Schweißparameter für Kranstahlbau nach GB/T 30026-2013

Als spezifische Norm für das Schweißen im Kranstahlbau definiert GB/T 30026-2013 systematisch die durchgängigen technischen Anforderungen – von der Schweißverfahrensprüfung (WPQR) bis zur Qualitätsabnahme der Schweißnähte. Das korrekte Verständnis und die Umsetzung dieser Norm sind die Grundvoraussetzung für die Schweißqualität im Kranstahlbau und den sicheren Betrieb der Anlagen. Dieser Artikel erläutert die Kerninhalte der Norm und unterstützt Schweißfachingenieure bei der Auswahl der Prozessparameter und der Bewertung der Abnahmekriterien.

Normative Einordnung und Schweißsystematik

GB/T 30026-2013 ist die spezifische Norm für das Schweißen von Kranstahlkonstruktionen. Zusammen mit GB/T 30025-2013 (Stahlbau – Fertigung) und GB/T 30027-2013 (Stahlbau – Be- und Verarbeitung sowie Prüfung) bildet sie das dreiteilige Normensystem für die Fertigung von Kranstahlkonstruktionen. Im Verhältnis zu den allgemeinen Schweißnormen GB/T 50661-2011 (Schweißregeln für Stahlkonstruktionen) und NB/T 47014 (Schweißverfahrensprüfung für Druckgeräte) gilt: Diese Norm hat Vorrang für das Schweißen von Kranstahlkonstruktionen; nicht spezifizierte allgemeine Anforderungen sind gemäß GB/T 50661 anzuwenden. Die Norm klassifiziert Schweißnähte im Kranstahlbau nach ihrer Bedeutung in drei Stufen: Schweißnaht Stufe 1 (unmittelbar sicherheitsrelevante Verbindungen wie Stumpfnähte am Hauptträger, T-Stöße zwischen Flansch- und Stegblech, Schweißnähte am Hakenquerträger), Schweißnaht Stufe 2 (tragende Verbindungen wie Kehlnähte zwischen Versteifungsblech und Stegblech, Verbindungsnähte am Kopfträger) und Schweißnaht Stufe 3 (allgemeine Strukturnähte).

Auswahl der Schweißzusätze

Die Norm legt fest, dass Schweißzusätze (Schweißelektrode, Schweißdraht, Schweißpulver und Schutzgas) nach dem Prinzip der festigkeitsgleichen oder festigkeitsmäßig abgestuften Auswahl zu wählen sind:

Lichtbogenhandschweißen – Für Q235B-Stahl sind Elektroden der Serie E43 (z. B. E4303, E4315) zu verwenden, für Q355B-Stahl die Serie E50 (z. B. E5003, E5015). Basische Elektroden (z. B. E5015) sind vor Gebrauch gemäß Handbuch zu trocknen (350–400 °C für 1 h) und nach dem Trocknen im Wärmebehälter aufzubewahren. Saure Elektroden (z. B. E4303) sind bei 150 °C für 1 h zu trocknen. Die Expositionszeit der Elektroden an der Luft darf 4 h nicht überschreiten; danach ist eine erneute Trocknung erforderlich (max. 2-mal).

Unterpulverschweißen – Für Q235B wird Draht H08A mit Pulver HJ431 verwendet, für Q355B Draht H08MnA mit Pulver HJ431. Das Pulver ist vor Gebrauch zu trocknen (250–300 °C für 2 h). Der Draht muss frei von Korrosion und Öl sein.

Schutzgasschweißen – Beim CO₂-Schweißen ist Draht ER50-6 (Φ1,0–1,6 mm) zu verwenden; die Reinheit des CO₂-Gases muss mindestens 99,5 % betragen. Mischgasschweißen (Ar 80 % + CO₂ 20 %) ist für wichtige Nähte geeignet, reduziert Spritzer und verbessert die Nahtformgebung. Der Schutzgasdurchfluss beträgt 15–25 L/min; bei Windgeschwindigkeiten über 2 m/s ist ein Windschutz erforderlich.

Gestaltung der Schweißverbindungen und Fugenformen

Die Norm legt die Konstruktion typischer Schweißverbindungen im Kranstahlbau verbindlich fest:

Stoßverbindung – Stumpfstöße an Gurt- und Stegblechen des Hauptträgers sind als festigkeitsgleiche Stumpfnähte auszuführen. Die Fugenform richtet sich nach der Blechdicke: ≤ 8 mm I-Fuge (Spalt 1–3 mm); 8–20 mm V-Fuge (Fugenwinkel 60° ± 5°, Steghöhe 1–2 mm); 20–40 mm X-Fuge (Doppelseitiges Schweißen zur Reduzierung der Verformung); > 40 mm U-Fuge (Gewährleistung des Wurzeldurchschweißens). Die Nahtüberhöhung von Stumpfnähten ist auf 0–3 mm zu begrenzen; zu hohe Überhöhungen sind abzuschleifen.

T-Stoß – Der T-Stoß zwischen Stegblech und Gurtblech des Hauptträgers ist eine der wichtigsten Schweißverbindungen bei Brücken- und Portalkranen. Für Hauptträger der Triebwerksgruppe A5 und darüber sind tiefeingeschweißte Kehlnähte oder Kehlnähte mit Fuge zu verwenden, wobei die Schenkellänge mindestens das 0,7-fache der Stegblechdicke betragen muss. Bei einer Stegblechdicke ≥ 12 mm ist eine ein- oder beidseitige Fuge (Tiefe ≥ 4 mm) erforderlich, um das Wurzeldurchschweißen sicherzustellen. Die effektive Nahtdicke des T-Stoßes darf den Bemessungswert nicht unterschreiten.

Eck- und Überlappungsverbindung – Die Schenkellänge der Kehlnähte zwischen Versteifungsblech und Stegblech beträgt das 0,5- bis 0,7-fache der Stegblechdicke (Minimum 4 mm). Die Überlappungslänge bei Überlappungsverbindungen muss mindestens das 5-fache der dünneren Blechdicke betragen. Die Enden von Kehlnähten sind mit einer Umschweißung (Kastennaht) zu versehen; die Länge der Umschweißung muss mindestens das 2-fache der Schenkellänge betragen.

Prozesskontrolle beim Schweißen

Die Norm stellt quantitative Anforderungen an die Kontrolle der wesentlichen Schweißparameter:

Vorwärmung und Zwischenlagentemperatur – Bei einer Grundwerkstoffdicke ≥ 40 mm oder einer Umgebungstemperatur unter 0 °C ist vor dem Schweißen eine Vorwärmung erforderlich. Die Vorwärmtemperatur beträgt für Q235B ca. 80–120 °C, für Q355B ca. 100–150 °C und für Q420 ca. 120–180 °C. Die Zwischenlagentemperatur (Temperatur des Grundwerkstoffs zwischen benachbarten Schweißraupen) darf die Vorwärmtemperatur nicht unterschreiten und 230 °C nicht überschreiten. Der Vorwärmbereich erstreckt sich über jeweils 100 mm beidseitig der Schweißnaht. Die Temperaturmessung erfolgt mit einem Oberflächenmessgerät (Infrarot oder Kontakt) in einem Abstand von 50 mm zur Schweißnaht.

Streckenenergie beim Schweißen – Die Streckenenergie berechnet sich nach Q = U · I / v (U = Spannung in V, I = Strom in A, v = Schweißgeschwindigkeit in cm/min). Eine zu geringe Streckenenergie führt zu gehärtetem Gefüge (Gefahr von Kaltrissen), eine zu hohe Streckenenergie beeinträchtigt die Zähigkeit der Schweißnaht. Die Norm empfiehlt für gängige Schweißverfahren folgende Bereiche der Streckenenergie: Unterpulverschweißen Q = 20–45 kJ/cm, CO₂-Schutzgasschweißen Q = 10–25 kJ/cm, Schweißen mit Stabelektrode Q = 10–20 kJ/cm. Die konkreten Werte werden über die Schweißverfahrensprüfung (WPQR) festgelegt.

Schweißreihenfolge – Die Schweißreihenfolge am Hauptträger folgt dem Grundsatz der Minimierung des Schweißverzugs: Zuerst werden die Kehlnähte zwischen Stegblech und unterem Flanschblech geschweißt (um eine Überhöhung des Hauptträgers zu erzeugen), danach die Kehlnähte zwischen Stegblech und oberem Flanschblech, und zuletzt die inneren Versteifungsbleche. Beim Schweißen wird das Absatzschweißen (Abschnittslänge 300–500 mm) oder das Springschweißen angewendet, um die Wärmeeintragung zu verteilen. Die vier Längskehlnähte des Kastenträgers sind von zwei Schweißern symmetrisch auszuführen.

Wasserstoffarmglühen nach dem Schweißen – Bei Schweißnähten aus hochfestem Stahl mit einer Blechdicke ≥ 60 mm ist unmittelbar nach dem Schweißen eine Wasserstoffarmglühung durchzuführen (200–250 °C, 2–4 h Haltezeit, anschließend langsame Abkühlung), um Kaltrisse zu vermeiden.

Qualitätsabnahme und Fehlerbewertung von Schweißnähten

Die Norm definiert die Abnahmeklassen für die Schweißnahtqualität sowie die Bewertungskriterien für Fehler:

Sichtprüfung – Alle Schweißnähte sind einer 100%igen Sichtprüfung zu unterziehen. Zulässigkeitskriterien: Die Schweißnahtoberfläche muss frei von Rissen, Bindefehlern, Schweißperlen und Einbrandkerben sein (Einbrandtiefe bei Schweißnähten der Klasse I ≤ 0,3 mm, Klasse II ≤ 0,5 mm, Klasse III ≤ 0,8 mm). Oberflächenporen sind nicht zulässig (bei Klasse I und II generell verboten; bei Klasse III max. 3 Poren pro 100 mm Nahtlänge mit einem Durchmesser ≤ 1,5 mm). Die Außenmaße der Schweißnaht müssen innerhalb von ±2 mm der Konstruktionsmaße liegen.

Zerstörungsfreie Prüfung – Schweißnähte der Klasse I werden zu 100% mittels Ultraschallprüfung (UT) und zusätzlich zu 10% mittels Durchstrahlungsprüfung (RT) geprüft. Klasse-II-Nähte werden zu 100% per UT geprüft. Bei Klasse-III-Nähten ist die Sichtprüfung ausreichend. Die UT-Zulässigkeitskriterien richten sich nach GB/T 11345: Klasse-I-Nähte müssen die Anforderungen der Klasse II erfüllen (keine linienförmigen Fehler), Klasse-II-Nähte ebenfalls Klasse II. Die RT-Bewertung erfolgt nach GB/T 3323: Klasse I – Klasse II, Klasse II – Klasse III.

Mechanische Eigenschaften – Anforderungen an die Prüfstücke der Schweißverfahrensprüfung (WPQR): Die Zugfestigkeit darf die untere Grenze des charakteristischen Werts des Grundwerkstoffs nicht unterschreiten. Die Biegeprüfung (d = 4a, 180°) muss rissfrei bleiben. Die Kerbschlagarbeit KV₂ (-20 °C) muss mindestens 27 J (Klasse I) bzw. 20 J (Klasse II) betragen. Die metallographische Prüfung (Makroschliff) darf keine Risse, Bindefehler oder Schlackeneinschlüsse aufweisen; der Porenanteil ist auf max. 2% begrenzt.

Nacharbeit von Fehlern – Nicht konforme Schweißnähte dürfen nachgearbeitet werden, wobei die Anzahl der Nacharbeiten an derselben Stelle auf maximal 2 begrenzt ist. Vor der Nacharbeit ist der Fehler vollständig zu entfernen (z. B. durch Kohlestahlmeißeln oder Schleifen). Nach der Entfernung ist die Fehlerfreiheit zu bestätigen, bevor erneut geschweißt wird. Die nachgearbeitete Stelle ist erneut einer UT-Prüfung zu unterziehen und die Nacharbeit ist zu dokumentieren. Eine zweite Nacharbeit bedarf der Genehmigung des technischen Leiters. Die Schweißwerkstatt der Kelude Schwerindustrie hält diese Norm streng ein; die Erstprüfquote der Schweißnähte der Klasse I liegt konstant über 96%.

Schweißparameter für Stahlkonstruktionen im Vergleich

Die folgende Vergleichstabelle zeigt die zentralen Parameter für das Schweißen von Stahlkonstruktionen und dient als Referenz für die Auswahl und Konfiguration durch Anwender.

Häufige Fragen