Die Schweisstechnik des Bauingenieurs: Einführung in Entwurf, Berechnung, Herstellung und Untersuchung von Schweißverbindungen im Stahlbau unter Berücksichtigung der amtlichen Vorschriften

291 Pages·1952·12.63 MB·German

by  Ing. Bernhard Sahling, Dipl.-Ing. Kurt Latzin (auth.)

DIE SCHWEISSTECHNIK
DES BAUINGENIEURS
Einfiihrung in Entwurf, Berechnung, Herstellung und Untersuchung
von SchweiBverbindungen im Stahlbau unter Beriicksichtigung
der amtliehen Vorschriften
von
Ing. Dipl.-Ing.
BERNHARD SAHLING und KURT LATZIN
Reichsbabn-Amtmann a. D. Obet'ingenieur
in Hamburg in Dortmund
Zweite, neubearbeitete und erweiterte Auflage
Mit 343 Abbildungen
SPRINGER FACHMEDIEN WIESBADEN GMBH
ISBN 978-3-663-03112-3 ISBN 978-3-663-04301-0 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-04301-0
Copyright 1952 by Springer Fachmedien Wiesbaden
Ursprünglich erschienen bei Friedr. Vieweg & Sohn, Verlag, Braunschweig 1952
Softcover reprint of the hardcover 2nd edition 1952
Alle Rechte vorbehalten
Auszug aus dem V orwort zur ersten Auflage
Im folgenden ist versucht worden, in einem kurzen AbriB die SchweiB
technik, vom Standpunkt des Bauingenieurs aus betrachtet, allgemein
verstandlich darzustellen.
Das SchweiBverfahren, urspriinglich ein Mittel zur werkstattmaBigen
Metallbearbeitung, hat seit etwa einem Jahrzehnt immer starkere An
wendung im Stahlhochbau und Briickenbau gefunden und ist heute -
nach den "Folgerungen und Anregungen" des Zweiten Kongresses der
Internationalen Vereinigung fiir Briickenbau und Hochbau vom Oktober
1936 - "als Verbindungsmittel im Stahlbau aus dem Ingenieur-Hoch- und
Briickenbau nicht mehr hinwegzudenken".
Erhohte Bedeutung kommt gerade heute der SchweiBtechnik zu, weil sie
gegeniiber dem Nietverfahren bedeutende Ersparnisse an Stahl ermoglicht.
Auf die bei der Anwendung des SchweiBverfahrens gemachten Erfahrungen
wird, nach einer kurzen Erorterung der Grundbegriffe des SchweiBens und
der Eigenheiten der SchweiBnăhte, năher eingegangen, wobei auch besonders
die neuen SchweiBvorschriften beriicksichtigt werden.
In den verschiedenen Abschnitten ist das Wichtigste zur Einfiihrung ge
sagt; eine erschopfende Behandlung wăre nicht moglich gewesen, ohne
iiber den Rahmen dieser kleinen Schrift hinauszugehen. Wer sich iiber
Einzelfragen eingehender zu unterrichten wiinscht, findet die Handhabe
hierzu in den zahlreichen Hinweisen auf ausfiihrliches Schrifttum.
Da die SchweiBtechnik auf viele Gebiete hiniibergreift, die dem Bau
ingenieur nicht so vertraut sind wie sein Sondergebiet - es seien hier nur
erwăhnt die Elektrotechnik, das Werkstăttenwesen, die Metallkunde, die
Rontgentechnik -, erschien es dem Verfasser geboten, fiihrende Wissen
schaftler auf diesen Gebieten zu Rate zu ziehen. Diesen Herren sowie allen
denen, die durch Dbertragung der Bearbeitung schweiBtechnischer Fragen
und der Durchfiihrung umfangreicher Versuche es dem Verfasser ermog
lichten, sich die erforderlichen Kenntnisse anzueignen, oder die ihn bei der
Abfassung der Abhandlung durch wertvolle Ratschlage sowie Dberlassung
von Lichtbildern unterstiitzten, sei an dieser Stelle besonderer Dank aus
gesprochen.
Altona, im Dezember 1937.
Bernhard Sahling
III
V orwort zur zweiten Auflage
Da die erste Auflage der "SchweiBtechnik des Bauingenieurs" eine freund
liche Aufnahme und giinstige Beurteilung durch die Fachkreise gefunden
hat, mochte ich fiir die zweite Auflage die Einteilung des zu behandelnden
Stoffes im allgemeinen belassen und lediglich den Inhalt nach dem heutigen
Stande berichtigen und ergănzen. Hinsichtlich der Einteilung moge der
Abschnitt iiber die Werkstoffe mehr an den Anfang geriickt werden, nach
dem sich erwiesen hat, daB dieser Frage eine groBere Bedeutung zukommt
als bisher angenommen wurde. Auch sollen die Erorterungen iiber die
Schrumpfspannungen, das SchweiBen von Stahlkonstruktionen in der
Werkstatt und auf der Baustelle sowie die Anwendung des SchweiBver
fahrens im Stahlbetonbau usw. ausfiihrlicher als in der ersten Auflage be
handelt werden. Die Hinweise auf die amtlichen Vorschriften wurden bei
behalten. Als Abrundung der Ausfiihrungen moge der Abschnitt "Ge
schweiBte Briicken und Stahlhochbauten des Auslandes" dienen, der vor
nehmlich zeigen soli, welche Fortschritte auf diesem Gebiet im Ausland
gemacht worden sind. - Nicht kann es Zweck dieses Biichleins sein, tief
in wissenschaftliche Probleme einzudringen; hierfiir steht ein Spezial
schrifttum zur Verfiigung. Die Hinweise hierauf wurden nach dem neuesten
Stande ergănzt.
Die erste Auflage war bereits 1939 vergriffen, und weil 1944 eine groBere
Bestellung vorlag, habe ich schon damals trotz aller durch den Krieg ge
gebenen Schwierigkeiten dic Bearbeitung der zweiten Auflage in Angriff
genommen. Doch wurden groBe Teile des Manuskriptes, wertvolle Zeich
nungen und unersetzliche Lichtbilder vernichtet. Nur durch das Entgegen
kommen von Herrn Dipl.-Ing. Latzin, Dortmund, und seine Bereitwillig
keit zur Mitarbeit wurde ich ermutigt, abermals die Ausarbeitung der
zweiten Auflage in Angriff zu nehmen. Fiir diese Unterstiitzung mochte
ich Herrn Latzin meinen besonderen Dank aussprechen. Ferner fiihle ich
mich allen Herren zu Dank verpflichtet, die durch freundliche "Oberlassung
von Lichtbildern oder sonstigen Unterlagen zum Gelingen dieser Arbeit
beigetragen haben, besonders Herrn Dr. Lohmann, Dortmund, fiir ent
gegenkommende Mitwirkung durch Dberpriifung des Textes und den
Herren Professor Dr. Dr. Dornen und Dipl.-Ing. Kohl fiir ihre freundlichen
Anregungen, sowie meinen friiheren Mitarbeitern vom Briickenbiiro der
Eisenbahndirektion Hamburg und der Firma Dortmunder Briickenbau
C. H. Jucho, Dortmund.
IV
Im Interesse eines niedrigen Preises dieses Buches wurden verschiedene
Ausfiihrungen, z. B. iiber die Stahlerzeugung, die Legierungsbestandteile
u. a. fortgelassen und durch Hinweise auf einschlagige Fachbiicher ersetzt.
SchlieBlich mochte ich noch den Wunsch aussprechen, daB die zweite Auf
lage mehr noch als die erste jedem Bauingenieur Antwort auf die wich
tigsten Fragen iiber das SchweiBen von Briicken und Stahlhochbauten
geben und die gleiche freundliche Aufnahme in Fachkreisen finden moge
wie die erste Auflage.
Hamburg, im Dezember 1951.
Bernhard Sahling
In der s. Z. von Herrn Sahling ausgesprochenen Einladung zur Mitarbeit
an seinem bekannten Buche sehe ich einen besonderen Vertrauensbeweis
und habe seinem Wunsche gern entsprochen, um durch Vervollstandigung
dieses Werkes dem SchweiBen neue Freunde zuzufiihren. Die vielen aus
gezeichneten Biicher auf diesem Gebiete behandeln den Stoff in iiber
wiegender Mehrzahl vom metallurgischen und fertigungstechnischen Stand
punkt, gehen jedoch auf die Belange des Stahlbaues nur in geringem MaBe
ein. Die den Stahlbau betreffenden V eroffentlichungen sind vielfach in
Zeitschriften zerstreut, so daB es dem Konstrukteur nicht immer moglich
ist, bei der Arbeit die notigen Unterlagen zu finden. Die Fiille der kon
struktiven und statischen Grundsatze, die unbedingt beachtet werden
miissen, wenn ein geschweiBtes Bauwerk seinen Zweck einwandfrei erfiillen
soll, miissen dem Entwerfenden auch leicht zuganglich sein. Bei Niet
konstruktionen sind die einschlagigen Vorschriften iiber Abstand, Durch
messer, Konstruktionseinzelheiten usw. dem Konstrukteur so in Fleisch
und Blut iibergegangen, daB iiber deren Zweck und Entstehung gar nicht
mehr·nachgedacht wird. Bei geschweiBter Konstruktion, deren Entwicklung
noch bei weitem nicht abgeschlossen ist, wird auf diese Umstande viel
weniger geachtet; und wenn sich Mangel beim Bauwerk zeigen, war wieder
einmal das SchweiBen schuld.
Dieses hat Herr Sahling schon bei Herausgabe der ersten Auflage erkannt,
und mein Bestreben geht nun dahin, die neuesten Erkenntnisse zu sammeln,
die hauptsachlich fiir Entwurf, aher auch fiir die Werkstattarbeit von
geschweiBten Briicken und Hochbauten notig sind.
Dortmund, im August 1951.
Kurt Latzin
V
Inhaltsverzeichnis
Seite
1. Einleitung 1
1. Die Entwicklung der SchweiBbauweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2. Die Entstehung der SchweiBvorschriften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
II. Die Werkstoffe und ihre Eignung fiir das Schweillen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1. Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2. Priifung der mechanischen Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3. Legierungsbestandteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
4. Die verschiedenen Baustahle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
5. Fehlererscheinungen des Stahles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
III. Grundbegriffe des Schweillens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1. Die verschiedenen SchweiBverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
A. Das SchmelzschweiBen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
a) GasschweiBen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
b) LichtbogenschweiBen....................................... 20
a) V erfahren von Benardos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
/1) V erfahren von Zerener . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
y) Verfahren von Slavianoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
O) Das Humboldt-Meller-(HM-)Verfahren..................... 25
s) Das Elin-Hafergut-Verfahren............................. 26
ţ) Das Ellira-Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
c) SchutzgasschweiBen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
a) Das Arcatom-Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
/1) Das Argonarc-Verfahren................................. 28
y) Das Arcogen-Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
d) Thermit-SchmelzschweiBen.................................. 29
B. Das PreBschweiBen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2U
a) Das FeuerschweiBen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
b) Das WassergasschweiBen .......... :. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
c) Das WiderstandsschweiBen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
d) Das Thermit-PreBschweiBen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2. Allgemeines iiber SchweiBmaschinen ... , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
VI
Selte
3. Allgemeines iiber Schweillstăbe, Schweilldrăhte und Schweillautomaten 38
A. Schweillstăbe, Schweilldrăhte (Elektroden) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
a) Nackte Elektroden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
b) Diinn umhiillte Elektroden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
c) Seelenelektroden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
d) Prellmantelelektroden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
B. Automatische Elektro-SchweiBverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4. Der eigentliche Schweillvorgang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5. Der Einfiull des Schweillvorganges auf die Bauteile . . . . . . . . . . . . . . . . 53
6. Zur Frage der Spannungen in und neben den Schweillnăhten . . . . . . 55
A. Eigenspannungen der W alzerzeugnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
B. Schrumpfspannungen infolge teilweiser Erwărmung . . . . . . . . . . . . . 60
C. Schrumpfspannungen durch die Năhte selbst . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
D. Spannungen aus der Nutzlast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
7. Die verschiedenen Arten der Schweillnăhte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
IV. Bauliehe Durehbildung gesehweiBter Bauwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
1. Schweillprofile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
2. Veraltete Konstruktionen . .. . .. . . . .. . .. . . . . . . . . . . .. . . .. . . . . . . . . . . 82
3. Der heutige Stand der Bauweisen (Blechtrăger, Stabbogentrăger, Ver
bundbauweise, Rohrkonstruktionen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
V. Bereehnungsgrundlagen naeh den SehweiBvorschrilten ................. 141
1. Allgemeines .................................................... 141
2. Berechnung von Schweillnăhten im Hochbau nach DIN 4100 ....... 141
3. Dauerversuche als Grundlage der Vorschriften fiir die Berechnung von
Bauwerken mit beweglichen Lasten (Das y-Verfahren) ............. 143
4. Berechnung von geschweiBten vollwandigen Eisenbahnbriicken (Das
a-Verfahren) nach DV 848 ...................................... 146
5. Die verschiedenen Nahtarten unter Beriicksichtigung der a-Beiwerte . 153
6. Berechnung von geschweillten vollwandigen Strallenbriicken nach DIN
4101 ........................................................... 155
7. Das SchweiBen der Stahlbauteile von Kranen und Kranbahnen . . . . . 156
8. Schlullbetrachtung iiber die Berechnung geschweillter Bauwerke . . . . 156
9. Zusammenstellung der Angaben, die nach den SchweiBvorschriften in
den Entwurfszeichnungen enthalten sein miissen ................... 160
10. Berechnungsbeispiele von SchweiBverbindungen .................... 160
VI. Die Ausfiihrung gesehweiBter Stahlbauten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
VII
Seite
VII. Die Anwendung des Schweillverfahrens im Stahlbetonbau 197
l. Allgemeines .................................................... 197
2. Das Schwei.Ben der Stahleinlagen ................................ 198
A. StoBschweiBungen ........................................... 198
B. SchweiBungen zwischen Hauptbewehrungen und Verteilungsstăben 200
3. Vorgespannte Stahlbetonbauteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
4-. Instandsetzung beschădigter Stahlbetonhochbauten . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
5. Stahlbetonrohre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
VIII. Das Brennschneiden und Fugenhobeln. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
IX. Das Unterwasserschneiden und -schweillen ............................ 208
X. Priifung, Abnahme und Cberwachung geschweillter Bauwerke . . . . . . . . . . 212
A. Die allgemeine Priifung des geschweiBten Bauwerkes .............. 212
B. Die Untersuchung und Priifung der SchweiBniihte ................. 217
XI. Die Kosten geschweillter Bauwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
XII. Unfallverhiitung und Gesundheitsschutz .............................. 236
XIII. Allgemeine Bestimmungen iiber das Schweillen nach DIN 4100, DV 848 und
DIN 4101 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
1. Welche Anforderungen werden an die Unternehmungen und an die
Fachingenieure gestellt ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
2. Welche Anforderungen werden an die SchweiBer gestellt? ........... 240
XIV. Geschweillte Briicken und Stahlhochbauten des Auslandes ............. 245
Anhang : A. Bildnachweis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
B. Verzeichnis des im Buch angezogenen Schrifttums . . . . . . . . . . . . . . 257
C. Angezogene Vorschriften und Normen ........................ 261
D. Nachweis sonstigen Schrifttums .............................. 262
Namen- und Sachverzeichnis ............................................. 272
VIII
1. EINLEITUN G
1. Die Entwicklung der Schwei8hanweise
Das Rauen ist meistens ein Verbinden von Bauteilen. Hierbei sollen nicht
nur diese, sondern ebensosehr ihre Verbindungsmittel tadellos beschaffen
und den auf sie wirkenden Krăften voll gewachsen sein.
Dies gilt sowohl im Hochbau fiir Gebalk und Sparren, die mit Bolzen oder
Diibeln zusammengesetzt werden, als auch beim Mauern fiir den Mortel,
der die Mauersteine miteinander verbindet, und in gleichem MaBe im Stahl
bau fiir Niete und SchweifJnăhte, durch die Stahlbauteile zu Briicken oder
Hochbauten usw. zusammengefiigt werden.
Abb. 1. Genieteter Rahmen Abb. 2. OeschwciOtcr Ruhmen
Die Entwicklung der Nietbauweise, die im Stahlhochbau und Briickenbau
mit der Einfiihrung des SchweiBeisens etwa Anfang des vorigen Jahrhunderts
begonnen bat, war noch nicht abgeschlossen, als man vor rund 20 Jahren
dazu iiberging, zunăchst versuchsweise die Verbindungen der Stahlbauteile
auch durch SchweiBen herzustellen.
Diese Entwicklung mag in der erhofften groBeren Wirtschaftlichkeit des
neuen Verfahrens ihren Ursprung gehabt hab en, sie wurde aher in zunehmen
dem MaBe auch gefordert durch das vorteilhaftere Aussehen der geschweiBten
Bauwerke, die im Gegensatz zu genieteten den Anschein erwecken, als seien
sie "aus einem GuB" hergestellt. Abb. 1 und 2 zeigen dasselbe Bauwerk,
einmal in genieteter und sodann in geschweiBter Ausfiihrung. Daneben
ermoglicht das SchweiBverfahren auch in schwierigen Făllen, wo das Niet
verfahren versagt oder sehr umstăndlich sein wiirde, Verbindungen mit
vergleichsweise einfachen Mitteln herzustellen.
Tatsăchlich kann man - ganz allgemein gesprochen - das SchweiBen als
die Herstellung von metallischen Verbindungen durch die Vereinigung von
Schmelz- und GieBverfahren auffassen.
1 Suhling-Latzin, SchweiJ3technik
1