Fertigungs­beschichtung vor dem Schweißen: Was an der Naht bleiben darf

Welche Schichten an einer Schweißkante sitzen

Was an einer Schweißkante sitzt, hängt davon ab, woher das Material kommt und wie es gelagert wurde. Infrage kommen eine Fertigungsbeschichtung, die nach dem Strahlen aufgebracht wurde, Walzhaut aus dem Warmwalzen, Rost aus der Lagerung im Freien, ein Ölfilm aus Zuschnitt und Umformung oder ein Zinküberzug. Wer eine Fertigungsbeschichtung vor dem Schweißen bewerten will, sollte deshalb zuerst wissen, welche dieser Schichten an den Kanten tatsächlich vorhanden sind. Manchmal liegen mehrere übereinander, etwa ein Ölfilm auf angerosteter Walzhaut.

Die Fertigungsbeschichtung, auch Shopprimer genannt, ist eine dünne Grundierung auf gestrahltem Stahl. Sie schützt das Material vorübergehend vor Korrosion, bis es zugeschnitten, gefügt und endgültig beschichtet wird. Manche Produkte sind ausdrücklich als überschweißbar ausgewiesen. Dann darf nach Angabe des Herstellers durch die Schicht hindurch geschweißt werden, allerdings nur unter Bedingungen, die im Datenblatt und in den Prüfberichten stehen.

Zunder ist eine Oxidschicht, die bei hohen Temperaturen auf Stahl entsteht, zum Beispiel beim Warmwalzen, Schmieden oder Glühen. Die Schicht aus dem Walzwerk heißt Walzhaut. Wie dick sie ist und wie fest sie sitzt, hängt vom vorausgegangenen Prozess ab. Öl und Fett stammen aus Bearbeitung, Umformung und Lagerung und sind als dünner Film kaum zu sehen. Eine Zinkschicht bringen feuerverzinkte oder galvanisch verzinkte Teile mit; ihr Überzug ist als Korrosionsschutz gedacht.

Wann die Fertigungs­beschichtung vor dem Schweißen bleiben darf

„Überschweißbar“ ist eine Angabe mit Bedingungen. Sie gilt für die Schichtdicke, die der Hersteller geprüft oder empfohlen hat, und für die Schweißbedingungen seiner Prüfung. Je dicker die Schicht, desto mehr organische Bestandteile und Pigmente zersetzen sich an der Naht; das kann mehr Rauch und Gas freisetzen und das Risiko für Poren erhöhen. Bleiben Reste an den Flanken haften, können sie außerdem die Benetzung verschlechtern und Bindefehler begünstigen, also Stellen, an denen Schweißgut und Grundwerkstoff keine Verbindung eingegangen sind.

Für die Prüfung, wie sich eine Fertigungsbeschichtung beim Schweißen verhält, gibt es die Normenreihe DIN EN ISO 17652. Ein Teil der Reihe bewertet die Schweißeigenschaften, vor allem anhand der Poren in einer genormten Probenaht, ein anderer die Rauche und Gase, die dabei entstehen. Die Prüfbedingungen sind bewusst streng gewählt. Ein bestandener Test sagt trotzdem nicht voraus, wie jede Naht in Ihrer Fertigung ausfällt, denn Spaltmaß, Wärmeeinbringung, Lagenzahl und Verfahren können dort anders sein.

Für tragende Bauteile aus Stahl, die nach DIN EN 1090-2 ausgeführt werden, ist die Frage seit der Ausgabe von 2018 enger gefasst. Fertigungsbeschichtungen dürfen danach in der Ausführungsklasse EXC1 auf den Nahtflanken bleiben, wenn sie den Schweißprozess nicht beeinträchtigen. In den Klassen EXC2, EXC3 und EXC4 ist dafür eine Qualifizierung des Schweißverfahrens vorgeschrieben, die mit einer solchen Beschichtung durchgeführt wurde. Für diese Qualifizierung sind nur Fertigungsbeschichtungen zulässig, deren Schweißeignung nach der Normenreihe DIN EN ISO 17652 nachgewiesen ist. Fehlt die passende Qualifizierung, sind die Flanken in diesen Klassen freizulegen.

Wo diese Norm nicht gilt, entscheidet Ihre Schweißaufsicht nach den Regeln der Branche, den Vorgaben des Auftraggebers und dem Datenblatt, ob eine Beschichtung an der Naht bleibt.

Warum Zunder, Rost, Öl und Zink beim Schweißen stören können

Poren sind Gasblasen, die in der erstarrten Naht eingeschlossen bleiben. Sie entstehen, wenn an der Naht mehr Gas frei wird, als aus dem flüssigen Schweißgut entweichen kann, bevor es erstarrt. In den Schweißhinweisen eines Stahlherstellers stehen als Ursachen unter anderem Feuchtigkeit, Öl und Korrosion in der Fuge, Überzüge wie Zink oder Fertigungsbeschichtung und Störungen beim Schutzgas, etwa Zugluft, ein falsch eingestellter Gasstrom oder verunreinigtes Gas. Als Abhilfe nennt er, die Fuge frei von Verunreinigungen zu halten und Überzüge zu entfernen.

Bei Zunder und Walzhaut hängt die Antwort von der weiteren Verarbeitung und den Anforderungen an die Naht ab. Ob die Oxidschicht an den Flanken bleiben darf oder blanker Grundwerkstoff verlangt ist, gehört deshalb ausdrücklich in die Vorgabe der Schweißaufsicht. Rost dagegen nennt der Stahlhersteller ausdrücklich unter den Verunreinigungen in der Fuge, die Poren verursachen können.

Mit jeder Schicht, die an der Naht verbrennt oder verdampft, ändert sich auch der Schweißrauch. Wird verzinkter Stahl geschweißt, verdampft Zink aus dem Überzug und oxidiert, sodass der Rauch viel Zinkoxid enthält. Wo mit hohen Schadstoffkonzentrationen zu rechnen ist, gilt eine Absaugung, die den Rauch direkt an der Entstehungsstelle erfasst, als wirksamste Schutzmaßnahme. Für die Gefährdungsbeurteilung am Schweißplatz ist es deshalb wichtig zu wissen, welche Schicht an der Naht liegt.

Wie breit die Zone sein muss und wie lange sie sauber bleibt

Die Breite der gereinigten Schweißzone ist eine Vorgabe Ihrer Fertigung. Sie steht am besten in der Zeichnung, der Arbeitsanweisung oder dem Auftrag, und zwar so eindeutig, dass am Bauteil nichts ausgelegt werden muss.

Zu klären ist mehr als eine Zahl. Gemeint sein können nur die Nahtflanken oder zusätzlich ein Streifen auf der Oberfläche beiderseits der Naht, nur die Decklagenseite oder auch die Wurzelseite. Soll die vorhandene Beschichtung daneben erhalten bleiben, braucht es eine festgelegte Grenze, an der die Reinigung endet. Und bei Baugruppen, deren Flanken nach dem Heften nicht mehr erreichbar sind, muss die Reinigung vor dem Zusammenbau liegen.

Mit der Reinigung beginnt außerdem eine Frist. Blanker Stahl kann an feuchter Luft wieder anrosten, Hallenstaub legt sich auf die Kante, und Fingerabdrücke hinterlassen Fett und Salz. Die Reinigung sollte deshalb möglichst kurz vor dem Schweißen liegen. Wie lange eine gereinigte Zone liegen darf, wo die Teile bis dahin lagern und wer sie anfasst, bestimmt Ihre Fertigung. Bei Serien ist der Weg vom Reinigungsplatz zum Schweißplatz fest einzuplanen, damit die Zone unterwegs nicht wieder verschmutzt.

Was mit Schweißaufsicht und Schweißanweisung abzustimmen ist

Welchen Zustand eine Fügezone vor dem Schweißen haben muss, legt die Schweißaufsicht fest, also die Person, die in Ihrem Betrieb die schweißtechnischen Arbeiten verantwortet. Arbeitet der Betrieb nach Schweißanweisungen, kurz WPS, gehören diese mit in die Abstimmung; welche Angaben eine Schweißanweisung für das Lichtbogenschweißen enthalten muss, regelt DIN EN ISO 15609-1. Steht dort oder in einer ergänzenden Arbeitsanweisung, wie die Nahtflanken vorbereitet und gereinigt werden, richtet sich die Laserreinigung danach.

Bei PULSWERK beginnt eine Schweißvorbereitung mit Fotos der Kanten und, wenn vorhanden, der Zeichnung mit der eingetragenen Zone. Weil erst die geschweißte Probe zeigt, ob die Reinigung passt, schlagen wir sie in der Regel vor; Umfang und Kosten vereinbaren wir vorher. Dafür reinigen wir bei Ihnen vor Ort mit einem gepulsten Faserlaser der Laserklasse 4 eine Probefläche an Ihrem Bauteil oder ein Musterteil aus Ihrer Fertigung; anschließend schweißt Ihre Fertigung die Probe wie vorgesehen, und Ihre Schweißaufsicht bewertet die Naht. Erst diese Rückmeldung zeigt, ob die Reinigung zu Ihrem Ablauf passt. Das Angebot hält danach fest, welche Zone wir bearbeiten, welcher Zustand vereinbart ist und welche Prüfungen bei Ihnen bleiben. Ausgangspunkt unserer Einsätze in NRW ist Köln.

Aus dieser Abstimmung braucht die Reinigung wenige, aber eindeutige Angaben:

• welche Schichten an der Naht entfernt werden und welche bleiben dürfen, mit Verweis auf Datenblatt oder Verfahrensprüfung
• die Breite der Zone auf beiden Seiten der Naht und die Grenze zur Beschichtung, die erhalten bleibt
• welcher Zustand verlangt ist und wer ihn an der Probe beurteilt
• wie viel Zeit zwischen Reinigung und Schweißen liegen darf und wie die Teile so lange lagern
• wer die Stelle nach dem Schweißen wieder gegen Korrosion schützt

Grenzen

Der Laser trägt Schichten ab. Zur Schweißnahtvorbereitung gehört auch die Fugenform mit Fase, Steg und Öffnungswinkel; die stellt er nicht her, und Grate oder unsaubere Schnittkanten bleiben eine Aufgabe für Fräsen, Schneiden oder Schleifen. Er wirkt außerdem nur dort, wo der Strahl die Fläche erreicht. In engen Spalten, an Innenecken und auf der Rückseite bereits gehefteter Teile kann Belag zurückbleiben, den man von außen nicht sieht.

Auch eine sorgfältig vorbereitete Zone sagt keine gute Naht zu. Schweißverfahren, Zusatzwerkstoff, Schutzgas, Wärmeführung und die Arbeit am Schweißplatz wirken mit, und die Prüfung der fertigen Naht bleibt bei Ihrer Qualitätssicherung. Ob eine Fertigungsbeschichtung an der Naht bleiben darf, entscheiden wir nicht; wir setzen die Vorgabe Ihrer Schweißaufsicht um.

Unbekannte Beschichtungen bearbeiten wir erst, wenn geklärt ist, woraus sie bestehen und welche Schutzmaßnahmen sie verlangen. Auch beim Abtragen mit dem Laser werden Bestandteile der Schicht frei, die eine Absaugung erfassen muss. Was an Zink oder Beschichtung abgetragen ist, fehlt danach als Korrosionsschutz, und wer die Naht nachbehandelt, sollte vor dem Einsatz feststehen. Ist ein ganzes Bauteil frei zu machen und gut zugänglich, prüfen wir zuerst, ob ein anderes Verfahren mit geringerem Gesamtaufwand zum Ziel kommt.

Häufige Fragen

Begriffe aus dem Glossar

• Fertigungsbeschichtung (Shop-Primer)
• Walzhaut
• Porenbildung (Porosität)
• Nahtvorbereitung (Schweißnahtvorbereitung)
• Schweißaufsicht
• Fügezone