Abkühlzeit t8/5

Die Zeit, in der die Naht von 800 auf 500 °C abkühlt, ist die Zahl, hinter der die halbe Schweißmetallurgie steht. Sie folgt aus Streckenenergie, Dicke, Vorwärmung und der Form der Verbindung.

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Was sie verschiebt

Mehr Streckenenergie verlängert sie, höhere Vorwärmung ebenfalls — beides sind die Stellschrauben, die dem Schweißer offenstehen. Größere Dicke verkürzt sie, weil mehr Metall Wärme aufnimmt, aber nur bis zur Übergangsdicke. Die Form der Verbindung geht über den Formfaktor ein: ein T-Stoß leitet in drei Richtungen ab und kühlt deshalb schneller als eine Raupe auf dem Blech.

Beide Grenzen zählen

Zu schnell heißt Martensit in der Wärmeeinflusszone und damit die Vorstufe des Kaltrisses; die Abhilfe ist Vorwärmen oder mehr Energie. Zu langsam heißt Kornwachstum und ein Abfall der Kerbschlagarbeit, gerade bei thermomechanisch gewalzten Feinkornstählen; die Abhilfe ist weniger Energie und eine Zwischenlagentemperatur, die eingehalten wird.

Die Kette der Rechner

Kohlenstoffäquivalent sagt, wie empfindlich der Stahl ist. Streckenenergie sagt, wie viel Wärme du einbringst. Dieser Rechner sagt, was daraus wird. Und die Vorwärmtemperatur sagt, womit du gegensteuerst.

Formfaktoren F2 und F3

Für den T-Stoß gibt die Norm F2 als Bereich 0,45–0,67 an. Der Rechner nimmt den oberen Wert: er ergibt ein längeres t8/5, also die weniger vorsichtige Abschätzung — und genau die gehört überprüft.

Was die Zahl bedeutet

t8/5-Tabelle nach Streckenenergie und Blechdicke

Abkühlzeit für eine Stumpfnaht ohne Vorwärmen (20 °C), gerechnet mit denselben Formeln wie der Rechner — einschließlich der Wahl zwischen 2D- und 3D-Formel über die Übergangsdicke.

t8/5 in Sekunden für eine Stumpfnaht (F = 0,9) bei 20 °C Ausgangstemperatur. Die Marke 3D bedeutet: Dicke über dem Übergangswert, es gilt die dreidimensionale Formel; ohne Marke die zweidimensionale. Fenster 5–25 s wie im Rechner.

Was die Tabelle zeigt

Bei dünnem Blech wächst die Zeit mit dem Quadrat der Streckenenergie: 6 mm bei 0,8 kJ/mm sind 18,2 s, bei 1,5 kJ/mm schon 63,9 s — weit außerhalb des Fensters 5–25 s, mit Grobkorngefahr. Bei dickem Blech (Marke 3D) spielt die Dicke keine Rolle mehr: 20 und 30 mm ergeben bei 1,2 kJ/mm dieselben 5,7 s, weil die Wärme nun in alle Richtungen abfließt. Dort steigt die Zeit nur linear mit der Energie und lässt sich ohne Vorwärmen kaum verlängern.

Rechenbeispiele

Beispiel 1: Blech 10 mm, 1,2 kJ/mm, ohne Vorwärmen

Das sind die Vorgaben des Rechners (Stumpfnaht, F = 0,9). Die Übergangsdicke liegt bei 16,1 mm, bei 10 mm gilt also die 2D-Formel: t8/5 ≈ 14,7 s, mittlere Abkühlgeschwindigkeit 300 / 14,7 ≈ 20,4 K/s. Das Ergebnis liegt mitten im Arbeitsfenster.

Beispiel 2: dasselbe Blech mit 100 und 150 °C Vorwärmung

Bei T₀ = 100 °C steigt die Zeit auf 21,1 s, bei 150 °C auf 27,5 s und damit schon über die obere Grenze von 25 s. Bei dünnem Blech ist das Vorwärmen schnell übertrieben: Für 10 mm bei dieser Energie sind 150 °C zu viel, wenn der Wasserstoff es nicht verlangt.

Beispiel 3: S355 mit 20 mm, auf 120 °C vorgewärmt

Ohne Vorwärmen ergeben 20 mm bei 1,2 kJ/mm 5,7 s (3D-Formel) — knapp an der unteren Grenze. Vorwärmen auf 120 °C, wie es der Vorwärmrechner für S355 mit Rutilelektrode ausgibt, verlängert auf 7,6 s, die Streckenenergie auf 1,5 kJ/mm anzuheben auf 9,6 s. Beide Hebel zusammen schieben die Naht deutlich ins Fenster.

Beispiel 4: dieselben 10 mm in verschiedenen Stößen

Bei 1,2 kJ/mm und 20 °C: Raupe auf Blech (F = 1,0) — 16,4 s, Stumpfnaht (0,9) — 14,7 s, Kehlnaht am T-Stoß (0,67) — 11,0 s. Drei Bleche ziehen die Wärme schneller ab als zwei, deshalb kühlt der T-Stoß um ein Viertel schneller ab als der Stumpfstoß aus demselben Blech.

Welche Streckenenergie für ein gewünschtes t8/5

Die Formeln lassen sich umstellen. Bei 3D-Wärmeableitung, 20 °C und F = 0,9 ist die Zeit proportional zur Energie: t8/5 ≈ 4,76 · Q. Für 10 s am dicken Blech braucht es etwa 2,1 kJ/mm — viel für eine Lage, deshalb verlängert man bei dicken Teilen eher über das Vorwärmen. Bei 2D-Wärmeableitung wächst die Zeit mit Q²: für 10 mm gilt t8/5 ≈ 10,2 · Q², 10 s ergeben sich also bei etwa 1,0 kJ/mm, 25 s bei etwa 1,56 kJ/mm. Die Streckenenergie aus den Schweißparametern rechnet der Streckenenergierechner.

2D- oder 3D-Formel: wovon die Übergangsdicke abhängt

Die Übergangsdicke wächst mit der Streckenenergie und der Ausgangstemperatur. Für eine Stumpfnaht ohne Vorwärmen liegt sie bei 13,1 mm bei 0,8 kJ/mm, 16,1 mm bei 1,2, 18,0 mm bei 1,5 und 23,2 mm bei 2,5 kJ/mm. Dasselbe 20-mm-Blech ist also für die Wurzellage „dick“ und für eine breite Fülllage „dünn“ — der Rechner wählt die Formel selbst und zeigt an, welche er benutzt hat.

Typische Fehler bei der t8/5-Berechnung

• Lichtbogenenergie statt Streckenenergie. In die Formel geht Q mit dem thermischen Wirkungsgrad des Verfahrens, nicht das blanke U·I·60/(v·1000).
• Einheiten. Q in kJ/mm; kJ/cm (zehnmal mehr) liefert absurd lange Zeiten.
• T₀ der ersten Lage für die ganze Naht. Für die folgenden Lagen ist die Ausgangstemperatur die Zwischenlagentemperatur, meist höher als die Vorwärmung.
• Falsche Stoßart. Ein T-Stoß, als Stumpfstoß gerechnet, überschätzt die Zeit um etwa ein Drittel (Beispiel 4) — die Bewertung fällt zu optimistisch aus.
• Ein Fenster für alle Stähle. 5–25 s gilt für unlegierte und niedriglegierte Stähle; vergütete Stähle haben einen engeren Bereich aus dem Werkstoffdatenblatt.

Autor: Dmitry Frolov, Schweißer und Metallbauer Aktualisiert: 28. September 2026