Schweißnahtvorbereitung
Die Fugenform entscheidet, wie viel Schweißgut in die Verbindung geht, ob die Wurzel durchgeschweißt wird und ob die Naht an der Flanke bindet. Unten Öffnungswinkel, Steghöhe und Spalt für jede Dicke nach ISO 9692-1 — und was hinter diesen Zahlen steckt.
Kurze Antwort
Jede Nahtvorbereitung wird durch vier Größen beschrieben:
- s — Dicke des zu verbindenden Werkstoffs;
- α — Öffnungswinkel der Fuge;
- c — Steghöhe, der nicht angeschrägte Teil der Flanke an der Wurzel;
- b — Wurzelspalt zwischen den Teilen.
Die Wahl läuft auf zwei Fragen hinaus: welche Dicke und ist die Rückseite zugänglich. Bis 3–4 mm wird gar nicht angeschrägt, bis 12 mm genügt die V-Naht, darüber X bei beidseitigem und U bei einseitigem Zugang.
Dicke und Fugenform
| 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 |
Der Winkel hängt vom Verfahren ab
Dasselbe Blech bekommt für E-Hand und für MAG einen anderen Winkel, und das ist keine Gewohnheitssache:
| Verfahren | Öffnungswinkel α | Warum |
|---|---|---|
| MMA (111) | 60° | Die umhüllte Stabelektrode braucht Platz, um in die Fuge zu kommen und die Schlacke abzuschlagen |
| MAG (135) | 50–60° | Der Lichtbogen geht tiefer, die Fuge darf also schmaler sein — weniger Schweißgut und weniger Schrumpfung |
| TIG (141) | 60–70° | Der Brenner ist breit und das Schmelzbad muss sichtbar bleiben; eine enge Fuge begünstigt Bindefehler |
Der Unterschied wirkt klein, doch bei 20 mm Blech verringert der Wechsel von 60 auf 50 Grad den Fugenquerschnitt um etwa ein Fünftel — also um ebenso viel weniger Schweißgut, Gas und Zeit je Meter Naht.
ISO 9692-1 gilt für das Lichtbogenschweißen von Stahl — daher stammen die Zahlen oben. -2 betrifft das Unterpulverschweißen von Stahl, -3 das MIG- und WIG-Schweißen von Aluminium, -4 plattierte Erzeugnisse. Aluminium hat andere Winkel als Stahl, diese Tabellen darauf zu übertragen ist ein Fehler.
Warum das keine freie Wahl ist
Eine zu enge Fuge bedeutet Flankenbindefehler (4011). Die Elektrode erreicht den Grund nicht im richtigen Winkel, der Lichtbogen streift die Flanke, das Schweißgut liegt ohne Verbindung an. Flächiger Fehler, in den Bewertungsgruppen B und C nach ISO 5817 ohne Toleranz — und auf der Aufnahme am schlechtesten zu erkennen.
Eine zu weite Fuge ist nicht sicherer, nur teurer. Der Querschnitt wächst mit der Öffnung, und jede zusätzlichen zehn Grad kosten gut ein Zehntel mehr Schweißgut, Gas und Zeit. Mit dem Schweißgut steigt die eingebrachte Wärme und mit ihr Schrumpfung und Verzug: das Bauteil verzieht sich umso stärker, je mehr Werkstoff hineingelegt wurde.
Ein zu großer Spalt endet im Durchbrand (510) oder im Wurzeldurchhang, ein zu kleiner in ungenügender Durchschweißung (402): der Lichtbogen kommt nicht bis zum Grund. Deshalb wird der Spalt beim Heften eingestellt und mit der Lehre gehalten, nicht „nach Gefühl nach dem Schleifen“.
Die Steghöhe ist das, was die Wurzel vor dem Durchbrennen bewahrt. Ohne sie brennt die erste Lage den Stoß durch, mit ihr schmilzt die Wurzel kontrolliert auf. Eine zu große Steghöhe bringt das umgekehrte Problem: die Wurzel bleibt ungeschweißt.
Wie die Flanke vorbereitet wird
Die Reihenfolge ist immer dieselbe: Schneiden — Bart und wärmebeeinflusste Randzone entfernen — reinigen — heften und dabei den Spalt halten.
Nach dem Brenn- und Plasmaschneiden bleibt an der Kante eine Oxidschicht und eine thermisch veränderte Zone; sie wird bis auf blanken Werkstoff geschliffen, sonst gelangen die Oxide ins Schmelzbad und erscheinen als Einschlüsse (303). Beim Plasmaschnitt kommt der Bart an der Schnittunterseite dazu — er wird entfernt, nicht überschweißt.
Sauberkeit gilt nicht nur für die Fuge selbst, sondern für 20–30 mm beiderseits davon. Rost, Farbe, Zink, Öl und Feuchtigkeit sind Quellen von Wasserstoff und Poren: Farbe und Öl geben sofort Poren, Zink zusätzlich hochgiftige Rauche, und Feuchtigkeit von verzinktem oder nassem Blech bleibt die häufigste Porositätsursache in einer unbeheizten Werkstatt.
U- und Doppel-U-Nähte werden spanend hergestellt — gefräst oder mit der Kantenfräse. Mit dem Brenner ist dieses Profil nicht zu erreichen, und der Versuch, es durch eine weite V-Naht zu ersetzen, frisst genau die Einsparung auf, derentwegen die U-Naht überhaupt gewählt wird.
Wie es weitergeht
Die konkreten Werte für Ihre Dicke, Ihr Verfahren und Ihren Zugang liefert der Rechner zur Nahtvorbereitung — es sind dieselben Zahlen wie in der Tabelle oben. Wie viel Schweißgut und wie viele Elektroden eine so vorbereitete Verbindung schluckt, rechnet der Rechner für den Elektrodenverbrauch. Wie die Fugenform auf der Zeichnung steht — Schweißnahtsymbole. Was aus schlechter Vorbereitung wird — Bindefehler und ungenügende Durchschweißung.
Häufige Fragen
Ab welcher Dicke wird angeschrägt?
Bei E-Hand und WIG etwa ab 3 mm, bei MAG ab 4 mm — der MAG-Lichtbogen geht tiefer und kommt länger ohne Fuge aus. Darunter sorgt der Spalt allein für den Einbrand, und eine Anschrägung bringt nur mehr Schweißgut und mehr Verzug.
V oder X bei 20 mm Blech?
Bei Zugang von beiden Seiten: X. Sie braucht etwa halb so viel Schweißgut wie eine V-Naht und halbiert den Winkelverzug, weil die Naht symmetrisch zur Blechmitte liegt. Ist nur eine Seite zugänglich, bleibt die V-Naht, bei noch größeren Dicken die U-Naht — sie nimmt noch weniger Werkstoff weg, verlangt aber eine spanend bearbeitete Flanke.
Was passiert bei zu enger Fuge?
Ein Flankenbindefehler — Nummer 4011 nach ISO 6520-1. Die Elektrode oder der Brenner erreicht den Fugengrund nicht im richtigen Winkel, der Lichtbogen streift die Flanke, statt sie aufzuschmelzen, und das Schweißgut liegt ohne Verbindung an. Ein flächiger Fehler: in den Bewertungsgruppen B und C ohne jede Toleranz — und auf der Durchstrahlungsaufnahme der am schlechtesten erkennbare von allen.
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