Schweiß-Rechner

Berechne SMAW/GMAW/GTAW/SAW-Streckenenergie (Q = η·60·V·I/v) und AISC/AWS D1.1 Kehlnaht-Schubspannung mit erforderlicher Schenkellänge.

Einführung

Der Schweiß-Rechner vereint zwei wesentliche Schweißberechnungen: die Streckenenergie Q (kJ/mm) für Schmelzschweißprozesse und den Festigkeitsnachweis von Kehlnähten nach AISC J2 / AWS D1.1. In der deutschen Schweißtechnik — geregelt durch DIN EN ISO 15614 (Schweißverfahrensprüfung), DVS 0912 und die AD-Merkblätter für Druckbehälter — ist die kontrollierte Streckenenergie eine Schlüsselgröße für die metallurgische Qualität der Schweißnaht. Zu hohe Streckenenergie führt zu Kornvergröberung in der Wärmeeinflusszone (WEZ) und verringerter Kerbschlagarbeit; zu niedrige Streckenenergie erhöht das Risiko von Kaltrissen (Wasserstoffinduzierte Rissbildung nach DIN EN ISO 17641). Die Streckenenergie berechnet sich nach Q = η × 60 × U × I / v, wobei η der thermische Wirkungsgrad des Verfahrens ist: MAG-Schweißen (GMAW) η ≈ 0,85; Lichtbogenhandschweißen (SMAW) η ≈ 0,80; WIG-Schweißen (GTAW) η ≈ 0,65; Unterpulverschweißen (SAW) η ≈ 1,00. Der europäische Verfahrensprüfstandard DIN EN ISO 15614-1 schreibt vor, dass die Streckenenergie in der Produktion das im Qualifizierungsnachweis (PQR) dokumentierte Niveau um maximal 25 % überschreiten darf. Für Kehlnähte nach DIN EN ISO 9692-1 gilt t = a/√2 als wirksame Nahtdicke (a = Nahtdicke = kleinster Schenkelabstand). Die zulässige Schubspannung beträgt nach AWS D1.1 für E70-Elektroden 144 MPa; nach DIN EN 1993-1-8 (Eurocode 3) ist sie abhängig von der Stahlsorte und dem Widerstandsbeiwert γ_M2 = 1,25.

Funktionsweise

Für die Streckenenergie werden Schweißspannung U (V), Schweißstrom I (A) und Vorschubgeschwindigkeit v (mm/min) eingegeben. Der Verfahrenswirkungsgrad η wird automatisch je nach gewähltem Prozess (GMAW, FCAW, SMAW, GTAW, SAW) gesetzt. Die Formel Q = η × 60 × U × I / v liefert die Streckenenergie in kJ/mm. Für den Kehlnaht-Festigkeitsnachweis werden Schenkellänge a (mm), Nahtlänge L (mm) und angreifende Kraft F (N) eingegeben. Der Rechner berechnet die wirksame Nahtdicke t = a/√2, die Nahtfläche A = t × L und die Schubspannung τ = F / A. Ein Vergleich mit der zulässigen Spannung (Standard: 144 MPa für E70) zeigt, ob die Naht ausreichend dimensioniert ist oder eine größere Schenkellänge erforderlich wird: a_req = F / (0,707 × L × τ_zul).

Anwendungsszenarien

  • MAG-Schweißen (GMAW) einer S355-Konstruktion: U = 24 V, I = 200 A, v = 300 mm/min, η = 0,85. Q = 0,85 × 60 × 24 × 200 / 300 = 0,816 kJ/mm — liegt im zulässigen Bereich für S355 nach DIN EN ISO 15614-1 (typisch 0,5–1,5 kJ/mm). Erhöhung auf v = 450 mm/min reduziert Q auf 0,544 kJ/mm für wärmeempfindliche Duplex-Stähle 1.4462.
  • Kehlnaht-Nachweis für einen Konsolträger aus S235: F = 25 kN, Nahtlänge L = 150 mm, gewählte Schenkellänge a = 6 mm. t = 6/√2 ≈ 4,24 mm; A = 4,24 × 150 = 636 mm²; τ = 25 000/636 ≈ 39,3 MPa < 144 MPa (AWS D1.1) → Nachweis erbracht. Alternativrechnung nach Eurocode 3 mit γ_M2 = 1,25 liefert τ_zul ≈ 196 MPa × 0,8 = 157 MPa.
  • Qualifizierung eines WIG-Schweißers (GTAW) für Edelstahlrohre 1.4301 nach DIN EN ISO 9606-1: U = 15 V, I = 120 A, v = 150 mm/min, η = 0,65. Q = 0,65 × 60 × 15 × 120 / 150 = 0,468 kJ/mm — ausreichend niedrig, um Sensibilisierung (Chrom-Karbidausscheidung an Korngrenzen) bei 1.4301 zu vermeiden. Empfohlener Bereich für austenitische CrNi-Stähle: 0,3–0,8 kJ/mm.

Häufig gestellte Fragen

Welche Streckenenergie ist für S355-Stahl nach DIN EN ISO 15614-1 zulässig?

DIN EN ISO 15614-1 schreibt keine festen Grenzwerte vor, sondern verlangt, dass die Produktion innerhalb ±25 % der im PQR qualifizierten Streckenenergie bleibt. Typische Orientierungswerte für S355: 0,5–2,5 kJ/mm bei MAG-Schweißen (GMAW); für höherwertige Feinkornbaustähle (S460, S690) gilt oft ein engeres Fenster von 0,5–1,5 kJ/mm wegen der HAZ-Zähigkeitsanforderungen nach DIN EN 10025-6.

Darf ich den AWS D1.1-Nachweis für Schweißkonstruktionen nach Eurocode 3 verwenden?

AWS D1.1 gilt primär für US-amerikanische Baustahlkonstruktionen. In Deutschland und der EU ist für tragende Stahlbauten DIN EN 1993-1-8 (Eurocode 3, Teil 1-8) maßgebend, ergänzt durch den Nationalen Anhang DIN EN 1993-1-8/NA. Für Maschinenbaukonstruktionen nach DIN EN 13001 oder Druckbehälter nach AD-Merkblättern gelten gesonderte Nachweisregeln. Der Rechner kann als Vorauslegungshilfe genutzt werden; der normative Nachweis muss durch einen zugelassenen Schweißfachingenieur (SFI/IWE nach DVS 1170) geführt werden.

Beliebte Schweißspezifikations-Varianten

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