Fugenrechner: Öffnungswinkel, Spalt, Steg und Nahtquerschnitt
Dicke, Verfahren und Zugänglichkeit hinein — Nahtart, Öffnungswinkel, Wurzelspalt, Steghöhe und der zu füllende Querschnitt heraus.
Warum überhaupt vorbereiten
Damit der Lichtbogen an die Wurzel kommt. Ein Stumpfstoß ohne Vorbereitung lässt sich bis etwa 4 mm beidseitig durchschweißen; darüber erreicht die Wärme die Mitte nicht mehr, und in der Nahtmitte bleibt ungenügende Durchschweißung — einer der gefährlichsten Fehler, weil er von außen unsichtbar ist.
| Dicke s, mm | Nahtvorbereitung | Winkel α | Steghöhe c, mm | Spalt b, mm | Wann |
|---|---|---|---|---|---|
| ≤ 3 … 4 | I-Naht — ohne Anschrägung | — | — | 0–3 | Dünner Werkstoff: den Einbrand gibt der Spalt selbst |
| 3 … 12 | V-Naht | 50–70° | 1–2 | 1–4 | Der Regelfall bei Zugang von einer Seite |
| 12 … 40 | X-Naht (Doppel-V) | 50–60° | 1–3 | 1–3 | Zugang von beiden Seiten: etwa halb so viel Schweißgut wie bei V |
| > 30 | U-Naht | 8–12° | 1–3 | 1–3 | Große Dicke, Zugang von einer Seite; erfordert spanende Bearbeitung |
| > 40 | Doppel-U-Naht | 8–12° | 1–3 | 1–3 | Sehr große Dicke, Zugang von beiden Seiten |
| 5 … 20 | HV-Naht (halbe V-Naht) | 45–55° | 1–3 | 1–3 | T-Stoß mit voller Durchschweißung |
| > 15 | K-Naht (Doppel-HV) | 45–55° | 1–3 | 1–3 | T-Stoß mit voller Durchschweißung, Zugang von beiden Seiten |
| — | Kehlnaht ohne Anschrägung | — | — | 0–2 | Wenn volle Durchschweißung nicht gefordert ist |
Die Vorbereitung kostet
Jedes Grad Öffnungswinkel ist Schweißgut, und Schweißgut ist Zeit und Verzug. Die Reihenfolge von teuer nach billig lautet: V, X, U, I. Die U-Naht spart bei großer Dicke am meisten, verlangt aber eine spanend hergestellte Kante; der Rechner schlägt sie deshalb erst bei einseitigem Zugang über 30 mm vor.
Genauigkeit zählt
Spalt und Steg entscheiden über die Wurzel, und sie müssen über die ganze Länge stimmen. Deshalb wird geheftet, bevor geschweißt wird, und deshalb sind es viele kurze Heftstellen statt weniger langer. Was daraus an Schweißgut folgt, rechnet die Schweißgutmenge aus; wie die Vorbereitung auf der Zeichnung notiert wird, steht unter Schweißsymbole lesen.
Wie der Rechner die Fugenform wählt
Er wendet die Regeln der Tabelle in fester Reihenfolge an; die erste Regel, die passt, entscheidet:
- I-Naht bis 3 mm bei E-Hand und WIG, bis 4 mm bei MAG. Spalt 0–2 mm bis 2 mm Dicke, darüber 1–3 mm.
- V-Naht bis 12 mm unabhängig vom Zugang und bis 30 mm, wenn nur eine Seite zugänglich ist. Winkel nach Verfahren: 60° bei E-Hand, 50–60° bei MAG, 60–70° bei WIG. Spalt 2–4 mm bei E-Hand und WIG, 1–3 mm bei MAG. Steg 1–2 mm.
- U-Naht über 30 mm bei einseitigem Zugang: 8–12° je Flanke, Spalt und Steg 1–3 mm.
- X-Naht von 12 bis 40 mm bei beidseitigem Zugang: 60°, bei MAG 50–60°; Spalt und Steg 1–3 mm.
- Doppel-U-Naht über 40 mm bei beidseitigem Zugang.
Das Verfahren verschiebt das Ergebnis, weil die Lichtbögen unterschiedlich tief einbrennen: MAG kommt mit schmalerer Öffnung und kleinerem Spalt aus, WIG braucht Platz für den von Hand zugeführten Stab, E-Hand für die Elektrode samt Umhüllung.
Nahtquerschnitt und Schweißgutmenge
Der Querschnitt ist das Dreieck der Fase plus der Streifen des Spalts, dazu ein Zehntel für Decklage und Wurzelüberhöhung:
- V-Naht:
A = [(s − c)² · tan(α/2) + b · s] · 1,10 - X-Naht:
A = [2 · ((s − c)/2)² · tan(α/2) + b · s] · 1,10 - I-Naht:
A = b · s · 1,10
Wo die Tabelle einen Bereich nennt, rechnet der Rechner mit der Mitte: aus 50–60° werden 55°, aus 1–3 mm Spalt 2 mm, aus 1–2 mm Steg 1,5 mm. Für die U-Naht wird kein Querschnitt ausgegeben: ihr Profil ist kein Dreieck, und die Formel der V-Naht würde ihn deutlich überschätzen.
Die Schweißgutmenge je Meter folgt direkt daraus: Querschnitt in mm² mal 0,00785 ergibt Kilogramm Stahl je Meter (Dichte 7,85 g/cm³). Der Verbrauch an Zusatzwerkstoff liegt höher — Spritzer, Elektrodenreste und Schlacke rechnet der Rechner für den Elektrodenverbrauch dazu.
Rechenbeispiele
| Dicke, Verfahren, Zugang | Fuge | α | b, mm | c, mm | Querschnitt, mm² | Schweißgut, kg/m |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 6 mm, MAG, einseitig | V | 50–60° | 1–3 | 1–2 | 25 | 0,19 |
| 10 mm, MAG, einseitig | V | 50–60° | 1–3 | 1–2 | 63 | 0,50 |
| 10 mm, E-Hand, einseitig | V | 60° | 2–4 | 1–2 | 79 | 0,62 |
| 12 mm, MAG, einseitig | V | 50–60° | 1–3 | 1–2 | 90 | 0,70 |
| 20 mm, MAG, einseitig | V | 50–60° | 1–3 | 1–2 | 240 | 1,88 |
| 20 mm, MAG, beidseitig | X | 50–60° | 1–3 | 1–3 | 137 | 1,07 |
| 30 mm, MAG, einseitig | V | 50–60° | 1–3 | 1–2 | 531 | 4,17 |
| 30 mm, MAG, beidseitig | X | 50–60° | 1–3 | 1–3 | 290 | 2,28 |
| 35 mm, MAG, einseitig | U | 8–12° | 1–3 | 1–3 | — | — |
Der voreingestellte Fall, 12 mm mit MAG von einer Seite, ausgerechnet: (12 − 1,5)² × tan 27,5° = 110,25 × 0,521 ≈ 57,4 mm² für die Fase, dazu 2 × 12 = 24 mm² für den Spalt, ergibt 81,4; mal 1,10 sind das etwa 90 mm², also 0,70 kg Schweißgut je Meter.
60°, 50° oder 45° bei 20 mm Blech
Dieselbe V-Naht, Spalt 2 mm, Steg 1,5 mm, nur der Winkel ändert sich: 60° ergeben etwa 261 mm² (2,05 kg/m), 50° etwa 220 mm² (1,72 kg/m), 45° etwa 200 mm² (1,57 kg/m). Von 60° auf 50° spart rund ein Sechstel an Schweißgut, Gas und Brennzeit. Noch enger lohnt nur, solange Brenner oder Elektrode den Fugengrund im richtigen Winkel erreichen — sonst wird aus der Ersparnis ein Flankenbindefehler.
Was ein Millimeter mehr Spalt kostet
Jeder Millimeter Spalt bringt b × s × 1,10 dazu, also 1,1 mm² je Millimeter Blechdicke. Bei 12 mm sind das etwa 13 mm², rund 15 % der ganzen Fuge; bei 20 mm 22 mm². Ein Spalt, der beim Heften aufgeht, kostet Schweißgut auf der ganzen Länge; einer, der zugeht, kostet Einbrand — siehe mangelnder Einbrand in der Wurzel.
Doppelte Dicke, fast vierfaches Schweißgut
Der Anteil der Fase wächst mit dem Quadrat der Dicke. Eine MAG-V-Naht auf 10 mm braucht etwa 63 mm², auf 20 mm 240 mm² — fast das Vierfache. Deshalb wechselt der Rechner auf die X-Naht, sobald der Zugang von beiden Seiten es erlaubt: bei 30 mm braucht die X-Naht 290 mm² statt 531 für die V-Naht.
Welches Ende des Bereichs nehmen
Der Rechner zeigt Bereiche und rechnet mit ihrer Mitte; der Wert für eine bestimmte Verbindung steht in der WPS. Als Faustregel passt das enge Ende des Winkels zu MAG in Wannenlage bei gutem Zugang, das weite Ende zu E-Hand, zu Zwangslagen und dicken Elektroden. Der größere Spalt hilft der Wurzel durch, wenn der Steg an seiner oberen Grenze liegt; der kleinere ist bei dünnem Steg sicherer, wo Durchbrand droht. Wie die Kante geschnitten, gereinigt und geheftet wird, damit diese Maße stimmen, beschreibt der Beitrag zur Schweißnahtvorbereitung.
Häufige Fragen
Wozu der Steg?
Er verhindert, dass die Wurzellage durchfällt. Ohne Steg wird aus dem Wurzelspalt bei jeder Unachtsamkeit ein Loch. Übliche Höhe 1 bis 2 mm, und sie muss über die ganze Länge gleich sein — ungleichmäßiger Steg ist der häufigste Grund für unregelmäßige Wurzeln.
V-Naht oder X-Naht?
X, sobald das Werkstück gewendet werden kann und die Dicke über etwa 12 mm liegt: halbes Schweißgut, halber Winkelverzug. V, wenn nur von einer Seite zugänglich — und dann mit der Frage, ob die Wurzel voll durchgeschweißt oder ausgefugt und gegengeschweißt wird.
Warum 60 Grad und nicht 45?
Weil bei 45° die Elektrode nicht mehr an die Flanken kommt und Bindefehler entstehen. Beim MAG mit schlankem Brenner geht 45° und spart deutlich Material; beim E-Hand bleibt 60° die sichere Zahl.
Wie viel Schweißgut braucht eine V-Naht auf 10 mm Blech je Meter?
Mit MAG (50–60°, Spalt 1–3 mm, Steg 1–2 mm) gibt der Rechner etwa 63 mm² aus, also 0,50 kg Schweißgut je Meter. Mit E-Hand (60°, Spalt 2–4 mm) sind es 79 mm² und 0,62 kg. Der Zusatzwerkstoff, den man kauft, liegt wegen Spritzern, Resten und Schlacke darüber.
Wie wird der Nahtquerschnitt berechnet?
Für die V-Naht: A = [(s − c)² · tan(α/2) + b · s] · 1,10, jeweils mit der Mitte des Tabellenbereichs; der Faktor 1,10 deckt Decklage und Wurzelüberhöhung ab. Bei der X-Naht verteilt sich das Dreieck auf zwei Hälften der Dicke. Querschnitt in mm² mal 0,00785 ergibt Kilogramm Schweißgut je Meter.
Warum zeigt der Rechner für die U-Naht keinen Querschnitt?
Weil ihr Profil ein schmaler Schlitz mit rundem Grund ist und kein Dreieck. Die Formel der V-Naht würde ihn deutlich überschätzen, und eine falsche Zahl ist schlechter als keine. U-Nähte werden spanend hergestellt; ihren Querschnitt nimmt man aus der Zeichnung der Fuge.
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