Schlecht repariert

(Januar 2020) Am Ausleger eines etwa zwei Jahre alten Mobilkranes wurden gefährliche Risse beobachtet. Bei der Suche nach der Schadensursache wurde der Gutachter im Gefüge fündig.

Schaden_Mobilkran
Gefährliche Risse an der Abstützung eines Mobilkrans
Foto: Schuster/SLV Halle

Ein Unternehmen kaufte aus der Konkursmasse einer insolventen Firma einen etwa zwei Jahre alten Mobilkran. Das Fahrzeug befand sich in einem äußerlich guten Zustand und zeigte keine sichtbaren Mängel. Nach einem seiner ersten Betriebseinsätze beim neuen Besitzer kam es im Bereich einer der vier Bodenabstützholme zu sichtbaren Rissen, die sich bei Belastung öffneten und durch eindringendes Regenwasser korrodierten.

Wie eine Untersuchung der Rückseite des betroffenen Bereiches durch den Kundenservice des Mobilkranherstellers ergab, lagen diese Schäden genau gegenüber einer offensichtlich nachträglich – durch den Vorbesitzer – unsachgemäß angeschweißten Verstärkungsrippe im Inneren der Abstützung.

Eine Kontrolle der drei weiteren Abstützholme zeigte, dass auch dort solche Schweißarbeiten ausgeführt worden waren. Daraufhin wurde der Mobilkran sofort außer Betrieb genommen und ein externer Schadensgutachter hinzugezogen.

Achten Sie auf den Wasserstoff

Wie eine Nachfrage beim Hersteller des Mobilkrans ergab, waren die im geschädigten Abstützholm festgestellten Risse in einem flüssigkeitsvergüteten Feinkornbaustahl der Sorte S690QL nach DIN EN 10025-6 entstanden. Im Unterschied dazu handelte es sich beim Werkstoff der Versteifung um einen unlegierten Baustahl der Sorte S235JR nach DIN EN 10025-2.

Die Bruchflächen wurden mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM) untersucht. Dabei wurden mehrere runde Erscheinungen beobachtet, die an „Fischaugen“ erinnern. Sogenannte „Fischaugen“ sind ein wichtiges Anzeichen dafür, dass der Schädigungsmechanismus in direktem Zusammenhang mit dem Vorhandensein von atomarem, also diffusiblem Wasserstoff, steht. Im Lieferzustand der Grundwerkstoffe beträgt der Wasserstoffgehalt in der Regel nahezu Null. Er musste also beim Schweißen eingebracht worden sein. So kann dieser dann in Abhängigkeit von der Gefügeausbildung und dem mechanischen Spannungszustand zu Kaltrissen vom Typ wasserstoffunterstützter Riss führen.

Die Wasserstoffaufnahme des Schweißgutes ist in erster Linie vom Wasserstoffpartialdruck und der Temperatur abhängig. So beträgt die Wasserstofflöslichkeit im Schweißgut bei 1.800 Grad Celsius etwa 35 ml H2/100 g Schweißgut. Mit abnehmender Temperatur wird jedoch der größte Teil wieder ausgeschieden. Dabei hängt beim Element Eisen die Gleichgewichtslöslichkeit neben der Temperatur ebenfalls von der Gitterstruktur ab. Nach schneller Abkühlung liegt der Wasserstoff im erstarrten Schweißgut jedoch in höherer Konzentration vor, als es seiner tatsächlichen Löslichkeit entsprechen würde. So kann er im Metallgitter zwangsgelöst, in Hohlräumen molekular eingelagert, aber auch im Bereich von Leerstellen angetroffen werden. Besonders ist das Element jedoch im Bereich von Versetzungen und Korngrenzen konzentriert. Bedingt durch seinen sehr geringen Atomradius von 25 Picometer ist das Element bereits bei Raumtemperatur in der Lage, merklich zu diffundieren und dabei das umliegende Gefüge zu verspröden. In Gefüge- und Gitterbereichen mit erhöhter Energie (zum Beispiel Martensitsäume oder Bereiche mit inneren oder äußeren Spannungskonzentrationen) rekombiniert der atomare Wasserstoff, da er dort den zur Molekülbildung erforderlichen Energiebetrag erhalten kann. Aufgrund der Anreicherung einer Vielzahl von Wasserstoffmolekülen in solchen Gefügebereichen steigt der Gasdruck örtlich stark an, so dass der Gefügeverbund stellenweise unterbrochen werden kann. Die Folge sind Poren und Risse in Form von „Fischaugen“.

Fazit: Tauschen Sie die schadhaften Teile aus

Schadensursache war die unsachgemäße Reparaturschweißung an den Abstützholmen. Die schweißtechnische Verarbeitung von hochfesten Feinkornbaustählen erfordert mit zunehmender Festigkeit besondere werkstofftechnische Kenntnisse. Wasserstoffunterstützte Schädigungen beim Schweißen können durch Maßnahmen zur Verringerung des Wasserstoffangebotes wirkungsvoll verhindert werden. Dazu müssen basische Stabelektroden beziehungsweise Schweißpulver vor dem Schweißen nach den Vorschriften des jeweiligen Herstellers rückgetrocknet werden. Sogenannte „wasserstoffkontrolliert“ angebotene Zusatzwerkstoffe dürfen (nach Rücktrocknung) nur einen Gehalt von maximal 15 Milliliter diffusiblen Wasserstoffs in einhundert Gramm Schweißgut erzeugen. Bei besonders hohen Anforderungen werden basische Elektroden beziehungsweise Pulver mit einem Einbringen von maximal fünf Milliliter Wasserstoff vorgeschrieben. Vakuum- oder luftdicht verpackte Elektroden müssen nach dem Öffnen der Verpackung innerhalb einer festgelegten Zeit (zum Beispiel acht Stunden) ohne Rücktrocknung verschweißt werden. Im vorliegenden Schadensfall wurden durch den Originalhersteller des Mobilkrans alle vier Abstützholme durch neu gefertigte ausgetauscht.

Autor und Sonstiges:
Prof. Dr.-Ing. habil. Jochen Schuster ist Fachbereichsleiter „Schweißmetallurgie“ in der SLV Halle.

Infos im Internet/Downloads: Auf www.mt-metallhandwerk.de/downloads finden Sie eine Übersicht über die geltenden Regeln.

Schadensfälle: Eine Reihe von weiteren Schadensfällen zum Schweißen ist in den Bänden 1 bis 4 „Schäden im Metallbau“ aus dem Coleman-Verlag enthalten. Recherchieren können Sie auch auf der Schadens-Homepage www.schaeden-im-metallbau.de .

Fachregelwerk: Wichtige Informationen zum Thema finden Sie im Fachregelwerk Metallbauerhandwerk – Konstruktionstechnik im Kapitel 1.7.2.5 Schweißen.

Weitere Informationen zu den Büchern und zum Fachregelwerk erhalten Sie beim M&T-Leserservice,
E-Mail: coleman@vuservice.de oder von Mo-Fr von 7:30 bis 17 Uhr per Telefon unter 06123 9238 274.

Lese-Tipp 
Lernen Sie aus Schweißschäden
Prof. Jochen Schuster ist Mitautor an der kürzlich beim Coleman-Verlag erschienenen neuen Ausgabe in der Schadensfallbuchreihe. Mit diesem vierten Band werden erstmals einhundert Schadensfälle aus einem speziellen Bereich des Metallbaus vorgestellt – dem Schweißen. Mit dem Buch erhalten Sie das notwendige Handwerkzeug, wie Sie aus den Schweißschäden anderer lernen und folgenschwere, teure, unangenehme und rufschädigende Fehler vermeiden können. Weitere Informationen finden Sie unter www.mt-metallhandwerk.de/schweiss-schaeden .

Letzte Aktualisierung: 13.02.2020