Din en 1011-2 [PDF]

Zitiervorschau

DIN EN 1011-2:2001-05

Im DIN-Anzeiger für technische Regeln 3/2004 wurden folgende Berichtigungen veröffentlicht:

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DIN EN 1011-2:2001-05 Schweißen – Empfehlungen zum Schweißen metallischer Werkstoffe – Teil 2: Lichtbogenschweißen von ferritischen Stählen; Deutsche Fassung EN 1011-2:2001 In dieser Norm ist der informative Anhang ZA aufgrund der BT-Resolution C 067/2003 ersatzlos zu streichen. Damit gilt die vom CMC des CEN am 2003-12-10 verteilte Änderung als anerkannt.

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DEUTSCHE NORM

Mai 2001

Schweißen

Empfehlungen zum Schweißen metallischer Werkstoffe Teil 2: Lichtbogenschweißen von ferritischen Stählen Deutsche Fassung EN 1011-2:2001 ICS 25.160.10 Welding – Recommendations for welding of metallic materials – Part 2: Arc welding of ferritic steels; German version EN 1011-2:2001

EN 1011-2 Ersatz für DIN 8528-2:1975-03

Soudage – Recommendations pour le soudage des matériaux métalliques – Partie 2: Soudage à l’arc des aciers ferritiques; Version allemande EN 1011-2:2001

Die Europäische Norm EN 1011-2:2001 hat den Status einer Deutschen Norm.

Nationales Vorwort Die Europäische Norm EN 1011-2 ist im Technischen Komitee CEN/TC 121 „Schweißen“ vom Unterkomitee SC 4 „Qualitätsmanagement für das Schweißen“ erarbeitet worden. Das zuständige deutsche Normungsgremium ist der AA 4.1 „Grundlagen der Qualitätssicherung beim Schweißen“ im Normenausschuss Schweißtechnik (NAS). Mit dieser Norm werden Empfehlungen zum Schmelzschweißen metallischer Werkstoffe zusammengefasst und in 4 Teile wie folgt gegliedert:

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– Teil 1: Allgemeine Anleitungen für das Lichtbogenschweißen – Teil 2: Lichtbogenschweißen von ferritischen Stählen – Teil 3: Lichtbogenschweißen von nicht rostenden Stählen – Teil 4: Lichtbogenschweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen Diese Empfehlungen basieren auf bewährter, schweißtechnischer Praxis im Sinne unterstützender, jedoch nicht verpflichtender Anleitung. Diese sind zusammengestellt worden, um allgemein gültige Ausführungen zum Schmelzschweißen metallischer Werkstoffe zusammenzufassen, damit für vergleichbare Angaben in den Ausführungsnormen auf diese Fachgrundnormen Bezug genommen werden kann. Die im Abschnitt 2 zitierten Europäischen Normen sind unter der gleichen Nummer als DIN-EN-Normen veröffentlicht (außer CR ISO 15608; dieser wurde veröffentlicht unter DIN V 1738).

Änderungen Gegenüber DIN 8528-2:1975-03 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) EN 1011-2:2000 vollständig übernommen; b) Inhalt in aktualisierter Form in EN 1011-2 enthalten. Frühere Ausgaben DIN 5828-2:1975-03 Fortsetzung Seite 2 und 49 Seiten EN

Normenausschuss Schweißtechnik (NAS) im DIN Deutsches Institut für Normung e.V.

 DIN Deutsches Institut für Normung e. V. · Jede Art der Vervielfältigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut für Normung e. V., Berlin, gestattet. Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin

Ref. Nr. DIN EN 1011-2:2001-05 Preisgr. 18

Vertr.-Nr. 2318

Seite 2 DIN EN 1011-2:2001-05

Nationaler Anhang NA (informativ) Literaturhinweise

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DIN V 1738, Schweißen – Richtlinien für eine Gruppeneinteilung von metallischen Werkstoffen (CR ISO 15608:2000).

ENTWURF prEN 1011-2 Januar 2001 ICS 25.160.10

Ersatz für

Deutsche Fassung Schweißen

Empfehlungen zum Schweißen metallischer Werkstoffe Teil 2: Lichtbogenschweißen von ferritischen Stählen

Welding – Recommendations for welding of metallic materials – Part 2: Arc welding of ferritic steels

Soudage – Recommandations pour le soudage des matériaux métalliques – Partie 2: Soudage à l’arc des aciers ferritiques

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Diese Europäische Norm wurde vom CEN am 6. Juli 2000 angenommen. Die CEN-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschäftsordnung zu erfüllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denen dieser Europäischen Norm ohne jede Änderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen mit ihren bibliographischen Angaben sind beim Zentralsekretariat oder bei jedem CEN-Mitglied auf Anfrage erhältlich. Diese Europäische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Französisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CEN-Mitglied in eigener Verantwortung durch Übersetzung in seine Landessprache gemacht und dem Zentralsekretariat mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CEN-Mitglieder sind die nationalen Normungsinstitute von Belgien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Luxemburg, Niederlande, Norwegen, Österreich, Portugal, Schweden, Schweiz, Spanien, der Tschechischen Republik und dem Vereinigten Königreich.

EUROPÄISCHES KOMITEE FÜR NORMUNG EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION COMITÉ EUROPÉEN DE NORMALISATION Zentralsekretariat: rue de Stassart, 36

B-1050 Brüssel

 2001 CEN – Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den nationalen Mitgliedern von CEN vorbehalten.

Ref. Nr. EN 1011-2:2001 D

Seite 2 EN 1011-2:2001

Inhalt Seite

Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1

Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2

Normative Verweisungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

3

Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

4

Symbole und Abkürzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

5

Grundwerkstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

6

Einflüsse auf die Schweißbarkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

7

Behandlung der Schweißzusätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

8 Schweißtechnische Angaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 8.1 Stumpfnähte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 8.2 Kehlnähte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 9

Loch- oder Schlitznähte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

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10 Vorbereitung der Stoßflächen 10.1 Allgemeines . . . . . . . . . . 10.2 Fugenflächen . . . . . . . . . 10.3 Nicht geschweißte Flächen .

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7 7 7 7

11

Ausrichten von Stumpfstößen vor dem Schweißen . . . . . . . . . . 7

12

Vorwärmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

13

Heftschweißungen

14

Zeitweilige Transport- und Aufbauhilfen . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

15

Wärmeeinbringen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

16

Schweißanweisung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

17

Kennzeichnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

18

Qualitätsprüfung und Prüfung

19

Ausbessern von mangelhaften Schweißungen . . . . . . . . . . . . . 9

20

Korrektur des Verzuges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

21

Wärmenachbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Anhang A (informativ) Mögliche ungünstige Ergebnisse durch Schweißen an Stählen, die nicht in den anderen Anhängen enthalten sind . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Anhang B (informativ) Leitfaden für die konstruktive Gestaltung von Schweißstößen (wenn keine Anwendungsnorm besteht) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Anhang C (informativ) Vermeiden von Wasserstoffrissen (bekannt auch als Kaltrisse) . . . . . . . . . . . . . . 12 Anhang D (informativ) Zähigkeit und Härte in der Wärmeeinflusszone . . . 34 Anhang E (informativ) Vermeiden von Erstarrungsrissen Anhang F (informativ)

. . . . . . . . . . 40

Vermeiden von Terrassenbrüchen . . . . . . . . . . 42

Anhang G (informativ) Verweisungen in den Anhängen . . . . . . . . . . . 48 Anhang ZA (informativ) Abschnitte in dieser Europäischen Norm, die grundlegende Anforderungen oder andere Vorgaben von EU-Richtlinien betreffen . . . . . . . 49

Seite 3 EN 1011-2:2001

Vorwort Diese Europäische Norm wurde vom Technischen Komitee CEN/TC 121 „Schweißen“ erarbeitet. Diese Europäische Norm wurde unter einem Mandat erarbeitet, das die Europäische Kommission und die Europäische Freihandelszone dem CEN erteilt haben, und unterstützt grundlegende Anforderungen der EU-Richtlinien. Zusammenhang mit EU-Richtlinien siehe informativen Anhang ZA, der Bestandteil dieser Norm ist. Diese Europäische Norm muss den Status einer nationalen Norm erhalten, entweder durch Veröffentlichung eines identischen Textes oder durch Anerkennung bis Juli 2001, und etwaige entgegenstehende nationale Normen müssen bis Juli 2001 zurückgezogen werden. Entsprechend der CEN/CENELEC-Geschäftsordnung sind die nationalen Normungsinstitute der folgenden Länder gehalten, diese Europäische Norm zu übernehmen: Belgien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Luxemburg, Niederlande, Norwegen, Österreich, Portugal, Schweden, Schweiz, Spanien, die Tschechische Republik und das Vereinigte Königreich.

Einleitung Diese Europäische Norm ergänzt EN 1011-1. Sie ist zusammen mit mehreren Anhängen herausgegeben worden, damit sie erweitert werden kann, um die verschiedenen Stahlsorten, die nach allen europäischen Stahlnormen für ferritische Stähle erzeugt werden, einzuschließen (siehe Abschnitt 5).

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Diese Norm vermittelt allgemeine Empfehlungen für eine zufriedenstellende Fertigung und Überwachung des Schweißens von ferritischen Stählen. Sie beschreibt Einzelheiten möglicher ungünstiger Erscheinungen, die auftreten können, und gibt Ratschläge für Verfahren, durch die sie vermieden werden können. Sie ist für alle ferritischen Stähle allgemein anwendbar und ohne weiteres für die in Betracht kommende Fertigungsart geeignet, auch wenn die Anwendungsnorm zusätzliche Anforderungen beinhalten kann.

1 Anwendungsbereich Diese Europäische Norm gibt Empfehlungen für manuelles, teilmechanisches, vollmechanisches und automatisches Lichtbogenschweißen ferritischer Stähle in allen Erzeugnisarten (siehe Abschnitt 5), ausgenommen nicht rostende ferritische Stähle.

2 Normative Verweisungen Diese Europäische Norm enthält durch datierte oder undatierte Verweisungen Festlegungen aus anderen Publikationen. Diese normativen Verweisungen sind an den jeweiligen Stellen im Text zitiert, und die Publikationen sind nachstehend aufgeführt. Bei datierten Verweisungen gehören spätere Änderungen oder Überarbeitungen nur zu dieser Europäischen Norm, falls sie durch Änderung oder Überarbeitung eingearbeitet sind. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe der in Bezug genommenen Publikation (einschließlich Änderungen). EN 288-2:1997, Anforderung und Anerkennung von Schweißverfahren für metallische Werkstoffe – Teil 2: Schweißanweisung für das Lichtbogenschweißen. EN 1011-1:1998, Schweißen – Empfehlungen zum Schweißen metallischer Werkstoffe – Teil 1: Allgemeine Anleitungen für das Lichtbogenschweißen. EN 29692, Lichtbogenhandschweißen, Schutzgasschweißen und Gasschweißen – Schweißnahtvorbereitung für Stahl (ISO 9692:1992). EN ISO 13916, Schweißen – Anleitung zur Messung der Vorwärm-, Zwischenlagen- und Haltetemperatur (ISO 13916:1996). CR ISO 15608, Richtlinien für eine Gruppeneinteilung von metallischen Werkstoffen (ISO/TR 15608:2000).

Seite 4 EN 1011-2:2001

3

Begriffe

Für die Anwendung dieser Europäischen Norm gelten die in EN 1011-1:1998 aufgeführten sowie die folgenden Begriffe.

3.1 Abkühlzeit

t8/5 die Zeit, die zur Abkühlung einer Schweißraupe und ihrer Wärmeeinflusszone für den Temperaturbereich von 800 °C bis 500 °C benötigt wird

3.2 Ausziehlänge die Länge einer Schweißraupe, die durch Abschmelzen einer umhüllten Stabelektrode erzeugt wird

3.3 Ausziehverhältnis

Rr das Verhältnis der Ausziehlänge zur Länge der abgeschmolzenen Stabelektrode

3.4

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Formfaktor

Fx beschreibt den Einfluss der Schweißnahtform auf die Abkühlzeit t8/5 . Bei zweidimensionaler Abkühlung wird er mit F2 und bei dreidimensionaler Abkühlung mit F3 bezeichnet

3.5 Dreidimensionale Wärmeableitung die während des Schweißens eingebrachte Wärme fließt parallel und senkrecht zur Blechoberfläche ab

3.6 Übergangsblechdicke

dt die Blechdicke, bei der sich die Wärmeableitung von dreidimensional in zweidimensional ändert

3.7 Zweidimensionale Wärmeableitung die während des Schweißens eingebrachte Wärme fließt parallel zur Blechoberfläche ab

3.8 Haltetemperatur

Tm die Mindesttemperatur im Schweißbereich, die auch eingehalten werden sollte, wenn die Schweißung unterbrochen wird

Seite 5 EN 1011-2:2001

4 Symbole und Abkürzungen Tabelle 1 – Symbole und Abkürzungen Symbole/Abkürzungen

Begriffe

Einheiten

CE

Kohlenstoffäquivalent (siehe C.2.1)

%

CET

Kohlenstoffäquivalent (siehe C.3.2)

%

D

Durchmesser

mm

d

Blechdicke

mm

dt

Übergangsblechdicke

mm

F2

Formfaktor für zweidimensionale Wärmeableitung

–

F3

Formfaktor für dreidimensionale Wärmeableitung

–

WEZ

Wärmeeinflusszone

–

HD

Gehalt an diffusiblem Wasserstoff

ml/100 g abgeschmolze-

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nes Schweißgut

Q

Wärmeeinbringen

kJ/mm

Rr

Ausbringen

–

t8/5

Abkühlzeit (von 800 °C auf 500 °C)

s

t

Abschmelzzeit einer Stabelektrode

s

Ti

Zwischenlagentemperatur

°C

Tm

Haltetemperatur

°C

T0

Anfangstemperatur des Blechs

°C

Tp

Vorwärmtemperatur

°C

Tt

Übergangstemperatur der Kerbschlagarbeit

°C

UCS

Einheit der Rissanfälligkeit

–

l

Wärmeleitfähigkeit

J/cm Ks

r

Dichte

kg/m3

c

Spezifische Wärmekapazität

J/kg K

5 Grundwerkstoff Diese Norm bezieht sich auf ferritische Stähle, ausgenommen sind die rostfreien ferritischen Stähle. Sie enthält die Stähle der Gruppen 1 bis 7 des CR ISO 15608. Bei der Stahlbestellung kann es von Nutzen sein, Anforderungen für die Schweißeignung festzulegen. Damit können zu der entsprechenden Stahlnorm bestimmte Anforderungen als Ergänzung notwendig sein.

6 Einflüsse auf die Schweißbarkeit Die Eigenschaften und die Qualität der Schweißungen werden besonders stark durch die Schweißbedingungen beeinflusst. Deshalb sollten die folgenden Einflüsse beachtet werden: – Gestaltung der Verbindung; – Wasserstoffinduzierte Risse;

Seite 6 EN 1011-2:2001 – Zähigkeit und Härte der Wärmeeinflusszone (WEZ); – Erstarrungsrisse; – Terrassenbrüche; – Korrosion. Verglichen mit den Eigenschaften des Grundwerkstoffes und abhängig von den Schweißbedingungen können die mechanischen und technologischen Werte, besonders die Härte und Zähigkeit in einem engbegrenzten Bereich der Wärmeeinflusszone, mehr oder weniger stark beeinflusst werden. Erfahrungen und Prüfungen weisen darauf hin, dass nicht nur die Eigenschaften der unmittelbaren Wärmeeinflusszone, sondern auch die Lastverteilung aufgrund der angrenzenden Bereiche mit geringerer Festigkeit und besserer Verformbarkeit beachtet werden sollten, wenn die Verformbarkeit und Bruchsicherheit der Schweißverbindung bewertet werden, da diese die Stahlauswahl beeinflussen können.

7

Behandlung der Schweißzusätze

Wenn ein besonderer Schutz oder andere Behandlungen während der Lagerung oder unmittelbar vor dem Gebrauch durch den Hersteller der Schweißzusätze empfohlen werden, sollten diese Behandlungen in Übereinstimmung mit den Bedingungen des Herstellers erfolgen. Zum Trocknen oder Rücktrocknen sollten die Schweißzusätze aus ihren Originalbehältern entnommen werden. Nach der Entnahme aus dem Ofen sollten die Schweißzusätze gegen Bedingungen geschützt werden, die die Aufnahme von Feuchtigkeit fördern. Bei Schweißzusätzen in Sonderverpackungen, z. B. Vakuum oder andere Arten des Feuchtigkeitsschutzes, sollte der Rat des Herstellers der Schweißzusätze für weitere Erfordernisse zum Trocknen und Rücktrocknen eingeholt werden.

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Falls kontrollierte Wasserstoffgehalte gefordert werden, wird empfohlen, dass die Schweißer Stabelektroden aus geheizten Köchern oder geschlossenen Behältern verwenden. Trockenöfen, z. B. für Schweißzusätze, müssen mit Einrichtungen zum Messen der Ofentemperatur ausgerüstet sein.

8 8.1

Schweißtechnische Angaben Stumpfnähte

Stumpfnähte zwischen Teilen unterschiedlicher Querschnitte sollten so hergestellt und anschließend bearbeitet werden, dass eine übermäßige Spannungskonzentration in der Verbindung vermieden wird. Einige Beispiele zur Nahtvorbereitung beim Einsatz des Lichtbogenhandschweißens und des Metall-Schutzgasschweißens sind in EN 29692 aufgeführt. Nicht durchgeschweißte Stumpfnähte können entsprechend den Konstruktionsfestlegungen erlaubt sein. Bei der Auswahl der Schweißnahtvorbereitung und der Schweißzusätze sollte beachtet werden, dass die vorgeschriebene Nahtdicke erreicht werden kann. Bei Dauerbeanspruchungen können nicht durchgeschweißte Stumpfnähte oder verbleibende Badsicherungen unerwünscht sein. Badsicherungen können aus einem anderen Stahl als die Konstruktion sein, wenn er geeignet ist. Wenn die Verwendung eines Teils der Konstruktion zur Badsicherung nicht geeignet ist, muss ein Werkstoff verwendet werden, durch den ungünstige Einflüsse auf die Konstruktion vermieden werden und der in den Konstruktionsfestlegungen zu vereinbaren ist. Sorgfalt ist bei der Verwendung von Kupfer zur Badsicherung geboten, da die Gefahr der Kupferaufnahme in das Schweißgut besteht. Wenn eine Badsicherung verwendet wird, muss die Verbindung so gestaltet werden, dass eine vollständige Verschmelzung der zu verbindenden Teile sichergestellt ist. Wenn es die Fertigungsfolge erlaubt, sollten die Heftschweißungen, mit denen die Badsicherung befestigt wird, so angeordnet werden, dass sie vollständig von der Schweißung aufgeschmolzen wird (siehe Abschnitt 14 der EN 1011-1:1998).

Seite 7 EN 1011-2:2001

8.2

Kehlnähte

Wenn es nicht anderweitig festgelegt ist, müssen die Kanten und Oberflächen, die durch Kehlnähte verbunden werden, einen möglichst kleinen Abstand haben, da jeder Spalt die Rissgefahr vergrößern kann. Wenn es nicht anderweitig festgelegt ist, darf der Spalt nicht größer sein als 3 mm. Zu beachten ist, dass die Kehlnahtdicke zu vergrößern ist, um einen großen Spalt auszugleichen. Wenn es nicht anderweitig festgelegt ist, sollte das Schweißen nicht nahe den Kanten unterbrochen, sondern die Kanten sollten umschweißt werden.

9 Loch- oder Schlitznähte Wegen der Rissgefahr sollten Löcher oder Schlitze nicht mit Schweißgut aufgefüllt werden, es sei denn, dass es durch Konstruktionsfestlegungen gefordert wird. Wenn gefordert wird, dass Löcher oder Schlitze mit Schweißgut aufzufüllen sind, dürfen sie erst vollgeschweißt werden, wenn die erste Raupe als zulässig befunden wurde (siehe auch B.4).

10 10.1

Vorbereitung der Stoßflächen Allgemeines

Größere Kerben und andere Fehler in der Stoßgeometrie, die auftreten könnten, müssen durch aufgetragenes Schweißgut entsprechend einem anerkannten Schweißverfahren ausgebessert werden. Anschließend müssen sie an ihrer Grenzfläche glatt und eben geschliffen werden, um eine einwandfreie Oberfläche zu erzielen. Vorher aufgebrachte Fertigungsanstriche (Shop primers) dürfen an den Stoßflächen belassen werden, wenn nachgewiesen wurde, dass die Schweißung dadurch nicht ungünstig beeinflusst wird.

10.2

Fugenflächen

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Wenn die Vorbereitung durch Scherschneiden erfolgt, sollte der Aufhärtungseffekt beachtet werden. Es müssen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um sicherzustellen, dass keine Risse an den Kanten auftreten. U-, DU- und HU-Nahtvorbereitungen werden üblicherweise maschinell hergestellt. Bei der Festlegung der Vorbereitungsverfahren und der Stoßart sollten die Anforderungen des ausgewählten Schweißprozesses beachtet werden.

10.3

Nicht geschweißte Flächen

Wenn eine geschnittene Kante keine Fugenfläche ist, darf der Versprödungseffekt, verursacht durch Scherschneiden, thermisches Schneiden oder Fugen, das Bauteil nicht ungünstig beeinflussen. Örtliche Aufhärtungen können durch geeignete Wärmebehandlungen vermindert oder durch mechanische Bearbeitung entfernt werden. Das Abarbeiten von 1 mm bis 2 mm von einer geschnittenen Fläche beseitigt normalerweise die Härtezone. Beim thermischen Schneiden können örtliche Aufhärtungen durch eine Verringerung der üblichen Schnittgeschwindigkeit oder durch Vorwärmen vor dem Schneiden verringert werden. Der Stahllieferant sollte, falls notwendig, eingeschaltet werden, um Empfehlungen zur Härteverringerung zu geben. U- und HU-Nahtvorbereitungen helfen, im Vergleich zu V- und angeschrägter Nahtvorbereitung den Verzug zu verringern, da eine geringere Menge Schweißgut erforderlich ist. Gleichermaßen sind beidseitige Vorbereitungen besser als einseitige, da das Schweißgut in wechselseitigen Raupen auf jeder Seite des Schweißstoßes eingebracht werden kann. Zur Verringerung des Verzuges sind die Genauigkeit der Vorbereitung und der Zusammenstellung der Teile als genauso wichtig wie die sorgfältige Planung und Überwachung des Schweißverfahrens anzusehen.

11

Ausrichten von Stumpfstößen vor dem Schweißen

Wenn es nicht anderweitig (z. B. in einer Schweißanweisung oder durch eine Anwendungsnorm) festgelegt ist, darf der Versatz der Stegkanten oder Stegflanken eines Stumpfstoßes nicht mehr als 25 % von der Dicke des dünneren Teils bei Werkstoffdicken bis einschließlich 12 mm oder nicht mehr als 3 mm bei Werkstoffdicken über 12 mm abweichen. Bei bestimmten Anwendungen und Schweißprozessen können engere Toleranzen notwendig sein. ANMERKUNG Für die Anwendung der Richtlinie 97/23/EWG, ist unter einer Anwendungsnorm eine entsprechende Produktnorm zu verstehen.

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12 Vorwärmen Die Temperaturmesspunkte müssen mit EN ISO 13916 übereinstimmen, außer dass bei allen Dicken der Abstand der Messpunkte von der Nahtmittellinie mindestens 75 mm betragen muss. Besonders bei Schweißungen mit geringer Wärmeeinbringung, z. B. Heftnähten, ist eine Vorwärmung notwendig.

13 Heftschweißungen Es wird empfohlen, dass die Mindestlänge von Heftschweißungen 50 mm betragen sollte, bei Werkstückdicken unter 12 mm muss die Mindestlänge jedoch die vierfache Dicke des dickeren Teils aufweisen. Bei Werkstückdicken über 50 mm oder bei Streckgrenzen über 500 N/mm2 sollte eine Vergrößerung der Länge und Dicke von Heftnähten in Betracht gezogen werden, dies kann auch eine Zweilagenschweißung beinhalten. Zu beachten ist auch der Einsatz von Schweißzusätzen mit niedrigerer Festigkeit und/oder größerer Verformungsfähigkeit beim Schweißen höher legierter Stähle.

14 Zeitweilige Transport- und Aufbauhilfen Wenn ein thermischer Schneidprozess eingesetzt wurde, um nach dem Schweißen die Transport- und Aufbauhilfen sowie die Anlauf-/Ablaufstücke zu entfernen, müssen von diesen so große Reststücke belassen werden, dass ein nachfolgendes Entfernen des wärmebeeinflussten Werkstoffs durch sorgfältiges Schleifen möglich ist.

15 Wärmeeinbringen Das Wärmeeinbringen wird aus der Schweißgeschwindigkeit berechnet (siehe Abschnitt 19 der EN 1011-1:1998). Bei der Pendelung beim Lichtbogenhandschweißen sollte die Pendelbreite auf den dreifachen Kernstabdurchmesser beschränkt werden.

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Bei Mehrdrahtschweißungen ist das Wärmeeinbringen als Summe der Ergebnisse für jeden Einzeldraht unter Verwendung der jeweiligen einzelnen Strom- und Spannungsparameter zu berechnen.

16 Schweißanweisung Die Schweißanweisung muss mit EN 288-2 übereinstimmen und muss Folgendes enthalten: a) Werkstatt- oder Baustellenschweißung; b) größte kombinierte Dicke, wenn Anhang C.2 angewendet wird; Blechdicke, wenn Anhang C.3 angewendet wird; c) Wärmeeinbringen (siehe Abschnitt 15); d) Wasserstoffwert (siehe C.2.3 und C.3.2); e) Heftschweißungen (siehe Abschnitt 13).

17 Kennzeichnung Wenn Stempeln mit Schlagzahlen durch den Vertrag gefordert wird, müssen Hinweise auf die Stellen und Größen gegeben werden. Für Eindrücke, die zum Kennzeichnen von Durchstrahlungsprüfungen angewendet werden, gelten die gleichen Bedingungen.

18 Qualitätsprüfung und Prüfung Wegen der Gefahr verzögerter Rissbildung ist allgemein ein Zeitraum von 16 h zwischen Schweißende und der endgültigen Qualitätsprüfung zu fordern. Diese Mindestzeit kann für dünne Werkstücke mit einer Streckgrenze unter 500 N/mm2 verkürzt und für Werkstücke mit Dicken über 50 mm oder für solche mit einer Streckgrenze über 500 N/mm2 verlängert werden. Der in Betracht kommende Zeitraum muss im Prüfbericht aufgeführt werden. Bei Schweißungen, die zur Verminderung des Wasserstoffgehaltes wärmebehandelt oder spannungsarm geglüht wurden, wird nach der Wärmebehandlung und vor der Durchführung der endgültigen Qualitätsüberprüfung keine zusätzliche Zeit benötigt. Wenn Wolfram-Inertgasschweißen (WIG) oder andere Wiederaufschmelzprozesse zur Nahtnachbehandlung gefordert werden, sind diese vor der endgültigen Qualitätsprüfung durchzuführen.

Seite 9 EN 1011-2:2001 Schweißungen, deren Qualität zu überprüfen und anzuerkennen ist, dürfen nicht farbbeschichtet oder anderweitig behandelt werden, bevor sie abgenommen worden sind.

19

Ausbessern von mangelhaften Schweißungen

Alle Schweißungen, die nicht mit den Konstruktionsfestlegungen übereinstimmen, müssen ausgebessert werden. ANMERKUNG Bruchmechanische oder andere Beurteilungsverfahren können verwendet werden, um festzustellen, ob eine mangelhafte Schweißung notwendigerweise auszubessern ist.

20

Korrektur des Verzuges

Die Temperatur zu erwärmender Bereiche, die durch geeignete Verfahren zu messen ist, sollte mit den Empfehlungen des Werkstofflieferanten oder den Konstruktionsfestlegungen übereinstimmen.

21

Wärmenachbehandlung

Wenn Wärmenachbehandlungen von Schweißungen gefordert werden, aber keine Anwendungsnorm vorhanden ist, müssen die Einzelheiten über die Wärmebehandlung in den Konstruktionsfestlegungen festgelegt werden, dabei sind die Einwirkungen auf die Eigenschaften des Grundwerkstoffes, der WEZ und des Schweißgutes zu beachten.

Anhang A (informativ)

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Mögliche ungünstige Ergebnisse durch Schweißen an Stählen, die nicht in den anderen Anhängen enthalten sind Mögliche ungünstige Ergebnisse verursacht durch Schweißen Risse beim Spannungsarmglühen

Ursachen

Gegenmaßnahmen

Karbid- oder Nitridausscheidungen können während des Spannungsarmglühens auftreten, wenn das Spannungsarmglühen und/oder die Stahlzusammensetzung ungünstig sind. Dies kann die Verformbarkeit des Stahls soweit herabsetzen, dass der Spannungsabbau nicht nur zu plastischen Verformungen, sondern auch zu Rissbildungen führt.

Verringerung der Spannungskonzentration durch Schleifen der Raupenübergänge. Vermindern des Grobkornanteils in der WEZ durch richtige Folge der Schweißraupen. Einsatz eines optimalen Verfahrens zur Wärmebehandlung.

Korrosion a) allgemeiner Angriff

Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung, Korngröße und Spannungshöhe zwischen dem Schweißgut und dem Grundwerkstoff können zu unterschiedlichen Korrosionsraten führen. In den meisten Fällen werden das Schweißgut und die Wärmeeinflusszone vorzugsweise angegriffen.

Vermeiden von großen Unterschieden in der chemischen Zusammensetzung von Blech und Schweißgut.

b) Spannungsrisskorrosion

Verursacht durch eine kritische Kombination von Spannung, Mikrostruktur und Umgebung.

Vermeiden von Spannungskonzentrationen. Vermindern der Schweißspannungen. Verminderung der Härte.

Seite 10 EN 1011-2:2001

Anhang B (informativ) Leitfaden für die konstruktive Gestaltung von Schweißstößen (wenn keine Anwendungsnorm besteht)

B.1

Allgemeines

Dieser Anhang kann verwendet werden, wenn kein Leitfaden in einer Anwendungsnorm vorhanden ist. Weitere Informationen werden in anderen Normen, z. B. EN 1708-1:1999 und EN 1708-2, gegeben. Ein besonderer Konstruktionsleitfaden zur Vermeidung von Terrassenbrüchen ist in Anhang F wiedergegeben.

B.2

Stumpfstöße

Stumpfstöße zwischen Teilen mit ungleichen Querschnitten, die in einer Richtung angeordnet sind, verursachen eine örtliche Spannungserhöhung, die sich zusätzlich zur Spannungskonzentration auswirkt, die durch das Profil der Schweißung bedingt ist. Wenn die Mittelebenen der beiden zu verbindenden Teile nicht deckungsgleich sind, werden örtliche Biegungen am Stoß verursacht. Wenn die Spannungen, die durch diesen Effekt erzeugt werden, nicht zulässig sind, sollten die Teile vor dem Schweißen mit einer Neigung nicht größer als 1 : 4 angeglichen werden, um die Spannungen zu vermindern. Beispiele von unbearbeiteten und angeglichenen Teilen zeigt Bild B.1, wobei a) und b) die üblicheren Arten und c) eine Sonderausführung zur leichteren Durchführung der zerstörungsfreien Prüfung darstellen.

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Eine nicht durchgeschweißte Naht, die nur einseitig geschweißt wurde, sollte keinem Biegemoment über die Längsachse der Naht unterworfen werden. Die Nahtwurzel würde unter Zug gesetzt werden. Deshalb sollte sie vermieden und nur angewendet werden, wenn sie durch die Konstruktion erlaubt ist. Unter diesen Umständen kann sie durch eine Anwendungsnorm oder einen Vertrag zugelassen werden.

1 Neigung ungefähr 1:4 a) Neigung in der Schweißung b) Neigung im dickeren Blech c) Sonderausführung zur leichteren Durchführung von zerstörungsfreien Prüfungen Bild B.1 – Stumpfnähte an ungleichen Querschnitten

Seite 11 EN 1011-2:2001

B.3 Kehlnähte Als wirksame Länge einer offen endenden Kehlnaht sollte die Gesamtlänge abzüglich einer zweimaligen Schenkellänge angenommen werden. In jedem Fall sollte die wirksame Länge nicht kleiner als 25 mm oder die vierfache Schenkellänge sein, wobei der größere Wert gilt. Bei Kehlnahtverbindungen, die einer Druckbelastung ausgesetzt sind, sollte nicht davon ausgegangen werden, dass sich die zu verbindenden Teile im Stoß berühren. Bei kritischen Anwendungen sollte der Einsatz von teilweise oder sogar ganz durchgeschweißten Nähten in Betracht gezogen werden. Ist die Schenkellänge einer Kehlnaht an der Kante eines Bleches oder Teils so festgelegt, dass der Grundwerkstoff nicht über die Schweißnaht herausragt, so ist es unzulässig, die äußere Kante oder äußere Kanten anzuschmelzen und dadurch die Kehlnahtdicke zu vermindern (siehe Bild B.2).

a) erwünscht b) nicht zulässig, wegen verminderter Nahtdicke Bild B.2 – Kehlnähte bezogen auf die Kante eines Teils

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Eine einzelne Kehlnaht sollte keinem Biegemoment über die Längsachse des Stoßes unterworfen werden, da dadurch die Nahtwurzel durch Zug beansprucht werden kann. Wenn die Fugenflanken der durch Kehlnähte zu verbindenden Teile einen Winkel von mehr als 120° oder weniger als 60° bilden, sollten sie nicht zum Übertragen der berechneten Kräfte bei voller Einsatzbeanspruchung herangezogen werden, es sei denn, dass es nach der Anwendungsnorm zulässig ist. Die Sollnahtdicke einer Flach- oder Wölbnaht kann, wenn die Fugenflanken der zu verbindenden Teile einen Winkel zwischen 60° und 120° bilden, durch Multiplikation der Schenkellänge mit dem entsprechenden Faktor, der in Tabelle B.1 aufgeführt ist, bestimmt werden. Tabelle B.1 – Faktoren zur Bestimmung der Sollnahtdicke von Flach- und Wölbnähten aufgrund des Flankenöffnungswinkels Flankenöffnungswinkel (Grad)

Faktor

060 bis 090

0,70

091 bis 100

0,65

101 bis 106

0,60

107 bis 113

0,55

114 bis 120

0,50

Beanspruchungen während der Fertigung, des Transportes und des Aufbaus sollten besonders bei solchen Kehlnähten beachtet werden, die konstruiert wurden, um geringe Kräfte im späteren Einsatz zu übernehmen.

B.4 Löcher und Schlitze Um eine ausreichende Zugänglichkeit zum Schweißen zu ermöglichen, sollten der Lochdurchmesser oder die Schlitzbreite nicht kleiner als dreimal die Werkstückdicke oder 25 mm sein, wobei der größere Wert gilt. Die Enden von Schlitzen sollten mit einem Radius nicht kleiner als 1,5-mal die Werkstückdicke oder 12 mm gerundet sein, wobei der größere Wert gilt. Der Abstand zwischen den Kanten des Teils und den Kanten der Löcher oder Schlitze sowie zwischen benachbarten Löchern und Schlitzen sollte nicht kleiner als zweimal die Werkstückdicke und nicht kleiner als 25 mm für Löcher sein (siehe auch Abschnitt 9).

Seite 12 EN 1011-2:2001

Anhang C (informativ) Vermeiden von Wasserstoffrissen (bekannt auch als Kaltrisse)

C.1

Allgemeines

Dieser Anhang gibt Empfehlungen für das Vermeiden von Wasserstoffrissen. Bei der Erstellung dieses Anhangs wurde die Tatsache berücksichtigt, dass mehrere Methoden vorgeschlagen worden sind, um die Vorwärmtemperatur zu bestimmen, damit Wasserstoffrisse in Schweißkonstruktionen aus unlegiertem Stahl, Feinkornbaustahl und niedriglegiertem Stahl vermieden werden. Beispiele befinden sich in den IIW-Dokumenten IX-1602-90 und IX-1631-91. Zwei Methoden sind in diesem Anhang als C.2 und C.3 enthalten. Methode A, enthalten in C.2, basiert auf umfassenden Erfahrungen und Daten, die hauptsächlich, aber nicht ausschließlich, für Kohlenstoff-Manganstähle gelten. Methode B, enthalten in C.3, basiert auf Erfahrungen und Daten, die hauptsächlich, aber nicht ausschließlich, für niedriglegierte hochfeste Stähle gelten. Die Unterschiede in Entstehung und Erfahrung, die bei der Entwicklung der beiden Methoden bestanden, können als Richtlinie für deren Anwendung verwendet werden. Die in C.4 beschriebene Methode sollte für warmfeste Stähle und Tieftemperaturstähle benutzt werden. Diese Empfehlungen gelten nur für die normale Fertigung unter üblichen Eigenspannungen. Bei höheren Eigenspannungen können höhere Vorwärmtemperaturen oder andere Vorsichtsmaßnahmen notwendig werden, um Wasserstoffrisse zu vermeiden. Die Abschnitte C.2 und C.3 beziehen sich auf das Schweißen von Grundwerkstoffen im Temperaturbereich oberhalb 0 °C. Bei Schweißungen, die unterhalb dieser Temperatur ausgeführt werden, können besondere Anforderungen notwendig sein.

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Anderweitige, von diesem Anhang abweichende Verfahren, z. B. niedrigere Vorwärmtemperaturen, können verwendet werden, wenn sie durch Nachweise ihrer Wirksamkeit belegt sind. Der Nachweis sollte alle Einflüsse einbeziehen, die auch für die in diesem Anhang ausgewiesenen Schweißverfahren berücksichtigt werden.

C.2 C.2.1

Methode A zum Vermeiden von Wasserstoffrissen in unlegierten Stählen, Feinkornbaustählen und niedriglegierten Stählen Grundwerkstoff

Der Abschnitt C.2 gilt für unlegierte Stähle, Feinkornbaustähle und niedriglegierte Stähle. Die Grenzen der chemischen Zusammensetzung in Gewichtsprozenten für die Hauptlegierungselemente sind: – Kohlenstoff 0,05 bis 0,25 – Silicium

max. 0,8

– Mangan

max. 1,7

– Chrom

max. 0,9

– Kupfer

max. 1,0

– Nickel

max. 2,5

– Molybdan

max. 0,75

– Vanadium

max. 0,20

Die sichere, jedoch wirtschaftliche, Bestimmung der Höhe der Vorwärmtemperatur zur Vermeidung von Wasserstoffrissen hängt entscheidend von der genauen Kenntnis der Zusammensetzung des Grundwerkstoffes und des Kohlenstoffäquivalentes, CE, sowie der Zusammensetzung des Schweißgutes ab (siehe C.2.9). Die Werte des CE für den Grundwerkstoff werden mit folgender Formel berechnet:

Mn Cr + Mo + V Ni + Cu CE = C + -------- + ------------------------------- + ------------------- in % 15 6 5 Abschnitt C.2 gilt für Stähle mit einem CE in den Grenzen von 0,30 bis 0,70.

(C.1)

Seite 13 EN 1011-2:2001 Falls von den Elementen in der Formel (C.1) nur Kohlenstoff und Mangan in den gewalzten Blechen aus Kohlenstoff- und Kohlenstoff-Mangan-Stählen ermittelt wurden, sollte 0,03 zu den berechneten Werten addiert werden, um den Zusatz von Restelementen zu erfassen. Sind Stähle mit unterschiedlichen Kohlenstoffäquivalenten oder Sorten zu verbinden, sollte der höhere Wert des Kohlenstoffäquivalentes verwendet werden. Diese Formel für das Kohlenstoffäquivalent kann für borhaltige Stähle ungeeignet sein.

C.2.2

Einflüsse für das Entstehen von Rissen

Das Auftreten von Wasserstoffrissen hängt von mehreren Einflüssen ab: Zusammensetzung des Stahls, Schweißverfahren, Schweißzusätze und vorliegende Spannungsbeanspruchungen. Wenn die mit dem Schweißen verbundene Zeit t8/5 (Abkühlzeit von 800 °C auf 500 °C) zu kurz ist, können in der Wärmeeinflusszone übermäßige Aufhärtungen auftreten. Wenn der Wasserstoffgehalt in der Schweißung oberhalb eines kritischen Wertes liegt, können unter dem Einfluss innerer Spannungen in der Aufhärtungszone spontane Risse auftreten, nachdem die Schweißung auf etwa Raumtemperatur abgekühlt ist. Risse können vermieden werden, wenn die Schweißbedingungen so ausgewählt werden, dass eine genügend langsame Abkühlung in der Wärmeeinflusszone sichergestellt ist, und zwar durch Überwachen der Dicke der Schweißraupen im Verhältnis zur Werkstoffdicke, und, falls erforderlich, durch Vorwärmen und Kontrolle der Zwischenlagentemperatur. Die Verfahren zur Vermeidung von Wasserstoffrissen sowie die Einbeziehung ausgewählter Abkühlzeiten im Bereich der Umwandlungstemperatur, um Aufhärtungen und empfindliche Mikrostrukturen zu vermeiden, können eine kontrollierte Abkühlung auf Temperaturen im unteren Bereich des typischen Temperaturzyklus von 300 °C bis 100 °C beinhalten. Dabei wird die Diffusion von Wasserstoff aus der Schweißverbindung vorteilhaft beeinflusst. Besonders kann dies durch eine Nacherwärmung nach der Fertigstellung der Schweißung, üblicherweise durch die Aufrechterhaltung der Vorwärmtemperatur erreicht werden.

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Der Wasserstoffgehalt in der Schweißung kann durch den Einsatz von wasserstoffkontrollierten Schweißprozessen und Schweißzusätzen sowie bis zu einem gewissen Grade, wie vorher beschrieben, auch durch Nacherwärmung beeinflusst werden. Eine ähnliche Bedeutung ist den Wasserstoffrissen im Schweißgut zu widmen, obgleich die Aufhärtung einen niedrigeren Wert aufweist. Der wirkliche Wasserstoffgehalt und die Beanspruchungshöhe sind wahrscheinlich höher als in der Wärmeeinflusszone. Im Allgemeinen werden durch die Schweißbedingungen, die zum Vermeiden von Wasserstoffrissen in der Wärmeeinflusszone ausgewählt wurden, auch Risse im Schweißgut vermieden. Unter gewissen Bedingungen können jedoch Wasserstoffrisse im Schweißgut zum entscheidenden Mechanismus werden, und zwar bei starker Schrumpfbehinderung, Stählen mit niedrigem CE-Wert, dicken Querschnitten oder legiertem Schweißgut. Die wirkungsvollste Maßnahme gegen Wasserstoffrisse ist die Verminderung der Wasserstoffaufnahme in das Schweißgut aus dem Schweißzusatz. Der Vorteil, den die wachsende Anzahl von Möglichkeiten bietet, bei denen keine Vorwärmtemperatur von >20 °C erforderlich ist, kann, wie die Beispiele in Tabelle C.1 zeigen, durch den zunehmenden Einsatz von Zusatzwerkstoffen mit niedrigerem Wasserstoffgehalt erreicht werden. Tabelle C.1 – Beispiele größter kombinierter Dicke (siehe C.2.4), die ohne Vorwärmung schweißbar sind Größte kombinierte Dicke Gehalt an diffusiblem Wasserstoff a

CE von 0,49

CE von 0,43

ml/100 g

Wärmeeinbringen

Wärmeeinbringen

abgeschmolzenes Schweißgut

a

1,0 kJ/mm

2,0 kJ/mm

1,0 kJ/mm

2,0 kJ/mm

mm

mm

mm

mm

> 15

25

050

040

080

10 ≤ 15

30

055

050

090

5 ≤ 10

35

065

060

100

3 ≤ 05

50

100

100

100

≤ 03

60

100

100

100

Gemessen nach ISO 3690

Seite 14 EN 1011-2:2001 Die Schweißbedingungen zur Verhinderung von Wasserstoffrissen in Kohlenstoff-Mangan-Stählen sind für die normalen Grenzen ihrer Zusammensetzung in Bild C.2 graphisch wiedergegeben. Sie sind entsprechend dieser Norm als Kohlenstoffäquivalent ausgedrückt. Diese Bedingungen sollten, wenn möglich, für alle Stoßarten befolgt werden. Die Bedingungen sind unter Berücksichtigung der Unterschiede im Verhalten von verschiedenen Stählen mit gleichem Kohlenstoffäquivalent (unter Berücksichtigung von Streuungen in der Härte) und der normalen Abweichungen zwischen Schmelzen- und Produktanalyse dargestellt worden. Sie erlauben für die Mehrzahl der schweißtechnischen Möglichkeiten, Risse sowohl in der Wärmeeinflusszone als auch im Schweißgut zu verhindern (siehe auch C.2.9).

C.2.3 C.2.3.1

Wasserstoffgehalt von Schweißzusätzen Allgemeines

Der Hersteller des Schweißteils sollte nachweisen können, dass die Schweißzusätze so angewendet wurden, wie es vom Hersteller der Schweißzusätze empfohlen wurde und dass sie bei geeigneten Temperaturen und Zeiten gelagert, getrocknet und rückgetrocknet wurden. C.2.3.2

Wasserstoffwerte

Der für jeden Lichtbogen-Schweißprozess zu verwendende Wasserstoffwert hängt hauptsächlich von der Menge des diffusiblen Wasserstoffes ab und sollte der Tabelle C.2 entsprechen. Der angewendete Wert sollte zusammen mit einer festgelegten Lieferbedingung und Behandlung vom Hersteller der Schweißzusätze in Übereinstimmung mit der entsprechenden Norm, wenn eine solche besteht, angegeben werden (oder unabhängig bestimmt werden). Tabelle C.2 – Wasserstoffwerte Menge diffusiblen Wasserstoffs

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ml/100 g abgeschmolzenes Schweißgut

C.2.3.3

Wasserstoffwert

00 > 15

A

10 ≤ 15

B

05 ≤ 10

C

03 ≤ 05

D

00 ≤ 03

E

Auswahl der Wasserstoffwerte

Nachfolgend wird ein allgemeiner Leitfaden zur Auswahl des geeigneten Wasserstoffwertes für verschiedene Schweißprozesse gegeben. Für das Lichtbogenhandschweißen mit basischumhüllten Stabelektroden können die Werte B bis D angewendet werden. Sie sind abhängig von der Einteilung der Schweißzusätze durch den Stabelektrodenhersteller. Für das Lichtbogenhandschweißen mit rutil- oder zelluloseumhüllten Elektroden sollte der Wert A angewendet werden. Für pulver- oder metallgefüllte Drahtelektroden können die Werte B bis D in Abhängigkeit von der Drahteinteilung des Herstellers angewendet werden. Die Draht-Pulver-Kombinationen beim Unterpulverschweißen können einen Wasserstoffgehalt mit den Werten B bis D haben, jedoch ist der Wert C am typischsten, weshalb eine Prüfung jeder genannten Erzeugniskombination und Bedingung notwendig ist. Die Pulver für das Unterpulverschweißen können durch den Hersteller klassifiziert werden, dies bedeutet jedoch nicht, dass für eine wirklich eingesetzte Draht-Pulver-Kombination die gleiche Einteilung gilt. Für die Massivdrähte zum Schutzgasschweißen und für die Stäbe zum WIG-Schweißen kann der Wert D angewendet werden, es sei denn, dass durch besondere Prüfungen und Nachweise der Wert E festgestellt wird. Der Wert E kann für einige Fülldrähte und für einige basischumhüllte Elektroden nach einer besonderen Prüfung ermittelt werden. Um derartig niedrige Gehalte an Wasserstoff zu erreichen, ist der Zutritt von Wasserstoff aus der Schutzgaszusammensetzung und der atmosphärischen Feuchtigkeit beim Schweißen zu beachten. Für das Plasmaschweißen sind besondere Prüfungen durchzuführen.

Seite 15 EN 1011-2:2001

C.2.4

Kombinierte Dicke

Als kombinierte Dicke sollte die Summe der mittleren Dicke des Grundwerkstoffes innerhalb eines Abstandes von 75 mm von der Schmelzlinie festgelegt werden (siehe Bild C.1). Die kombinierte Dicke wird gewählt, um den Wärmeabfall an einem Stoß für die Abkühlrate zu bestimmen. Wenn die Dicke nach einem Abstand von 75 mm von der Schmelzlinie besonders stark zunimmt, kann es notwendig sein, einen höheren Wert für die kombinierte Dicke einzusetzen. Bei gleichen Werkstückdicken ist die Vorwärmtemperatur für eine Kehlnaht höher als für einen Stumpfstoß, da die kombinierte Dicke und damit der Wärmeabfall größer ist. Maße in Millimeter

d1 = durchschnittliche Dicke über einem Abstand von 75 mm

d3 = 0

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d3 = 0

d2 (= d1)

Die kombinierte Dicke für gleichzeitig aufgebrachte direkt gegenüberliegende Doppel-Kehlnähte = ½ (d1 + d2 + d3)

d2 (= d1)

Kombinierte Dicke = d1 + d2 + d3

Kombinierte Dicke = ½ (D1 + D2)

Größter Durchmesser 40 mm

Die Grenze des Wärmeabfalls ist zu beachten (siehe C.2.10 b)). Bild C.1 – Beispiele zur Bestimmung der kombinierten Dicke

C.2.5

Vorwärmtemperatur

Die anzuwendende Vorwärmtemperatur sollte aus Bild C.2 a) bis m) durch Ablesen der Vorwärmlinie unmittelbar oberhalb oder links des Koordinatenpunktes für die Vorwärmung und für die kombinierte Dicke entnommen werden.

C.2.6

Zwischenlagentemperatur

Als Vorwärmtemperatur wird bei Mehrlagenschweißungen häufig die niedrigste empfohlene Zwischenlagentemperatur angewendet. Mehrlagenschweißungen können dann eine niedrigere zulässige Zwischenlagentemperatur

Seite 16 EN 1011-2:2001 als die Vorwärmtemperatur haben, wenn die nachfolgenden Raupen ein höheres Wärmeeinbringen als die Wurzellage aufweisen. In diesen Fällen sollte die Zwischenlagentemperatur nach Bild C.2a) bis m) für die dickere Raupe bestimmt werden. Die Empfehlungen für die höchsten Zwischenlagentemperaturen für warmfeste Stähle und Tieftemperaturstähle sind in Tabelle C.5 und Tabelle C.6 wiedergegeben.

C.2.7

Wärmeeinbringen

Die Werte des Wärmeeinbringens (in kJ/mm) für die Anwendung im Bild C.2 sollten nach EN 1011-1:1998 und Abschnitt 15 berechnet werden.

C.2.8

Wasserstoffreduzierung durch Nachwärmen

Wenn eine größere Kaltrissgefahr besteht, sollte der Wasserstoff entweder durch Einhalten der niedrigsten Zwischenlagentemperatur oder durch Erhöhen der Temperatur auf 200 °C bis 300 °C unmittelbar nach dem Schweißen freigesetzt werden. Dies sollte ausgeführt werden, bevor die Schweißzone unter die niedrigste Zwischenlagentemperatur abkühlt. Die Dauer der Nachwärmung sollte zumindest 2 h betragen und ist von der Dicke abhängig. Große Dicken erfordern sowohl Temperaturen an der oberen Grenze des festgelegten Bereiches als auch verlängerte Nachwärmzeiten. Nacherwärmung ist ebenfalls geeignet, wenn ein teilweise gefüllter Schweißquerschnitt abzukühlen ist.

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C.2.9

Bedingungen, die verschärfte Verfahren erfordern können

Die in Bild C.2 dargestellten Vorwärmbedingungen sind aus Erfahrungen ermittelt worden und sind eine zufriedenstellende Grundlage für anerkannt sicheres Schweißen in vielen schweißtechnischen Fertigungen. Die Gefahr von Wasserstoffrissen wird jedoch von mehreren Randbedingungen beeinflusst. Diese können mitunter einen ungünstigen Einfluss ausüben, der größer ist als der in Bild C.2a) bis m) berücksichtigte. Die folgenden Abschnitte geben einige Einflüsse wieder, die das Risiko von Rissen über das für die in Bild C.2 in Betracht gezogenen Werte hinaus erhöhen können. Genaue Größenbestimmungen über die Auswirkung dieser Einflüsse, um Risse zu vermeiden, und die ein verschärftes Verfahren nötig machen und den Wechsel des Schweißverfahrens erfordern, können zur Zeit nicht gemacht werden. Die folgenden Einflüsse sollten deshalb nur als Richtlinie berücksichtigt werden. Die Schweißstoßbeanspruchung ist als Zusammenhang der Auswirkungen von Teildicke, Nahtvorbereitung, Stoßgeometrie und Steifigkeit in der Fertigung anzusehen. Schweißungen, die aus Teilen mit Dicken über etwa 50 mm und Wurzellagen in beidseitig vorbereiteten Stumpfstößen hergestellt sind, können verschärfte Verfahren erfordern. Bestimmte Schweißverfahren sind möglicherweise zum Schweißen von Stählen mit einem niedrigen Kohlenstoffäquivalent nicht geeignet, um Risse im Schweißgut zu vermeiden. Dieses ist bei dicken Querschnitten (d. h. größer als etwa 50 mm) und bei höherem Wärmeeinbringen wahrscheinlicher. Der Einsatz von höherfestem legiertem Schweißgut oder Kohlenstoff-Mangan-Schweißgut mit einem Mangananteil über etwa 1,5 % kann zur Aufnahme von höheren wirksamen Spannungen führen. Während dieses ein mehr oder weniger starkes Risiko für Risse in der Wärmeeinflusszone bedeutet, ist das Schweißgut im allgemeinen härter und stärker rissempfindlich. Erfahrung und Forschung weisen darauf hin, dass durch die Verringerung des Anteils an Einschlüssen, hauptsächlich durch die Verringerung des Schwefelgehaltes (aber auch des Sauerstoffgehaltes), die Neigung zur Aufhärtung des Stahls zunehmen kann. Praktisch kann diese Wirkung eine Härtesteigerung in der Wärmeeinflusszone und möglicherweise eine geringe Zunahme des Risikos von Wasserstoffrissen in der Wärmeeinflusszone ergeben. Eine genaue Bewertung dieser Auswirkungen ist gegenwärtig nicht möglich. Auch wenn Verfahrensänderungen im Zusammenhang mit Schweißungen, die die vorgenannten Einflüsse durch Änderung des Wärmeeinbringens, der Vorwärmung oder anderer Einflussgrößen im Grundsatz ausgleichen können, so ist die Senkung des Wasserstoffeintrags in die Schweißung die wirkungsvollste Maßnahme. Dies kann entweder unmittelbar durch Verringerung der Wasserstoffaufnahme in der Schweißung (Einsatz von Schweißprozessen oder Schweißzusätzen mit niedrigerem Wasserstoffgehalt) oder durch Erhöhung der Wasserstoffabgabe aus der Schweißung durch Diffusion infolge des Einsatzes einer höheren Nachwärmtemperatur über eine gewisse Zeitdauer nach dem Schweißen erreicht werden. Die erforderliche Nachwärmzeit hängt von vielen Einflüssen ab, eine Dauer von 2 h bis 3 h wurde indessen für viele Fälle als geeignet ermittelt. Es ist empfehlens-

Seite 17 EN 1011-2:2001 wert, die erforderliche Verfahrensänderung durch eine geeignete Prüfung an einer simulierten Schweißverbindung zu ermitteln.

C.2.10

Spannungsverminderung

Spannungsverminderungen bei Schweißverfahren können unter den folgenden Bedingungen erreicht werden: a) Allgemeines Vorwärmen Wenn das ganze Bauteil oder eine Breite, die mehr als doppelt so groß ist wie im Abschnitt 12 angegeben, vorgewärmt wird, ist es im Allgemeinen möglich, die Vorwärmtemperatur in gewissen Grenzen zu vermindern. b) Eingeschränkte Abkühlung Wenn die Abkühlung in einer oder mehreren Richtungen eingeschränkt ist (z. B. wenn der kürzeste Wärmepfad kleiner als die 10fache Schenkellänge der Kehlnaht ist). Besonders im dickeren Blech (z. B. bei der Überlappnaht, wenn der Überstand nur unwesentlich größer ist, als die Schenkellänge der Kehlnaht), ist eine Verringerung der Vorwärmtemperatur möglich. c) Austenitische Schweißzusätze Wenn eine ausreichende Vorwärmung nicht durchführbar ist, um rissfreie Schweißungen sicherzustellen, kann es unter Umständen von Vorteil sein, gewisse austenitische oder hochnickellegierte Schweißzusätze zu verwenden. In derartigen Fällen kann das Vorwärmen entfallen, besonders wenn durch die Wahl der Schweißzusätze sichergestellt wird, dass das Schweißgut einen sehr niedrigen Wasserstoffgehalt hat. d) Herstellen des Schweißstoßes Eng angepasste Stöße für Kehlnähte (wenn der Stegabstand 0,5 mm oder kleiner ist) können Erleichterungen beim Schweißen rechtfertigen.

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C.2.11

Vereinfachte Bedingungen für das Lichtbogenhandschweißen

Wenn einlagige Kehlnähte mit geringen Schenkellängen in der Konstruktion vorgesehen sind, kann aus Tabelle C.3 das Wärmeeinbringen zur Bestimmung der Vorwärmtemperaturen nach Bild C.2 angenähert ermittelt werden. Diese Werte sind geeignet für die praktische Anwendung, wenn ein Hersteller aufgefordert wird, einlagige Kehlnähte mit festgelegten Maßen bezogen auf die kleinste Schenkellänge der Kehlnähte herzustellen. In der Praxis wird ein Schenkel (der Kehlnaht) länger ausfallen als das Mindestmaß, z. B. beim Schweißen einer Kehlnaht in Horizontal-Vertikalposition (PB-Position). Die Werte sind deshalb zur unmittelbaren Umrechnung für die vorgeschriebene Nahtdicke nicht geeignet. In anderen Fällen sollte das Wärmeeinbringen durch die Ermittlung der Stabelektrodenausziehlänge (siehe Tabelle C.4) oder unmittelbar aus den Schweißparametern ermittelt werden. Tabelle C.3 – Werte für das Wärmeeinbringen bei einlagigen durch Lichtbogenhandschweißen gefertigten Kehlnähten

Kürzeste Schenkellänge

R und RR < 110 %

B < 130 %

R und RR > 130 %

kJ/mm

kJ/mm

kJ/mm

4

0,8

1,0

–

5

1,1

1,4

0,6

6

1,6

1,8

0,9

8

2,2

2,7

1,3

mm

a

Wärmeeinbringen von Elektroden mit unterschiedlichen Umhüllungsarten a und Elektrodenausbringung

Umhüllungsarten nach EN 499.

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Einteilung

A

Zu verwenden für Kohlenstoffäquivalent bis

B

C

D

E

0,30 0,34 0,38 0,44 0,46

Einteilung Zu verwenden für Kohlenstoffäquivalent bis

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Bild C.2 a)

Einteilung

A

Zu verwenden für Kohlenstoffäquivalent bis

B

C

D

E

0,34 0,39 0,41 0,46 0,48

Bild C.2 b)

B

C

D

E

0,38 0,41 0,43 0,48 0,50

Bild C.2 c)

A

Einteilung

A

Zu verwenden für Kohlenstoffäquivalent bis

B

C

D

E

0,41 0,43 0,45 0,50 0,52

Bild C.2 d)

Bild C.2 – Bedingungen für das Schweißen von Stählen bezogen auf das festgestellte Kohlenstoffäquivalent

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Bild C.2 e)

Bild C.2 f)

Bild C.2 – Bedingungen für das Schweißen von Stählen bezogen auf das festgestellte Kohlenstoffäquivalent

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Bild C.2 g)

Bild C.2 h) Bild C.2 – Bedingungen für das Schweißen von Stählen bezogen auf das festgestellte Kohlenstoffäquivalent

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Bild C.2 i)

Bild C.2 j)

Bild C.2 – Bedingungen für das Schweißen von Stählen bezogen auf das festgestellte Kohlenstoffäquivalent

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Bild C.2 k)

Bild C.2 l) Bild C.2 – Bedingungen für das Schweißen von Stählen bezogen auf das festgestellte Kohlenstoffäquivalent

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Bild C.2 m)

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Bild C.2 – Bedingungen für das Schweißen von Stählen bezogen auf das festgestellte Kohlenstoffäquivalent

Tabelle C.4 – Ausziehlängen für das Lichtbogenhandschweißen Tabelle C.4.1 – Stabelektrodenausbringung etwa 95 %

410 mm Ausziehlänge einer 450 mm langen Stabelektrode mit einem

Wärmeeinbringen

kJ/mm

Stabelektrodendurchmesser von 2,5

3,2

4

5

6

6,3

mm

mm

mm

mm

mm

mm

0,8

120

195

300

470

–

–

1,0

095

155

240

375

545

600

1,2

–

130

200

315

450

500

1,4

–

110

170

270

390

430

1,6

–

095

150

235

340

375

1,8

–

085

135

210

300

335

2,0

–

–

120

190

270

300

2,2

–

–

110

170

245

270

2,5

–

–

095

150

215

240

3,0

–

–

080

125

180

200

3,5

–

–

–

110

155

170

4,0

–

–

–

095

135

150

4,5

–

–

–

084

120

135

5,0

–

–

–

–

110

120

5,5

–

–

–

–

100

110

Seite 24 EN 1011-2:2001 Tabelle C.4.2 – 95 % < Ausbringung ≤ 110 %

410 mm Ausziehlänge einer 450 mm langen Stabelektrode mit einem

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Wärmeeinbringen

Stabelektrodendurchmesser von 2,5

3,2

4

5

6

6,3

kJ/mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

0,8

130

215

335

525

–

–

1,0

105

170

270

420

600

–

1,2

085

145

225

350

500

555

1,4

–

120

190

300

430

475

1,6

–

105

165

260

375

415

1,8

–

095

150

230

335

370

2,0

–

085

135

210

300

330

2,2

–

–

120

190

275

300

2,5

–

–

105

165

240

265

3,0

–

–

090

140

200

220

3,5

–

–

–

120

170

190

4,0

–

–

–

105

150

165

4,5

–

–

–

095

135

150

5,0

–

–

–

085

120

135

5,5

–

–

–

–

110

120

Tabelle C.4.3 – 110 % < Ausbringung ≤ 130 %

410 mm Ausziehlänge einer 450 mm langen Stabelektrode mit einem

Wärmeeinbringen

Stabelektrodendurchmesser von 2,5

3,2

4

5

6

6,3

kJ/mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

0,8

150

250

385

605

–

–

1,0

120

200

310

485

–

–

1,2

100

165

260

405

580

–

1,4

085

140

220

345

500

550

1,6

–

125

195

300

435

480

1,8

–

110

170

270

385

425

2,0

–

100

155

240

350

385

2,2

–

090

140

220

315

350

2,5

–

–

125

195

280

305

3,0

–

–

105

160

230

255

3,5

–

–

090

140

200

220

4,0

–

–

–

120

175

190

4,5

–

–

–

110

155

170

5,0

–

–

–

095

140

155

5,5

–

–

–

090

125

140

Seite 25 EN 1011-2:2001 Tabelle C.4.4 – Stabelektrodenausbringung > 130 %

410 mm Ausziehlänge einer 450 mm langen Elektrode mit einem

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Wärmeeinbringen

Stabelektrodendurchmesser von 3,2

4

5

6

6,3

kJ/mm

mm

mm

mm

mm

mm

0,8

320

500

–

–

–

1,0

255

400

625

–

–

1,2

215

330

520

–

–

1,4

180

285

445

–

–

1,6

160

250

390

560

620

1,8

140

220

345

500

550

2,0

130

200

310

450

495

2,2

115

180

285

410

450

2,5

100

160

250

360

395

3,0

085

135

210

300

330

3,5

–

115

180

255

285

4,0

–

100

155

225

245

4,5

–

090

140

200

220

5,0

–

–

125

180

200

5,5

–

–

115

165

180

ANMERKUNG Die Angaben der Tabelle C.4 beziehen sich auf Stabelektroden mit einer Nennlänge von 450 mm. Für andere Stabelektrodenlängen kann die folgende Formel verwendet werden: 2

(Stabelektrodendurchmesser) × L × F Ausziehlänge (mm) = -----------------------------------------------------------------------------------------------Wärmeeinbringung Dabei ist:

L

die verbrauchte Länge der Stabelektrode (in mm) (ist normalerweise die Nennlänge minus 40 mm Einspannende)

und

F

ein Faktor in kJ/mm3, der vom Ausbringen der Stabelektrode abhängt, wie folgt: – Ausbringen etwa 95 %

F = 0,036 8

– 95 % < Ausbringen ≤ 110 % F = 0,040 8 – 110 % < Ausbringen ≤ 130 % F = 0,047 2 – Ausbringen > 130 %

C.2.12

F = 0,060 8

Beispiele zum Gebrauch von C.2

Schritt 1:

Entscheide, ob der Wert des Kohlenstoffäquivalentes entweder unter Bezug auf das Walzwerkszeugnis oder nach dem Höchstwert des Kohlenstoffäquivalentes der Stahlnorm anzuwenden ist. Für dieses Beispiel wird ein Stahl mit einem Kohlenstoffäquivalent von 0,45 angenommen.

Schritt 2:

Entscheide vorläufig über den eingesetzten Schweißprozess und die verwendeten Schweißzusätze. Lege den Wasserstoffwert A, B, C, D oder E für die Schweißzusätze nach C.2.3 und Tabelle C.2 fest. Setze voraus, dass Lichtbogenhandschweißen verwendet wird und dass der Wasserstoffgehalt mit dem Wert B nach Tabelle C.2 übereinstimmt.

Seite 26 EN 1011-2:2001 Schritt 3:

Entscheide, ob der Stoß eine Kehl- oder Stumpfnaht ist. Setze voraus, dass eine Stumpfnaht verwendet wird.

Schritt 4:

Aus Bild C.2 ist das geeignete Diagramm für den Wasserstoffwert B und einem Kohlenstoffäquivalent 0,45, d. h. nach Bild C.2 e), auszuwählen. Wenn ein Diagramm für den ausgewählten Wasserstoffwert und für das Kohlenstoffäquivalent nicht verfügbar ist, benutze das geeignete Diagramm für den nächsthöheren Wert des Kohlenstoffäquivalents.

Schritt 5:

Entscheide, welche Maße die kleinste Raupe bei der Fertigung der Stumpfnaht hat. Dies ist meistens die Wurzelraupe. Setze voraus, dass diese mit einer 4 mm Stabelektrode und einem Ausbringen von 120 % sowie einer Ausziehlänge von etwa 260 mm geschweißt wird. Nimm Bezug auf Tabelle C.4.3, diese gibt ein Wärmeeinbringen für die einzelnen Raupen zum Herstellen der Stumpfnaht von mindestens 1,2 kJ/mm an.

Schritt 6:

Entscheide über die kombinierte Dicke der Stumpfnaht unter Bezug auf C.2.4. Setze voraus, dass die berechnete kombinierte Dicke 50 mm beträgt.

Schritt 7:

Lege unter Verwendung von Bild C.2 e) den Koordinatenpunkt für 1,2 kJ/mm Wärmeeinbringen und 50 mm kombinierter Dicke fest. Entnehme die niedrigste Vorwärm- und Zwischenlagentemperatur, die für dieses Beispiel 75 °C beträgt. Abänderung zu Schritt 7: Im Fall, dass Vorwärmen nicht erwünscht ist, fahre wie folgt fort:

Schritt 8:

Prüfe erneut Bild C.2 e), um das niedrigste Wärmeeinbringen ohne Vorwärmung zu bestimmen (normalerweise: 20 °C-Linie). Für das Stumpfnahtbeispiel ist dies 1,4 kJ/mm.

Schritt 9:

Falls unter Bezug auf Tabelle C.4.3 und unter Berücksichtigung der Schweißposition dieses Wärmeeinbringen durchführbar ist, benutze weiterhin den Stabelektrodendurchmesser und die Ausziehlänge nach Tabelle C.4.3.

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Falls dies nicht durchführbar ist, fahre mit Schritt 10 fort. Schritt 10: Prüfe unter Benutzung der Bilder C.2 a) und C.2 d) die Durchführbarkeit des Einsatzes von niedrigeren Wasserstoffgehalten (durch Einsatz von Stabelektroden mit höherer Trocknungswärme, Wechsel der Schweißzusätze oder Wechsel des Schweißprozesses), um notwendiges Vorwärmen über eine zulässige Höhe des Wärmeeinbringens zu vermeiden.

C.3 C.3.1

Methode B zur Vermeidung von Wasserstoffrissen in unlegierten Stählen, Feinkornbaustählen und niedriglegierten Stählen Allgemeines

Diese Methode bezieht sich auf das Lichtbogenschweißen von Stählen der Gruppen 1 bis 4 nach CR ISO 15608. Die Empfehlungen dieses Anhanges sollten bei der entsprechenden WPS beachtet werden. Grundlage dieser Empfehlung sind umfangreiche Untersuchungen zum Kaltrissverhalten von Stählen beim Schweißen, sowohl durch spezielle Kaltrissprüfungen wie auch an Schweißverbindungen. Es wurden auch Kehlnahtschweißungen untersucht. Dabei zeigte sich, dass einlagige Kehlnähte einen geringeren Eigenspannungszustand aufweisen als Stumpfschweißverbindungen. Die für die Stumpfnähte ermittelten Vorwärmtemperaturen können somit für Kehlnähte um etwa 60 °C zu hoch ausfallen. In Abhängigkeit von den im jeweiligen Betrieb vorliegenden Erfahrungen bleibt es dem Verarbeiter überlassen, diesen Vorteil zu nutzen. Bei der Ermittlung der Vorwärmtemperaturen bei Kehl- und Stumpfnähten mit unterschiedlichen Blechdicken sollte immer das dickere Blech für die Berechnung der Vorwärmtemperatur zugrunde gelegt werden. Mehrlagige Kehlnähte weisen einen Spannungszustand ähnlich wie Stumpfnähte auf. Daher sollte dort zur Vermeidung von Kaltrissen die gleiche Vorwärmtemperatur wie für Stumpfnähte gewählt werden. Ein sehr wirksames Mittel zur Vermeidung von Kaltrissen ist das Vorwärmen der Schweißnaht auf höhere Temperaturen, um die Abkühlung des Schweißbereiches zu verzögern; begünstigt wird dadurch ein stärkeres Entweichen des Wasserstoffs nach dem Schweißen in einer kürzeren Zeitspanne als ohne Vorwärmen. Das Vorwärmen kann außerdem den Eigenspannungszustand vermindern. Bei Mehrlagenschweißungen kann ohne Vorwärmung begonnen werden, wenn durch eine geeignete Schweißfolge eine genügend hohe Zwischenlagentemperatur erreicht wird.

Seite 27 EN 1011-2:2001 Die niedrigste Temperatur vor Beginn der ersten Raupe, die im Schweißbereich nicht unterschritten werden darf, um Kaltrisse zu vermeiden, wird als Vorwärmtemperatur Tp bezeichnet. Bei Mehrlagenschweißungen wird für diese Temperatur bezogen auf die zweite und auf alle folgenden Raupen auch der Begriff Zwischenlagentemperatur Ti verwendet. Beide Temperaturen sind im Allgemeinen identisch. Vereinfachend wird deshalb nachfolgend nur der Begriff „Vorwärmtemperatur“ verwendet.

C.3.2

Einflussgrößen für das Kaltrissverhalten von Schweißungen

Das Kaltrissverhalten von geschweißten Stößen wird durch die chemische Zusammensetzung des Grundwerkstoffs und des Schweißgutes, die Blechdicke, den Wasserstoffgehalt des Schweißgutes, das Wärmeeinbringen während des Schweißens und den Spannungszustand beeinflusst. Eine Zunahme des Legierungsgehaltes, der Blechdicke und des Wasserstoffgehaltes erhöht die Kaltrissgefahr. Dagegen wird sie durch eine Erhöhung des Wärmeeinbringens vermindert. C.3.2.1

Grundwerkstoff

Der Einfluss der chemischen Zusammensetzung auf das Kaltrissverhalten lässt sich durch das Kohlenstoffäquivalent CET kennzeichnen. Diese Formel vermittelt Informationen über die Wirkung der einzelnen Legierungselemente auf die genannten Eigenschaften im Verhältnis zu der des Kohlenstoffs.

Mn + Mo Cr + Cu Ni CET = C + ----------------------- + -------------------- + -----40 10 20

in %

(C.2)

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Es gilt für die folgenden Gehalte (Gewichtsprozente): – – – – – – – – – – –

Kohlenstoff Silicium Mangan Chrom Kupfer Molybdän Niob Nickel Titan Vanadium Bor

0,05 bis 0,32 max. 0,8 0,5 bis 1,9 max. 1,5 max. 0,7 max. 0,75 max. 0,06 max. 2,5 max. 0,12 max. 0,18 max. 0,005

Zwischen dem Kohlenstoffäquivalent CET und der Vorwärmtemperatur Tp (oder Zwischenlagentemperatur Ti) besteht, wie Bild C.3 zeigt, ein linearer Zusammenhang. Es ist erkennbar, dass eine Zunahme des Kohlenstoffäquivalentes CET um etwa 0,01 % zu einer Erhöhung der Vorwärmtemperatur um etwa 7,5 °C führt.

T pCET = 750 × CET – 150

( °C )

Bild C.3 – Vorwärmtemperatur in Abhängigkeit vom Kohlenstoffäquivalent CET

(C.3)

Seite 28 EN 1011-2:2001 C.3.2.2

Blechdicke

Der Zusammenhang zwischen der Blechdicke d und der Vorwärmtemperatur Tp kann aus Bild C.4 entnommen werden. Es ist erkennbar, dass für dünnere Werkstücke eine Änderung der Blechdicke eine größere Änderung der Vorwärmtemperatur ergibt. Der Einfluss vermindert sich mit zunehmender Blechdicke und ist oberhalb 60 mm nur noch sehr gering.

d T pd = 160 × tanh  ------ – 110 35

( °C )

(C.4)

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Bild C.4 – Vorwärmtemperatur in Abhängigkeit der Blechdicke d

C.3.2.3

Wasserstoffgehalt

Den Einfluss des Wasserstoffgehaltes HD des Schweißgutes nach EN ISO 3690 auf die Vorwärmtemperatur zeigt Bild C.5. Es ist erkennbar, dass eine Zunahme des Wasserstoffgehaltes eine höhere Vorwärmtemperatur erfordert. Eine Änderung des Wasserstoffgehaltes hat auf die Vorwärmtemperatur bei niedrigem Gehalt einen größeren Einfluss als bei höherem.

T pHD = 62 × HD

0,35

– 100

( °C )

Bild C.5 – Vorwärmtemperatur in Abhängigkeit vom Wasserstoffgehalt des Schweißgutes

(C.5)

Seite 29 EN 1011-2:2001 C.3.2.4

Wärmeeinbringen

Der Einfluss des Wärmeeinbringens Q auf die Vorwärmtemperatur kann aus Bild C.6 entnommen werden. Es ist erkennbar, dass eine Zunahme des Wärmeeinbringens beim Schweißen eine Verminderung der Vorwärmtemperatur ermöglicht. Der Einfluss hängt außerdem vom Legierungsgehalt ab und ist für ein niedriges Kohlenstoffäquivalent stärker ausgeprägt als für ein hohes.

T pQ = ( 53 × CET – 32 ) × Q – 53 × CET + 32

( °C )

(C.6)

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Bild C.6 – Vorwärmtemperatur in Abhängigkeit vom Wärmeeinbringen

C.3.2.5

Eigenspannung

Der Zusammenhang zwischen der Höhe der Eigenspannungen und der Vorwärmtemperatur ist zur Zeit nur bis zu einem gewissen Grad qualitativ bekannt. Eine Zunahme der Eigenspannungen und die Dreiachsigkeit der Spannungen bewirken eine Erhöhung der Vorwärmtemperatur. Bei der Ableitung der Gleichung C.8 zur Berechnung der Vorwärmtemperatur wird vorausgesetzt, dass die im Schweißbereich vorhandenen Eigenspannungen gleich groß sind wie die Streckgrenze des Grundwerkstoffes bzw. des Schweißgutes.

C.3.3

Berechnung der Vorwärmtemperatur

Die Auswirkungen der chemischen Zusammensetzung, die durch das Kohlenstoffäquivalent CET gekennzeichnet ist, der Blechdicke d, des Wasserstoffgehalts des Schweißgutes HD und des Wärmeeinbringens Q lassen sich zur Ermittlung der Vorwärmtemperatur Tp wie folgt zusammenfassen:

T p = T pCET + T pd + T pHD + T pQ

(°C)

(C.7)

Die Berechnung der Vorwärmtemperatur kann auch nach folgender Gleichung erfolgen:

T p = 697 × CET + 160 × tanh ( d/35 ) + 62 × HD

0,35

+ ( 53 × CET – 32 ) × Q – 328

(°C)

(C.8)

Diese Beziehung gilt für Stähle mit einer Streckgrenze bis zu 1000 N/mm2 und

CET = 0,2 % bis 0,5 % = 10 mm bis 90 mm d HD

= 1 ml/100 g bis 20 ml/100 g

Q

= 0,5 kJ/mm bis 4,0 kJ/mm

Nach den Erfahrungen ist die mit Hilfe der Gleichungen C.7 bzw. C.8 berechnete Vorwärmtemperatur anzuwenden, vorausgesetzt, dass die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

Seite 30 EN 1011-2:2001 a) Das Kohlenstoffäquivalent CET des Grundstoffes übertrifft das des Schweißgutes mindestens um 0,03 %. Andernfalls ist bei der Berechnung der Vorwärmtemperatur das CET des Schweißgutes zugrunde zu legen und um 0,03 % zu erhöhen. b) Einlagige Kehl-, Heft- und Wurzelschweißungen haben eine Mindestlänge von 50 mm. Wenn die Blechdicke 25 mm überschreitet, sind die Heft- und Wurzelschweißung zweilagig unter Verwendung eines weichen verformungsfähigen Schweißgutes auszuführen. c) Bei Fülllagenschweißungen, die auch mehrlagige Kehlnähte einschließen, wird keine Zwischenabkühlung durchgeführt, solange die Schweißnahtdicke noch nicht ein Drittel der Blechdicke erreicht hat. Andernfalls ist eine Wasserstoffarmglühung (Soaking) zur Verminderung des Wasserstoffgehaltes notwendig. d) Die Schweißfolge muss so gewählt werden, dass eine starke plastische Verformung der teilweise gefüllten Schweißnähte vermieden wird.

C.3.4

Graphische Ermittlung der Vorwärmtemperatur

Der Zusammenhang zwischen der Vorwärmtemperatur Tp und der Blechdicke d kann für ausgewählte Kombinationen aus dem Kohlenstoffäquivalent CET und dem Wärmeeinbringen Q auf der Grundlage der Gleichung C.8 aus dem Bild C.7 entnommen werden. Die in den einzelnen Diagrammen wiedergegebenen Kurven gelten jeweils für unterschiedliche Wasserstoffgehalte im Schweißgut.

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Wenn die Vorwärmtemperatur für einen bestimmten Stahl oder für ein Schweißgut, gekennzeichnet durch ihr Kohlenstoffäquivalent CET, zu bestimmen ist, wird das Diagramm mit dem nächstmöglichen CET und dem Wärmeeinbringen ausgewählt. Die Vorwärmtemperatur ist aus diesem Diagramm für die Blechdicke und für den in Betracht kommenden Wasserstoffgehalt zu entnehmen. Wenn das Kohlenstoffäquivalent und das Wärmeeinbringen aus dem Diagramm nicht mit den tatsächlichen Werten übereinstimmen, muss die vorgeschlagene Vorwärmtemperatur geändert werden. Bei abweichendem CET ist die Vorwärmtemperatur um 7,5 °C je 0,01 % CET zu korrigieren. Die Korrektur in Bezug auf das Wärmeeinbringen kann aus Bild C.6 entnommen werden.

C.3.5

Verminderung des Wasserstoffgehaltes durch Nachwärmen

Wenn eine erhöhte Kaltrissgefahr besteht, z. B. beim Unterpulverschweißen von Stählen mit einer Streckgrenze über 460 N/mm2 und einer Dicke über 30 mm, empfiehlt sich zur Reduzierung des Wasserstoffgehaltes eine Wasserstoffarmglühung (Soaking), z. B. 2 h/250 °C, unmittelbar nach dem Schweißen.

C.3.6

Schweißen ohne Vorwärmen

Wenn mehrlagige Schweißungen ausgeführt werden, kann auf eine Vorwärmung durch Aufrechterhalten einer entsprechend hohen Zwischenlagentemperatur Ti bei Verwendung einer geeigneten Schweißfolge verzichtet werden. Der mögliche Verzicht auf die Vorwärmung durch Aufrechterhalten einer hohen Zwischenlagentemperatur hängt nicht nur von den Grenzen für die Fertigungsbedingungen, sondern auch von der chemischen Zusammensetzung des zu schweißenden Stahls, d. h. vom CET und der daraus resultierenden Vorwärmtemperatur ab. Es sollte auch berücksichtigt werden, dass die Bewertung der Elemente im Vergleich zum Kohlenstoff beachtliche Unterschiede zwischen den Kohlenstoffäquivalenten CE und CET aufweist. Deshalb ist es nicht ratsam, die CET-Werte in CE-Werte oder umgekehrt umzurechnen. Bild C.8 enthält Informationen über die Dicken von Blechen, bis zu denen es in Abhängigkeit vom Legierungsgehalt des Stahls und vom Wasserstoffgehalt des Schweißgutes möglich ist, durch Aufrechterhalten der Zwischenlagentemperatur von 50 °C oder 100 °C durch eine geeignete Schweißfolge ein Vorwärmen zu vermeiden. Wenn eine ausreichende Vorwärmung nicht durchführbar ist, wird empfohlen, austenitische oder Ni-BasisSchweißzusätze zu verwenden. Dadurch ist es möglich, auf die Vorwärmung wegen der vergleichsweise niedrigen Eigenspannungshöhe und der besseren Löslichkeit des Wasserstoffs im austenitischen Schweißgut zu verzichten.

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Seite 31 EN 1011-2:2001

Bild C.7 – Vorwärmtemperatur Tp in Abhängigkeit von der Blechdicke

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Bild C.8 – Grenzblechdicke für das Schweißen ohne Vorwärmen in Abhängigkeit von CET bei Mindestzwischenlagentemperaturen Ti von 50 °C und 100 °C

C.4 C.4.1

Vermeiden von Wasserstoffrissen in warmfesten Stählen und Tieftemperaturstählen Grundwerkstoffe

Die Grundwerkstoffe, die in diesem Anhang behandelt werden, sind bestimmte warmfeste Stähle und Tieftemperaturstähle der Gruppen 4, 5, 6 und 7 nach CR ISO 15608.

C.4.2

Vorwärm- und Zwischenlagentemperaturen

Die Grenzen für Vorwärm- und Zwischenlagentemperaturen, die für Bleche, Bänder, Rohre und Schmiedeteile anwendbar sind, werden in Tabelle C.5 für warmfeste Stähle und in Tabelle C.6 für Tieftemperaturstähle wiedergegeben. Änderungen können in Bezug auf besondere Anforderungen, Erfahrungen oder Anwendungen notwendig sein (z. B. Kehlnähte, teilweise gefüllte Schweißnähte, Stutzenschweißungen oder Baustellenschweißungen). Prüfungen zur Anerkennung von Schweißverfahren sollten durchgeführt werden, auch wenn keine Anforderung in den Konstruktionsfestlegungen besteht.

C.4.3

Wahl der Vorwärm- und Zwischenlagentemperatur

Die niedrigste Vorwärm- und Zwischenlagentemperatur ist abhängig von: – der chemischen Zusammensetzung des Grundwerkstoffes und des Schweißgutes; – der Dicke des Schweißteils und der Art des Schweißstoßes;

Seite 33 EN 1011-2:2001 – dem Schweißprozess und den Randbedingungen; – dem Wasserstoffgehalt im Schweißgut. Die höchsten Zwischenlagentemperaturen sollten mit denen, die in den Tabellen C.5 oder C.6 wiedergegeben sind übereinstimmen, soweit sie geeignet sind. Die Vorwärm- und Zwischenlagentemperaturen der Tabellen C.5 und C.6 gelten für Stumpfnähte. Aufgrund des stärkeren Wärmeabfalls können Kehlnähte oder teilweise gefüllte Schweißnähte eine höhere Mindesttemperatur erfordern. Baustellenschweißungen können zusätzliche Vorsichtsmaßnahmen erfordern. Um Wasserstoffrisse zu vermeiden, ist es ratsam: – die Mindesttemperaturen, die in den Tabellen C.5 oder C.6 aufgeführt sind, während des gesamten Schweißprozesses einzuhalten; – langsam abzukühlen; – Durchführen einer Wasserstoffarmglühung (Soaking), besonders, wenn teilweise gefüllte Schweißungen abzukühlen sind; – zu beachten, ob die Wärmenachbehandlung unmittelbar nach dem Schweißen durchzuführen ist (nicht im Falle des 12 %-Cr-Stahls).

Tabelle C.5 – Warmfeste Stähle – Mindest-Vorwärm- und -Zwischenlagentemperatur Mindest-Vorwärm- und -Zwischenlagentemperatur Dicke

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Stahlsorte

Wert – D Wasserstoff

Wert – C Wasserstoff

Wert – A Wasserstoff

Höchste Zwischenlagentemperatur

≤ 5 ml/100 g

5 ≤ 10 ml/100 g

> 15 ml/100 g

mm

°C

°C

°C

°C

≤ 15

020

20

100

250

> 15 ≤ 30

075

75

100

> 30

075

100

Nicht anwendbar

1 Cr 0,5 Mo

≤ 15

020

100

150

1,25 Cr 0,5 Mo

> 15

100

150

Nicht anwendbar

0,5 Cr 0,5 Mo 0,25 V

≤ 15

100

150

Nicht anwendbar

> 15

100

200

Nicht anwendbar

≤ 15

075

150

200

> 15

100

200

Nicht anwendbar

Alle

150

200

Nicht anwendbar

≤8

150

Nicht anwendbar

Nicht anwendbar

>8

200 a

Nicht anwendbar

Nicht anwendbar

0,3 Mo

2,25 Cr 1 Mo

5 Cr 0,5 Mo

300

300

350

350

7 Cr 0,5 Mo 9 Cr 1 Mo 12 Cr Mo V

350 b

300 a 450 b

a

Martensitisches Verfahren, bei dem die Vorwärmtemperatur unter der Martensitumwandlungstemperatur (Ms) liegt und die Umwandlung zu Martensit während des Schweißens erfolgt.

b

Austenitisches Verfahren, bei dem die Vorwärmtemperatur oberhalb Ms liegt und es für die Verbindung möglich sein muss, unter die Ms abzukühlen, damit eine sichere Umwandlung zu Martensit erfolgt, bevor irgendeine Wärmenachbehandlung durchgeführt wird.

Seite 34 EN 1011-2:2001 Tabelle C.6 – Tieftemperaturstähle Mindest-Vorwärm- und -Zwischenlagentemperatur Stahlsorte

Werkstoffdicke

Wert – D Wasserstoff

Wert – C Wasserstoff

Höchste Zwischenlagentemperatur

% Element

mm

°C

5 ml ≤ 10 ml/100 g °C

3,5 Ni

Über 10

100 a

150 a

5,0 Ni

Über 10

100 b

Nicht anwendbar

250

5,5 Ni

Über 10

100 b

Nicht anwendbar

250

9,0 Ni

Über 10

100 b

Nicht anwendbar

250

≤ 5 ml/100 g

°C

a

Die Werte für die vorgegebene Mindesterwärmung sind typisch für die normale Fertigung bei Verwendung von Schweißzusätzen mit artgleicher Zusammensetzung.

b

Die festgelegte Höhe der Vorwärmung bezieht sich auf solche Fälle, bei denen etwa artgleiche oder keine Schweißzusätze vorgesehen sind. Die 5%igen bis 9%igen Nickelstähle werden üblicherweise mit Nickelbasis-Schweißzusätzen geschweißt, bei denen normalerweise bei Blechdicken bis 50 mm ein Vorwärmen nicht erforderlich ist.

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Anhang D (informativ) Zähigkeit und Härte in der Wärmeeinflusszone

D.1

Allgemeines

Dieser Anhang beschreibt den Einfluss der Schweißbedingungen auf den während des Schweißens auftretenden Temperatur-Zeit-Verlauf und auf die mechanischen Eigenschaften der WEZ.

D.2

Grundsätzliches Verhalten von ferritischen Stählen

Beim Schweißen ferritischer Stähle bildet sich eine Zone, in der die ursprüngliche Mikrostruktur durch den Wärmefluss des Schweißvorganges geändert wird. Abhängig von der Mikrostruktur werden die Zähigkeit und die Härte ebenfalls geändert. Die Änderung der Mikrostruktur in der WEZ ist hauptsächlich von der chemischen Zusammensetzung des Grundwerkstoffes und vom Temperatur-Zeit-Verlauf während des Schweißens abhängig.

D.3

Einfluss der Stahlsorte

Der Zusammenhang zwischen der Mikrostruktur in der WEZ und der Zähigkeit wird im Allgemeinen wie folgt angegeben: die Zähigkeit verringert sich mit zunehmender Korngröße und mit zunehmendem Anteil an harten martensitischen sowie bainitischen mikrostrukturellen Bestandteilen. Bei C- und C-Mn-Stähle, die keine Elemente enthalten, die das austenitische Kornwachstum während des Schweißens beschränken, ist häufig eine strenge Überwachung der Abkühlzeit ausreichend, um eine hinreichende Zähigkeit in der WEZ sicherzustellen. Bei mikrolegierten C-Mn-Stählen ist die Kombination der Elemente sorgfältig auszuwählen, damit sich Ausscheidungen von Karbiden und Nitriden bilden, die bei hohen Temperaturen beständig sind, und ein mögliches austenitisches Kornwachstum beschränken sowie eine innere ferritische Keimbildung während der Austenitumwandlung fördern. Die Beeinflussung des austenitischen Kornwachstums hängt von der Art und Menge der karbid- und nitridbildenden Elemente ab. Derartige Stähle sind daher für Beeinträchtigung der Zähigkeit in der WEZ weniger anfällig.

Seite 35 EN 1011-2:2001 Niedrig legierte ferritische Stähle, z. B. vergütete, warmfeste und Tieftemperaturstähle sowie Ni-legierte Stähle werden entsprechend ihrer chemischen Zusammensetzung reagieren, ein einheitliches Verhalten kann jedoch nicht erwartet werden.

D.4

Einfluss der Schweißbedingungen auf die mechanischen Eigenschaften

Der Temperatur-Zeit-Verlauf während des Schweißens ist für die mechanischen Eigenschaften einer Schweißverbindung von entscheidender Bedeutung. Diese werden besonders durch die Werkstückdicke, die Form der Schweißnaht, das Wärmeeinbringen während des Schweißens (siehe EN 1011-1:1998) und die Vorwärmtemperatur beeinflusst. Meistens wird die Abkühlzeit t8/5 gewählt, um den Temperatur-Zeit-Verlauf für eine einzelne Schweißraupe während des Schweißens zu beschreiben. Dies ist die Zeit, in welcher der Temperaturbereich von 800 °C bis 500 °C während der Abkühlung einer Schweißraupe und ihrer Wärmeeinflusszone durchschritten wird (siehe D.5). Größere Werte für die Abkühlzeit t8/5 führen im Allgemeinen zu einer Verminderung der Kerbzähigkeit und zu einer Zunahme der Übergangstemperatur der Kerbzähigkeit in der WEZ (siehe Bild D.1). Das Ausmaß der Verschlechterung der Zähigkeit ist von der Stahlsorte sowie seiner chemischen Zusammensetzung abhängig. Die Härte in der WEZ wird durch eine Zunahme der Abkühlzeit t8/5 vermindert (siehe Bild D.2).

D.5

Konzept für die Abkühlzeit

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Wenn die Kerbschlagarbeit in der WEZ für einen bestimmten Stahl einen vorgeschriebenen Mindestwert nicht unterschreiten darf, sind die Schweißbedingungen derart auszuwählen, dass die entsprechende Abkühlzeit t8/5 nicht überschritten wird. Wenn eine vorgeschriebene Härte in der WEZ für einen bestimmten Stahl nicht überschritten werden darf, sind die Schweißbedingungen derart auszuwählen, dass die Abkühlzeit t8/5 nicht unter einen vorgegebenen Wert fällt. Für diesen Zweck sollten die Kurven für die Kerbschlagarbeit, für die Umwandlungstemperatur der Kerbzähigkeit und für die Härte in Abhängigkeit von t8/5 des in Betracht kommenden Stahls bekannt sein. Für hochfeste unlegierte und niedriglegierte ferritische Stähle liegen für die Füll- und Decklagen die geeigneten Abkühlzeiten im Allgemeinen innerhalb des Bereiches von 10 s bis 25 s. Es besteht kein Hinderungsgrund, Schweißnähte an derartigen Stählen mit anderen Abkühlzeiten t8/5 herzustellen. Voraussetzung ist, dass für jeden Einzelfall geeignete Untersuchungen auf der Grundlage von Schweißverfahrensprüfungen nach EN 288-3:1997 oder von Schweißprüfungen vor Fertigungsbeginn nach EN 288-8:1995 durchgeführt wurden und dass die Bauteilanforderungen an das Schweißteil zufriedenstellend erfüllt werden. Wenn keine Kurven für den Zusammenhang zwischen der Kerbschlagarbeit, der Übergangstemperatur für die Kerbschlagzähigkeit und der Härte in Abhängigkeit von t8/5 verfügbar sind, werden Schweißverfahrensprüfungen nach EN 288-3:1997 oder EN 288-8:1995 empfohlen.

D.6

Berechnung der Abkühlzeit

Der Zusammenhang zwischen den Schweißbedingungen und der Abkühlzeit lässt sich durch Gleichungen ermitteln, jedoch muss zwischen zwei- und dreidimensionaler Wärmeableitung unterschieden werden (siehe Bilder D.3 und D.4). Bild D.4 gibt Auskunft über den Zusammenhang zwischen der Übergangsdicke dt, das Wärmeeinbringen Q und der Vorwärmtemperatur Tp für jede Art von Schweißungen und Schweißprozessen. Dieses Diagramm zeigt, ob die Wärmeableitung zwei- oder dreidimensional für eine bestimmte Kombination aus Werkstückdicke, Wärmeeinbringen und Vorwärmtemperatur erfolgt. Wenn die Wärmeableitung dreidimensional erfolgt und die Abkühlzeit von der Werkstückdicke unabhängig ist, wird für die Berechnung die Gleichung D.1 angewendet.

 Q 1 1  t 8/5 = ---------- ×  -------------------- – -------------------- 2 pl  500 – T o 800 – T o

(D.1)

Für unlegierte und niedriglegierte Stähle wird die Gleichung D.1 (unter Verwendung des geeigneten Formfaktors, F3, nach Tabelle D.1) näherungsweise (siehe Gleichung D.2) geändert in:

 1 1  t 8/5 = ( 6 700 – 5 T o ) × Q ×  -------------------- – -------------------- × F 3  500 – T o 800 – T o

(D.2)

Seite 36 EN 1011-2:2001 Wenn die Wärmeableitung zweidimensional erfolgt, d. h. dass die Abkühlzeit von der Werkstoffdicke abhängig ist, wird zur Berechnung die Gleichung D.3 verwendet.

t 8/5

2   1 1 Q = ---------------------- ×  ---------------------------- – ---------------------------- 2  2 2 4 plrcd  ( 500 – T o ) ( 800 – T o ) 

(D.3)

Für unlegierte und niedriglegierte Stähle wird die Gleichung D.3 (unter Verwendung des geeigneten Formfaktors, F2, in Tabelle D.1) näherungsweise (siehe Gleichung D.4) geändert in: 2

t 8/5

2

Q   1  1  = ( 4 300 – 4,3 T o ) × 10 × ------ ×  -------------------- –  -------------------- 2  500 – T o  800 – T o d 5

2

× F2

(D.4)

Dabei ist: Q = A × E = A × U × I/v × 1 000 (kJ/mm)

U in Volt I in Ampere v in mm/sec A thermischer Wirkungsgrad des Schweißverfahrens UP (121)

ε = 1,0

E (111)

ε = 0,85

MAG (135)

ε = 0,85.

ANMERKUNG

Die in Klammern stehenden Ziffern sind die Prozessnummern nach EN ISO 4063.

Tabelle D.1 – Einfluss der Schweißnahtform auf die Abkühlzeit t8/5

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Formfaktor Schweißnahtform

F2

F3

zweidimensionale Wärmeableitung

dreidimensionale Wärmeableitung

1

1

0,9

0,9

0,9 bis 0,67

0,67

0,45 bis 0,67

0,67

Schweißraupe auf Blech

Zwischen Schweißraupen in Stumpfnähten

Einlagige Kehlnaht an einem Eckstoß

Einlagige Kehlnaht an einem T-Stoß

Seite 37 EN 1011-2:2001

D.7

Diagramm zur Bestimmung der Abkühlzeit t8/5

Die Abkühlzeit t8/5 für ein vorgeschriebenes Wärmeeinbringen Q oder das Wärmeeinbringen für eine vorgeschriebene Abkühlzeit kann auch auf der Grundlage der Bilder D.5 und D.6 bestimmt werden, wenn zuerst die Art der Wärmeableitung nach Bild D.4 festgestellt worden ist. Für eine dreidimensionale Wärmeableitung ist der Zusammenhang zwischen der Abkühlzeit t8/5, dem Wärmeeinbringen Q und der Vorwärmtemperatur Tp für den Fall des Aufschweißens von Raupen auf Blechen in Bild D.5 beschrieben. Dabei bildet die Gleichung D.1 die Grundlage. Falls dieses Diagramm für andere Nahtarten angewendet wird, sollte der entsprechende Formfaktor F3 beachtet werden. Falls die Abkühlzeit für eine bestimmte Kombination aus Wärmeeinbringen und Vorwärmtemperatur zu bestimmen ist, sollte das Wärmeeinbringen zuerst mit F3 multipliziert werden. Falls jedoch umgekehrt das Wärmeeinbringen aus dem Diagramm für eine vorgeschriebene Abkühlzeit und Vorwärmtemperatur entnommen wird, sollte sie durch F3 dividiert werden. Informationen über den Zusammenhang zwischen der Abkühlzeit und Q/t0 bei zweidimensionaler Wärmeableitung sind für verschiedene Werkstückdicken in Bild D.6 auf der Grundlage der Gleichung D.2 wiedergegeben. Falls diese Diagramme für andere Schweißnahtarten angewendet werden, sollten sie den entsprechenden Formfaktor F2 berücksichtigen. Falls zum Beispiel die Abkühlzeit für eine vorliegende Kombination aus Wärmeeinbringen und Vorwärmtemperatur zu bestimmen ist, sollte das Wärmeeinbringen zuerst mit F 2 multipliziert werden. Falls jedoch umgekehrt das Wärmeeinbringen dem Diagramm für eine vorgegebene Abkühlzeit und Vorwärmtemperatur entnommen wurde, sollte sie durch F 2 dividiert werden.

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Wenn bei der zweidimensionalen Wärmeableitung die in Betracht kommende Blechdicke mit den in Bild D.6 angegebenen Werten nicht übereinstimmt, ist das Diagramm anzuwenden, dessen Blechdicke dem tatsächlichen Wert am nächsten kommt. Die Abkühlzeit wird dann in Übereinstimmung mit dem Blechdickenverhältnis korrigiert. Um dieses durchzuführen, ist die dem Diagramm entnommene Abkühlzeit mit dem Quadrat der Blechdicke des Diagramms zu multiplizieren und durch das Quadrat der in Betracht kommenden Blechdicke zu dividieren.

D.8

Messen der Abkühlzeit

Um die Abkühlzeit einer Schweißung zu messen, wird im Normalfall ein Thermoelement in das noch flüssige Schweißgut eingetaucht und der Temperatur-Zeit-Verlauf aufgezeichnet. Aus der entsprechenden T/t-Kurve wird die Abkühlzeit entnommen.

Bild D.1 – Einfluss der Schweißbedingungen auf a) die Kerbschlagzähigkeit b) die Übergangstemperatur Tt in der WEZ

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Bild D.2 – Einfluss der Schweißbedingungen auf die Härte in der WEZ

1 Schweißraupe a) Dreidimensionale Wärmeableitung Verhältnismäßig dicke Bleche; die Blechdicke wirkt sich nicht auf die Abkühlzeit aus b) Zweidimensionale Wärmeableitung Verhältnismäßig dünne Bleche; die Blechdicke hat einen entscheidenden Einfluss auf die Abkühlzeit. Bild D.3 – Arten der Wärmeableitung beim Schweißen

Bild D.4 – Übergangsblechdicke von der dreidimensionalen zur zweidimensionalen Wärmeableitung in Abhängigkeit vom Wärmeeinbringen und von verschiedenen Vorwärmtemperaturen

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Bild D.5 – Abkühlzeit t8/5 für dreidimensionale Wärmeableitung in Abhängigkeit vom Wärmeeinbringen und von verschiedenen Vorwärmtemperaturen

Bild D.6 – Abkühlzeit t8/5 für zweidimensionale Wärmeableitung in Abhängigkeit vom Wärmeeinbringen und verschiedenen Vorwärmtemperaturen

Seite 40 EN 1011-2:2001

Anhang E (informativ) Vermeiden von Erstarrungsrissen Erstarrungsrisse im Schweißgut treten im Allgemeinen als Mittellinienrisse auf. Sie werden meistens in den Wurzellagen gefunden. Sie sind häufig bis zur Oberfläche offen und werden nach dem Entschlacken sichtbar. Mitunter befinden sie sich unmittelbar unterhalb der Oberfläche und können mit fehlerfreiem Werkstoff bis zu einer Dicke von 0,5 mm überdeckt sein. Die Erstarrungsrisse können tief sein und die Brauchbarkeit einer Schweißverbindung ernsthaft gefährden. Beim Schweißen von Kohlenstoff-Mangan-Stählen wird diese Rissart meistens beim Unterpulverschweißen und selten beim Lichtbogenhandschweißen gefunden; sie kann jedoch manchmal beim Schutzgasschweißen und bei selbstschützenden Schweißprozessen ein Problem darstellen. Erstarrungsrisse werden mit Verunreinigungen, vor allem durch Schwefel und Phosphor, in Verbindung gebracht und durch Kohlenstoff begünstigt, der vom Grundwerkstoff bei hohem Aufmischungsgrad aufgenommen wird; Mangan dagegen vermindert die Rissgefahr. Die Verunreinigungsanteile und die Rissanfälligkeit sind üblicherweise in den Schweißraupen mit hoher Aufmischung am größten, z. B. in den Wurzellagen von Stumpfnähten. Um die Rissgefahr zu vermindern, werden Schweißzusätze mit niedrigen Kohlenstoffgehalten und Verunreinigungsanteilen sowie relativ hohem Mangananteil bevorzugt. Eine Verringerung der Schweißgeschwindigkeit kann sinnvoll sein, um Risse zu verhindern.

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Die Anfälligkeit gegen Erstarrungsrisse im Schweißgut wird sowohl durch seine Zusammensetzung als auch durch seine Schweißraupengeometrie (Dicke-/Breiten-Verhältnis) beeinflusst. Die chemische Zusammensetzung des Schweißgutes wird durch die Zusammensetzung des Zusatzwerkstoffes und des Grundwerkstoffes sowie durch den Grad der Aufmischung bestimmt. Sowohl der Grad der Aufmischung als auch die Schweißraupengeometrie sind von der Geometrie des Schweißstoßes (Flankenwinkel, Stegflanke und Stegabstand) und von den Schweißparametern (Schweißstrom und -spannung) abhängig. Für das Unterpulverschweißen ist für Kohlenstoff- und für Kohlenstoff-Mangan-Stähle eine Gleichung entwickelt worden, mit welcher die Erstarrungsrissanfälligkeit in willkürlich gewählten Größen als Einheiten für die Rissanfälligkeit (UCS) bezeichnet und in Beziehung zur Zusammensetzung des Schweißgutes (in % (m/m)) gesetzt wird. Obwohl die Gleichung für das Unterpulverschweißen entwickelt wurde, kann ihre Anwendung bei der Abschätzung der Erstarrungsrissgefahr für andere Schweißprozesse und für andere ferritische Stähle hilfreich sein. Die Gleichung lautet wie folgt:

UCS = 230 C + 190 S + 75 P + 45 Nb – 12,3 Si – 5,4 Mn – 1 Diese Gleichung gilt für die Zusammensetzung des Schweißgutes, die in Tabelle E.1 wiedergegeben ist. Legierungselemente und Verunreinigungen im Schweißgut üben bis zu den in Tabelle E.2 aufgeführten Grenzen keinen ausgeprägten Einfluss auf die Werte des UCS aus. Werte niedriger als 10 UCS weisen auf einen hohen und über 30 auf einen niedrigen Risswiderstand hin. Innerhalb dieser ungefähren Grenzen ist die Rissgefahr bei Schweißraupen mit einem großen Dicken-/BreitenVerhältnis größer, die mit einer hohen Schweißgeschwindigkeit hergestellt wurden oder bei denen sich die Werte für die Zusammenstellung nahe dem zulässigen Höchstwert befinden. Tabelle E.1 – Gültigkeit der UCS-Formel für die Erstarrungsrisse Element

a

Gehalt in %

C

0,03 a

bis

0,23

S

0,010

bis

0,050

P

0,010

bis

0,045

Si

0,150

bis

0,65

Mn

0,450

bis

1,6

Nb

0,000

bis

0,07

Gehalte kleiner als 0,08 % sind mit 0,08 % gleichzusetzen.

Seite 41 EN 1011-2:2001 Tabelle E.2 – Grenzwerte der Legierungselemente und Verunreinigung für die Gültigkeit der UCS-Formel Element

Gehalt max. in %

Ni

1

Cr

0,5

Mo

0,4

V

0,07

Cu

0,3

Ti

0,02

Al

0,03

B

0,002

Pb

0,01

Co

0,03

Obwohl Nickel bis 1 % keinen Einfluss auf die UCS-Werte hat, kann die Anfälligkeit für Erstarrungsrisse bei höheren Gehalten an Nickel zunehmen.

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Bei Kehlnähten mit einem Dicken-/Breiten-Verhältnis von etwa 1,0 deutet ein UCS-Wert von 20 und darüber auf eine Rissgefahr hin, während bei Stumpfnähten erst Werte von etwa 25 UCS kritisch sind. Durch eine Verringerung des Dicken-/Breiten-Verhältnisses von 1,0 auf 0,8 kann bei Kehlnähten der zulässige UCS-Wert um etwa 9 erhöht werden. Jedoch fördern sehr kleine Dicken-/Breiten-Verhältnisse, wie sie erzielt werden, wenn der Einbrand die Wurzel nicht erfasst, ebenfalls die Rissbildung.

Seite 42 EN 1011-2:2001

Anhang F (informativ) Vermeiden von Terrassenbrüchen

F.1

Allgemeines

Bei bestimmten Schweißstoßarten treten Terrassenbrüche auf, wenn die Schrumpfbeanspruchungen in Dickenrichtung (quer) eines Bleches wirken. Terrassenbrüche sind Auswirkungen auf den Grundwerkstoff, die hauptsächlich in Blechwerkstoffen auftreten. Die Rissgefahr wird durch zwei Faktoren beeinflusst: Blechempfindlichkeit und Spannungen quer zum Schweißstoß. Bei starker Empfindlichkeit des Blechwerkstoffes können Brüche sogar bei niedrigen Beanspruchungen auftreten, d. h. in einer Verbindung mit geringer Beanspruchung. Widerstandsfähigere Werkstoffe brauchen nicht zu reißen, es sei denn, sie werden unter solchen Umständen eingesetzt, bei denen sehr hohe Spannungen in Dickenrichtung entstehen. Lamellenbrüche treten hauptsächlich während der Fertigung und nicht im späteren Einsatz auf. Im letzteren Fall sind wechselnde oder stoßartige Belastungen als Hauptursachen anzusehen.

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F.2

Blechempfindlichkeit

Da die Terrassenbrüche entstehen, wenn in einem Blech nichtmetallische Einschlüsse enthalten sind und diese mit dem Einfluss von Beanspruchungen durch das Schweißen zusammentreffen, ist die Empfindlichkeit des Bleches durch Ermitteln der Menge und Verteilung der Einschlüsse zu überwachen. Bislang gibt es keine zuverlässige zerstörungsfreie Prüftechnik, um derartige Einschlüsse zu erkennen. Die kurze Querzugprüfung (siehe EN 10164) kann eingesetzt werden, um die Anfälligkeit zu ermitteln. Die kurze Quereinschnürung (STRA) steht in Wechselbeziehung zum Auftreten von Terrassenbrüchen bei den verschiedenartigen Fertigungen (siehe Bild F.1). Bei Stählen mit niedrigem Sauerstoffgehalt (aluminiumbehandelte oder vakuumentgaste Sorten) wurde der Schwefelanteil als brauchbarer Hinweis für den Gehalt an Verunreinigungen und damit für den STRA ermittelt. Bild F.2 gibt die wahrscheinlich zu erwartenden tiefsten und höchsten Werte für STRA bei einem aluminiumbehandelten Stahl mit einem bekannten Schwefelanteil wieder. Die Daten gelten für Bleche von 12,5 mm bis 50 mm Dicke. Es sollte jedoch beachtet werden, dass das Verhältnis zwischen STRA (in %) und Schwefelanteil (in %) bis zu einem gewissen Grad dickenabhängig ist. Stähle, die STRA-Werte über 20 % aufweisen, sind als widerstandsfähig gegen Terrassenbrüche anzusehen. Werkstoffe mit garantierten STRA-Werten sind verfügbar (siehe EN 10164). Diese sind üblicherweise aluminiumbehandelte Stähle mit einem niedrigen Schwefelgehalt; es können jedoch auch seltene Erden oder Kalziumverbindungen zugegeben werden, um sowohl die Menge der Einschlüsse zu vermindern, als auch deren Form vorteilhaft zu ändern.

F.3

Nahtausführung, Herstellung und Beanspruchungen im Dickenbereich

Die Gefahr von Terrassenbrüchen für einen vorgegebenen Stahl nimmt mit den Beanspruchungen in Dickenrichtung zu. Diese ist üblicherweise hoch, wenn in den Verbindungen eine hohe Längsbeanspruchung besteht. Jedoch können Brüche auch bei niedrigerer Biegebeanspruchung auftreten, da der Winkelverzug die Beanspruchung in der Schweißnahtwurzel oder im Bereich der Schweißraupenübergänge (siehe Bild F.3) erhöhen kann. Mitunter können durch Konstruktionsänderungen die Beanspruchungen im Dickenbereich vermindert werden. Beispiele von Arten konstruktiver Einzelheiten und von Schweißstoßausführungen, bei denen Terrassenbrüche möglich sind, zeigt Bild F.4, dabei sind typische Rissstellen dargestellt. Wenn die Blechempfindlichkeit als hoch anzusehen ist, sollten empfindliche Schweißstöße und konstruktive Einzelheiten geändert oder vermieden werden. Die folgenden allgemeinen Festlegungen sollten beachtet werden: a) Um eine vorgegebene Kraft in der Schweißung zu übertragen, sollten die Schweißstöße so hergestellt werden, dass der Verbindungsbereich vergrößert wird (siehe Bild F.5). b) Die Schrumpfspannungen sollten verkleinert werden – durch Verminderung des Volumens des Schweißgutes; – durch Schweißen mit der kleinstmöglichen Anzahl von Schweißraupen; – durch Anwendung einer Folge von Pufferlagen (siehe Bild F.6); – durch eine ausgeglichene Lagenfolge bei symmetrischen Schweißungen.

Seite 43 EN 1011-2:2001 c) Das Schweißteil sollte so hergestellt werden, dass soviel wie möglich von der Gesamtdicke des gewalzten Bleches durch das Schweißgut erfasst wird (siehe Bilder F.7 bis F.9). d) Das Schweißteil sollte so hergestellt werden, dass die Beanspruchungen in Dickenrichtung vermindert werden.

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e) Das Schweißteil kann so hergestellt werden, dass es durch Puffern mit Werkstoffen niedrigerer Festigkeit weniger empfindlich für Terrassenbrüche ist (siehe Bild F.9).

1

Wahrscheinlich frei von Brüchen in jeder Stoßart

2

Gefahr bei stark beanspruchten Verbindungen, z. B. Knotenverbindungen

3

Gefahr bei mittel beanspruchten Verbindungen, z. B. Säulen am Kastenfuß

4

Gefahr bei wenig beanspruchten T-Verbindungen, z. B. I-Stöße Bild F.1 – Empfohlene STRA-Werte zum Abschätzen der Terrassenbruchgefahr an Verbindungen mit unterschiedlichen Beanspruchungen

Bild F.2 – STRA-Werte in Abhängigkeit vom Schwefelanteil für Bleche von 12,5 mm bis 50 mm Dicke (einschließlich)

Seite 44 EN 1011-2:2001

1

Längsbeanspruchung

2

Biegebeanspruchung

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Bild F.3 – Beispiel von Beanspruchungen am T-Stoß mit Kehlnähten

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Seite 45 EN 1011-2:2001

1 Düse, hergestellt aus gewalztem Blech 2 steifes Blech 3 kritische Verbindung a) b) c) d) e) f)

4 Umfangsaussteifung 5 zylindrischer Körper 6 steifes Ende

Düse durch ein steifes Blech Aussteifung oder steifes Ende bei einer Zylinderfertigung Steifes Kastenteil T-Stoß mit Kehlnähten T-Stoß mit kombinierten Stumpf- und Kehlnähten Eckstoß mit Stumpfnaht Bild F.4 – Einzelangaben und Nahtausführungen, bei denen Terrassenbrüche möglich sind, wenn große Bauteile mit hoher Beanspruchung hergestellt werden

Seite 46 EN 1011-2:2001

Bild F.5 – Verminderung der Anfälligkeit für Terrassenbrüche durch Vergrößerung der Bindefläche

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Bild F.6 – Verminderung der Anfälligkeit für Terrassenbrüche durch Änderung der Schweißfolge

a)

Anfällig

b)

Nicht anfällig

Bild F.7 – Verminderung der Anfälligkeit für Terrassenbrüche durch Schweißen der vollen Dicke des gewalzten Bleches

Seite 47 EN 1011-2:2001 a)Anfällig

a) Anfällig b) Gering anfällig c) Nicht anfällig Bild F.8 – Verminderung der Anfälligkeit für Terrassenbrüche

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b)Nicht anfällig

1 Einlagen-Puffer 2 Zweilagen-Puffer a) Anfällig b) Gering anfällig Bild F.9 – Verringerung der Anfälligkeit für Terrassenbrüche vorzugsweise durch Puffern mit Schweißgut geringer Festigkeit und hoher Verformbarkeit

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Anhang G (informativ) Verweisungen in den Anhängen EN 288-3:1997, Anforderung und Anerkennung von Schweißverfahren für metallische Werkstoffe – Teil 3: Schweißverfahrensprüfungen für das Lichtbogenschweißen von Stählen. EN 288-8:1995, Anforderung und Anerkennung von Schweißverfahren für metallische Werkstoffe – Teil 8: Anerkennung durch eine Schweißprüfung vor Fertigungsbeginn. EN 499, Schweißzusätze – Umhüllte Stabelektroden zum Lichtbogenhandschweißen von unlegierten Stählen und Feinkornstählen – Einteilung. EN 1011-1:1998, Schweißen – Empfehlungen zum Schweißen metallischer Werkstoffe – Teil 1: Allgemeine Anleitungen für das Lichtbogenschweißen. EN 1708-1:1999, Schweißen – Verbindungselemente beim Schweißen von Stahl – Teil 1: Druckbeanspruchte Bauteile. EN 1708-2, Schweißen – Verbindungselemente beim Schweißen von Stahl – Teil 2: Nicht innendruckbeanspruchte Bauteile. EN 10164, Stahlerzeugnisse mit verbesserten Verformungseigenschaften senkrecht zur Erzeugnisoberfläche – Technische Lieferbedingungen. EN ISO 3690, Schweißen und verwandte Prozesse – Bestimmung des diffusiblen Wasserstoffgehaltes im ferritischen Schweißgut (ISO 3690:2000). EN ISO 4063, Schweißen und verwandte Prozesse – Liste der Prozesse und Ordnungsnummern (ISO 4063:1998).

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CR ISO 15608, Schweißen – Richtlinien für eine Gruppeneinteilung von metallischen Werkstoffen (ISO/TR 15608:2000).

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Anhang ZA (informativ) Abschnitte in dieser Europäischen Norm, die grundlegende Anforderungen oder andere Vorgaben von EU-Richtlinien betreffen Diese Europäische Norm wurde im Rahmen eines Mandates, das dem CEN von der Europäischen Kommission und der Europäischen Freihandelszone erteilt wurde, erarbeitet und unterstützt grundlegende Anforderungen der Richtlinie 97/23/EWG des Europäischen Parlaments und dem Rat vom 29. Mai 1997 zur Annäherung der Gesetze der Mitgliedstaaten bezüglich Druckgeräte. WARNHINWEIS Für Produkte, die in den Anwendungsbereich dieser Norm fallen, können weitere Anforderungen und weitere EU-Richtlinien anwendbar sein.

Die folgenden Abschnitte dieser Norm, wie in Tabelle ZA.1 angegeben, sind geeignet, Anforderungen der Richtlinie 97/23/EWG zu unterstützen. Die Übereinstimmung mit den Abschnitten dieser Norm ist eine Möglichkeit, die relevanten grundlegenden Anforderungen der betreffenden Richtlinie und der zugehörigen EFTA-Vorschriften zu erfüllen.

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Tabelle ZA.1 – Übereinstimmung zwischen dieser Europäischen Norm und der Richtlinie 97/23/EWG Abschnitte/Unterabschnitte dieser Europäischen Norm

Relevante grundlegende Anforderungen der Richtlinie 97/23/EWG

05

4.1(e)

Grundwerkstoff

07

4

Schweißzusätze

08

2.2.1

Schweißtechnische Angaben

09

2.2.1

Loch- und Schlitznähte

10

3.1.1

Vorbereitung der Stoßflächen

11

3.1.1

Ausrichten von Stumpfstößen vor dem Schweißen

12

3.1.4

Vorwärmen

15

3.1.4

Wärmeeinbringen

21

3.1.4

Wärmenachbehandlung

Anhang A

3.1.2

Ungünstige Erscheinungen

Anhang B

3.1.2

Leitfaden für die konstruktive Gestaltung von Schweißstößen

Anhang C

3.1.2

Kaltrisse

Anhang D

3.1.4

Zähigkeit und Härte in der Wärmeeinflusszone

Anhang E

3.1.2

Erstarrungsrisse

Anhang F

3.1.2

Terrassenbrüche

Bemerkungen/Anmerkungen

Literaturhinweise Vergleich der Methoden zur Festlegung der Schweißverfahren, um Wasserstoffrisse in der Fertigung zu vermeiden. Verfasser: Hart P.H.M, Pargetter R.J., Wright M.D., IIW Doc. IX-1602-90 Ermittlung angemessener Mindestvorwärmtemperaturen. Verfasser: Uwer D., Höhne H., IIW Doc. IX-1631-91