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Maschinenelemente 1 - Schweißnahtdicke und Schweißnahtlänge

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Maschinenelemente 1

Schweißnahtdicke und Schweißnahtlänge

Nachdem wir uns bisher nur mit den gestalterischen und beeinflussenden Aspekten einer Schweißverbindungen auseinandergesetzt haben, wenden wir uns nun den Berechnungen einer Schweißverbindung zu. Am Anfang gilt es wie immer die auftretenden Spannungen zu bestimmen. 

Die für die Nachberechnung notwendigen Querschnitte gründen auf rechnerischen Schweißnahtmodellen, die sich durch Vereinfachungen, Vereinbarungen und Vorschriften aus dem wirklichen Schweißnahtbild ermitteln lassen. Hierzu legt man einen senkrechten Schnitt durch die Schweißnaht, bzw. durch die gemeinsam tragenden Schweißnähte. Anschließend klappt man den Schnitt in die Anschlussebene um.

Die für die Ermittlung des Schweißnahtmodells zu berücksichtigenden Größen sind 

  • die Schweißnahtdicke,
  • die SchweißNahtlänge und -lage

Schenkellänge der Schweißnahtdicke

Die Schweißnahtdicke $ a $ sollte immer mindestens der Dicke des kleineren zu schweißenden Bauteils entsprechen, womit gilt:

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Schweißnahtdicke: $ a = s_{min} $ 

Im vorliegenden Beispiel wäre die Mindestdicke $ s_{min} $ so zu wählen, dass sie der Dicke $\ s_1 $ des Bauteils 1 entspricht. 

Stoßschweißnaht
Stoßschweißnaht

Da jedoch nur in einem Teil der Fälle eine Stoßnaht geschweißt werden kann, hat man eine allgemeingültige Ungleichung aufgestellt, die als Orientierung für die Gestaltung der Schweißnahtdicke dient:

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Allg. Schweißnahtdicke: $ 3mm \le a \le s_{min} $ 

Die ist auch unabhängig davon ob beispielsweise eine Hohlkehlnaht, eine Kehlnaht, oder eine Wölbkehlnaht vorliegt. Entscheidend ist immer die Dicke $ a $

Ausprägungen von Kehlnähten
Ausprägungen von Kehlnähten

Schweißnahtlänge und -lage

Als zweiten Einflussfaktor behandeln wir nun die Schweißnahtlänge und -lage. Bei der Schweißnahtlänge wird immer nur die wirksame Nahtlänge berücksichtigt. Auftretende Einbrandkerben sind nicht tragfähig und müssen in Berechnungen herausgerechnet werden. 

Einbrandkerben bei einer Schweißnaht
Einbrandkerben bei einer Schweißnaht

In der obigen Abbildung ist ein Werkstück auf eine Platte geschweißt worden. An der Außenkante des Werkstücks am Übergang zur Platte liegen Einbrandkerben vor. Diese Kerben treten an den Ecken der Schweißnähte auf und sind das Resultat von Schweißfehlern. Die Nahtdicke ist wie immer mit $\ a $ angegeben. Die Länge des angeschweißten Werkstücks beträgt $ b $.  Für die wirksame Nahtlänge ergibt sich:

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Wirksame Nahtlänge: $ l = b - 2 \cdot a $

Es gibt jedoch eine Trick mit dem sich Einbrandkerben an der Schweißnaht vermeiden lassen. Indem man dem zu schweißenden Bereich Auslaufbleche hinzufügt, entstehen die Einbrandkerben nicht am Werkstück, sondern im Schweißbereich auf den Auslaufblechen. Letztere können mit Abschluss des Schweißvorgangs wieder entfernt werden.

 

Auslaufbleche zur Vermeidung von Einbrandkerben
Auslaufbleche zur Vermeidung von Einbrandkerben

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Wirksame Nahtlänge [mit Auslaufblechen]: $\ l = b \not{-} \not{2} \not{a} $

Methode

Hier klicken zum Ausklappen Auch bei umlaufenden Nähten werden die Endkrater nicht berücksichtigt.

Hinweis

Hier klicken zum Ausklappen Im kommenden Kurstext beginnen wir mit den Spannungsberechnungen