0,1 bis 0,3% Sioder doppeltes Beruhigen mit Silizium und Aluminium) wer-den die Entmischungsvorg�nge beim Erstarren vermieden.

Alterung (Reckalterung). Wichtigstes Kennzeichen der Alte-rung von Stahl ist die Abnahme der Z�higkeit durch Lagernnach Kaltverformung, d. h. �bergang vom z�hen zum spr�denBruch (im Kerbschlagversuch bereits nahe Raumtemperatur).Alterung steigert beim Zusammentreffen ung�nstiger Um-st�nde die Gefahr eines Spr�dbruchs.

C-Gehalt: In unlegierten St�hlen ist bis zu 0,25% unter nor-malen Schweißbedingungen keine wesentliche Aufh�rtungneben der Schweißnaht zu erwarten; sie tritt erst auf, wenndie kritische Abk�hlungsgeschwindigkeit verringert wird:durch h�here Kohlenstoffgehalte allein (�ber 0,25%) oderdurch Kohlenstoff in Verbindung mit Legierungselementenwie Mangan, Molybd�n, Chrom, Nickel u. a. Gut schweißbarsind solche legierte Stahlwerkstoffe, z.B. Mn-St�hle mit bis4% Mn, wenn der C-Gehalt niedrig ist.

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G 4 Mechanische Konstruktionselemente – 1 Bauteilverbindungen

G

Tabelle 1. �bersicht �ber die wichtigsten Schweißverfahren

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I1.1 Schweißen G 5

G

Tabelle 1 (Fortsetzung)

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G 6 Mechanische Konstruktionselemente – 1 Bauteilverbindungen

G

Mn-Gehalt: In unlegierten St�hlen wirkt Mangan bis etwa 4%g�nstig (Erh�hung von Festigkeit und Kerbschlagz�higkeit),daher ist es Hauptelement (bis etwa 1,5%) in h�herfestenFeinkornst�hlen. Bei Gehalten �ber 12% (Mangan-Hartstahl)sind Sondermaßnahmen beim Schweißen (sehr schnelle Ab-k�hlung) wegen der Bildung von e-Martensit erforderlich. Inaustenitischen Cr-Ni-St�hlen setzt Mangan (bis etwa 6%) dieRissneigung herab.

Si-Gehalt: Unlegierte St�hle oberhalb etwa 0,6% neigen zurPoren- und Rissbildung. In Drahtelektroden f�r das Metall-Aktivgas-Schweißen (z.B. CO2) sind jedoch etwa 1,1% f�rdie Desoxidation des Schweißguts erforderlich.

Cu-Gehalt: Liegt allgemein nur als Verunreinigung vor. Ge-halte um 0,5% in witterungsbest�ndigen St�hlen k�nnen zu-sammen mit h�heren C-Gehalten (�ber etwa 0,20%) Heißriss-und Verspr�dungsgefahr bewirken.

Tabelle 1 (Fortsetzung)

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I1.1 Schweißen G 7

G

Cr-Gehalt: Liegt in unlegierten St�hlen nur als Verunreini-gung (unter 0,2%) vor. In warmfesten St�hlen (bis 5%) starkeHerabsetzung der kritischen Abk�hlungsgeschwindigkeit(Lufth�rter), sie sind daher nur mit Vorw�rmung (bis etwa400 �C) schweißbar. Ferritische und martensitische Cr-St�hle(9 bis 30% Cr) sind wegen Grobkorn- und Sigmaphasen-Bil-dung in und neben der Naht nur bedingt, evtl. mit austeniti-schen Zusatzwerkstoffen und mit Vorw�rmung und W�rme-nachbehandlung, schweißbar. In austenitischen Cr-Ni-St�hlen(16 bis 25% Cr) besteht bei ung�nstig hohen Cr-Gehalten undnicht zweckentsprechenden Schweißbedingungen die Gefahreiner Sigmaphasen-Verspr�dung.

Ni-Gehalt: Vorwiegend in hochfesten Feinkorn- und Verg�-tungsst�hlen (bis etwa 2%). Erfordert wegen F�rderung derDurchverg�tbarkeit (Martensit) genaue Abstimmung derSchweißbedingungen und Verwendung wasserstoffkontrol-lierter Elektroden. Kaltz�he Ni-St�hle (vorwiegend 5 bis 9%)sind ebenfalls Verg�tungsst�hle, jedoch mit niedrigem C-Ge-halt (unter 0,1%). Sie sind mit austenitischen oder hochni-ckelhaltigen Zusatzwerkstoffen schweißbar. In austenitischenCr-Ni-St�hlen wirkt Ni als Austenitbildner und beeinflusst inder Regel die Schweißbarkeit nicht nachteilig.

Mo-Gehalt: Ist in h�herfesten Feinkornst�hlen (bis 0,5%) undin warmfesten St�hlen (bis 1%) ohne direkten Einfluss auf dieSchweißbarkeit. In austenitischen Cr-Ni-St�hlen �ber etwa3% besteht Verspr�dungsgefahr durch F�rderung von Sigma-und Laves-Phase bei ung�nstigen Schweißbedingungen.

Ti- und Nb-Gehalt: Ist in Feinkornst�hlen (bis etwa 0,3%)ohne direkten Einfluss auf die Schweißbarkeit. In austeniti-schen Cr-Ni-St�hlen wird Ti zur Verhinderung des Kornzer-falls (Abbinden des Kohlenstoffs zu Sonderkarbiden) zule-giert. Bei zu hohen Gehalten (�ber etwa 1%) besteht die Ge-fahr einer Verspr�dung der Grundmasse.

Al-Gehalt: Liegt in Feinkornst�hlen als Desoxidations- undDenitrierungsmittel mit gleichzeitiger Wirkung auf Feink�r-nigkeit vor. Bei zu hohen Gehalten (�ber etwa 0,03%) wirdeine Rissneigung durch Korngrenzenausscheidungen imSchweißgut und in der w�rmebeeinflussten Zone beg�nstigt.

Werkstoffbedingte Bruchgefahren. HochbeanspruchteSchweißverbindungen sollen auf etwaige �berlastung durchplastische Verformung und nicht durch verformungslosenBruch (Spr�dbruch) reagieren. Die Neigung zum Spr�dbruchw�chst mit fallender Temperatur, steigender Beanspruchungs-geschwindigkeit, zunehmender Mehrachsigkeit der Beanspru-chung (z. B. Kerbwirkung von Anrissen, ung�nstige Gestal-

tung) und zunehmender Blechdicke. Weiter wird die Spr�d-bruchneigung durch solche Zus�tze im Stahl erh�ht, welchedie Aufh�rtung oder die Alterung beg�nstigen oder verst�r-ken. Die Spr�dbruchneigung nimmt vom Feinkornstahl (Al-beruhigt) �ber den beruhigt vergossenen zum unberuhigt ver-gossenen Stahl zu (vgl. DIN EN 10 025). Die ausreichende Si-cherheit gegen Spr�dbr�che in geschweißten Bauteilen l�sstsich durch die Werkstoffwahl nach DASt-Richtlinie 009 errei-chen. Terrassenbruchgefahr besteht bei Walzerzeugnissen,wenn diese in Dickenrichtung beansprucht werden (Ferti-gungsbeanspruchung, z. B. durch Schweißeigenspannungen,oder Betriebsbelastung). Ursache sind fl�chenf�rmig ausge-walzte Sulfideinschl�sse. Die DASt-Richtlinie 014 enth�ltEmpfehlungen zum Vermeiden von Terrassenbr�chen in ge-schweißten Konstruktionen aus Baustahl.

Schweißsicherheit

Sie ist bei einer Konstruktion durch die konstruktive Gestal-tung (Kraftfluss, Nahtanordnung, Werkst�ckdicke, Kerbwir-kung, Steifigkeitsspr�nge) und den Beanspruchungszustand(Art und Gr�ße der Spannungen, Mehrachsigkeitsgrad, Bean-spruchungsgeschwindigkeit, Temperatur, Korrosion) bedingt.

Grundregeln f�r Nahtanordnung. Zahl der Schweißn�hteklein halten, N�hte m�glichst nicht an Stellen h�chster undung�nstiger Beanspruchung anordnen, Nahtkreuzungen ver-meiden, bei Nahtanordnung Kraftfluss beachten, bei Walzpro-filen g�nstige Nahtlage vorsehen, z. B. bei eingeschweißtemStegblech eines I-Tr�gers (Bild 1a), Verschweißen von U-Profilen (Bild 1b), Stegaussteifungen (Bild 1c) in unberu-higten Zonen vermeiden und an Profilenden schweißen. InZug-Eigenspannungszonen (Bild 1d) Schweißungen vermei-den.

Bauteildicke. Bei d�nnen Blechen besteht nach dem Schwei-ßen ein vorwiegend zweiachsiger Eigenspannungszustand inder Blechebene (Bild 2a, b), die Spannung in der drittenRichtung steigt mit zunehmender Blechdicke an. DreiachsigerZugspannungszustand bedeutet erh�hte Spr�dbruchgefahr, dadie Zugspannung der dritten Richtung (Blechdicke) die plas-tische Verformung und damit den Spannungsabbau behindert.Mit zunehmender Blechdicke nimmt außerdem die Gefahrder Aufh�rtung neben der Schweißnaht (W�rmeeinflusszone)in Abh�ngigkeit von Schweißverfahren und Schweißbedin-gungen zu.Bei unlegierten St�hlen wird ab etwa 25 mm Blechdicke da-her Vorw�rmen auf 100 bis 400 �C je nach Werkstoff undDicke und/oder Spannungsarmgl�hen z. B. bei 550 bis650 �C angewendet. Bei legierten St�hlen sind die Vorw�rm-und W�rmenachbehandlungstemperaturen in Abh�ngigkeitvon den Legierungselementen, den zu verschweißendenQuerschnitten und dem Schweißverfahren festzulegen (Werk-stoffbl�tter der Stahlwerke).Nach den Technischen Regeln f�r Dampfkessel (TRD) undden Druckbeh�ltervorschriften (AD) ist Normalgl�hen oder

Bild 1a–d. Nahtanordnungen bei Walzprofilen. a bei I-Tr�ger Wi-derstandsmoment durch eingeschweißtes Stegblech vergr�ßert;b Schweißungen an seigerungsfreien Zonen zweier U-Profile; c Steg-aussteifungen mit Aussparungen in den Walzprofilecken (unberuhig-ter Stahl); d Eigenspannungen in U-Profilen (+Zug, �Druck)

Bild 2a, b. Schweißeigenspannungen. a In Nahtrichtung (L�ngsspan-nungen); b quer zur Nahtrichtung (Querspannungen)

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G 8 Mechanische Konstruktionselemente – 1 Bauteilverbindungen

G

Verg�ten nach dem Schweißen erforderlich, wenn die gefor-derten Eigenschaften der Schweißverbindungen nur dadurcherzielbar sind, wenn bei Kaltverformung die Reckung der �u-ßeren Faser 5% (Biegeradius R>10 mal Blechdicke s, Be-triebstemperatur > �10 �C) bzw. 2% (R> 25 s, Betriebs-temperatur <�10 �C) �berschreitet und wenn vor oder nachdem Schweißen Warmverformung bei einer Verformungs-temperatur außerhalb des Normalgl�h-Temperaturbereichs er-folgt ist.Spannungsarmgl�hen bzw. Verg�ten wird je nach Werkstoff-zusammensetzung, Wanddicke und Bauteilform gefordert(AD-Merkblatt HP 7/1 und HP 7/2).Nach den Normen f�r geschweißte Stahlbauten mit vorwie-gend ruhender Belastung (DIN 18801) darf bei Stumpfst�ßenin Form- und Stabst�hlen unberuhigter Stahl nur f�r Dickenbis h�chstens 16 mm verwendet werden, anderenfalls sind diezul�ssigen Beanspruchungen auf die H�lfte herabzusetzen.F�r kaltverformte Baust�hle ist das Schweißen im Verfor-mungsbereich einschließlich des Bereichs der anliegendenFl�chen von der Breite 5 s nur bei einem BiegeradiusR ^ 10 s an allen Blechdicken und bei R ^ 3;0 s an Blechdi-cken s % 24 mm, bei R ^ 2 s an Blechdicken s % 12 mm, beiR ^ 1;5 s an Blechdicken s % 8 mm und bei R ^ 1;0 s anBlechdicken s % 4 mm zul�ssig.

Fertigungsbedingte Schweißsicherheit. Sie wird durch dieVorbereitung zum Schweißen (Schweißverfahren, Zusatz-werkstoff, Stoßart, Fugenform, Vorw�rmung), die Ausf�h-rung der Arbeit (W�rmef�hrung, W�rmeeinbringung,Schweißfolge) und die Nachbehandlung (W�rmebehandlung,Bearbeitung, Beizen) beeinflusst.Bei dicken Querschnitten sind Schweißverfahren mit großerW�rmezufuhr zu bevorzugen (Ausnahme: Feinkornst�hle,hochfeste verg�tete Baust�hle, vollaustenitische St�hle,Chrom-St�hle). Die Fugenform soll so gew�hlt werden, dassdie Schweißgutmenge bei sicherem Aufschmelzen der Fugen-flanken m�glichst klein gehalten wird. Die Mehr-Lagen-Schweißung ist bei gr�ßeren Schweißquerschnitten der Ein-Lagen-Schweißung vorzuziehen, da die erstgeschweißten La-gen durch die nachfolgenden w�rmebehandelt (normalge-gl�ht) werden. Die letzte Lage besitzt wie die Ein-Lagen-Schweißung Gussstruktur.Die Schrumpfung der Schweißn�hte bedeutet Maß- und Form-�nderungen des Schweißteils oder Schweißeigenspannungendurch das Zusammenziehen des Schweißguts beim Abk�hlen.Diese Wirkung wird dadurch verst�rkt, dass zuvor beim Er-w�rmen der Schweißstelle der Werkstoff wegen der Behinde-rung durch den umgebenden kalten Werkstoff gestaucht wur-de. Die Querschrumpfung ist abh�ngig von Schweißverfah-ren, Werkst�ckdicke und Anzahl der Schweißlagen(Bild 3 a), die Winkelschrumpfung tritt besonders bei N�htenmit unsymmetrischen Fugenformen auf, Bild 3 b. Die Maß-und Winkel�nderungen sind durch Zugaben und Winkelvor-gabe zu ber�cksichtigen. Die L�ngsschrumpfung f�hrt beikleineren Werkst�ckdicken und besonders bei Kehln�hten zuVerk�rzungen (0,1 bis 0,3 mm/m), Kr�mmungen, Beulungenund Verwerfungen. Die verkr�mmende Wirkung wird aberauch absichtlich und kontrolliert bei Br�cken- und Krankons-truktionen genutzt. K�nnen verschweißte Teile der Schrump-fung nicht ungehindert folgen, so entstehen die besonders ge-f�hrlichen „Reaktionsspannungen“, die eine rissfreie Wurzel-schweißung erschweren oder unm�glich machen.

Richten von Konstruktionsteilen vor und nach dem Schwei-ßen kann entweder unter Aufbringen �ußerer Kr�fte oderdurch Schrumpfwirkung erkaltender Teile (Richten mit derFlamme) erfolgen. Kaltrichten ist wegen Rissgefahr m�g-lichst zu vermeiden.Die Schweißfolge, d. h. die Reihenfolge der Schweißarbeiteninnerhalb einer Naht und im ganzen Bauteil, beeinflusst die

Maß- und Form�nderung wie auch die Schweißeigenspannun-gen. Beide k�nnen durch zweckentsprechendes Festlegen dereinzelnen Schweißschritte in einem Schweißfolgeplan inGrenzen gehalten werden. Bei Trommeln werden z.B. erstdie L�ngsn�hte, dann die Rundn�hte geschweißt; Schweißfol-ge bei L�ngs- und Quern�hten an Platten gem�ß Bild 4a. Ab-schnittweises Schweißen im Pilgerschrittverfahren empfiehltsich bei L�ngsn�hten, Bild 4b.Der Schwierigkeitsgrad beim Schweißen w�chst in der Rei-henfolge der Schweißpositionen (DIN EN ISO 6947) vonWannen- (PA), Horizontal-Vertikal (PB) �ber Fall- (PG),Steig- (PF), Quer- (PC) zu �berkopfposition (PE), Bild 5.Position (PG) ist nur mit bestimmten Elektroden (Fallnaht-elektroden) und Schweißbedingungen (Kurzlichtbogen beimMIG/MAG-Schweißen) m�glich.

Bild 3a, b. Schrumpfungen bei einem Stumpfstoß nach Malisius.a Querschrumpfung; b Winkelschrumpfung

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I1.1 Schweißen G 9

G

Muss bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts ge-schweißt werden, so ist der Schweißplatz auf mindestens+10 �C zu erw�rmen und das Werkst�ck vorzuw�rmen (50bis 100 �C); bei Arbeiten in großer H�he muss ein Wind-schutz angebracht werden.

Zusatzwerkstoff. Er soll so ausgew�hlt werden, dass die Fes-tigkeitswerte (Streckgrenze, Zugfestigkeit, Dehnung undKerbschlagz�higkeit) der Schweißverbindung mindestens dieGew�hrleistungs- (Berechnungs-) oder Normwerte desGrundwerkstoffs erreichen. Ausreichende Verformungsf�hig-keit des Schweißguts ist besonders dann von Bedeutung,wenn der Grundwerkstoff geringe Schweißeignung hat oderwenn aus anderen Gr�nden Spr�dbruchgefahr besteht. In die-sem Fall sind Elektroden mit wasserstoffkontrollierter basi-scher Umh�llung und erh�htem Mn-Gehalt (1,0 bis 1,8%)oder gleichwertige Drahtelektroden zu bevorzugen.Normen: DIN EN ISO 2560: Umh�llte Stabelektroden zumLichtbogenhandschweißen von unlegierten St�hlen und Fein-kornst�hlen. – DIN EN 12 536: Schweißzus�tze – St�be zumGasschweißen von unlegierten und warmfesten St�hlen. –DIN EN 14 700: Schweißzus�tze zum Hartauftragen. –DIN EN 12072: Schweißzus�tze – Drahtelektroden, Dr�hteund St�be zum Lichtbogenschweißen von nichtrostenden undhitzebest�ndigen St�hlen. – DIN EN 756: Drahtelektrodenund Draht-Pulver-Kombinationen zum Unterpulverschweißenvon unlegierten St�hlen und Feinkornst�hlen. DIN EN 440:Drahtelektroden und Schweißgut zum Metall-Schutzgas-schweißen von unlegierten St�hlen und Feinkornst�hlen. �berdie Schweißeignung der einzelnen St�hle s. E 3.1.

Schweißbarkeit von Gusseisen, Tempergussund Nichteisenmetallen

Grauguss (fr�her GG-15 bis GG-35 jetzt EN-GJL-150 bisEN-GJL-350) wird vorwiegend in Reparatur- und Ausbesse-rungsf�llen geschweißt. Bei kleineren Wanddicken empfiehltsich die Gasschmelzschweißung, bei dickeren Querschnittendie Lichtbogen-Handschweißung mit besonders legiertenGusseisen-Schweißst�ben unter Anwendung eines Flussmit-tels bzw. von Elektroden bei teilweiser Verwendung einesFlussmittels und Vorw�rmen des Werkst�cks auf 600 bis700 �C (Warmschweißung). Kaltschweißungen (Lichtbogen-Handschweißung) mit Nickel-, Nickel-Kupfer- (Monel-) oderNickel-Eisen-Stabelektroden werden mit einer Vorw�rmungvon 100 bis 200 �C ausgef�hrt. Das Schweißgut ist gut, dieW�rmeeinflußzone meist gut (abh�ngig von den Schweißbe-dingungen) bearbeitbar, dagegen nicht bei Verwendung nor-maler Stahlelektroden (B-Typ) oder Stahl-Sonderelektroden(erh�hter C-Gehalt) ohne W�rmenachbehandlung.

Schwarzer Temperguss (z.B. EN-GJMB-350-10) und weißerTemperguss (z.B. EN-GJMW-350-10) lassen sich stets weich-l�ten. Schweißbarkeit muß mit dem Hersteller besonders ver-einbart werden. Bei EN-GJMW-360-12 (fr�her GTW-S 38-12)ist bis 8 mm Wanddicke dagegen stets Schweißeignung f�rKonstruktionsschweißungen vorhanden (ohne W�rme-nachbehandlung). F�r untergeordnete Zwecke k�nnen auchschwarzer Temperguss (Temperkohle �ber den ganzen Quer-schnitt) und weißer Temperguss (entkohlte Randzone) mitnormalen oder niedriglegierten Zusatzwerkstoffen geschweißtwerden, wobei schwarzer Temperguss wegen des imSchweißgut zus�tzlich gel�sten Kohlenstoffs (aufgeschmol-zene Temperkohle) harte und rissgef�hrdete N�hte ergibt(Vorw�rmen auf 200 bis 250 �C).

Gusseisen mit Kugelgraphit (z.B. EN-GJS-350-10) kann mitSonderelektroden (Ni-legiert) unter Vorw�rmung (500 �C)und W�rmenachbehandlung (900 bis 950 �C) sowie Anlassen(700 bis 750 �C) geschweißt werden. Ohne W�rmebehand-lung �hnliches Verhalten wie bei schwarzem Temperguss.

Aluminiumknetwerkstoffe sind unlegiert nahezu mit allen Ver-fahren schweißbar. Kaltverfestigung wird in der w�rmebeein-flussten Zone durch Kristallerholung und Rekristallisationaufgehoben. Bauteile aus Aluminiumdruckguss k�nnen mitverschiedenen Schmelz- und Pressschweißverfahren gef�gtwerden, wenn ihr Gasgehalt hinreichend niedrig ist [1].

Aush�rtende Aluminiumknetlegierungen �blicher Zusammen-setzung als Kalt- oder Warmaush�rter lassen sich gr�ßtenteilsnach fast allen Verfahren schweißen. Im Schweißgut und inder w�rmebeeinflussten Zone ist keine Aush�rtung vorhan-den, bzw. sie wurde durch die W�rmeeinwirkung aufgehoben.AlZnMg wird im ausgeh�rteten Zustand geschweißt. An-schließend ergibt sich ein Festigkeitsanstieg im Nahtbereichdurch Kaltaush�rtung. Schweißverfahren mit schmaler W�r-meeinflusszone sind aus Festigkeitsgr�nden zu bevorzugen.Bei gleichartigem Zusatzwerkstoff kann eine W�rmebehand-lung nach dem Schweißen gleiche Festigkeiten wie im Grund-werkstoff ergeben.

Nichtaush�rtende Aluminiumknetlegierungen lassen sich inder Regel gut mit allen Verfahren schweißen. Bei Magnesiumals Legierungselement treten �ber 5% Mg Schwierigkeitenauf, so dass diese Legierungen f�r Schweißkonstruktionennicht eingesetzt werden.

Kupfer bereitet in den sauerstoffarmen Sorten keine Schwie-rigkeiten. Die Elektrotechnik verwendet aber viel sauerstoff-haltiges Kupfer, das beim Gasschweißen sch�umt. MitSchutzgas-Schweißverfahren und u. U. besonders legiertenZusatzwerkstoffen lassen sich sowohl f�r die Festigkeit alsauch f�r die Leitf�higkeit ausreichende Ergebnisse erzielen.

Bild 4a, b. Schweißfolge. a Reihenfolge der Schweißschritte 1 bis 7in den 6 L�ngsn�hten und Schweißschritte 1 bis 3 in den Quern�hten Ibis XIII einer Plattenwand; b Pilgerschritt-Schweißung

Bild 5. Schweißpositionen (s. Text) PA ... PG nach DIN EN ISO6947, ( ) fr�here Bezeichnungen

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G 10 Mechanische Konstruktionselemente – 1 Bauteilverbindungen

G

Kupferlegierungen wie CuZn (Messing), CuSn (Bronze) undCuSnZn (Rotguß) lassen sich bei ausreichender Erfahrung zu-friedenstellend schweißen. Aus dem Messing dampft beiLichtbogen-Schweißverfahren jedoch Zink aus, so dass dieSchweißnaht kupferreicher wird; bei verschiedenen Bronzenk�nnen Entmischungsvorg�nge eintreten.

Nickel und Nickellegierungen sind gut schweißbar (Ausnah-me: Nickel-Eisen-Legierungen). Die hohe Gasaufnahme(Sauerstoff, Wasserstoff) erfordert ebenso wie die Neigungzur Grobk�rnigkeit besondere Maßnahmen beim Schweißen(geringe W�rmezufuhr, Schutzgas) und bei den Zusatzwerk-stoffen (desoxidierende Bestandteile). Sauberkeit (Fettfrei-heit) der F�gebereiche ist erforderlich. Lichtbogen-Schweiß-verfahren sind zu bevorzugen.

Schweißzusatzwerkstoffe. Es gilt stets der Grundsatz der art-gleichen Schweißung, von dem nur in begr�ndeten Ausnah-mef�llen oder wenn eine artgleiche Schweißung schweißtech-nisch nicht m�glich ist, abgewichen werden sollte.Normen. DIN EN ISO 18273: Schweißzus�tze – Massiv-dr�hte und -st�be zum Schmelzschweißen von Aluminiumund Aluminiumlegierungen. – DIN EN 14 640: Schweißzu-s�tze – Massivdr�hte und -St�be zum Schmelzschweißen vonKupfer und Kupferlegierungen. – DIN EN ISO 14 172:Schweißzus�tze – Umh�llte Stabelektroden zum Lichtbogen-handschweißen von Nickel und Nickellegierungen. – DIN ENISO 18 274: Schweißzus�tze – Massivdr�hte, -b�nder und-st�be zum Schmelzschweißen von Nickel und Nickellegie-rungen. – DIN EN ISO 1071: Schweißzus�tze – Umh�llteStabelektroden, Dr�hte, St�be und F�lldrahtelektroden zumSchmelzschweißen von Gusseisen.

1.1.3 Stoß- und Nahtarten

Die Stoßart ergibt sich aus der konstruktiven Anordnung derzu verschweißenden Teile. Sie ist mitbestimmend f�r dieNahtart. Normen geben Richtlinien f�r die Fugenformen inAbh�ngigkeit vom Schweißverfahren hinsichtlich Werkst�ck-dickenbereich, �ffnungswinkel, Stegabstand, Steg- und Flan-kenh�he.Normen. DIN EN ISO 9692 T 1 bis T4: Schweißen und ver-wandte Prozesse – Empfehlungen zur Schweißnahtvorberei-tung – T1: Lichtbogenhandschweißen, Schutzgasschweißen,Gasschweißen, WIG-Schweißen und Strahlschweißen vonSt�hlen. – T 2: Schweißnahtvorbereitung – Unterpulver-schweißen von Stahl. – T3: Empfehlungen f�r Fugenformen– Metall-Inertgasschweißen und Wolfram-Inertgasschweißenvon Aluminium und Aluminiumlegierungen. – T 4: Empfeh-lungen zur Schweißnahtvorbereitung – plattierte St�hle. –DIN 8552 T3: Schweißnahtvorbereitung, Fugenformen anKupfer und Kupferlegierungen, Gasschmelzschweißen undSchutzgasschweißen.

Fugenvorbereitung. Durch mechanische Trennverfahren undvor allem Brennschneiden (s. G 1.1.6).Mit neuzeitlichen D�sen lassen sich an unlegierten St�hlen,z. B. bei 20 mm Blechdicke. Schneidgeschwindigkeiten von550 mm/min erreichen. F�r einwandfreie Schnittkanten isteine maschinelle F�hrung des Brenners erforderlich. Nichtbrennschneidbare Werkstoffe (z. B. Cr-Ni-St�hle, Kupfer,Nickel, Aluminium) schneidet man mit dem Plasma-Lichtbo-gen. Bei unlegierten und niedriglegierten St�hlen wird dasPlasmaschneiden auch ohne Nachbearbeitung angewendet.Unlegierte Stahlbleche bis 12 mm Dicke lassen sich sehr wirt-schaftlich mit dem Laser schneiden.Das Ausfugen der Wurzel f�r die wurzelseitige Gegenschwei-ßung kann durch Meißeln (Presslufth�mmer mit Formmei-ßeln), Schleifen (Handschleifmaschinen), Hobeln, autogenesBrennfugen (Sonderbrenner �hnlich dem beim Brennschnei-den verwendeten, jedoch mit angen�hert tangentialer

Schneidrichtung) oder Kohlelichtbogen-Brennfugen (durchKohlelichtbogen geschmolzener Werkstoff wird mittelsPressluft aus der Fuge geschleudert) erfolgen. Die Anwend-barkeit dieser Verfahren richtet sich nach Werkstoff, Formder Naht (gerade, gekr�mmt), konstruktiven Gegebenheitenund Zug�nglichkeit.

Stumpfstoß. I-Naht: Einfachste Nahtart, f�r h�here Belas-tung ist im allgemeinen ein Nachschweißen der Naht auf derWurzelseite nach Ausfugen erforderlich.

V-Naht (Bild 3 u. 6 a, e, d, g): Zum Herabsetzen der Winkel-schrumpfung muß der �ffnungswinkel klein (� 60�) gehaltenwerden. Kleinster �ffnungswinkel f�r noch einwandfreieWurzelschweißung > 45�. Bei teil- und vollmechanischenSchweißverfahren sind auch kleinere �ffnungswinkel m�g-lich.

Doppel-V-Naht (X-Naht) (Bild 6 c): Anwendung bei gr�ßerenBlechdicken als V-Naht, da bei gleichem �ffnungswinkel nurdie halbe Schweißgutmenge ben�tigt wird. Winkelschrump-fung kann weitgehend vermieden werden, wenn Lagen ab-wechselnd von beiden Seiten eingebracht werden. Die Wurzelsoll (in Abh�ngigkeit vom Schweißverfahren) vor demSchweißen der Gegenlage ausgefugt werden.Weitere Nahtarten: B�rdelnaht, Steilflankennaht, Y-Naht, U-(Tulpen-)Naht und Doppel-U-Naht.

Stumpfstoß bei Werkst�cken ungleicher Dicke (Bild 6). Quer-schnitt m�glichst in Kraftrichtung symmetrisch anordnen(Bild 6 c, f), bei Dickenunterschieden unter s1� s2 ¼ 10 mmund vorwiegend ruhender Beanspruchung kann auf Anglei-chung verzichtet werden, Bild 6 a, b, sonst abschr�gen,Bild 6 d. Bei schwingender Beanspruchung schon oberhalbs1� s2 ¼ 3 mm anschr�gen (Neigung 1 : 4 bis 1 : 5), um Stei-figkeitssprung herabzusetzen, Bild 6 e, f. Bei h�chster Bean-spruchung dickeres Blech auf einer L�nge h ^ 2 s2 abarbeiten,Bild 6 g.

�berlappstoß (Bild 7). Der Kr�fteverlauf in einer Kehlnahtist bei einer Hohlkehlnaht (Bild 7c) g�nstiger als bei derFlachnaht (Bild 7b); die W�lbnaht (Bild 7 a) ist am ung�ns-tigsten. Allgemein ist bei schwingender Beanspruchung jedeKraftumlenkung nachteilig. Die rechnerische Nahtdicke a er-gibt sich aus der H�he des eingeschriebenen gleichschenkli-gen Dreiecks. Sie soll nicht st�rker als rechnerisch erforder-lich, h�chstens jedoch mit a=0,7 s ausgef�hrt werden. BeiStirnkehln�hten schreibt der Stahlbau im Fall vorwiegend ru-hender Beanspruchung eine Kehlnahtdicke von mindestensa=0,5 s und Ausf�hrung mit h : b=1 :1 oder flacher vor,Bild 7 d. Bei schwingender Beanspruchung (Eisenbahnbr�-

Bild 6a–g. Ausf�hrungsformen von Stumpfst�ßen bei ungleichenQuerschnitten. a–d f�r vorwiegend ruhende; e–g f�r schwingendeBeanspruchung

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I1.1 Schweißen G 11

Gckenbau) soll g % 25� und die Kehlnahtdicke a0 ¼ 0;5 s betra-gen.

Parallelstoß (Bild 8a). Wegen entfallender Fugenvorberei-tung sind m�glichst Kehln�hte anzuwenden. Zum Vermeidender Kantenanschmelzung wird als �berstand g ^ 1;4 aþ3 mm empfohlen.Bei Walzprofilen richtet sich die Kehlnahtdicke a % 0;7t nachder Dicke t des d�nnsten Teils, Bild 8 b. Die N�hte sollennicht dicker und nicht l�nger als rechnerisch erforderlich aus-gef�hrt werden. Als Kehlnahtdicke sind in DIN 18800 T1mindestens 2 mm bzw.

ffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffi

max sp

� 0;5 vorgeschrieben, Kehl-nahtl�nge � 150a. Außerdem wendet man im Maschinenbau(nicht Br�cken- oder Stahlhochbau) Loch- oder Schlitz-schweißungen an, Bild 8c, d. F�r die Dicke des oberenBlechs soll s�15 mm eingehalten werden, f�r die Abmessun-gen des Schlitzes werden b ^ 2;5 s (mindestens 25 mm) undl ^3b (Beh�lterbau) oder l^ 2 b (Maschinenbau) empfoh-len. Das Ausf�llen des Schlitzes mit Schweißgut unterbleibtwegen dadurch entstehender großer Schweißeigenspannun-gen; bei Korrosionsgefahr wird der Schlitz z.B. mit dauer-elastischem Kunststoff ausgef�llt.

T-Stoß (Bild 9). Die einfachste Nahtart ist die Kehlnaht. Sieeignet sich besonders zum �bertragen von Schubkr�ften. Dieeinseitige Kehlnaht (Bild 9a, b) ist nur dann zu verwenden,wenn kleine Kr�fte auftreten. Bei der beidseitigen Kehlnaht,die mit einem Verfahren mit Tiefeinbrandwirkung (z. B. voll-mechanisches MSG- oder UP-Schweißen) ausgef�hrt ist,kann der Einbrand e (Bild 9c) mit in die Berechnung einge-setzt werden (DIN 18 800 T 1). Die Bindungsl�cke mit Kerb-wirkung an der Stoßstelle (Bild 9d) entf�llt, wenn das Profil�hnlich Bild 10 durch Doppel-HV-(K-)Naht mit beidseitigerKehlnahtabdeckung angeschlossen wird. Diese Nahtformwird f�r h�chste vorwiegend ruhende und schwingende Bean-

spruchung angewendet. Es ist t¼ s1þ 2h=3 mit ungleich-schenkliger Kehlnaht. Einbrandkerben und unverschweißteWurzelspalte m�ssen besonders bei schwingender Beanspru-chung vermieden oder ausgeschliffen werden.

Kreuzstoß (Bild 10). Nahtarten wie beim T-Stoß, jedochmuss bei Zugbeanspruchung an den angeschweißten Stegendas mittlere Querblech auf Doppelungen (z.B. mittels Ultra-schall) untersucht werden und garantierte Querzugeignunghaben (DASt 014-Empfehlungen zum Vermeiden von Terras-senbr�chen in geschweißten Konstruktionen aus Stahl. K�ln:Stahlbau-Verlag).

Schr�gstoß (Bild 11). Nahtarten wie bei T-Stoß. Die G�teder Schweißnaht ist vom Winkel g abh�ngig. Es kann ohneFugenvorbereitung geschweißt werden, wenn keine großenKr�fte zu �bertragen sind.Kehln�hte lassen sich nur einwandfrei ausf�hren, wenn beirechtwinkliger Stirnfl�che b�2 mm und bei beidseitigerSchweißung g ^ 60� ist. Eine Ausf�hrung nach Bild 11 b istentweder zu vermeiden oder die Stirnfl�che des schr�g aufge-setzten Blechs muss bearbeitet werden (z.B. 60�-Abschr�-gung herstellen).

Eckstoß (Bild 12a). Der Eckstoß ist ausf�hrungsm�ßig einT-Stoß. Allgemein gilt, dass an Stellen mit Kraftumlenkungnicht geschweißt werden soll. Bei Druckbeh�ltern wird daherdie Schweißnaht außerhalb der Kr�mmung angeordnet,Bild 12 b. Der Mindestabstand der Schweißnaht von derKr�mmung soll f ^ 5 s1 betragen.Beim Schweißen in kaltverformten Bereichen sind die Anga-ben im Abschnitt Schweißsicherheit zu beachten. Bei Abwei-chungen von den dort angegebenen Maßen ist ein Mindestab-stand f (Bild 12b) einzuhalten oder das kaltverformte Teilnormalzugl�hen.

Mehrfachstoß (Bild 13). Wegen der unsicheren Erfassungder unteren Bleche (Einbrand) beim Schweißen von einerSeite ist diese Stoßart nur bei sorgf�ltiger Herstellungsm�g-

Bild 7a–d. Nahtformen und Kraftfluss. a W�lb-; b Flach-; c Hohl-kehl-; d unsymmetrische Stirnkehlnaht

Bild 8a–d. Blechverbindungen. a Parallelstoß; b Anschluss einesWalzprofils an ein Blech; c Lochschweißung; d Schlitzschweißung

Bild 9a–d. Kehln�hte am T-Stoß. a Einseitige Naht; b Bindebild undKraftfluss; c Doppelnaht; d Bindebild und Kraftfluss

Bild 10. DHV-(K-)Naht mit Doppel-Kehlnaht am Kreuzstoß

Bild 11a, b. Kehln�hte am Schr�gstoß. a Ohne Kantenvorbereitung;b mit Kantenvorbereitung

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G 12 Mechanische Konstruktionselemente – 1 Bauteilverbindungen

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lichkeit oder in festigkeitsm�ßig untergeordneten F�llen anzu-wenden, bei beiderseitiger Zug�nglichkeit muss die Wurzelausgefugt und gegengeschweißt werden.

1.1.4 Darstellung der Schweißn�hte

Symbole und Darstellung: DIN EN 22 553.

Nahtarten. Sie k�nnen symbolhaft (Bild 14a, c) oder erl�u-ternd (Bild 14 b, d) dargestellt werden. Die symbolhafte Dar-stellung ist zu bevorzugen. Die Stellung des Symbols zur Be-zugslinie kennzeichnet die Lage der Naht am Stoß. An-hang G 1 Tab. 1 enth�lt Grund- und Zusatzsymbole sowie er-l�uternde Nahtdarstellungen.

Schweißverfahren. Begriffe und Verfahrenskennzahlen nachDIN ISO 857 T1 und DIN EN ISO 4063. Die in fr�her g�ltigenNormen enthaltenen Abk�rzungen sind weit verbreitet undwerden hier nach der Verfahrenskennzahl eingeklammert auf-gef�hrt: Gasschweißen 3 (G) – Lichtbogenhandschweißen111 (E), Unterpulverschweißen 12 (UP), Wolfram-Inertgas-Schweißen 141 (WIG), Metall-Inertgas-Schweißen 131(MIG), Metall-Aktivgas-Schweißen 135 (MAG). Man unter-scheidet zus�tzlich zwischen dem Handschweißen, dem teil-mechanischen, vollmechanischen und automatischen Schwei-ßen.

G�te der Schweißverbindung. Nach Aufwand in Fertigungund Pr�fung werden in DIN EN ISO 5817 (Schmelzschweiß-verbindungen an Stahl, Nickel, Titan und deren Legierungen(ohne Strahlschweißen), Bewertungsgruppen von Unregelm�-ßigkeiten) folgende Bewertungsgruppen unterschieden:Stumpfn�hte und Kehln�hte: D (niedrig), C (mittel), B(hoch).

Die zu w�hlenden Bewertungsgruppen sind vom Konstruk-teur mit Unterst�tzung der Fertigungsabteilungen, der Quali-t�tsstellen, gegebenenfalls mit Aufsichtsbeh�rden und sonsti-gen Gremien festzulegen. Sie sind abh�ngig von der Belas-tungsart (vorwiegend ruhend, schwingend), den Umgebungs-einfl�ssen (chem. Angriffe, Temperatur) und zus�tzlichenAnforderungen (z. B. Dichtheit, Sicherheitsanforderungen).Zu gew�hrleisten sind sie durch: Schweißeignung des Werk-stoffs f�r Verfahren und Anwendungszweck; fachgerechteund �berwachte Vorbereitung; Auswahl des Schweißverfah-rens nach Werkstoff, Werkst�ckdicke und Beanspruchung derSchweißverbindung; auf den Werkstoff abgestimmten, ge-pr�ften und zugelassenen Zusatzwerkstoff; gepr�fte und beider Arbeit durch Schweißaufsichtspersonal �berwachteSchweißer; Nachweis einwandfreier Ausf�hrung derSchweißarbeiten (z. B. Durchstrahlung); Sonderanforderun-gen (z.B. Vakuumdichtigkeit, allseitiges Schleifen derN�hte).

Schweißposition. Kurzbezeichnung s. Bild 5.

Beispiele: Bild 15 a: V-U-Naht, V-Naht hergestellt mit Metall-Aktiv-gas-Schweißen (135), U-Naht hergestellt mit UP-Schweißen (12), ge-forderte Bewertungsgruppe C, Wannenposition PA. Bild 15 b: Unter-brochene Kehlnaht mit Kehlnahtdicke a, Vormaß u, Zwischenraum e,L�nge l und Anzahl n der Einzeln�hte, hergestellt durch Lichtbogen-handschweißen (111), geforderte Bewertungsgruppe C, Horizontal-Vertikalposition PB.

Nach DIN EN ISO 10042 lassen sich Lichtbogenschweißver-bindungen aus Aluminium und Aluminiumlegierungen be-werten. F�r Elektronenstahl- und Laserschweißverbindungenaus St�hlen gilt T1, f�r strahlgeschweißte Verbindungen ausAluminium und Aluminiumlegierungen T 2 der DIN ENISO 13 919.

1.1.5 Festigkeit von Schweißverbindungen

Tragf�higkeit

Sie ist bei Schweißverbindungen abh�ngig von den Eigen-schaften des Grundwerkstoffs, der w�rmebeeinflussten �ber-gangszone und des Schweißguts, der Beanspruchungsart(Zug, Druck, Schub, statische oder schwingende Beanspru-chung), der Nahtform, Nahtanordnung und Nahtbearbeitung,dem Zusammenwirken der Betriebsspannungen mit denSchweißeigenspannungen (insbesondere bei Stabilit�tsf�llen,unter bestimmten Voraussetzungen auch bei schwingenderBeanspruchung) und der Nahtg�te. H�chste Anforderungenan die Gestaltung und die Ausf�hrung sind bei schwingenderBeanspruchung zu stellen.

Bild 12a, b. Konstruktive Ecken. a Eckstoß; b Eckenausbildung beivorverformten Teilen, z. B. Kesselb�den

Bild 13. Mehrfachstoß

Bild 14a–d. Darstellungsformen. a Stumpfstoß symbolhaft;b Stumpfstoß erl�uternd; c Doppelkehlnaht symbolhaft; d Doppel-kehlnaht erl�uternd

Bild 15a, b. Zeichnerische Darstellung. a Stumpfnaht (V-U-Naht)mit zus�tzlichen Fertigungsangaben; b unterbrochene Kehlnaht mitVormaß u und zus�tzlichen Fertigungsangaben

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http://www.springer.com/978-3-540-49714-1