Schlecht geschweißt

(September 2017) An der Schweißnaht eines Maschinenbauteils wurden erhebliche Mängel festgestellt. Wie die Risse hätten vermieden werden können, ist im Schadensbericht beschrieben.

Gerissene Schweißnaht, Maschinenbauteil, Metallbau
Makroschliffbild im Querschnitt der Schweißnahtverbindung des Maschinenbauteils. Fotos: Schasse

An einem Maschinenbauteil, einer Trommel zur Beschichtung von Kleinteilen, wurden nach wenigen Betriebsstunden Risse in den Schweißnähten festgestellt. Das Bauteil bestand aus einem Rundbehälter an dem auf der Einfüllseite ein Deckel angeschweißt worden war. Dieser Deckel lag auf einer ausgefrästen Nut von etwa fünf Millimeter Tiefe und etwa sechs Millimeter Breite auf. Die Schweißnahtverbindung wurde einseitig von außen hergestellt und zur Verminderung der Kerbwirkung, da es sich um ein rotierendes Bauteil handelte, oberflächengleich beschliffen. Zeichnerische Angaben zur vorgesehenen Schweißnahtausführung oder andere Dokumente zur schweißtechnischen Verarbeitung, wie Schweißanweisungen (WPS) oder eine Verfahrensprüfung, konnten nicht vorgelegt werden. An mehreren Stellen riss die Schweißnahtverbindung des Deckels zum Rundbehälter, was den Anlagenbetreiber zu einer weiteren Schadensfalluntersuchung veranlasste.

Im Zuge der Untersuchungen waren folgende Fragestellungen zu beantworten:

  • Was ist die Ursache für den Riss?
  • Muss das Bauteil konstruktiv verändert werden?
  • Lagen Schweißnahtfehler als Schadensursache vor?

Fehleranalyse und -bewertung


Gerissene Schweißnaht, Maschinenbauteil, Metallbau, Makroschliffbild
Gerissene Schweißnaht am Maschinenbauteil im Querschnitt als Makroschliff.

Als Schadensursache muss die vollkommen unzureichende Schweißnahtausführung angesehen werden. In konstruktiver Hinsicht konnte anhand der Schliffbilder keine planmäßige Schweißnahtvorbereitung festgestellt werden. In einigen Bereichen waren keinerlei Anfasungen erkennbar, während in anderen Schweißnahtbereichen im unteren Abschnitt des Deckels eine Anfasung in Form einer HY-Naht zu erkennen war. Da keinerlei technische Unterlagen zur Verfügung standen beziehungsweise vorgelegt werden konnten, lag die Vermutung nahe, dass dem ausführenden Personal ohne Kenntnis des Verwendungszwecks die Entscheidung einfach überlassen worden war.
Beim Schweißen waren die unterschiedlichen Verhältnisse der Wärmeableitung nicht berücksichtigt worden. Der Eckbereich des Rundbehälters ist im Vergleich zum Deckel erheblich massiver und leitet die eingetragene Schweißwärme deutlich schneller ab als das dünne und flächige Bauteil des Deckels. Hier hätte vorgewärmt werden müssen. Wärmebeeinflusste Bereiche über die Bauteiltiefe ließen sich für den Rundbehälter in den Schliffbildern jedoch nicht erkennen.
Der Eckbereich des Rundbehälters ist wesentlich starrer als das Bauteil des Deckels. Für das Einschweißen des Deckelbauteils liegen demzufolge umlaufend eingespannte Verhältnisse vor. Das erhöht das Risiko für Flankenbindefehler an der Rundbehälterseite und führt zu hohen Zugeigenspannungen im Deckel. Diese Randbedingungen müssen über einen ausreichenden Luftspalt, eine Nahtvorbereitung auf der Rundbehälterseite und eine geeignete Schweißfolge berücksichtigt werden. Eine Schweißfolge wurde nicht festgestellt, der notwendige Luftspalt und die erforderliche Schweißnahtvorbereitung konnten in den Schliffbildern nicht erkannt werden.
Letztendlich ließen die Schliffbilder noch eine falsche Brennerhaltung erkennen. Der Einbrand der Schweißnaht beschränkte sich zum überwiegenden Teil auf die Oberseite des Deckels. Als Ergebnis all dieser Fehler ergab sich für die Belastungsfuge eine einzelne Decklage mit weniger als zwei Millimeter Einbrand. Das reicht auf keinen Fall aus. Die Risse waren die unvermeidliche Konsequenz.

Schadensvermeidung und -beseitigung

Der Schaden am Bauteil konnte behoben werden. Dazu wurde die Schweißnaht zwischen Deckel und Rundbehälter vollständig durch Ausschleifen entfernt. Für das erneute Anschweißen erfolgt eine geeignete Schweißnahtvorbereitung mit Anfasung sowohl auf der Deckelseite als auch der Seite des Rundbehälters. Der Deckel wurde artgleich bei Beachtung einer entsprechenden Schweißfolge an den Rundbehälter angeschweißt. Die Nahtüberhöhung wurde maschinelle eingeebnet.
Für die künftige Schadensvermeidung wurden technische Unterlagen mit der Berücksichtigung des Schweißnahtanschlusses aus der Reparaturmaßnahme erarbeitet. Die ausführenden Betriebe qualifizierten die schweißtechnische Verarbeitungstechnologie durch eine entsprechende Verfahrensprüfung. Des Weiteren mussten die beteiligten Schweißer und die Bediener von automatisierten Anlagen ihre Handfertigkeit im Rahmen der zuständigen Regelwerke nachweisen.
René Schasse

Das sollten Sie beachten:

  • Qualifizierung der verwendeten Schweißtechnologie,
  • Einsatz von unterwiesenem, ausgebildetem und geprüftem Personal,
  • angemessene technische Ausführungsunterlagen.

Hier haben wir für Sie einen Schweißererlaubnisschein als PDF zum konstenfreien Download hinterlegt.

Letzte Aktualisierung: 27.10.2017