Stahlwerkstoffe verstehen: Schweißeignung, Vorwärmen und typische Fehler
„Stahl ist Stahl“ klingt einfach, stimmt in der Praxis aber nicht. Zwischen einem gut schweißbaren Baustahl und einem hochfesten Vergütungsstahl liegen enorme Unterschiede. Wer Schweißfehler, Kaltrisse oder aufwendige Nacharbeiten vermeiden möchte, sollte die Werkstoffbezeichnung richtig lesen können.
Das Wichtigste in Kürze
- S235 und S355 sind die Standardstähle im Metall- und Stahlbau.
- Der Kohlenstoffgehalt entscheidet maßgeblich über die Schweißbarkeit.
- Je höher der Kohlenstoffanteil, desto größer die Gefahr von Kaltrissen.
- Vorwärmen reduziert Spannungen und verhindert Aufhärtungen.
- Automatenstähle sind grundsätzlich nicht zum Schweißen geeignet.
- Bei unbekannten Werkstoffen und tragenden Bauteilen niemals vermuten oder raten.
Stahlbezeichnungen richtig lesen
Die Werkstoffkennzeichnung liefert bereits viele Informationen über die Eigenschaften eines Stahls.
Baustähle
S235JR
Bedeutung:
- S = Stahl für den Stahlbau
- 235 = Mindeststreckgrenze von 235 N/mm²
- JR = Kerbschlagarbeit von 27 Joule bei +20 °C
S355J2
Bedeutung:
- S = Stahlbau
- 355 = Mindeststreckgrenze von 355 N/mm²
- J2 = Kerbschlagarbeit von 27 Joule bei -20 °C
Bedeutung der Zusatzkennungen
| Kennung | Kerbschlagarbeit |
|---|---|
| JR | 27 J bei +20 °C |
| J0 | 27 J bei 0 °C |
| J2 | 27 J bei -20 °C |
| K2 | 40 J bei -20 °C |
Je höher die Anforderungen an die Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen, desto hochwertiger ist in der Regel auch der Werkstoff hergestellt.
Weitere Zusätze
+N
Normalgeglüht.
+M
Thermomechanisch gewalzt.
+AR
Wie gewalzt.
Weitere häufige Stahlbezeichnungen
C-Stähle
Beispiele:
- C22
- C45
- C60
Die Zahl gibt den Kohlenstoffgehalt in Hundertstel Prozent an.
Beispiel
C45 enthält:
0,45 % Kohlenstoff
Damit liegt der Kohlenstoffgehalt deutlich höher als bei einem normalen Baustahl.
Vergütungsstähle
Typische Vertreter:
- 42CrMo4
- 25CrMo4
Eigenschaften:
- Hohe Festigkeit
- Gute Verschleißbeständigkeit
- Deutlich anspruchsvollere Schweißbarkeit
Automatenstähle
Beispiele:
- 11SMn30
- 9SMn28
Das „S“ steht hier für:
Schwefel
Der erhöhte Schwefelgehalt verbessert die Zerspanbarkeit, verschlechtert aber die Schweißbarkeit massiv.
Edelstahl
Beispiel:
X5CrNi18-10
Werkstoffnummer:
1.4301
Besser bekannt als:
V2A-Edelstahl
Werkstoffnummern verstehen
Häufig werden statt der Kurznamen Werkstoffnummern verwendet.
| Werkstoffnummer | Bezeichnung |
|---|---|
| 1.0038 | S235JR |
| 1.0577 | S355J2 |
| 1.4301 | X5CrNi18-10 |
Kohlenstoff: der entscheidende Faktor
Kohlenstoff bestimmt maßgeblich die Härtbarkeit eines Stahls.
Beim Schweißen erwärmt sich der Werkstoff lokal und kühlt anschließend wieder ab.
Je höher der Kohlenstoffgehalt:
- desto stärker härtet die Wärmeeinflusszone aus
- desto spröder wird der Werkstoff
- desto größer wird die Rissgefahr
Der Kaltriss
Der klassische Schweißriss entsteht häufig nicht während des Schweißens.
Sondern:
Stunden nach dem Schweißen.
Ursachen:
- Aufgehärtete Wärmeeinflusszone
- Wasserstoff im Werkstoff
- Hohe Eigenspannungen
Schweißbarkeit nach Kohlenstoffgehalt
Unter 0,22 % Kohlenstoff
Im Allgemeinen:
Gut schweißbar
Typische Vertreter:
- S235
- S355
0,22 % bis 0,45 %
Nur bedingt schweißbar.
Oft notwendig:
- Vorwärmen
- Kontrollierte Abkühlung
Beispiel:
- C35
- C45
Über 0,45 %
Schwierig schweißbar.
Erforderlich sind häufig:
- Vorwärmung
- Wärmenachbehandlung
- Langsame Abkühlung
Beispiel:
- C60
Das Kohlenstoffäquivalent (CEV)
Nicht nur Kohlenstoff beeinflusst die Schweißbarkeit.
Auch Legierungselemente wie:
- Mangan
- Chrom
- Molybdän
- Vanadium
fördern die Aufhärtung.
Deshalb wird häufig das:
Kohlenstoffäquivalent (CEV)
herangezogen.
Dieses ist in der Regel dem Werkszeugnis zu entnehmen.
Vorwärmen: das wichtigste Hilfsmittel
Vorwärmen reduziert die Gefahr von Kaltrissen erheblich.
Vorteile des Vorwärmens
Langsamere Abkühlung
Die Wärmeeinflusszone härtet weniger stark aus.
Wasserstoffabbau
Aufgenommene Feuchtigkeit kann leichter entweichen.
Weniger Spannungen
Das Bauteil zieht sich gleichmäßiger zusammen.
Wovon hängt die Vorwärmtemperatur ab?
Die erforderliche Temperatur wird beeinflusst durch:
- Kohlenstoffäquivalent
- Werkstoffgruppe
- Materialstärke
- Wärmeeinbringung
- Zusatzwerkstoff
- Bauteilgeometrie
- Einspannung
Wichtig
Eine pauschale Temperatur gibt es nicht.
Maßgeblich sind:
- Herstellerangaben
- Schweißanweisungen (WPS)
- DIN EN 1011-2
Praktische Regeln beim Vorwärmen
Gleichmäßig erwärmen
Nicht nur die Nahtstelle selbst.
Auch der umliegende Bereich muss ausreichend erwärmt werden.
Temperatur messen
Verwenden:
- Temperaturmessstifte
- Kontaktthermometer
- Pyrometer
Nicht nach Farbe schätzen.
Temperatur halten
Während des gesamten Schweißvorgangs sollte die geforderte Vorwärmtemperatur eingehalten werden.
Feuchtigkeit entfernen
Selbst bei gut schweißbaren Baustählen sollte Feuchtigkeit beseitigt werden.
Denn:
Feuchtigkeit bedeutet Wasserstoff.
Und Wasserstoff bedeutet Kaltrissgefahr.
Die wichtigsten Stähle in der Praxis
S235JR
Schweißbarkeit
Sehr gut.
Vorteile
- Unkompliziert
- Robust
- Kaum Vorwärmung erforderlich
Standardwerkstoff im allgemeinen Metallbau.
S355J2 / S355K2
Schweißbarkeit
Gut.
Besonderheiten
Mit steigender Materialstärke sollte Vorwärmen geprüft werden.
Feinkornbaustähle (S460, S690)
Schweißbarkeit
Grundsätzlich gut.
Achtung
Zu hohe Wärmeeinbringung zerstört das Feinkorngefüge.
Dadurch sinkt die Festigkeit dauerhaft.
Thermomechanisch gewalzte Stähle (+M)
Sehr leistungsfähige Stähle mit guten Eigenschaften.
Sie reagieren empfindlich auf:
- Überhitzung
- Flammrichten
- Übermäßige Wärmeeinbringung
C45 und C60
Nur bedingt schweißbar.
Erforderlich:
- Vorwärmung
- Langsame Abkühlung
Vergütungsstahl 42CrMo4
Schwieriger Werkstoff.
Oft erforderlich:
- Vorwärmung
- Kontrollierte Abkühlung
- Wärmenachbehandlung
Der ursprüngliche Vergütungszustand geht im Nahtbereich verloren.
Automatenstähle
Beispiel:
- 11SMn30
Schweißbarkeit
Praktisch nicht schweißbar.
Ursache
Der hohe Schwefelanteil erzeugt Heißrisse.
Federstähle
Schweißen ist meist nicht sinnvoll.
Die Federwirkung geht im Nahtbereich verloren.
Verschleißfeste Stähle
Mit Einschränkungen schweißbar.
Herstellerangaben sind zwingend zu beachten.
Wetterfeste Stähle (Corten)
Gut schweißbar.
Für gleichmäßige Patinabildung sollten passende Zusatzwerkstoffe verwendet werden.
Verzinkter Stahl
Grundsätzlich schweißbar.
Vor dem Schweißen:
- Zink im Nahtbereich entfernen
- Für Absaugung sorgen
Werkstoffgruppen bei Schweißerprüfungen
Für die Qualifizierung werden Stähle in Gruppen eingeteilt.
Grob zusammengefasst:
Gruppe 1
- S235
- S355
Gruppe 2
Normalgeglühte Feinkornbaustähle
Gruppe 3
Höherfeste Vergütungsstähle
Gruppe 8
Austenitische Edelstähle
Unbekannten Stahl bestimmen
In Reparaturbetrieben ein häufiger Fall.
Funkenprobe
Kohlenstoffreicher Stahl
- Viele Verzweigungen
- Helle Funken
Hochlegierte Stähle
- Kürzere Funken
- Weniger Verzweigungen
Magnetprobe
Magnetisch
- Baustahl
- Ferritischer Edelstahl
Kaum magnetisch
- Austenitischer Edelstahl
Feilprobe
Liefert Hinweise auf die Härte.
Klangprobe
Stahl
Heller Klang.
Guss
Dumpfer Klang.
Wichtig
Diese Methoden liefern nur Hinweise.
Bei:
- Tragenden Bauteilen
- Sicherheitsrelevanten Komponenten
- Hochfesten Werkstoffen
ist eine Werkstoffanalyse erforderlich.
Warnsignale beim Schweißen
Folgende Anzeichen deuten auf einen kritisch schweißbaren Werkstoff hin:
- Naht reißt beim Abkühlen
- Knackgeräusche nach dem Schweißen
- Sehr harte Wärmeeinflusszone
- Schwierige Bearbeitung neben der Naht
Dann sollten Maßnahmen wie Vorwärmen oder eine Werkstoffanalyse geprüft werden.
Die richtige Vorbereitung
Vor dem Schweißen:
✅ Walzhaut entfernen
✅ Rost entfernen
✅ Zunder entfernen
✅ Lack entfernen
✅ Öl und Fett entfernen
✅ Beschichtungen nur dann belassen, wenn sie ausdrücklich als überschweißbar freigegeben sind
Mindestens etwa 20 mm neben der späteren Schweißnaht reinigen.
Häufige Fragen
Was ist der Unterschied zwischen S235 und S355?
Der wesentliche Unterschied ist die Streckgrenze.
- S235 = 235 N/mm²
- S355 = 355 N/mm²
S355 besitzt eine höhere Tragfähigkeit, reagiert aber empfindlicher auf Kaltrisse.
Muss ich S355 vorwärmen?
Nicht grundsätzlich.
Mit zunehmender Materialstärke und höherem Einspanngrad sollte die Vorwärmtemperatur geprüft werden.
Warum reißt die Naht erst Stunden später?
Typische Ursache:
Wasserstoffinduzierte Kaltrisse
Begünstigt durch:
- Feuchtigkeit
- Rost
- Hohe Härte
- Hohe Eigenspannungen
Kann ich C45 schweißen?
Ja.
Allerdings nur mit geeigneter Vorbereitung:
- Vorwärmen
- Langsame Abkühlung
- Geeignete Zusatzwerkstoffe
Woran erkenne ich Automatenstahl?
Typische Bezeichnungen:
- 11SMn30
- 9SMn28
Außerdem lässt sich Automatenstahl oft besonders leicht zerspanen.
Zum Schweißen ist er nicht vorgesehen.
Passende Zusatzwerkstoffe
Für unlegierte, niedriglegierte, hochfeste oder wetterfeste Stähle sollten immer Zusatzwerkstoffe verwendet werden, die hinsichtlich Festigkeit und Zulassung zum Grundwerkstoff passen.
Wenn du unsicher bist, welcher Zusatzwerkstoff für deinen Stahl geeignet ist oder ob ein Werkstoff vorgewärmt werden muss, beraten wir dich gerne aus Stuhr bei Bremen.
