Vorwärmtemperatur berechnen
Vorwärmen verlangsamt die Abkühlung und gibt dem Wasserstoff Zeit, das Schweißgut zu verlassen. Ob es nötig ist und auf welche Temperatur, beantwortet Verfahren B der EN 1011-2 — mit vier Eingaben statt einer Faustregel.
Die vier Eingaben
CET aus der Analyse im Abnahmezeugnis — nicht aus dem Namen der Sorte, denn zwei Schmelzen S355J2 liegen regelmäßig auf verschiedenen Seiten der Schwelle. Blechdicke des geschweißten Blechs, nicht die Summe der Dicken (die gehört zu Methode A mit CE). Die Formel gilt für CET 0,20–0,50 %, Dicken 10–90 mm, Wasserstoff 1–20 ml/100 g und Streckenenergie 0,5–4,0 kJ/mm; außerhalb davon warnt der Rechner. Wasserstoff des Zusatzwerkstoffs: basisch nach dem Rücktrocknen etwa 5 ml/100 g, gewöhnlich rutil um 15. Streckenenergie, weil mehr Wärme aus dem Lichtbogen weniger Wärme aus dem Brenner bedeutet.
Den CET liefert die Rechnung zum Kohlenstoffäquivalent, die Streckenenergie der gleichnamige Rechner.
Was Vorwärmen bewirkt
Es senkt nicht die Härte des Gefüges, sondern verlängert die Zeit, in der die Naht zwischen 800 und 500 °C bleibt. Dieselbe Zeit ist es, die der Wasserstoff braucht, um auszudiffundieren, statt sich an der Stelle der höchsten Spannung zu sammeln. Deshalb wirkt Vorwärmen gegen Kaltrisse, die erst einen Tag später auftreten — siehe die Abkühlzeit t8/5 und Risse in der Naht.
Halten, nicht nur erreichen
Die Vorwärmtemperatur ist eine Mindesttemperatur für die gesamte Naht, einschließlich der Zwischenlagen. Fällt das Bauteil zwischen zwei Lagen darunter, war die erste Lage umsonst vorgewärmt. Bei dickem Material bedeutet das in der Praxis eine Heizmatte und nicht einen Brenner.
Die Wasserstoffskala HD
| Kurzzeichen | HD, ml/100 g | Typischer Zusatzwerkstoff |
|---|---|---|
| E — sehr niedrig | < 3 | Basische Elektroden nach dem Rücktrocknen, Vakuumverpackung |
| D — niedrig | 3–5 | Basische Elektroden, Massivdraht im Mischgas |
| C — mittel | 5–10 | Fülldraht, basische Elektroden nach Lagerung |
| B — hoch | 10–15 | Rutile Elektroden |
| A — sehr hoch | > 15 | Feucht gewordene Elektroden, zelluloseumhüllte |
Die Skala stammt aus EN 1011-2. Der HD-Wert steht im Zeugnis des Zusatzwerkstoffs; fehlt es, eine Stufe schlechter rechnen.
Vorwärmtemperatur für S235, S355 und S460 nach Dicke — Tabelle
Ergebnisse derselben Formel für typische Sorten aus der Liste des Rechners, bei zwei Wasserstoffstufen: HD 12 (Rutilelektroden) und HD 4 (rückgetrocknete basische Elektroden, Massivdraht).
| d, mm | S235JR CET 0,25 · HD 12, °C | S355J2 CET 0,34 · HD 4, °C | S355J2 CET 0,34 · HD 12, °C | S460N CET 0,42 · HD 4, °C | S460N CET 0,42 · HD 12, °C |
|---|---|---|---|---|---|
| 10 | — | 35 | 85 | 100 | 145 |
| 15 | 35 | 55 | 105 | 120 | 165 |
| 20 | 50 | 75 | 120 | 135 | 185 |
| 30 | 80 | 100 | 150 | 165 | 210 |
| 40 | 100 | 120 | 170 | 185 | 230 |
| 60 | 120 | 140 | 190 | 205 | 250 |
| 80 | 125 | 150 | 195 | 210 | 255 |
Streckenenergie 1,5 kJ/mm (Vorgabe des Rechners), Ergebnis wie im Rechner auf 5 °C aufgerundet. „—“ — nach der Formel kein Vorwärmen nötig. Die CET-Werte der Sorten sind die Ausgangswerte aus der Liste des Rechners; für Dokumente zählt der CET aus dem Abnahmeprüfzeugnis.
So liest du die Tabelle
Zeile mit deiner Dicke, Spalte mit Sorte und passendem Wasserstoff. S235 braucht bei HD 12 erst ab gut zehn Millimetern Vorwärmung, bei HD 4 nach der Formel erst ab etwa 27 mm. S355 mit Rutilelektrode an 20 mm sind schon 120 °C, mit wasserstoffarmem Zusatz 75 °C. Zwischen den Spalten HD 4 und HD 12 derselben Sorte liegen immer etwa 47 °C — so viel kostet eine feuchte Elektrode.
Rechenbeispiele Schritt für Schritt
Beispiel 1: S355J2, 20 mm, Rutilelektrode (HD 12), 1,5 kJ/mm
Das sind die Vorgaben des Rechners. Die Glieder der Formel:
697 · 0,34 = 237,0; 160 · tanh(20/35) = 82,6;
62 · 120,35 = 147,9;
(53 · 0,34 − 32) · 1,5 = −21,0; minus 328. Summe: 118,6 °C,
der Rechner rundet auf 120 °C auf. Zwischenlagentemperatur: 120 bis
250 °C.
Beispiel 2: dasselbe Blech mit wasserstoffarmem Zusatz (HD 4)
Es ändert sich nur das Wasserstoffglied: 62 · 40,35 = 100,7
statt 147,9. Ergebnis: 71,4 °C, also 75 °C. Eine rückgetrocknete
basische Elektrode oder Massivdraht spart hier 45 °C Vorwärmung auf der
ganzen Nahtlänge — und Brennerzeit über die ganze Schicht.
Beispiel 3: S460N, 40 mm, HD 4, 1,2 kJ/mm
CET 0,42: 292,7 + 130,5 + 100,7 − 11,7 − 328 ≈ 184,2, also
185 °C. Mit Rutilelektrode (HD 12) kämen 235 °C heraus — nahe an
der oberen Zwischenlagengrenze, das Fenster zwischen Minimum und Maximum wird
schmal. In solchen Fällen ist wasserstoffarmer Zusatz praktisch die einzige
vernünftige Wahl.
Was in der Formel am meisten wiegt
- CET. Jede 0,01 CET sind bei 1,5 kJ/mm etwa +7,8 °C. 0,03 Unterschied zwischen Zeugnis und „typischem“ Wert der Sorte sind schon über 20 °C.
- Dicke d. Das Glied
160 · tanh(d/35)steigt bis etwa 40 mm schnell und sättigt dann: 10 mm ergeben 44,5, 20 mm 82,6, 30 mm 111,2, 60 mm 149,9, 90 mm 158,1. Ein 60-mm-Blech braucht also nicht doppelt so viel wie 30 mm. - Wasserstoff HD. Von HD 2 (79,0) bis HD 18 (170,5) wächst das Glied um über 90 °C — der größte einzelne Hebel, den die Werkstatt selbst in der Hand hat.
- Streckenenergie Q. Der Faktor
53·CET − 32ist für die Sorten der Liste negativ: bei CET 0,34 senkt jedes zusätzliche kJ/mm die Vorwärmung um etwa 14 °C. Langsameres Abkühlen hilft, aber weniger als trockener Zusatz. Die Streckenenergie rechnet der Streckenenergierechner.
CET aus dem Abnahmeprüfzeugnis: ein Rechenbeispiel
Im Abnahmeprüfzeugnis 3.1 steht die chemische Zusammensetzung. Zum Beispiel:
C 0,16, Mn 1,40, Mo 0,02, Cr 0,05, Cu 0,10, Ni 0,05.
Dann ist CET = 0,16 + (1,40 + 0,02)/10 + (0,05 + 0,10)/20 + 0,05/40 ≈ 0,311.
Dieser CET im Rechner (Feld „CET von Hand eingeben“) ergibt bei 20 mm,
HD 12 und 1,5 kJ/mm etwa 100 °C statt 120 °C mit dem Typwert
0,34. Alle Kohlenstoffäquivalente auf einmal rechnet der
CE-Rechner.
Vorwärmen in der Praxis: Reihenfolge
- Temperatur rechnen für die dickste Stelle des Knotens und den tatsächlichen Zusatzwerkstoff.
- Breit und gleichmäßig wärmen, beidseitig der Fuge, bis die Wärme durchgezogen ist — nicht nur die Oberfläche unter dem Brenner.
- Das Metall messen mit Temperaturmessstift oder Kontaktthermometer, unmittelbar vor dem Zünden.
- Zwischenlagenfenster halten: nicht unter dem gerechneten Minimum, nicht über dem Maximum aus der WPS (der Rechner nennt 250 °C für übliche Baustähle).
- Eine dicke Naht nicht mittendrin liegen lassen. Wenn es sein muss, vor dem Weiterschweißen wieder auf Vorwärmtemperatur bringen.
Typische Fehler bei der Vorwärmberechnung
- CE (IIW) als CET eingetragen. CE liegt meist höher, das Ergebnis wird zu hoch; die Formel der EN 1011-2 verlangt CET.
- Streckenenergie in kJ/cm statt kJ/mm. 15 statt 1,5 ergibt „nicht nötig“ — der Rechner warnt dann, dass die Energie außerhalb des Formelbereichs liegt.
- Wasserstoff laut Packung, nicht laut Praxis. Eine basische Elektrode, die einen Tag offen in der Halle lag, hat kein HD 4 mehr.
- Nur die Oberfläche gewärmt. Das Thermometer zeigt oben 120 °C, die Wurzelzone bleibt kalt.
- Ergebnis statt WPS. Die Rechnung erklärt die Zahl in der Anweisung, sie ersetzt keine qualifizierte Verfahrensprüfung. Wie schnell die Naht nach dem Vorwärmen abkühlt, zeigt der t8/5-Rechner.
Häufige Fragen
Ab wann muss vorgewärmt werden?
Es gibt keine einzelne Schwelle — das ist der Punkt der Methode. Vorgewärmt wird, wenn Zusammensetzung, Dicke, Wasserstoffgehalt und Streckenenergie zusammen eine zu schnelle Abkühlung ergeben. Ein CET über 0,30 bei nennenswerter Dicke ist in der Praxis das Signal, die Rechnung zu machen.
Welche Dicke wird eingesetzt — Blechdicke oder Gesamtdicke?
In Methode B (die CET-Formel, mit der dieser Rechner arbeitet) ist d die Blechdicke des geschweißten Blechs, nicht die Summe. Die Dicken aller an der Verbindung beteiligten Bleche zu addieren gehört zu Methode A mit dem Kohlenstoffäquivalent CE und ihren Diagrammen. Bei unterschiedlich dicken Blechen rechnen Sie mit dem dickeren — das Ergebnis fällt höher aus, also auf der sicheren Seite.
Wie messe ich die Vorwärmtemperatur?
Mit Temperaturmessstiften oder einem Kontaktthermometer, 75 mm neben der Naht auf der Gegenseite, und erst nach einer Haltezeit — sonst misst du die Flamme und nicht das Bauteil. Die Temperatur muss über die ganze Naht gehalten werden, nicht nur am Anfang.
Muss S355 mit 20 mm vorgewärmt werden?
Nach der Formel der EN 1011-2 bei CET 0,34 und 1,5 kJ/mm ja: 120 °C mit Rutilelektrode (HD 12) und 75 °C mit wasserstoffarmem Zusatz (HD 4). Mit dem CET aus dem Zeugnis kann das Ergebnis deutlich niedriger oder höher ausfallen.
Ab welcher Dicke wird S235 vorgewärmt?
Bei CET 0,25 und 1,5 kJ/mm ergibt die Formel Vorwärmen ab etwa 13 mm bei HD 12 (15 mm — 35 °C, 20 mm — 50 °C) und erst ab etwa 27 mm bei HD 4. Metall unter +5 °C oder feuchte Fugen trocknet man unabhängig davon.
Darf man bei höherer Streckenenergie weniger vorwärmen?
Etwas. Bei CET 0,34 senkt jedes zusätzliche kJ/mm das Ergebnis um etwa 14 °C: bei 20 mm und HD 12 liefert die Formel etwa 126 °C bei 1,0 kJ/mm und etwa 112 °C bei 2,0 kJ/mm. Der Wechsel von HD 12 auf HD 4 bringt mehr als das Dreifache.
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