Schweißnahtdicke und Schweißnahtlänge

Nachdem wir uns bisher nur mit den gestalterischen und beeinflussenden Aspekten einer Schweißverbindung 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. Das Bild zeigt dies noch einmal vereinfachend.

Die für die Ermittlung des Schweißnahtmodells zu berücksichtigenden Größen sind:

• die Schweißnahtdicke
• die Schweißnahtlänge und -lage

Schweißnahtdicke

Die Schweißnahtdicke hat einen wesentlichen Einfluss auf die ertragbaren Spannungen in der Schweißnaht.

Es sollen zunächst einige allgemeingültige Hinweise zur Schweißnahtdicke benannt werden. Diese allgemeingültigen Hinweise bezeiehn sich dabei in der Regel auf eine Kehlnaht, die am häufigsten eingesetzten Nahtart beim Schweißen.

Die Schweißnahtdicke wird mit dem Nahtdicke a oder Schenkellänge z gekennzeichnet. Welcher der beiden Werte Anwendung findet muss in einer entsprechenden Symbolik enthalten sein:

Bei den Berechnungen zur Festigkeit wird in der Regel Nahtdicke a genutzt. Da es sich bei der Kehlnaht um ein rechtwinkliges und gleichschenkliges Dreieck handelt hängen Nahtdicke a und Schenkellänge z wie folgt zusammen:

Nachfolgend einihe allgemeingültige Hinweise zur Schweißnahtdicke:

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

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

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:

Hinweise zu Kehlnähten

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

Bei Kehlnähten ist die Nahtdicke gleich der bis zum theoretischen Wurzelpunkt gemessene Abstand zur Hypothenuse des eingezeichneten rechtwinkligen und gleichschenkligen Dreiecks.

 weitere Hinweise:

• Die Bauteildicke sollte mindestens 3,0 mm betragen und die Nahtdicke sollte bei mindestens 2,0 mm liegen.
• Die Mindestnahtdicke sollte größer/gleich der Wurzel aus maximalen Bauteildicke (in mm) minus 0,5 sein.
• Die Maximalnahtdicke sollte kleiner/gleich der minimalen Bauteildicke (in mm) mal 0,7 sein.

Schweißnahtlänge und -lage

Als zweiten Einflussfaktor behandeln wir nun die Schweißnahtlänge und -lage.

Bei der Schweißnahtlänge wird immer nur die wirksame Nahtlänge ($\ l $)berücksichtigt. Auftretende Einbrandkerben sind nicht tragfähig und müssen in Berechnungen herausgerechnet werden. 

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.

Wie bereits festgestellt wird die Nahtdicke wie immer mit $\ a $ angegeben. Die Länge des angeschweißten Werkstücks beträgt $ b $.  Die Länge der Einbrandkerben wird als Faktor der Nahtdicke a betrachtet. Für die wirksame Nahtlänge ergibt sich somit:

Es gibt jedoch einen 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.