A36, S355 oder A514: Was die Stahlsorte am Preis Ihrer Schweißkonstruktion ändert
Der Werkstoff ist die am leichtesten lesbare Position in einem Angebot für eine Schweißkonstruktion, und zugleich die, die Einkäufer am häufigsten überbewerten. Der Blechpreis ist sichtbar. Was die Stahlsorte mit Schweißen, Vorwärmen, Verzug und Bearbeitung macht, ist es nicht, und dieser Anteil ist meist größer.
Die Werkstoffgruppen
Unlegierter Baustahl: ASTM A36, EN S235JR. Der Standard. Günstig, überall verfügbar, gutmütig beim Schweißen, bei üblichen Querschnitten kein Vorwärmen. Streckgrenze etwa 235 bis 250 MPa. Walzebenheit mit großzügiger Toleranz, planen Sie also Bearbeitungszugabe ein.
Höherfester Baustahl: ASTM A572 Grade 50, EN S355J2. Rund 50 Prozent mehr Streckgrenze bei moderatem Mehrpreis. Mit denselben Verfahren schweißbar, bei dickeren Querschnitten mit mehr Aufmerksamkeit für die Wärmeeinbringung. S355J2 hat eine festgelegte Kerbschlagprüfung bei minus 20 °C, was zählt, wenn Zeichnung oder Anwendung Zähigkeit fordern. Das ist die Arbeitspferd-Sorte für Maschinenrahmen und schwere Konstruktionen.
Vergüteter Stahl: ASTM A514, EN S690QL. Streckgrenze etwa 690 MPa. Wird gekauft, wenn Gewicht zählt: Hebekonstruktionen, Ausleger, mobile Maschinen. Er bringt echte schweißtechnische Anforderungen mit. Vorwärm- und Zwischenlagentemperatur werden kontrolliert und sind nicht optional, Zusatzwerkstoffe sind artgleich und wasserstoffkontrolliert, und die Wärmeeinbringung ist nach beiden Seiten begrenzt: zu wenig kühlt die Naht zu schnell ab, zu viel erweicht die Wärmeeinflusszone. Eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen kann die Vergütung aufheben, daher muss der Plan für das Spannungsarmglühen mit Blick auf die Sorte festgelegt werden.
Verschleißfester Stahl: Hardox 400 und 450, AR400. Wird für Standzeit gekauft, nicht für Festigkeit. Geschweißt wird innerhalb der vom Blechhersteller veröffentlichten Grenzen für Wärmeeinbringung und Vorwärmung, denn wer sie überschreitet, verliert an der Naht genau die Härte, für die er bezahlt hat. Üblicherweise als Verschleißfläche auf einer Konstruktion aus unlegiertem Stahl eingesetzt, nicht für das ganze Teil.
Edelstahl 304L und 316L. Ein völlig anderes Thema, behandelt im Leitfaden zu Edelstahl-Schweißkonstruktionen.
Aluminium 6061 und 5083. Ebenfalls anders, und das Problem der Wärmeeinflusszone wird hier behandelt.
Festigkeit gegen Steifigkeit: der Fehler, den Sie vermeiden sollten
Dieser Fehler kostet echtes Geld.
Alle Baustähle haben im Wesentlichen denselben Elastizitätsmodul, etwa 200 GPa. Die Streckgrenze variiert über die oben genannten Sorten um den Faktor drei. Die elastische Steifigkeit variiert überhaupt nicht.
Daraus folgt:
- Ist das Teil festigkeitsbestimmt, erlaubt eine höhere Sorte dünneres Blech und spart Gewicht, Schweißgut und Bearbeitung.
- Ist das Teil steifigkeits- oder durchbiegungsbestimmt, bringt eine höhere Sorte nichts. Dünneres höherfestes Blech biegt sich stärker durch, nicht weniger. Sie brauchen Querschnittshöhe und Geometrie, keine bessere Sorte.
Maschinenbetten, Portale und alles, bei dem die Genauigkeit unter Last zählt, sind meist steifigkeitsbestimmt. Hebekonstruktionen und tragende Bauteile sind meist festigkeitsbestimmt. Wer das verwechselt, erhält entweder ein schweres, teures Teil oder einen Rahmen, der nachgibt.
Was die Stahlsorte in den folgenden Schritten bewirkt
| Werkstoffgruppe | Schweißen | Verzug | Bearbeitung |
|---|---|---|---|
| A36, S235 | Einfach, bei üblichen Querschnitten kein Vorwärmen | Mittel | Leicht, aber Walzzunder wirkt abrasiv |
| A572 Gr 50, S355 | Dieselben Verfahren, engere Wärmekontrolle | Ähnlich wie unlegierter Stahl | Ähnlich, etwas härter |
| A514, S690QL | Vorwärm- und Zwischenlagenkontrolle, artgleiche Zusatzwerkstoffe, Wasserstoffkontrolle | Ähnlich, aber Reparaturen sind stärker eingeschränkt | Härter, langsamer, mehr Werkzeugverschleiß |
| Hardox, AR400 | Grenzen für Wärmeeinbringung, Vorwärmen nach Blechhersteller | Mittel | Hart. Oft geschliffen statt gefräst |
Praktisch heißt das: Der Wechsel von A36 zu A514 verteuert den Auftrag nicht nur um 30 Prozent, weil das Blech 30 Prozent mehr kostet. Er bringt Vorwärmzeit, Aufsicht, Kosten für Zusatzwerkstoffe, langsamere Bearbeitung und einen stärker eingeschränkten Reparaturweg mit sich.
Sorten gezielt kombinieren
Das ist üblich und meist richtig. Eine Konstruktion aus unlegiertem Stahl mit verschleißfester Verschleißfläche oder ein S355-Rahmen mit Schutzabdeckungen und Konsolen aus A36 setzt den teuren Werkstoff nur dort ein, wo er tatsächlich arbeitet.
Dafür muss die Zeichnung eindeutig angeben, welches Teil welche Sorte hat und welches Verfahren für die Verbindungen zwischen ihnen gilt, denn eine Mischverbindung ist ein eigener Qualifizierungsfall.
Blechebenheit und Dickentoleranz
Zwei Tatsachen, die oft übersehen werden:
Warmgewalztes Blech wird mit einer Ebenheitstoleranz geliefert, die im Vergleich zu allem, was Sie bearbeiten würden, großzügig ist. Diese Toleranz steckt im Teil, bevor eine einzige Naht gezogen ist, und sie ist ein Grund, warum Bearbeitungszugabe nicht optional ist.
Auch die Blechdicke hat eine Toleranz. Braucht eine Konstruktion an einer Fläche eine genaue Dicke, wird diese bearbeitet. Eine Nennblechdicke als Fertigmaß anzugeben, ist ein häufiger Zeichnungsfehler.
Eine kurze Auswahlregel
- Steifigkeitsbestimmt, Größe nicht begrenzt: A36 oder S355, mehr Querschnittshöhe.
- Festigkeitsbestimmt, Gewicht zählt: S355, oder A514, wenn die Gewichtsersparnis die Schweißkosten rechtfertigt.
- Verschleißfläche: Konstruktion aus unlegiertem Stahl mit verschleißfester Oberfläche.
- Korrosion ist relevant: 316L, und planen Sie ein, was Edelstahl mit sich bringt.
- Tieftemperaturzähigkeit gefordert: eine Sorte mit Kerbschlagprüfung wie S355J2, und geben Sie das auf der Zeichnung an.
Senden Sie Ihre Zeichnung mit angegebener Stahlsorte, und wir bringen Sie mit Betrieben zusammen, die für das Schweißen dieser Sorte qualifiziert sind.
Häufige Fragen
Ist höherfester Stahl insgesamt immer teurer?
Nicht immer. A514-Blech kostet pro Kilogramm mehr, aber wenn es dünnere Querschnitte erlaubt, können Gesamtgewicht, Schweißgutvolumen, Bearbeitungszeit und Fracht sinken. Wo es meist verliert, sind Teile, die von der Steifigkeit statt von der Festigkeit bestimmt werden, denn alle Stähle haben im Wesentlichen denselben Elastizitätsmodul.
Kann ich A36 durch S355 ersetzen, um Gewicht zu sparen?
Bei einem festigkeitsbestimmten Teil oft ja. Bei einem steifigkeitsbestimmten Teil nein. Die Durchbiegung hängt vom Elastizitätsmodul und der Querschnittsgeometrie ab, und der Modul ist bei allen Baustählen etwa gleich. Dünneres höherfestes Blech biegt sich daher stärker durch.
Verändert die Stahlsorte die Schweißkosten?
Ja. Höherfeste sowie vergütete Sorten bringen Vorwärmen, Kontrolle der Zwischenlagentemperatur, eine gezielte Wahl der Zusatzwerkstoffe und teils Wasserstoffkontrolle mit sich. Das bedeutet langsameres Schweißen und mehr Aufsicht, und das zeigt sich in den Stunden.
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