Vorwärmen beim Schweißen: Schlüssel zur Rissvermeidung im Baustahl

Beim Schweißen von Baustählen spielt die Vorheiztemperatur eine entscheidende Rolle, um Kaltrisse in der wärmebeeinflussten Zone (HAZ) sowie unerwünschte Härtungen in der Schweißnaht zu vermeiden. In vielen Anwendungen ist Vorwärmen unerlässlich. Durch die gezielte Auswahl geeigneter Stahlqualitäten kann es jedoch in bestimmten Fällen vermieden oder zumindest reduziert werden.

Das Vorheizen verzögert die Abkühlung des Bauteils nach dem Schweißen. Dadurch erhält der im Schweißprozess eingetragene Wasserstoff ausreichend Zeit, aus dem Werkstoff herauszudiffundieren. Gleichzeitig sinkt das Risiko der Ausbildung harter martensitischer Mikrostrukturen. Entsprechend hat die Vorheiztemperatur einen wesentlichen Einfluss auf die Schweißsicherheit und die Bauteileigenschaften.

Die Bestimmung der erforderlichen Vorheiztemperatur erfolgt üblicherweise nach EN 1011-2. Der Standard unterscheidet zwischen Methode A und Methode B und stellt das Kohlenstoffäquivalent als zentrale Kenngröße in den Mittelpunkt. Dieses bildet die Legierungssumme eines Stahls ab und wird wie folgt berechnet:

CE = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15

CET = C + (Mn + Mo)/10 + (Cr + Cu)/20 + Ni/40

Grundsätzlich gilt: Mit steigendem Kohlenstoffäquivalent und zunehmender Plattendicke erhöht sich auch die notwendige Vorheiztemperatur. Für typische normalisierte Baustähle liegt diese häufig im Bereich von 50 °C bis 150 °C. Thermomechanisch gewalzte Strukturstähle weisen aufgrund niedriger Legierungsgehalte und geringer Kohlenstoffäquivalente in der Regel keinen Vorwärmbedarf auf – selbst bei größeren Blechdicken. Bei sehr niedrigen Kohlenstoffäquivalenten des Grundwerkstoffs kann jedoch das Füllmetall schweißtechnisch relevant werden.

Neben dem Kohlenstoffäquivalent berücksichtigen die Berechnungsverfahren nach EN 1011-2 auch Plattendicke, Wasserstoffgehalt und Wärmeeintrag. Methode B verwendet dafür folgende Gleichung:

Tp = 697 · CET + 160 · tanh(d/35) + 62 · HD^0,35 + (53 · CET − 32) · Q − 328

mit
Tp – Vorheiztemperatur [°C]
CET – Kohlenstoffäquivalent [%]
d – Plattendicke [mm]
HD – Wasserstoffgehalt [cm³/100 g]
Q – Wärmezufuhr [kJ/mm]

Zur praktischen Anwendung stehen digitale Schweißhilfen zur Verfügung, etwa im  von E-Service von Dillinger. Dort lassen sich Kohlenstoffäquivalente aus der chemischen Zusammensetzung berechnen und empfohlene Mindestvorheiztemperaturen in Abhängigkeit von Blechdicke und weiteren Schweißparametern ableiten. Ziel ist eine sichere und wirtschaftliche Auslegung des Schweißprozesses.

Quelle: Aktien-Gesellschaft der Dillinger Hüttenwerke / Foto: marketSTEEL