Schlecht geschweisst

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 Schadens-
ursache vor?
Schweissen Sie fachmännisch
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. Dort hätte vorgewärmt werden müssen. Wärmebeeinflusste Bereiche über die Bauteiltiefe lies-sen 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.
Fazit: Qualifizieren Sie die Schweisser
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 maschinell 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.