Titel: Die Untersuchung von autogen geschweißten Blechteilen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1910, Band 325 (S. 593–596)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj325/ar325177

Die Untersuchung von autogen geschweißten Blechteilen

nach dem Protokoll der 39. Delegierten- und Ingenieur-Versammlung des Internationalen Verbandes der Dampfkessel-Ueberwachungs-Vereine zu Lille im Juni 1909.

Herr Ingenieur Baumann berichtet über die von der Materialprüfungsanstalt in Stuttgart unter Leitung des Herrn Baudirektors Professor Dr.-Ing. C. v. Bach ausgeführte Prüfung der Schweißnähte eingesandter Blechstücke durch Zugversuche bei gewöhnlicher und höherer Temperatur, Biege- und Schlagversuche, Kerbschlagproben bei gewöhnlicher Temperatur und 200° C, sowie durch metallographische Untersuchungen. Die Ergebnisse waren in kurzer Wiedergabe folgende (s. Tab. 1):

Tabelle 1.

Prüfungs-
temperatur
°C

1

Art der Proben


2
Zugprüfung Kerbschlagpr.
Zugfestigkeit
kg/qcm

3
Bruch-
dehnung
v. H.
4
Querschnitts-
verminderung
v. H.
5
Lage des Bruchs zur
Schweißstelle

6
Arbeitsverbr.
beim Bruch
mkg/qcm
7
20
200
300
Stäbe aus dem vollen (nicht ge-
schweißten) Blech
3348
4577
3864
32,2
16,7
36,5
72,9
54,9
60,9
21,6
23,3
20
200
300
Stäbe mit der Schweißnaht in
etwa der Mitte der Messlänge.
Schweißstelle um etwa 3 mm
stärker als das Blech.
3555
4879
4163
19,7
13,1
19,7
66,6
50,5
56,2
Von neun Stäben ist einer
in der Schweißstelle
gebrochen.
3,2
12,1
20
200
300
Stäbe mit der Schweißnaht in etwa
der Mitte der Messlänge. Ver-
stärkung der Schweißstelle weg-
gehobelt.
3278
4726
10,5
7,9
27,5
12,1
(Sämtliche Stäbe brachen
in der Schweißstelle.)


1. Blechtafel 1000 × 700 × 15 mm, aus Lyon eingesandt, geschweißt außerhalb des Kessels von der Sté de l'acétylène dissous in Marseille. Aus der Mitte der Tafel ist ein Stück von 480 × 370 mm ausgeschnitten und mit gelöstem Azetylen und Sauerstoff wieder autogen eingeschweißt worden. Das Schweißen war von beiden Seiten und sauber ausgeführt. Die Tafel hatte sich nicht nennenswert verzogen.

Die Bruchdehnung des vollen Bleches und der Stäbe mit verstärkter Schweißnaht beträgt also bei 200° C 16,7 und 13,1 v. H. (Spalte 4). Die nach der Schlagarbeit beurteilte Zähigkeit des Materials (Spalte 7) ist in dem vollen Blech bei 20° C rd. siebenmal und bei 200° C rd. zweimal so groß als in den Stäben mit der Schweißnaht. Bei den Biegeversuchen der Stäbe mit Schweißnaht trat der Bruch erst nach erheblicher Formänderung ein. Die durch Schlag gebogenen Stäbe mit Schweißnaht ertrugen nicht so erhebliche Formänderungen. Die geätzten Schliffe lassen erkennen, daß das Füllmaterial Nacheinander in kleinen Mengen eingeschmolzen worden ist. Oxydeinschlüsse treten nur in geringer Ausdehnung auf. Die Prüfung dieses in Marseille geschweißten Bleches zeigte die besten Ergebnisse, die bis dahin in der Prüfungsanstalt mit autogen geschweißten Nähten erzielt wurden.

2. Stück vom oberen Scheitel eines Wellflammrohres, aus Kaiserslautern eingesandt. Der am Rande einer überlappten Schweißung des 11 mm starken Bleches eingetretene Riß war mit Wasserstoff und Sauerstoff autogen zugeschweißt worden, nach sieben- bis achtmonatigem Betriebe aber wieder aufgebrochen. Ein geätzter Querschnitt läßt erkennen, daß die autogene Schweißung infolge von vielen und ausgedehnten Schlackeneinschlüssen äußerst minderwertig ist. Außerhalb der Schweißungen zeigt das Blech noch einen weiteren Anriß.

3. Stück aus der Krempe des hinteren Verbindungsstutzens zwischen Ober- und Unterkessel eines Wasserrohrkessels, 14 mm Wandstärke, aus Halle a. S. eingesandt. Auch in diesem Falle ist ein Riß mit Wasserstoff und Sauerstoff autogen verschweißt worden, der sich dicht neben einer überlappt geschweißten Naht gebildet hatte. Die autogene Schweißung war in größerer Entfernung von der ausführenden Dampfkesselfabrik erfolgt und nicht gelungen, da der Riß sich bei der nachfolgenden Wasserdruckprobe wiederholt auftrennte. Ein geätzter Querschnitt der Schweißung erklärt deren Mißlingen. Der Riß wurde hiernach zum Schweißen nicht durch Auskreuzen erweitert, und das aufgeschmolzene, von Oxydschichten durchsetzte Material hat sich mit dem Blech nur ungenügend verbunden. Das Blech selbst ist unganz und unrein.

4. Zwei Stücke aus einem Zentralheizungskessel, aus Magdeburg eingesandt. Stück I, 5 mm stark, entstammt dem Mantel, Stück II, 8 mm stark, dem Flammrohr. Beide sind im Kessel mit Azetylen und Sauerstoff |594| von einer Spezialfirma einseitig geschweißt worden. Das Ergebnis der bei 20° C ausgeführten Prüfung ist in Tab. 2 zusammengestellt.

Tabelle 2.



Proben aus

Zugprüfung
Kerbschlag-
prüfung
Zug-
festigkeit

kg/qcm
Bruch-
dehnung

v. H.
Arbeits-
verbrauch
beim Bruch
mkg/qcm
dem Mantel volles Blech
Schweißstelle
3671
3584
20,8
14,2
18,2
6,8
dem
Flammrohr
volles Blech
Schweißstelle
3730
3720
27
24 10,5
17,5
10,4 3,9 6,1

Ein Querschnitt durch die Mantelschweißung zeigt im geätzten Zustande grobes Korn des Füllmaterials mit zahlreichen Oxydeinschlüssen. Dieses Gefüge läßt vermuten, daß die Schweißung sich im Betriebe nicht so gut bewährt haben würde als das nach den Ergebnissen der mechanischen Prüfung anzunehmen ist. Die mangelhafte Ausführung der Schweißung hat sich in diesem Falle erst durch die metallographische Untersuchung ergeben.

5. Abschnitt eines Wasserrohres, eingeliefert aus Halle a. S. An ein Rohr von 3,5 mm Wandstärke war mit Wasserstoff und Sauerstoff ein neues Ende angeschweißt worden. Ein die Schweißnaht enthaltender Abschnitt dieses Rohres wurde gerade gedrückt, ohne daß Risse eintraten und in diesem Zustande zur Prüfung eingesandt (s. Tab. 3).

Biegestäbe brachen erst nach ziemlich weitgehender Formänderung. Die metallographische Untersuchung ergab, daß das Rohrmaterial in der Nähe der Schweißung stark überhitzt wurde und daß das Füllmaterial von langen Oxydschichten durchzogen ist, die aber annähernd mit der Walzrichtung des Bleches verlaufen und deshalb weniger schädlich sind.

Tabelle 3.

Zustand der Proben mit der
Schweißstelle in etwa der Mitte
Zugfestigkeit
kg/qcm
Bruchdehnung
v. H.
Wie eingeliefert 2944–3931 1
Geglüht 3557 6
Warm geschmiedet 3727 6

6. Flammrohr, aus Braunschweig eingesandt, Wandstärke 13 mm. Beim Schweißen eines gebildeten Risses sollen neue Risse entstanden sein. Deshalb wurde die Reparatur durch Schweißung aufgegeben. Das Ergebnis der Prüfung bei gewöhnlicher Temperatur ist in Tab. 4 zusammengestellt.

Tabelle 4.


Ort der
Probenentnahme

Zustand
der Proben
Zug-
festig-
keit

kg/qcm

Bruch-
dehnung

v. H.
Quer-
schnitts-
vermin-
derung
v. H.
Volles Blech Parallel zur Rohrachse
Senkrecht z. Rohrachse
desgl.
Wie eingeliefert
desgl.
Ausgeglüht
3856
3982
3850
24,3
26,1
27
59,7
60,5
61,9
Schweißstelle Wie eingeliefert 2036 1,5

Beim Biegen brach die Schweißung vor dem Eintritt einer erheblichen Formänderung. Die Kerbschlagproben aus der Schweißung ergaben im Durchschnitt 4,14 mkg/qcm für den Bruch. Das Füllmaterial enthält zahlreiche Poren.

7. Drei Blechstücke aus den beiden Flammrohren eines Schiffskessels, 14 mm Wandstärke, eingeliefert vom Vorsitzenden der techn. Kommission des J. V. d. D. Ue. V. In den Flammrohren sind an vier Stellen (bei F, A, B und E) künstlich Risse erzeugt und diese mittels gelösten Azetylens und Sauerstoffs in Hamburg von Leuten verschweißt worden, die in Marseille ausgebildet waren. Die Ausführung erfolgte mit den Vorrichtungen, für die die Arbeiter eingelernt waren. (Scheinbar ist bei A, B und E das eingerissene Material herausgeschnitten und durch Einsetzen rechteckiger Blechstücke ersetzt, bei F dagegen ein Längsriß direkt wieder zugeschweißt worden.)

Tabelle 5.


Probe-
blech

Art
der Probe
Prüfungs-
tempe-
ratur

°C

Zug-
festigkeit

kg/qcm

Bruch-
dehnung

v. H.
Quer-
schnitts-
vermin-
derung
v. H.
E Volles Blech
Schweißnaht
20
20
4063
2376
27,2
0,7
52,7
E Volles Blech
Schweißnaht
200
200
4524
2128
12,2
0,6
30,4
F Volles Blech
Schweißnaht
20
20
4179
2567
20,4
1,1
52,5

Die Spannungen und Zerrungen des Materials, die durch das Schweißen eingetreten sind, ergaben sich aus folgenden Beobachtungen: Eine Rundnaht des Stückes B ist beim Erkalten wieder aufgesprungen. Der Riß hat sich in das volle Blech hinein fortgesetzt. Die Ursache des Risses ist darin zu suchen, daß die Nieten der nahe gelegenen, parallel zur Schweißfuge verlaufenden Rundnietnaht nicht entfernt worden waren. Angeblich ist das absichtlich unterlassen worden, um zu zeigen, wie die Ausbesserung nicht ausgeführt werden soll. Im Stücke E ist dagegen eine Naht unbeabsichtigt wieder aufgerissen, wahrscheinlich aus gleichen Ursachen wie bei B. Neben dem verschweißten Längsriß F machen sich Streckfiguren bemerkbar, die beweisen, daß Spannungen hervorgerufen worden sind, die höher waren, als die Streckgrenze des Materials. Im Stück A sind Materialverschiebungen eingetreten und Nietlöcher versetzt worden.

Die ausgeführten Zugversuche sind aus Tab. 5 zu ersehen.

Bei den Biege- und Schlagbiegeprüfungen der Stäbe mit Schweißnaht brachen diese, bevor eine größere Formänderung eingetreten war. Geätzte Querschnitte der Nähte von den Stücken E und F zeigen grobes Korn, das von Oxydschichten durchsetzt ist. Sie zeigen ferner, daß die Schweißung nicht durch die ganze Blechdicke reicht. Die geringwertigen Ergebnisse der Schweißnähte bei der mechanischen Prüfung erklären sich also durch die mangelhafte Ausführung des Schweißens.

8. Blechstück, das mit Wassergas überlappt geschweißt worden war, etwa 16 mm stark, wahrscheinlich vergleichshalber geprüft (s. Tab. 6).

Die Biege- und Schlagbiegeproben ließen sich zusammenfalten, ohne mehr als äußerliche Risse zu zeigen. Ein geätzter Querschnitt der Naht zeigt feines Korn. Die Fuge enthält stellenweise Schlackenteile, die aber nicht über größere Längen zusammenhängen.

Im Anschluß an seinen Bericht teilt Herr Ingenieur Baumann mit, daß Herr Baudirektor v. Bach auf Grund der vorliegenden Ergebnisse, sowie der im Auftrag des Vereins deutscher Ingenieure durchgeführten Versuche der Ansicht sei, daß der Verband den Standpunkt bis auf weiteres festhalten sollte, den er im Jahre vorher einstimmig |595| angenommen habe. (Bei der Herstellung und Ausbesserung von Dampfkesseln und Dampffässern durch autogene Schweißung die größte Vorsicht walten zu lassen usw., Seite 35 u. 36 des Wiesbadener Protokolls.) Aus der sich anschließenden Diskussion über diesen Antrag v. Bachs wird nachstehend das wichtigste kurz wiedergegeben.

Tabelle 6.


Prü-
fungs-
tempe-
ratur
kg/qcm


Art der Proben

Zugprüfung
Kerbschlag-
prüfung

Zug-
festigkeit
kg/qcm

Bruch-
dehnung
v. H.
Quer-
schnittsver-
minderung
v. H.
Arbeits-
verbrauch
beim Bruch
mkg/qcm
20

200
Stäbe aus d.
vollen (nicht
geschweißt.)
Bleche
3771

5028
24,2
(Außerhalb
der Messlänge
gerissen)
58,3

19,2

21,4
20

200
Stäbe mit der
Schweißnaht
in etwa der
Mitte der
Messlänge
3669

4965
21,1

12,6


12,0

20,1

Herr Schlickert-Essen führt aus, der Bericht des Herrn Baumann habe bestätigt, daß man mit der autogenen Schweißung vorzügliche, aber auch außerordentlich minderwertige Ergebnisse erzielen könne. Für den Erfolg sei einzig und allein die Handfertigkeit, die Gewissenhaftigkeit und die Ruhe des Schweißers maßgebend. Er (Redner) selbst habe Probestäbe geschweißt und noch bessere Resultate erzielt, als die der Marseiller Schweißung (siehe oben Pos. 1). Die Kerbschlagprobe dürfe zur Beurteilung des autogenen Schweißens nicht herangezogen werden, weil ihr Ergebnis davon abhänge, ob der Kerb zufällig auf eine schlechte oder gute Stelle der Naht falle. Die Schweißungen sollten nicht nach den schlechtesten, sondern nach den besten Resultaten beurteilt werden. Man dürfe nicht einzelne Firmen aussuchen, die zuverlässig schweißen, sondern müsse die Arbeiten ausgebildeten, zuverlässigen Schweißern übertragen, die man kenne und die unter eigener Verantwortung arbeiten. Solche Leute seien auszubilden und zu erziehen, um im Laufe der Jahre zu Schweißungen zu kommen, wie die besten der von Herrn Ing. Baumann vorgeführten.

Herr Rinne-Essen vertritt den Standpunkt, daß die autogene Schweißung in einer Reihe bisher erfolgter Veröffentlichungen1) bezüglich ihrer Verwendbarkeit zum Bau und zur Reparatur von Dampfkesseln nicht zu ihrem Rechte gekommen sei. Seine Firma, das Blechwalzwerk Schulz-Knaudt, Akt.-Ges. in Essen, verwende die autogene Schweißung vornehmlich zur Ausbesserung von neuen, noch in der Fabrikation befindlicher Kesselteile und zur Herstellung von komplizierten Schweißstücken. Sie habe deshalb ein Interesse daran gehabt, durch eigene Versuche festzustellen, ob die bisher veröffentlichten Ergebnisse ein richtiges Bild von der Leistungsfähigkeit der autogenen Schweißung geben oder ob sie deshalb so minderwertig ausfielen, weil die Versuchsstücke unter unsachgemäßer und falscher Anwendung des autogenen Schweißverfahrens hergestellt worden waren. Diese Versuche, von denen der Redner einiges bekannt gibt, sind inzwischen in „Stahl und Eisen“ Nr. 46 von 1909 ausführlich beschrieben worden.

Herr Rinne ist der Ansicht, daß die autogene Schweißung bei richtiger und sachgemäßer Anwendung eine der allerbesten der bisher bekannten Schweißmethoden sei. Ihr Hauptvorteil bestehe darin, daß man bei ihrer Anwendung die Naht nach Belieben stärker halten könne, als das zu schweißende Blech. In dieser Beziehung sei die autogene Schweißung der Koks- und Wassergasschweißung entschieden weit überlegen. Diese Ueberlegenheit werde allerdings nur durch sorgfältigste Ausführung gewährleistet. Dazu gehöre die Verwendung von reinem Azetylen, die Auswahl richtig, den Blechstärken entsprechend dimensionierter Schweißbrenner und gutes Füllmaterial. Haupterfordernisse für das gute Gelingen der autogenen Schweißung seien aber das Hämmern des eingeschmolzenen Füllmaterials und das sorgfältige Ausglühen des fertigen Schweißkörpers. In dem Berichte „Stahl und Eisen, Nr. 23, 1909, Seite 881“ über die Bachschen Versuche würde das Urteil des Berichterstatters bezüglich des Wertes der autogenen Schweißung wesentlich günstiger ausgefallen sein, wenn ihm Resultate von sachgemäß ausgeführten Schweißungen vorgelegen hätten, bei denen das eingetragene Füllmaterial Tropfen für Tropfen mit dem Schweißhammer gehörig gehämmert worden war. Im übrigen schließt sich Herr Rinne dem Antrage des Herrn v. Bach an, weil die im Jahre vorher vorgeführten autogenen Schweißproben fast durchweg schlecht ausgeführt waren und ungeeignete Elemente wenigstens von dem Schweißen im Dampfkesselbau ausgeschlossen werden müßten.

Herr Reischle, München, hält die Zurückhaltung, die in dem Antrage des Herrn v. Bach zum Ausdruck kommt, für gerechtfertigt, weil es zwar möglich sei, recht gut zu schweißen, vielfach aber doch auch noch recht schlecht autogen geschweißt werde. Die Erfahrung werde lehren, ob diese Vorsicht mit der Zeit einzuschränken oder sogar zurückzunehmen sei.

Nach dem Antrage des Herrn v. Bach wird hierauf einstimmig folgender Beschluß angenommen:

„Bei dem heutigen Stand empfiehlt es sich, in bezug auf die Herstellung und die Ausbesserung von Dampfkesseln und Dampfgefäßen durch autogene Schweißung die größte Vorsicht walten und solche Arbeiten nur zuverlässig arbeitende Firmen unter Ueberwachung des in Betracht kommenden Revisionsvereins ausführen zu lassen. Dabei ist namentlich dem Umstände Beachtung zu schenken, daß durch die mit dem Schweißen verbundene örtliche Erhitzung der Ränder und durch die Zusammenziehung des flüssig gewesenen Füllmaterials (ohne nachfolgendes Ausglühen des Stückes) im Flußeisen Spannungen in Wirksamkeit treten können, die mehr oder minder schwere Unfälle herbeizuführen imstande sind.

Nähte, die durch wirkende äußere Kräfte oder infolge von Temperaturschwankungen auf Zug oder Biegung stark beansprucht werden, sollen nur dann geschweißt und ihnen diese Kraftübertragung zugemutet werden dürfen, wenn das geschweißte Stück nach dem Schweißen ausgeglüht wird.“

Sämtliche von der Materialprüfungsanstalt der Kgl. techn. Hochschule in Stuttgart im Auftrage des Internationalen Verbandes der Dampfkessel-Ueberwachungsvereine und des Vereins deutscher Ingenieure bis 1910 ausgeführten Versuche mit autogen geschweißten Blechen und Kesselteilen sind inzwischen von C. Bach und R. Baumann im Heft 83 und 84 der Mitteilungen über Forschungsarbeiten mit allen Einzelheiten veröffentlicht worden. Nach ihren Ergebnissen darf der vorstehende Liller Beschluß vom Juni 1909 auch heute noch als zutreffend angesehen werden, denn von allen eingesandten, autogen geschweißten Stücken war nur eine verhältnismäßig geringe Anzahl gut geschweißt. Dabei fällt besonders ins Gewicht, daß diese gut ausgefallenen Stücke wohl samtlich |596| als Proben von kleineren Dimensionen für sich geschweißt worden waren, und zwar mit dem Ziel und für den alleinigen Zweck der Prüfung. In einem Dampfkessel oder einem sonstigen Schweißkörper gestaltet sich das Schweißen aber meistens schwieriger, als bei einer von allen Seiten zugänglichen und leicht zu handhabenden Blechprobe. Das fabrikationsmäßige Schweißen wird auch noch aus anderen Gründen, wie z.B. aus Rücksicht auf Zeit und Kosten, wegen Mangel an ausreichenden Erfahrungen, infolge der Unmöglichkeit des Glühens usw., durchschnittlich weniger gut ausfallen, als die zu Prüfungszwecken besonders hergestellten Stücke.2) So wird u.a. in der Regel nicht damit gerechnet werden dürfen, daß das eingebrachte Füllmaterial „Tropfen für Tropfen“ gehörig gehämmert wird, wie das nach der Diskussion in Lille für das Erreichen guter Schweißungen unerläßlich ist.

Andererseits zeigen besonders die auf S. 62–65 in Heft 83 und 84 der „Mitteilungen über Forschungsarbeiten“ bekannt gegebenen Ergebnisse geschweißter Blechplatten, die von der Firma C. eingesandt waren, daß unter günstigen Verhältnissen von wirklich Sachverständigen autogen recht gut geschweißt werden kann. Die betreffende Firma würde sich durch das Bekanntgeben einer Vorschrift für das autogene Schweißen, bei deren Beachtung unter günstigen Umständen so gute Resultate stets mit Sicherheit erreicht werden können, ein großes Verdienst erwerben.

Allgemein wird der Wert des autogenen, wie eines jeden anderen Schweißverfahrens und die Zulässigkeit seiner Anwendung für bestimmte Zwecke der Praxis danach am besten zu beurteilen sein, welche Ergebnisse bei der Prüfung von Blechkörpern, Reparaturarbeiten usw. erzielt werden, die von verschiedenen Schweißereien fabrikationsmäßig ausgeführt worden sind, nach der Fertigstellung aus einer größeren Anzahl für den Betrieb bestimmter Stücke beliebig herausgegriffen und in einer Weise geprüft werden, die der Beanspruchung im Betriebe möglichst nahe kommt. Derartige Prüfungen stellen sich zwar verhältnismäßig teuer, geben dafür aber auch ein zuverlässigeres Urteil als die für Prüfungszwecke besonders angefertigten kleinen Probestücke.

C. Diegel.

|595|

Als Beispiel führt Herr Rinne meine Broschüre: „Das Schweißen und Hartlöten mit besonderer Berücksichtigung der Blechschweißung, Berlin, Leonhardt Simion Nachf., 1909“, an.

|596|

Siehe auch in „Stahl und Eisen“ 1910 Nr. 4 den Artikel „Die autogene Schweißung“.

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