Schweißnahtsymbole: Zeichnerische Darstellung

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Die technische Zeichnung ist nach wie vor das gängigste Kommunikationsmittel in der Fertigung. Insbesondere in Zeiten von globalisierten Lieferketten und häufig wechselnden Kunden-Lieferanten-Beziehungen ist eine aussagekräftige und nachvollziehbare zeichnerische Darstellung von Schweißverbindungen notwendige Voraussetzung für qualitativ hochwertige Fertigungsergebnisse.

In der Praxis ist diese Einschätzung jedoch unterschiedlich weit verbreitet und es lassen sich zahlreiche technische Zeichnungen finden, die den Mindestanforderungen einer korrekten, normkonformen oder wenigstens eindeutigen Zeichnung nicht gerecht werden. Daher sollten schweißtechnische Zeichnungen und Unterlagen von speziell ausgebildetem Personal angefertigt und überprüft werden.

Bei diesem Beitrag handelt es sich um einen Auszug. Den vollständigen Beitrag finden Sie im Produkt „Die Schweißaufsicht im Betrieb“.

Grundlagen der Schweißnahtsymbole

Die symbolische Darstellung in technischen Zeichnungen ist für Schweißverbindungen in der DIN EN ISO 2553 geregelt. Eng damit verknüpft ist die DIN EN ISO 9692-1, die sich mit den Arten der Schweißnahtvorbereitung befasst, sowie die DIN EN ISO 6520-1 und die DIN EN ISO 5817, in der die Schweißnahtunregelmäßigkeiten und deren Bewertungsgruppen definiert sind. Mit der Verwendung von internationalen, genormten Schweißnahtsymbolen sollen eine einheitliche Darstellung sichergestellt und möglichst viele Fälle in der Fertigung abgedeckt werden. Da dies jedoch nicht immer möglich ist, hat der Konstrukteur weitergehende Möglichkeiten, seine Vorstellungen und Vorgaben zu kommunizieren.

Darstellung von Schweißnahtsymbolen: grundlegender Aufbau – zwei Systeme

Ein Schweißsymbol besteht grundlegend aus dem Basissymbol und weiteren Symbolen. Das Basissymbol besteht aus den drei Grundkomponenten

• Pfeillinie (1)
• Bezugslinie (2)
• Gabel (3)

Das Basissymbol kann durch Grund- und Zusatzzeichen ergänzt werden. Hinter der Gabel können weitere Informationen, wie z.B. der anzuwendende Schweißprozess, Verweise auf interne Normen oder sonstige Stichworte angegeben werden. Gegebenenfalls kann es sinnvoll sein, hinter der Gabel lediglich Bezüge zu weiteren Informationen zu ergänzen.

In den gängigen CAD-Systemen ist die grundsätzliche zeichnerische Darstellung in Bezug auf Liniendicken oder der korrekte Winkel zwischen Pfeillinie und Bezugslinie automatisch hinterlegt, sodass diese in der Regel korrekt ausgeführt werden. Grundsätzlich sollte das Schweißnahtsymbol immer auf der Seite des Stoßes angezogen werden, auf der die Naht geschweißt werden soll, sodass der Pfeil auf die Stelle zeigt, an der der Schweißbrenner angesetzt werden soll. Allerdings gilt hier zu beachten, dass zwei grundlegende Systeme der Darstellung unterschieden werden.

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Systeme nicht vermischen

Zum einen gibt es die Darstellung nach DIN EN ISO 2553, die durch die Kennzeichnung „A“ beschrieben wird, zum anderen gibt es die Darstellung nach AWS A.2.4, die durch die Kennzeichnung „B“ beschrieben wird. Der wesentliche Unterschied liegt darin, dass im System A (DIN) eine doppelte Bezugslinie verwendet werden kann. In System B wird stets eine einfache Bezugslinie verwendet. Mit den jeweiligen Darstellungen wird kenntlich gemacht, ob die zu schweißende Schweißnaht auf der Pfeil- oder der Gegenseite des Blechs geschweißt werden soll. Für den Anwender ist es an der Stelle von großer Bedeutung, zu wissen, nach welchem System die Zeichnung ausgelegt ist. Nur dann kann er am Ende die Naht an der richtigen Stelle schweißen. Vor allem dürfen die beiden Systeme nicht miteinander vermischt werden.

Darstellung der Pfeil- und Gegenseite nach System „A“

Die folgende Abbildung zeigt die Darstellung nach System „A“.

Im oberen Bereich soll die Kehlnaht auf der Seite des Stegs geschweißt werden, deren Ecke der Pfeil berührt, also auf der rechten Seite. Im unteren Bereich soll die Naht ebenfalls auf der rechten Seite geschweißt werden. Hier wird jedoch im Basissymbol das Symbol für die Kehlnaht unter die gestrichelte Linie gezeichnet. Dies kennzeichnet, dass die Naht auf der Gegenseite des Blechs geschweißt werden soll, die das Pfeilende berührt. Diese Darstellung wird z.B. verwendet, wenn auf der Seite, auf der geschweißt werden soll, nicht ausreichend Platz für die zeichnerische Darstellung der Schweißnaht vorhanden ist.

Zeichnerische Darstellung der Kehlnaht nach System „B“

Die folgende Abbildung zeigt die Darstellung der gleichen Nahtforderung nach System „B“.

Der Konstrukteur kann die Norm auch zur Inspiration heranziehen, wenn die Herstellung einer Verbindung mit den üblichen Nahtformen (Kehlnaht, Stumpfstoß, Überlappnaht etc.) nicht möglich ist und er nach alternativen Nahtvorbereitungen sucht. Gerade jungen Anwendern bietet die Norm eine gute Basis zur Einführung in die technische Darstellung von Schweißverbindungen. Sie unterstützt auch bei der Ausführung von Nahtvorbereitungen abseits des Standards.

Ein vollständiges Basissymbol besteht aus den Grundsymbolen und ggf. weiteren Zusatzsymbolen.

Tipp der Redaktion: Lesen Sie auch den Beitrag „Anforderungen an Schweißnähte“.

Zusatzsymbole: Form, Herstellung und weitere Bearbeitung

Zusatzangaben in Schweißnahtsymbolen geben Aufschluss darüber, wie die Naht schlussendlich ausgeführt sein muss. Darf sie unbearbeitet sein und lediglich das a-Maß ist nach den Vorgaben der Bewertungsgruppe auszuführen oder sind nähere Vorgaben zu erfüllen? Bei dynamisch belasteten Bauteilen werden regelmäßig kerbfrei ausgearbeitete oder konkav ausgeführte Nähte gefordert. Gegebenenfalls kann es notwendig sind, die Nähte nach dem Schweißen flach nachzuarbeiten, also die Überhöhungen plan zu schleifen. Für diese und weitere Vorgaben sieht die Norm unterschiedliche Zusatzsymbole vor.

Die Ausführungsvorgaben für Badsicherungen oder Abstandshalterungen werden ebenfalls als Zusatzsymbole dargestellt. Dabei können entweder keine näheren Angaben gemacht oder verbleibende Beilagen bzw. nicht verbleibende Unterlagen festgelegt werden.

Soll eine Naht als umlaufende Naht (Ringsumnaht) ausgeführt werden, wird dies durch einen kleinen Kreis um die Ecke zwischen Pfeil- und Bezugslinie kenntlich gemacht. Dies ist allerdings nur zulässig, wenn

1. die Naht am gleichen Punkt endet, wie sie begonnen hat,
2. die Nahtart über die gesamte Länge gleich bleibt und
3. die Nahtdicke konstant bleibt.

Für eine offensichtliche Rundnaht (z.B. Rohr auf Platte) ist das Symbol für eine Ringsumnaht nicht notwendig.

Für durchgehende Nähte, bei denen Start- und Endpunkt nicht identisch sind, kann dies durch einen Doppelpfeil auf der Bezugslinie dargestellt werden.

Soll eine Naht erst später auf der Baustelle erzeugt werden, muss dies durch eine schwarze Fahne an der beschriebenen Ecke dargestellt werden.

Die folgende Abbildung zeigt ein Beispiel für eine umfangreiche Schweißnahtangabe.

(1) Grundsymbol für Kehlnaht wird angedeutet.
(2) Naht soll als Hohlkehle (konkav), als Ringsumnaht und auf der Baustelle geschweißt werden.
(3) Hinter der Gabel: Angaben zum Schweißprozess mit der Ordnungsnummer 111 (Lichtbogenhandschweißen) gemäß ISO 4063
(4) Die Naht wird in ihrer Größe festgelegt. Es soll ein a5 (links des Grundsymbols) mit den Längen 4 x 100 mm mit 200 mm Abstand dazwischen geschweißt werden (rechts des Grundsymbols).

Bemaßung von Schweißnähten

Der Bemaßung der Schweißnaht kommt besondere Bedeutung zu. Gerade über die Ausführung der Nahtdicke kommt es regelmäßig zu widersprüchlichen Ansichten. Während sich die Nahtform in vielen Fällen schon durch die Bauteilgeometrie ergibt, hat der Schweißer bei der Ausführung der Nahtdicke einen gewissen Spielraum.

Faustformel

Es gibt eine Faustformel für die Dicke einer Kehlnaht anhand der Blechdicken. Weit verbreitet ist das maximale a-Maß für Kehlnähte nach der Formel: a_max = 0,7 x t_min

Wichtig an dieser Stelle: Dies ist das maximal zulässige a-Maß nach der Faustformel. Daraus kann man schließen, dass das notwendige a-Maß vermutlich darunter liegen wird. Dies wird vor allem bei großen Nähten eine Rolle spielen, wenn selbst wenige Millimeter Nahtdicke nur durch mehrere Raupen erzeugt werden können.

Allerdings ist auch die Auslegung des a-Maßes mitnichten Sache des Schweißers, sondern obliegt stets dem Konstrukteur. Es muss daher in der Zeichnung zwingend angegeben werden. Es muss eindeutig, unmissverständlich und darf nicht widersprüchlich sein. Oft machen Konstrukteure es sich einfach, indem sie pauschale Angaben zu a-Maßen auf die Zeichnung schreiben, z.B. „alle Nähte 0,7 x t“ oder „alle Nähte a = 5“. Dies mag in vielen Fällen einfacher und praktikabel sein. Und bei Ursprungszeichnungen mag der Konstrukteur dies auch für alle Nähte überprüft haben. Aber in Zeiten von CAD-modellbasierten Zeichnungen kann es schnell vorkommen, dass neue Baugruppen auf bestehenden Modellen aufbauen und dadurch „Copy-and-paste-Fehler“ entstehen, die bei der Zeichnungskontrolle schnell übersehen werden – insbesondere, wenn z.B. die Grundgeometrie eines Bauteils gleich bleibt und lediglich die Blechdicken verändert werden.

Wird z.B. die Blechdicke eines Bauteils von 5 mm auf 10 mm verändert wird, wird mit der Faustformel „0,7 x a“ aus einem a = 3,5 (einlagig) ein a = 7 mm (mehrlagig). Dadurch wird die Naht schnell überdurchschnittlich teurer, weil eine mehrlagige Naht in vielen Fällen aus drei Schweißraupen besteht. Wenn dann noch Randabstände eine Rolle spielen, wird auch das Schenkelmaß der Naht deutlich länger, sodass dieses über den Rand hinausragen könnte.

Zusammenhang zwischen Nahtdicke und Schenkellänge

Die folgende Abbildung zeigt den Zusammenhang zwischen Nahtdicke a und Schenkellänge z. Daraus geht hervor, dass ein a-Maß von 10 mm (wie in der Zeichnung gefordert) ein z-Maß von ca. 14,4 mm zur Folge hat. Aus der Zeichnung muss daher klar hervorgehen, ob die Bemaßung für das a-Maß gilt oder für das z-Maß.

Zusammenhang zwischen Blechdicke und falschem a-Maß

Die folgende Abbildung zeigt ein Beispiel, bei dem das a-Maß und die Blechdicke sowie der Randabstand nicht zusammenpassen. Der Abstand der Innenkante der Strebe zur Außenkante des Grundblechs (15 mm) lässt vermuten, dass die Strebe eine Dicke von 10 mm haben könnte. Dafür wäre ein maximales a-Maß von 7 mm gemäß Faustformel ausreichend. Die Naht ist also vermutlich überdimensioniert.

In der Zeichnung bleibt für den Schenkel der Naht jedoch nur noch eine Länge von knapp 5 mm. Die Naht hat also an dieser Stelle nicht die Anbindungsfläche, die durch das a-Maß suggeriert wird. Ursache könnte hier eine nachträgliche Veränderung der Blechdicke oder ein Übertragungsfehler aus einer vorangegangenen Baugruppe sein.

Derartige Fehler fallen in vielen Fällen nicht auf, weil die Schweißer die Bauteile kennen und durch informelle Informationen oder direkte Absprachen korrekt arbeiten, auch wenn die Zeichnung nicht sinnvoll ausgearbeitet ist. Oder weil die Schweißer die Fehler der Konstrukteure bemerken und am Schweißtisch korrigieren. Das funktioniert so lange, wie die Zeichnungen und die Ausführung innerhalb eines Unternehmens besprochen werden können. Sobald die Zeichnungen an externe Dienstleister versendet werden, müssen die Angaben stimmen, weil Rückfragen Zeit und Geld kosten – sofern sie überhaupt getätigt werden. Und wenn die Zeichnungen sogar global versendet werden, spielt die einheitliche technische Sprache der Zeichnung eine sehr große Rolle, die am Ende in der korrekten Bemaßung einer Schweißnaht gipfelt.

Autor: Jan Pitzer
Jan Pitzer arbeitet als Schweißfachingenieur bei der Firma Carl Cloos Schweißtechnik in Haiger. Seit 2009 ist er im Bereich Anwendungstechnik für das Produktmanagement Schweißverfahren und Sensorik zuständig. Außerdem ist Jan Pitzer Vorsitzender des Bezirksverbands Mittelhessen im Deutschen Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e.V.