Schweißnaht: Formen | Berechnung | Schweißnahtlehre | Richtig verschleifen

Schweißverbindungen weisen in der Regel eine sehr große Belastbarkeit auf, sofern die Schweißung richtig ausgeführt wird. Entscheidend für eine saubere Schweißung ist, dass Sie das richtige Schweißverfahren auswählen und die entsprechende Vor- und Nachbereitung der Schweißnaht ausführen.

Wir erläutern im Folgenden, welche Schweißnähte angewendet werden, wie eine Schweißnahtberechnung funktioniert und wie Sie die Nähte prüfen und verschleifen.

Welche Arten von Schweißnähten gibt es?

Schweißverbindungen werden grundsätzlich in zwei Formen eingeteilt: Stumpfnaht und Kehlnaht. Für beide Schweißnahtformen existieren sehr viele Unterkategorien. Einige Nahtformen können auch durch unterschiedliche Positionen der Werkstücke gleichermaßen der Stumpfnaht und Kehlnaht zugeordnet werden.

Schweißnahtarten	Details
Stumpfnaht	Bei der Stumpfnaht führen Sie die beiden Werkstücke eben zusammen. So durchzieht die Schweißnaht das Material auf ganzer Stärke. Im Regelfall ist es dazu nötig, die Werkstücke vorher V-förmig anzuschleifen.
Kehlnaht	Eine Kehlnaht hingegen wenden Sie an, wenn die Werkstücke, wie beim Stahlbau, in einem Winkel verbunden werden. Auch bei rechtwinkligen Verbindungen wird in der Regel eine Kehlnaht eingesetzt.
V-Naht	Eine V-Naht verbindet Werkstücke, die im V-förmigen Winkel zueinander stehen. Sie kommt beispielsweise vor, wenn zwei Werkstücke an den angeschliffenen Ecken verbunden werden und ist im Regelfall eine Stumpfnaht. Die Doppel-V-Naht oder DV-Naht kommt bei Werkstücken zum Einsatz, deren Flächen von beiden Seiten zu einem V angeschliffen wurden.
HV-Naht	Bei der HV-Naht hingegen wird nur ein Werkstück angeschliffen, während das andere seine Form behält. Bei der Doppel-HV-Naht geschieht dies auf beiden Seiten. Die HV- und D-HV-Naht können gleichermaßen als Kehlnaht und Stumpfnaht ausgeführt werden.
Halsnaht	Die Halsnaht verbindet die Werkstücke horizontal an der Innenseite des Winkels miteinander. Verläuft die Naht vertikal, wird sie Stegnaht genannt. Bei beiden handelt es sich um eine Kehlnaht.
Flankennaht	Mit einer Flankennaht werden zwei flach aufeinanderliegende Werkstücke verbunden. Dabei wird die längere Seite des kürzeren Werkstücks verschweißt, wodurch eine Kehlnaht entsteht.

Weitere Schweißnahtformen können auch hier gelesen werden.

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Wie funktioniert eine Schweißnahtberechnung?

Um die spätere Tragfähigkeit zu gewährleisten, müssen Sie viele Faktoren in die Berechnung der Schweißnaht einfließen lassen. Achten Sie bei Schweißkonstruktionen außerdem darauf, ob bestimmte Normen für Ihr Einsatzgebiet gelten. Beispiele sind die EN 1993 für den Stahlbau oder die DIN 15 018 für den Kranbau.

Im ersten Schritt müssen Sie die auftretenden Kräfte und Momente ermitteln, welche später auf die Schweißung einwirken. Diese sind der Ausgangspunkt für alle weiteren Berechnungen. Beachten Sie, dass auch das ausgewählte Material und nicht nur die Schweißnaht den Belastungen standhält.
Mit der Schweißnahtdicke wird die Belastbarkeit maßgeblich beeinflusst. Die Schweißnahtdicke bei Stumpfnähten ist im Normalfall gleich der Werkstückdicke. Bei Kehlnähten hingegen entspricht die Schweißnahtdicke meist der Höhe des entstehenden Dreiecks.
Die Nahtlänge wirkt sich ebenfalls stark auf die Belastbarkeit aus. Bei den meisten Schweißungen ist die Nahtlänge gleich der Länge des Werkstücks. Unterbrochene Schweißnähte können bei Kehlnähten zur Zeitersparnis zum Einsatz kommen, weisen jedoch immer eine niedrigere Belastungsgrenze auf als durchgängige Schweißungen.

Eine Formelsammlung und Berechnungsprogramme finden Sie hier.

Wie werden Schweißnähte geprüft?

Jeder erfahrene Schweißer überprüft seine Nähte augenscheinlich auf Unregelmäßigkeiten. Die Schwierigkeit bei der Überprüfung einer Schweißnaht ist jedoch, dass mit dem Auge nur die Oberfläche geprüft werden kann. Viele Schweißfehler entstehen allerdings im Inneren der Naht in Form von Schlacke- oder Gaseinschlüssen. Diese kann der Schweißer auf diese Art nicht erkennen. Sie reduzieren jedoch die Belastbarkeit der Schweißnaht enorm.

Das meistgenutzte Verfahren zur Prüfung ist das Durchstrahlungsverfahren. Hier wird meist die aus der Medizin bekannte Röntgenstrahlung genutzt, um die Schweißnaht zu durchleuchten. In einigen Fällen werden auch Isotopenquellen genutzt, die mit der radioaktiven Gamma-Strahlung arbeiten. Beide Strahlungen sind für den Menschen gefährlich und dürfen nur unter Nutzung einer Schutzausrüstung angewendet werden.
Das Prinzip der Durchstrahlungsprüfung beruht auf der unterschiedlichen Schwächung der Strahlungen. Das heißt, dass die eigentliche Schweißnaht die Strahlen anders abschwächt als eine Luft- oder Gasblase. Dieser Einschluss wird sich somit optisch auf einem Röntgenbild deutlich von der restlichen Fläche abheben.
In der Massenproduktion werden auch zerstörende Prüfverfahren eingesetzt. Hierbei wird das Werkstück so lange stärker werdend belastet, bis es zerbricht. Ist die zum Zerbrechen aufgewendete Kraft größer als die, die das Werkstück in seiner Anwendung tragen muss, gilt die Prüfung als bestanden. Der Nachteil ist natürlich, dass hierfür in Abständen Werkstücke zerstört werden müssen.

Einsatz einer Schweißnahtlehre

Die Schweißnahtlehre hilft Ihnen, die Maße der Naht zu kontrollieren und Abweichungen zu finden, welche dem bloßen Auge entgehen. Der Begriff „Lehre“ ist bei vielen Werkzeugen in diesem Bereich ein wenig irreführend, weil eine Lehre laut Definition lediglich die Aussagen „in Ordnung“ oder „nicht in Ordnung“ zulässt. Mit den meisten Schweißnahtlehren hingegen lassen sich Schweißnähte vermessen.

Für unterschiedliche Schweißnahtformen gibt es auch verschiedene Lehren:

Die einfache Schweißnahtlehre hat eine fast halbrunde Form mit einer geraden Seite und einem Absatz an einem Ende. Der Radius des halbrunden Bogens wird von einer Seite zur anderen immer größer. Diese einfache Schweißnahtlehre erlaubt die Kontrolle der Schweißnahthöhe bei den gängigen Kehl- und Stumpfnähten.
Die Fächerlehre besteht aus vielen aufgefächerten Einzellehren, die alle unterschiedliche Maße aufweisen. Sie stellt eine günstige Methode dar, mit der Sie beispielsweise die Dicke von Kehlnähten kontrollieren können. Der Winkel der Werkstücke ist hier allerdings vorgegeben.
Die Schweißnahtschiebelehre kann verschiedene Formen aufweisen und ist eher zum Messen als zum Lehren geeignet. Hier wird ein Schieber in Verbindung mit einer Skala zum Ablesen genutzt, ähnlich wie bei einem Messschieber. Die meisten Schweißnahtschiebelehren können zudem auf verschiedene Winkel der Werkstücke eingestellt werden.

Welche Fehler können beim Schweißen entstehen?

Bei einer Schweißung setzen Sie das Material einer extremen thermischen und mechanischen Belastung aus. Dabei können verschiedene Schweißfehler auftreten. Die Fehler zeigen sich entweder direkt bei der Schweißung oder erst später beim Abkühlen des Materials. Teilweise sind die Fehler auch mit dem Auge nicht zu erkennen.

Risse entstehen meist durch die mechanische Belastung beim Erhitzen und Abkühlen des Werkstücks. Je nach dem Verlauf des Risses unterscheiden Sie zwischen Längsriss, Querriss, Endkraterriss oder Hutriss.

Ein Hohlraum innerhalb der Schweißnaht ist von außen im Regelfall nicht zu sehen. Hohlräume entstehen entweder durch den Einschluss von Gas oder durch die Schrumpfung des Werkstücks beim Abkühlen. Kugelförmige Hohlräume werden Poren genannt, beim Abkühlen entstandene Hohlräume hingegen heißen Lunker.

Feste Einschlüsse bestehen meist aus Fremdkörpern wie Schlacke oder Oxidbelägen. Sie werden meist durch falsche Einstellungen des Schweißgerätes verursacht.

Ein Bindefehler bezeichnet eine Stelle, an der keine feste Verbindung besteht. Die ungenügende Durchschweißung hingegen liegt vor, wenn das Material nicht auf der vorgesehenen Stärke verschweißt wurde.

Maß- und Formabweichungen erkennen Sie daran, dass die Schweißnaht geometrische Unregelmäßigkeiten aufweist. Hier könnte es sich um Überhöhungen, unschöne Nahtübergänge oder eine durchgebrannte Stelle handeln.

Wie wird eine Schweißnaht verschliffen?

Das Verschleifen der Schweißnaht hat verschiedene Zwecke.

Einerseits wird die Naht durch das Schleifen deutlich ansehnlicher für die Verwendung in einem Sichtbereich. Außerdem bilden sich häufig Oxidbeläge auf der Oberfläche der Naht, die Sie zur weiteren Bearbeitung entfernen müssen.
Vor dem Lackieren einer Schweißnaht beispielsweise sollte diese angeschliffen werden.
Fachmänner unterscheiden zwischen dem Abtragschleifen und dem Finish.

Beim Schleifvorgang kommt meist ein gewöhnlicher Winkelschleifer zum Einsatz. Je nach Einsatzbereich können Sie mit einer Schruppscheibe oder einer Fächerscheibe arbeiten. In einigen Bereichen werden auch Bandschleifgeräte eingesetzt. Grundsätzlich gilt, dass Sie immer mit dem feineren Werkzeug beginnen sollten, um nicht zuviel Material abzutragen und erst bei Bedarf auf das grobe Schleifmittel wechseln. Außerdem sollten Sie ein Schleifmittel wählen, welches für Ihr Material geeignet ist.

Zum Verschleifen der Naht führen Sie den Winkelschleifer nun einfach in einem spitzen Winkel über die Naht. Den richtigen Anpressdruck können Sie hören und fühlen, zu viel oder zu wenig Druck hingegen beschädigt das Schleifmittel. Achten Sie außerdem darauf, dass die Feststellschraube nicht mit der Werkstückoberfläche in Kontakt kommt. Das hätte unschöne Kratzer im Werkstück zur Folge und beschädigt möglicherweise Ihre Maschine.