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Typische mit Zinkphase gefüllte Risse (Verzinkungsrisse) im Grundwerkstoff einer Baustahlkonstruktion, wie sie vor etwa 15 Jahren häufig festgestellt wurden. Fotos: Schuster

Schadensfälle

11. December 2020 | Teilen auf:

Gefährliche Risse

(Januar 2021) Verzinkungsrisse, die vor einigen Jahren an feuerverzinkten Stahl­konstruktionen gehäuft auftraten, waren durch zahlreiche Maßnahmen der Stahl- und Verzinkungsindustrie entscheidend minimiert worden. Dass sie trotzdem noch zum Problem werden können, wenn nicht verzinkungsgerecht konstruiert und geschweißt wird, zeigt der vorliegende Schaden.

Beim vorliegenden Schadensfall zeigten schweißtechnisch verarbeitete Grobbleche (Dicke dreißig Millimeter) aus dem unlegierten Baustahl S355J2 nach dem Schmelztauchverzinken mit Zinkphase gefüllte Schädigungen, in deren Folge es zu einem Streit zwischen dem Stahlverarbeiter, dem Stahlhändler und dem Verzinker über die Ursache der Schädigung kam.

Schließen Sie material- und beschichtungsbedingte Ursachen aus

Im Rahmen einer Schadensfallbewertung galt es zu klären, ob werkstoffliche (Ausgangspunkt Mangansulfidzeilen – Terrassenbruchmechanismus), beschichtungsbedingte (Schmelztauchverzinken – Lotrissmechanismus) oder durch die schweißtechnische Verarbeitung bedingte Ursachen für die Risse verantwortlich waren. Wie die zunächst erfolgte

Detailaufnahme eines Risses im Bauteil (feuerverzinkt), Ansicht von der Seite (Stirnseite).

visuelle Begutachtung ergab, verliefen die Risse in etwa der Mitte der betroffenen Bleche. Ihr Ausgangspunkt lag jeweils auf einer der Stirnseiten. Dabei kam es zu einem Aufspalten des dreißig Millimeter dicken Baustahls in seiner Längsrichtung parallel zur Blechoberfläche. Es fiel auf, dass sich die Werkstofftrennungen grundsätzlich dort herausgebildet hatten, wo auf den jeweils gegenüberliegenden Seiten aus konstruktiven Gründen Schweißverbindungen lokalisiert waren.
Die im Anschluss an die Sichtprüfung (VT) erfolgte Durchstrahlungsprüfung (RT) ergab keine relevanten Hinweise auf die tatsächlichen Entstehungsursachen der Schädigung. Aus diesem Grund wurden metallographische Schliffe in die betroffenen Bereiche gelegt.
Wie der Makroschliff erkennen lässt, verläuft der mit Zinkphase gefüllte Riss über mehrere Zentimeter in das Blechinnere hinein und könnte bei einer auf ihn einwirkenden (konstruktiven) Zugbelastung zu einem Aufspalten des betroffenen Bleches in dessen Dickenrichtung führen. Da ein solches Werkstoffverhalten für Terrassenbrüche (Lamellenrisse) charakteristisch ist, erfolgte eine

Makroschliff durch eine geschädigte Schweißverbindung, mit Zink gefüllter Riss und Spalt zwischen zwei Fügeteilen.

metallographische Untersuchung des Mikrogefüges. Dabei sollten zeilenförmig ausgewalzte Mangansulfide, die bei einer Belastung in Blechdickenrichtung (z-Richtung) in Verbindung mit einer schweißtechnisch bedingten thermischen Beanspruchung zu zeiligen Schädigungen führen können, nachgewiesen werden.
Bei der Untersuchung wurde festgestellt, dass das Gefüge aus Ferrit und Perlit in einer leicht zeiligen, aber weitgehend normalisierten Anordnung vorliegt. Anzeichen auf linienförmige Mangansulfide waren in keinem der Schliffbilder zu erkennen. Somit konnte ein Schädigungsmechanismus, wie er für Terrassenbrüche charakteristisch ist, ausgeschlossen werden. Die detaillierte metallographische Betrachtung einer der Risserscheinungen ergab, dass vom mit Zinkphase gefüllten Hauptriss zahlreiche ebenfalls gefüllte Nebenrisse ausgingen.
Bei den aufgetretenen Rissen handelte es sich somit um „Verzinkungsrisse“. Sie haben sich durch die senkrecht auf den Blechquerschnitt einwirkenden Schweißeigenspannungen während des Schmelztauchverzinkens im Bereich der Schweißverbindungen gebildet. Verantwortlich für die Schädigungen war jedoch nicht der Verzinkungsbetrieb sondern eine nicht verzinkungsgerecht gestaltete Konstruktion des ausführenden Stahlbauers.

Fazit: Gestalten Sie verzinkungsgerecht


Sollen Stahlkonstruktionen schmelztauchverzinkt werden, ist zwingend auf eine verzinkungsgerechte Gestaltung zu achten. Insbesondere die Anordnung und die örtliche Lage von Schweißverbindungen können aufgrund der beim Schweißen entstehenden Eigenspannungen und deren

Mikroschliff durch einen mit Zinkphase gefüllten Nebenriss.

schlagartiger Freisetzung im Zinkbad bei Temperaturen um 450 Grad Celsius zu Risserscheinungen und eindringender flüssiger Zinkphase führen. Im vorliegenden Schadensfall übten die im Bereich der Blechstirnseite angeordneten Schweißverbindungen so starke Zugspannungen auf den Blechquerschnitt aus, dass dieser im Zinkbad durch die Überschreitung seiner Warmstreckgrenze aufriss.

Autor:Prof. Dr.-Ing. habil. Jochen Schuster ist Fachbereichsleiter „Schweißmetallurgie“ in der SLV Halle.

Konstruktion


Beachten Sie die DASt-Richtlinie
Stahl- und Metallbauunternehmen müssen die DASt-Richtlinie 022 bei der Planung, Konstruktion und Fertigung von tragenden Stahlbauteilen berücksichtigen.
Insbesondere sind die Zuständigkeiten gemäß der DASt-Richtlinie 022 sowie die Lieferbedingungen für Stahlbauteile an den Verzinkungsbetrieb gemäß dieser Richtlinie zu beachten.
Die Voraussetzung für ein gutes Verzinkungsergebnis ist die feuerverzinkungsgerechte Konstruktion von Stahlbauteilen. Neben den klassischen Anforderungen, die es zu berücksichtigen gilt, definiert die DASt-Richtlinie 022 ergänzende Anforderungen.

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