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Schweißbarkeit der Stähle S355, S275 und S235 – Ingenieurrichtlinien für WOST-Profile
Baustahl mit erhöhter Festigkeit erfordert einen sorgfältig geplanten Fügeprozess. Vor allem hängt die Schweißbarkeit von S355-Stahl sowie der Güten S235JR und S275JR vom Kohlenstoffäquivalent CEV ab. Daher werden diese Güten bei warmgewalzten Profilen mit einer Wanddicke bis zu 20 mm ohne Vorwärmen geschweißt. Zudem schützt die richtige Wahl der Streckenenergie des Lichtbogens die Wärmeeinflusszone (WEZ) vor der Bildung spröder Martensitstrukturen.
1. Schweißbarkeit von S355-Stahl und Kohlenstoffäquivalent (CEV)
Die Bewertung der Schweißbarkeit von Stahlprofilen basiert auf der Analyse ihrer chemischen Zusammensetzung. Aus diesem Grund ist das Kohlenstoffäquivalent CEV (Carbon Equivalent Value), berechnet nach der Formel des Internationalen Instituts für Schweißtechnik (IIW), der zentrale Parameter:
CEV = C + (Mn / 6) + (Cr + Mo + V) / 5 + (Ni + Cu) / 15
Aus diesem Grund legt die Norm EN 10025-2, die im Register des Polnischen Komitees für Normung (PKN) enthalten ist, die Grenzwerte für das CEV präzise fest. Für warmgewalzte Profile aus dem Produktangebot von WOST S.A., wie gleichschenklige Winkelstähle oder UPN-U-Profilstähle, gelten folgende zulässige Schwellenwerte:
- S235JR: CEV ≤ 0,35 % (für Wanddicke t ≤ 20 mm)
- S275JR: CEV ≤ 0,40 % (für Wanddicke t ≤ 20 mm)
- S355J2: CEV ≤ 0,45 % (für Wanddicke t ≤ 20 mm)
Infolgedessen verhindert das Halten des CEV-Wertes unter 0,45 % die Bildung von hartem Martensit. Darüber hinaus schützt der Einsatz von sauberen und trockenen Schweißzusätzen die Schweißnaht wirksam vor Wasserstoffdiffusion und Kaltrissbildung.
2. Kontrolle der Streckenenergie und Schweißbarkeit von S355-Stahl
Beim Lichtbogenschweißen von Profilen führt die eingebrachte Wärme zu Gefügeveränderungen im Stahl. Aus diesem Grund wird die Wärmeeinflusszone (WEZ) in drei Hauptbereiche unterteilt:
- Grobkornzone: Erwärmt sich über 1100 °C, was zu einem Austenitkornwachstum führt. Infolgedessen begünstigt die schnelle Abkühlung in diesem Bereich die Aufhärtung.
- Feinkornzone: Erwärmt sich im Bereich von 900–1000 °C. Dadurch zeichnet sie sich durch eine sehr hohe Kerbschlagzähigkeit aus.
- Teilumwandlungszone (Teilrekristallisationszone).
Deshalb erfordert die Schweißbarkeit von S355-Stahl zur Aufrechterhaltung hoher mechanischer Kennwerte der Verbindung eine ständige Kontrolle der Abkühlzeit t8/5. Dieser Wert wird über die Streckenenergie des Lichtbogens E geregelt:
E = (k × U × I) / (v × 1000) [kJ/mm]
In der obigen Formel steht U für die Lichtbogenspannung in Volt [V], I für die Stromstärke in Ampere [A], v für die Schweißgeschwindigkeit in [mm/s] und k für den thermischen Wirkungsgrad der Methode (für MAG 135 beträgt k = 0,8). Im Ergebnis liegt die empfohlene Streckenenergie für S355J2-Profile zwischen 1,0 und 2,5 kJ/mm.
3. Wahl von Zusatzwerkstoffen und Schutzgasen: Schweißbarkeit von S355-Stahl bei den Verfahren MAG und E-Hand
Ein Ingenieur, der eine Schweißanweisung (WPS) erstellt, muss die Zusatzwerkstoffe korrekt auswählen. In erster Linie muss der Schweißzusatz den Eigenschaften des Grundwerkstoffs entsprechen. Dies gilt für Produkte wie warmgewalzte T-Profile sowie Sonderprofile.
Zusatzwerkstoffe und Schutzgase:
- Für die Stähle S235 und S275: Es wird Massivdraht G3Si1 (nach EN ISO 14341-A) verwendet.
- Für S355J2-Stahl: Empfohlen wird Massivdraht G4Si1 oder G3Si1 mit höherer metallurgischer Reinheit.
- Zusätzlich bewähren sich beim MAG-Schweißen Mischgase der Klasse M21 (Ar + 15–25 % CO₂). Infolgedessen brennt der Lichtbogen stabil und die Spritzerbildung ist minimal.
4. Kantenvorbereitung und Schweißbarkeit von S355-Profilen
Die Art der Kantenanfasung hängt hauptsächlich von der Wanddicke des Profils t ab:
- Für t ≤ 4 mm: Die Schweißnähte werden ohne Anfasung (I-Naht) mit einem Wurzelspalt von 1,0–1,5 mm ausgeführt.
- Für t > 4 mm hingegen: Die Kanten werden als V-Naht mit einem Öffnungswinkel von α = 60° und einem Steg b = 1–2 mm vorbereitet.
Vor allem lohnt es sich, das genaue Gewicht der Bauteile vor der Montage über den WOST-Stahlgewichtsrechner zu berechnen. Gleichzeitig enthält der offizielle Produktkatalog eine Übersicht über Abmessungen und Toleranzen.
Vorwärmen:
Darüber hinaus benötigen Profile bis zu einer Dicke von 20 mm kein Vorwärmen, sofern die Umgebungstemperatur über +5 °C liegt. Bei niedrigeren Temperaturen muss der Nahtbereich jedoch auf 100–150 °C vorgewärmt werden.
5. Fazit: Schweißbarkeit von S355-Stahl in der WOST-Praxis
Zusammenfassend liegt die Schweißbarkeit von S355-Stahl sowie der Güten S235JR und S275JR bei den Produkten von WOST S.A. auf einem sehr hohen Niveau. Dadurch garantiert die Einhaltung der Ingenieurrichtlinien Schweißnähte, die den Anforderungen der Ausführungsklassen EXC1–EXC3 nach den Normen EN 10025-2, EN 1090-2 und EN ISO 15614-1 entsprechen.