Grundlagen und Möglichkeiten

Qualifizierung als Herstellerverantwortung

Die Qualifizierung von durch den Schweißbetrieb anzuwendenden Schweißverfahren ist ein notwendiger wie logischer Schritt im Zuge eines umfassenden Qualitätsverständnisses und steht so letztlich im Zusammenhang mit der Herstellerverantwortung für Produktsicherheit und Produkthaftung. Überdies kann eine solche Qualifizierung, auch durch gesetzlich bindende Vorgaben in den relevanten Rechtsvorschriften gefordert werden.

Neben diesen rechtlich bindenden Anforderungen kann sich weiterhin sowohl aus bestehenden Verträgen zwischen Schweißbetrieb (Hersteller, Lieferant) und Kunden wie auch aus eigenständig in den Unternehmen aufgesetzten Qualitätsgrundsätzen die Notwendigkeit eines Qualifizierungsprozesses von Schweißverfahren ergeben.

In diesem Kapitel erhalten Sie zunächst eine Übersicht der wichtigsten, zumeist verfahrensübergreifend anwendbaren Normen zur Qualifizierung verschiedener Schweißverfahren bzw. -aufgaben. Normensteckbriefe ergänzen diese Information mit dem Inhalt ausgewählter Spezifikationen.

DIN EN ISO 11970:2013-11 Anforderungen und Anerkennung von Schweißverfahren für das Produktionsschweißen von Stahlguss
DIN EN ISO 14555:2014-08 Schweißen – Lichtbogenbolzenschweißen von metallischen Werkstoffen
dort in Kapitel 10
DIN EN ISO 15607:2004-03 Anforderung und Qualifizierung von Schweißverfahren für metallische Werkstoffe – Allgemeine Regeln
DIN EN ISO 15610:2004-02 Anforderung und Qualifizierung von Schweißverfahren für metallische Werkstoffe – Qualifizierung aufgrund des Einsatzes von geprüften Schweißzusätzen
DIN EN ISO 15611:2004-03 Anforderung und Qualifizierung von Schweißverfahren für metallische Werkstoffe – Qualifizierung aufgrund von vorliegender schweißtechnischer Erfahrung
DIN EN ISO 15612:2004-10 Anforderung und Qualifizierung von Schweißverfahren für metallische Werkstoffe – Qualifizierung durch Einsatz eines Standard-Schweißverfahrens
DIN EN ISO 15613:2004-09 Anforderung und Qualifizierung von Schweißverfahren für metallische Werkstoffe – Qualifizierung aufgrund einer vorgezogenen Arbeitsprüfung
DIN EN ISO 15614 (Normenreihe) Anforderung und Qualifizierung von Schweißverfahren für metallische Werkstoffe – Schweißverfahrensprüfung
DIN EN ISO 15620:2000-10 Schweißen – Reibschweißen von metallischen Werkstoffen
dort in Kapitel 7
DIN ISO 16338:2014-08 Schweißen im Luft- und Raumfahrzeugbau – Widerstandspunkt- und Rollennahtschweißen
dort in Kapitel 14.1
DIN EN ISO 17660-1:2006-12
DIN EN ISO 17660-2:2006-12
Schweißen von Betonstahl –
Teil 1: Tragende Schweißverbindungen
Teil 2: Nichttragende Schweißverbindungen
dort jeweils in Kapitel 11
DIN EN ISO 25239-4:2012-03 Rührreibschweißen – Aluminium – Teil 4: Anforderung und Qualifizierung von Schweißverfahren
dort in den Kapiteln 6 und 7

Allgemeine Regeln
anwendbare Norm: DIN EN ISO 15607:2004-03
Anwendungsbereich:

  • übergeordnete Norm für eine Reihe von Spezifikationen, die sich mit den wichtigsten Möglichkeiten der Qualifizierung von Schweißverfahren befassen
  • Darstellung eines allgemeinen Ablaufschemas für die Entwicklung und Qualifizierung von Schweißanweisungen
  • universelle Anwendbarkeit auf manuelle, mechanisierte und automatisierte Schweißverfahren
  • Bezugnahme/Übereinstimmung stets auf der Basis eines oder von mehreren Berichten über die Qualifizierung
  • Beschränkung auf ein einziges Verfahren je zu qualifizierende Schweißaufgabe wird empfohlen
  • Voraussetzung ist die Ausführung durch geprüften Schweißer bzw. Bediener nach den hierfür geltenden Normen (vgl. dazu im Werk „Schweißaufsicht kompakt“ unter dem Titel „Schweißerprüfung und Bedienerprüfung“)

Zur Motivation der Erstellung von normativen Handlungsanleitungen bei der Erstellung, Qualifizierung und Anwendung von WPS heißt es in der Einleitung zur Norm treffend:

„Die Normen für Qualitätssicherungssysteme fordern üblicherweise, dass spezielle Prozesse entsprechend einer schriftlichen Verfahrensanweisung auszuführen sind. Die Erstellung einer Schweißanweisung gibt die erforderliche Grundlage dafür, stellt allein jedoch nicht sicher, dass die Schweißungen die Anforderungen erfüllen. […] Metallurgische Abweichungen stellen (jedoch) ein besonderes Problem dar, weil eine zerstörungsfreie Beurteilung der mechanischen Eigenschaften bei dem gegenwärtigen Stand der zerstörungsfreien Prüftechnologie unmöglich ist. Dies hat zur Aufstellung einer Reihe von Regeln für die Qualifizierung von Schweißverfahren vor der Freigabe der Vorschrift [gemeint ist die WPS, d. Verf.] für die eigentliche Fertigung geführt.“

Wesentliche Inhalte der Norm:

  • Erläuterung von Begriffen und Abkürzungen
  • Hinweis auf relevante Normen zur Erstellung von Schweißanweisungen
  • zu beachtende Grundsätze bei der Anwendung der verschiedenen möglichen Verfahren der Qualifizierung von Schweißverfahren
  • Verweis auf die dafür anzuwendenden Normen der relevanten Reihe
  • Grundsatz der unbegrenzten zeitlichen Gültigkeit von Qualifizierungen, sofern im Einzelnen nichts anderes festgelegt ist
  • informative Anhänge zur Darstellung der Normenanwendung und der relevanten Prozessausführung

Grundlage einer jeden Methode zur Qualifizierung von Schweißverfahren ist stets eine vorab zu erstellende vorläufige Schweißanweisung (pWPS). Die Qualifizierung von Schweißverfahren muss dabei immer vor Beginn der eigentlichen Schweißarbeiten erfolgt sein.

Einsatz von geprüften Schweißzusätzen
anwendbare Norm: DIN EN ISO 15610:2004-02
Anwendungsbereich:

  • Erläuterung der Anforderungen für die mit dieser Norm bestimmte Art der Qualifizierung von Schweißverfahren
  • Anwendbarkeit grundsätzlich beschränkt auf Verfahren, bei denen die beim Schweißen veränderten Eigenschaften in der Wärmeeinflusszone die Verwendbarkeit des geschweißten Bauteils nicht entscheidend verschlechtern
  • Prüfung der Schweißzusätze muss alle in der Fertigung (bei der zu qualifizierenden Aufgabe) verwendeten Grundwerkstoffe abdecken
  • auf folgende Werkstoffe anwendbar (Gruppennummer nach DIN CEN ISO/TR 15608):
    • Stahl: 1.1 und 8.1
    • Aluminium: 21, 22.1 und 22.2
    • Verbindungen zwischen den Werkstoffgruppen hierbei nicht zulässig (außer zwischen 22.1 und 22.2)
  • bei Stahlwerkstoffen – Eignung des Qualifizierungsverfahrens im Wesentlichen beschränkt auf folgende Schweißprozesse:
    • Lichtbogenhandschweißen (Prozessnummer nach DIN EN ISO 4063:111)
    • Metall-Lichtbogenschweißen mit Fülldrahtelektrode ohne Schutzgas (114)
    • Metall-Inertgasschweißen (131)
    • Metall-Aktivgasschweißen (135)
    • Metall-Aktivgasschweißen mit Fülldrahtelektrode (136)
    • Metall-Inertgasschweißen mit Fülldrahtelektrode (137)
    • Wolfram-Inertgasschweißen (141)
    • Plasmaschweißen (15)
    • Gasschmelzschweißen (3)
  • wie davor, jedoch bei Aluminiumwerkstoffen:
    • Metall-Inertgasschweißen (131)
    • Wolfram-Inertgasschweißen (141)
    • Plasmaschweißen (15)
  • Andere Prozesse können zulässig sein, sofern dies vereinbart ist.

Weitere wesentliche Inhalte der Norm:

  • Definition der Anwendbarkeit auf bestimmte Abmessungen der zu schweißenden Werkstoffe (Dicke des Grundwerkstoffs, Kehlnahtdicken, Rohrdurchmesser)
  • Angaben des jeweiligen Herstellers des Schweißzusatzes sind unbedingt einzuhalten; betrifft insbesondere:
    • Anwendung von Mehrfachprozessen
    • mit dem Schweißzusatz ausführbare Schweißpositionen
    • Stromart und Polarität
    • Schutzgasart
  • Hinweis auf Besonderheiten bei der Erstellung und Dokumentation des Berichts zur Qualifizierung (WPQR)

Eine Qualifizierung ist dabei ausschließlich auf den konkret in den Dokumenten benannten Hersteller und den Markennamen des jeweiligen Schweißzusatzes beschränkt.
Bei den Metall-Schutzgas-Schweißprozessen (13) ist die Qualifizierung überdies auf das Schweißen mit Einzeldraht beschränkt.
Vorliegende schweißtechnische Erfahrung
anwendbare Norm: DIN EN ISO 15611:2004-03
Anwendungsbereich:

  • Erläuterung der Anforderungen für die mit dieser Norm bestimmte Art der Qualifizierung von Schweißverfahren
  • beschränkt auf Verfahren, die bereits früher angewendet wurden, und zwar:
    • bei einer großen Anzahl von Schweißungen
    • an vergleichbaren Teilen (Geometrie, Verwendung, „Gefährdungspotenzial“)
    • mittels vergleichbarer Verbindungen
    • bestehend aus vergleichbaren Werkstoffen (vgl. dazu Systematik der Werkstoffgruppierung in DIN CEN ISO/TR 15608)
  • weiterhin grundsätzliche Beschränkung auf Schweißverfahren, die erfahrungsgemäß als zuverlässig in der Fachwelt bekannt sind
  • Anwendbarkeit der Methode auf die folgenden Schweißverfahren:
    • Lichtbogenschweißen
    • Gasschmelzschweißen
    • Elektronenstrahlschweißen
    • Laserstrahlschweißen
    • Widerstandsschweißen
    • Bolzenschweißen (unter Beachtung der DIN EN ISO 14555)
    • Reibschweißen (unter Beachtung der DIN EN ISO 15620)

Der sachliche Geltungsbereich dieser Qualifizierungsmethode muss mit dem für die anstehende(n) Aufgabe(n) korrespondierenden Teil(en) der Normenreihe DIN EN ISO 15614 übereinstimmen.
Die für die Anwendung dieser Methode notwendige schweißtechnische Erfahrung beim Hersteller muss durch die im Folgenden genannten Aufzeichnungen ausreichend dokumentiert sein:

  • Untersuchungen/Prüfdaten z.B. von zerstörenden, zerstörungsfreien, Leckage- oder Druckprüfungen

Und alternativ:

  • Übersicht über die schweißtechnische Herstellung von mindestens einem Jahr
  • Eignung der ausgeführten Schweißungen im betrieblichen Einsatz

Diese Dokumentation entspricht gleichzeitig den notwendigen Unterlagen für den WPQR bei dieser Methode. Als jeweils angemessener Dokumentationszeitraum werden fünf Jahre angesehen, es sei denn es ist im Einzelfall etwas anderes festgelegt. Für eine „geeignete Dokumentation“ kann es notwendig sein, auf beweiskräftige beglaubigte und unabhängige Unterlagen zurückgreifen zu können (z.B. durch benannte/notifizierte Stellen; auch organisatorisch unabhängige Prüfstellen der Hersteller o.Ä.).

Einsatz eines Standardschweißverfahrens
anwendbare Norm: DIN EN ISO 15612:2004-10
Anwendungsbereich:

  • Erläuterung der Anforderungen für die mit dieser Norm bestimmte Art der Qualifizierung von Schweißverfahren
  • Möglichkeit des Rückgriffs auf Schweißverfahrensprüfungen, die durch andere Organisationen durchgeführt wurden, z.B.:
    • andere Schweißbetriebe
    • Hersteller von Schweißstromquellen
    • Industrievereinigungen
    • Lehr- und Versuchsstellen, schweißtechnische Kursstätten
    • Forschungseinrichtungen
  • Anwendbarkeit der Methode auf die folgenden Schweißverfahren:
    • Lichtbogenschweißen
    • Gasschmelzschweißen
    • Elektronenstrahlschweißen
    • Laserstrahlschweißen
    • Widerstandsschweißen
    • weitere Schweißverfahren, sofern es anhand relevanter Anwendungsnormen zulässig ist
  • auf folgende Werkstoffe anwendbar (Gruppennummer nach DIN CEN ISO/TR 15608):
    • Stahl: 1, 11, auch jeweils untereinander
    • Stahl: 8, ausgenommen Legierungen, die gegen Heißrisse äußerst empfindlich sind
    • Aluminium: 21, 22.1 und 22.2, auch jeweils untereinander
    • Kupfer und Legierungen: 31 bis 38, ausgenommen Legierungen, die gegen Heißrisse äußerst empfindlich sind
    • Nickel und Nickellegierungen: 41 bis 47, ausgenommen Legierungen, die gegen Heißrisse äußerst empfindlich sind

Weitere wesentliche Inhalte der Norm:

  • Durchführung dieser Methode durch einen Prüfer oder eine Prüfstelle
  • Bezugnahme auf den korrespondierenden Teil der Normenreihe DIN EN ISO 15614
  • Betonung der Verantwortlichkeiten der Anwender bei der Auswahl der Verfahren, die dann tatsächlich in der Fertigung angewendet werden
  • notwendige Übereinstimmung der Anforderungen an die schweißtechnische Ausrüstung
  • notwendige Qualifikation der Schweißer und des Bedienerpersonals
  • genaue und nachvollziehbare Angabe aller einzuhaltenden Randbedingungen bei der Anwendung dieser Methode
  • jegliche Abweichungen müssen erneut qualifiziert werden
  • notwendige Rückverfolgbarkeit aller Dokumente bis zu deren ursprünglicher Quelle während der gesamten Anwendungsdauer eines qualifizierten Verfahrens

Vorgezogene Arbeitsprüfung
anwendbare Norm: DIN EN ISO 15613:2004-09
Anwendungsbereich:

  • Erläuterung der Anforderungen für die mit dieser Norm bestimmte Art der Qualifizierung von Schweißverfahren
  • breites Anwendungsfelderfordert die Herstellung eines oder mehrerer Prüfstücke vor Fertigungsbeginn und unter Fertigungsbedingungen
  • anwendbar insbesondere auch dann, wenn Standardabmessungen unter den Bedingungen von Verfahrensprüfungen die auszuführende Aufgabe nicht hinreichend abdecken, z.B. hinsichtlich:
    • Geometrie (Form und Maße)
    • Wärmeführung
    • Schrumpfungsbedingungen
  • Überwachung und Prüfung in Analogie zum entsprechend der Arbeitsaufgabe anwendbaren Teil der Normenreihe DIN EN ISO 15614
  • Anwendbarkeit der Methode auf die folgenden Schweißverfahren:
    • Lichtbogenschweißen
    • Gasschmelzschweißen
    • Elektronenstrahlschweißen
    • Laserstrahlschweißen
    • Widerstandsschweißen
    • Bolzenschweißen (unter Beachtung der DIN EN ISO 14555)
    • Reibschweißen (unter Beachtung der DIN EN ISO 15620)

Weitere wesentliche Inhalte der Norm:

  • Durchführung dieser Methode durch einen Prüfer oder eine Prüfstelle
  • Festlegung der auszuführenden Prüfungen für die verschiedenen Prozesse
  • enge Beschränkung der Anwendung im Regelfall auf die konkrete, bei der Ausführung der Arbeitsprüfung abgebildete Arbeitsaufgabe
  • sachlich-zeitliche Begrenzung der Einsetzbarkeit, solange das qualifizierte Verfahren in der aktuellen Fertigung angewendet wird

Diese Norm ist harmonisiert bezüglich der Anwendung unter der Europäischen Druckgeräterichtlinie. Damit liegt für die Ausführung von Schweißarbeiten nach der Qualifizierung mit dieser Methode die sogenannte Vermutungswirkung hinsichtlich der Erfüllung der anwendbaren grundlegenden Anforderungen der Richtlinie vor.

Anforderungen aus der DIN EN 1090

Anwendbarkeit der Methoden

In der Fortführung des Kapitels 3.2 über die Grundanforderungen im Hinblick auf die einsetzbaren Schweißverfahren und die Aufstellung von Schweißanweisungen für die Herstellung von Stahl- und Aluminiumtragwerken sollen hier die anwendbaren Spezifikationen für die Qualifikation der Verfahren dargelegt werden. Die Anwendbarkeit ist abhängig von:

  • Ausführungsklasse
  • Grundwerkstoff
  • Mechanisierungsgrad

Weitere Methoden der Qualifizierung sind anwendbar bei den anderen zulässigen Schweißprozessen, neben dem Lichtbogenschweißen.

Stahltragwerke nach DIN EN 1090-2

Schweißverfahren Ausf.-Klasse Zulässiges Verfahren der Qualifizierung bzw. anwendbaren Norm
111 Lichtbogenhandschweißen
114 Metall-Lichtbogenschweißen mit selbstschützender Elektrode
12 Unterpulverschweißen
13 Metall-Schutzgasschweißen
14 Wolfram-Schutzgasschweißen
EXC 2 vorliegende schweißtechnische Erfahrung1)
Einsatz von geprüften Schweißzusätzen1)
Standardschweißverfahren2)
vorgezogene Arbeitsprüfung
Schweißverfahrensprüfung (DIN EN ISO 15614-1)
EXC 3 vorgezogene Arbeitsprüfung
Schweißverfahrensprüfung (DIN EN ISO 15614-1)
EXC 4
21 Widerstandspunktschweißen
22 Rollennahtschweißen
23 Buckelschweißen
alle Standardschweißverfahren
24 Abbrennstumpfschweißen alle Schweißverfahrensprüfung (DIN EN ISO 15614-13)
42 Reibschweißen alle DIN EN ISO 15620
52 Laserstrahlschweißen alle Schweißverfahrensprüfung (DIN EN ISO 15614-11)
783 Hubzündungs-Bolzenschweißen mit Keramikring oder Schutzgas
784 Kurzzeit-Bolzenschweißen mit Hubzündung
EXC 2 DIN EN ISO 14555

  • vorliegende schweißtechnische Erfahrung
  • vorgezogene Arbeitsprüfung
  • Schweißverfahrensprüfung
EXC 3 DIN EN ISO 14555

  • vorgezogene Arbeitsprüfung
  • Schweißverfahrensprüfung
EXC 4
1) = nur bei Stahlsorten ≤ S 275 und nur bei manuellem oder teilmechanischem Schweißen
2) = nur bei Stahlsorten ≤ S 355 und nur bei manuellem oder teilmechanischem Schweißen

Zusätzliche Anforderungen

Für die Ausführung von Schweißverfahrensprüfungen und vorgezogenen Arbeitsprüfungen bei Stahltragwerken nach DIN EN 1090-2 Pkt. 7.4.1.2 müssen besondere Anforderungen bei den Qualifizierungen von Lichtbogenschweißverfahren berücksichtigt werden hinsichtlich:

  • der Ausführung von Kerbschlagbiegeprüfungen
  • Mikroschliffuntersuchungen für Grundwerkstoffe nach DIN EN 10025-6 (…)
  • Schweißen auf Fertigungsbeschichtungen
  • der Prüfung von Kreuzzugproben bei Schweißverfahren an querbeanspruchten Kehlnähten

Aluminiumtragwerke nach DIN EN 1090-3

Schweißverfahren Ausf.-Klasse Zulässiges Verfahren der Qualifizierung bzw. anwendbaren Norm
131 Metall-Inertgasschweißen

141 Wolfram-Inertgasschweißen

15 Plasmaschweißen

EXC 2 Standardschweißverfahren

vorgezogene Arbeitsprüfung

Schweißverfahrensprüfung (DIN EN ISO 15614-2)

EXC 3 vorgezogene Arbeitsprüfung
EXC 3 Schweißverfahrensprüfung (DIN EN ISO 15614-2)
andere Schweißprozesse alle vorgezogene Arbeitsprüfung

Schweißverfahrensprüfung (zutreffende Teile der Normenreihe DIN EN ISO 15614)

Zusätzliche Anforderungen
Für die Aluminiumtragwerke nach DIN EN 1090-3 müssen bei der Anwendung von Schweißverfahrensprüfungen und vorgezogenen Arbeitsprüfungen nach dem dortigen Punkt 7.4.1 die folgenden besonderen Bedingungen beachtet werden:

  • Stumpfnähte qualifizieren nicht Kehlnähte
  • Qualifizierung von Kehlnähten zusätzlich nach Anhang C der DIN EN 1090-3

Zudem wird dort auf zu beachtende Besonderheiten im Zusammenhang mit dem Schweißen von Aluminium-Schmiedeteilen und Aluminium-Gussteilen hingewiesen.
Gültigkeit und erneute Qualifizierung
Auch die Normenreihe DIN EN 1090 bezieht sich im Hinblick auf die Gültigkeit der Qualifizierungen zunächst auf die relevanten Anwendungsnormen. Gegebenenfalls dort geforderte Arbeitsprüfungen müssen entsprechend ausgeführt werden.
Werden darüber hinaus bestimmte, durch eine Schweißverfahrensprüfung qualifizierte Prozesse längere Zeit nicht eingesetzt, so müssen besondere Schritte zur weiteren oder erneuten Qualifizierung eingehalten werden, wie nachfolgend gezeigt wird.

Werkstoff Zeit des Nichteinsatzes von Schweißverfahren
ein bis drei Jahre mehr als drei Jahre
Stahltragwerke des Festigkeitsbereichs bis zu S 355 Untersuchung einer Makroschliffprobe aus einer Arbeitsprüfung
Stahltragwerke oberhalb des Festigkeitsbereichs S 355 Durchführung einer Arbeitsprüfung mit:

  • Sichtprüfung
  • Durchstrahlungs- oder Ultraschallprüfung (UT nicht bei Kehlnähten)
  • Oberflächenrissprüfung (PT oder MT)
  • Makroschliffuntersuchung
  • Härteprüfung
neue Schweißverfahrensprüfung
Aluminiumtragwerke Durchführung einer Arbeitsprüfung nach DIN EN ISO 15614-2 und Anhang C der DIN EN 1090-3 mit:

  • Sichtprüfung
  • Radiografie
  • Oberflächenrissprüfung
  • Makroschliffuntersuchung
neue Schweißverfahrensprüfung

Weitere Anforderungen stellen die Normen DIN EN 1090-2 und -3 selbst nicht. Zur weiteren Gültigkeit der Qualifizierungen der jeweiligen Schweißverfahren wird regelmäßig auf die zutreffenden Ausführungsnormen verwiesen (DIN EN ISO 15610 ff.).

Bildquellen

  • QUALIFIZIERUNG VON SCHWEISSVERFAHREN UND DIE DIN EN 1090: © kzenon/iStock/Thinkstock

Kommentare sind geschlossen