(April 2017) Für Treppenaufgänge an einer Hanglage im Außenbereich wurden durch einen Metallbauer Geländer mit Handläufen und Verstrebungen aus nichtrostendem Stahl (X5CrNi18-10 [1.4301]) gefertigt.
Schadensbeschreibung
An die Geländerpfosten aus S235JR waren feuerverzinkte Halterungen (S235JR) angeschraubt. An diese Halterungen waren die Handläufe und Verstrebungen angeschweißt.
Während der Schweißarbeiten traten bei den meisten Schweißverbindungen zwischen dem nichtrostenden Stahl und dem verzinkten Baustahl Risse im Schweißgut auf.
Das Unternehmen ließ sich dadurch jedoch nicht beirren und überschweißte die Risse zum Teil mehrmals, ohne sie jedoch schließen zu können. Durch die zusätzliche Wärmeentwicklung entstanden tiefblaue Anlauffarben. Diese wurden durch Bürsten wieder entfernt. Die Drahtbürsten waren für nichtrostenden Stahl nicht geeignet. Die gebürstete Wärmeeinflusszone fing nach dem ersten Regen an zu rosten. Zur Kaschierung des Rostes und der nach wie vor vorhandenen Risse wurden die betroffenen Schweißverbindungen mit Zinkstaubfarbe übersprüht. Die meisten Schweißverbindungen (insgesamt mehrere hundert) waren so geschädigt. Viele der nichtrostenden Verstrebungen und zahlreiche Handläufe fielen bereits bei geringer Krafteinwirkung ab.
Fehleranalyse und -bewertung
Wie die schweißmetallurgische Bewertung zeigte, wurden bei der Fertigung der Mischverbindungen zwischen den nichtrostenden und den unlegierten Stählen geeignete Stabelektroden vom Typ DIN EN ISO 3581 E 23 12 Nb verwendet („Schwarz-Weiß-Elektroden“). Dass es dennoch zu den Rissen kam, ist darauf zurückzuführen, dass der unlegierte Baustahl feuerverzinkt war. Gelangt Zink in austenitisches Schweißgut, bilden sich niedrigschmelzende Phasen (Eutektika), die ein Zusammenwachsen der Kristalle bei der Erstarrung über einen weiten Temperaturbereich verhindern. Auftretenden Spannungen durch die Volumenabnahme beim Übergang flüssig-fest kann somit bei der Kristallisation kein Widerstand entgegengesetzt werden. Das Schweißgut reißt entlang der mit schmelzflüssiger beziehungsweise teigiger Phase belegten Dendriten- beziehungsweise Korngrenzen auf. Es bildet sich ein Heißriss (Erstarrungsriss). Dringen diese Phasen auch in die Korngrenzen des nicht aufgeschmolzenen Grundwerkstoffes ein, können sich hier ebenfalls Heißrisse bilden. Diese werden als Wiedererwärmungs- beziehungsweise Wiederaufschmelzrisse bezeichnet.
Für die Heißrissneigung sind die Größe des bei der Abkühlung durchlaufenden Erstarrungsintervalls sowie das quantitative Verhältnis zwischen fester und flüssiger Phase im Bereich der Solidustemperatur von großer Bedeutung. Eine wichtige Rolle unter den Legierungs- und Begleitelementen, die niedrigschmelzende Phasen bilden, spielen in diesem Zusammenhang die Elemente Schwefel, Phosphor und Zink, aber auch Zinn, Arsen und Kupfer.
Schadensvermeidung und -beseitigung
Die Schweißverbindungen hätten so nicht ausgeführt werden dürfen. Als Verbindungsstücke zwischen den Ständern der Geländer aus unlegiertem Baustahl und den Rohren beziehungsweise Rundstäben aus nichtrostendem Stahl dienten unlegierte, feuerverzinkte Baustähle (Flachstahl). Damit waren die aufgetretenen Schäden nicht zu vermeiden. Die einfachste und effektivste Maßnahme zur Vermeidung der Heißrisse wären Zwischenstücke artgleich zum nichtrostenden Rohr- beziehungsweise Stabwerkstoff und ein Verschweißen mit einem dafür geeigneten Zusatzwerkstoff, wie zum Beispiel DIN EN ISO 3581 E 19 9. Bei der Befestigung an die ebenfalls feuerverzinkten Ständer des Geländers hätte es keine Probleme gegeben, da diese verschraubt wurden.
Die Verzinkungsschicht vor dem Schweißen mechanisch durch Schleifen zu entfernen, reicht nicht aus. Dabei wäre für die Heißrissbildung noch ausreichend Zink in die Schleifriefen eingeschmiert worden. Die gesamte Geländeranlage musste neu gefertigt werden. Eine Instandsetzung war aufgrund der großen Anzahl von Heißrissen und den vielen fehlgeschlagenen Reparaturversuchen nicht möglich.
Das sollten Sie beachten
- Verzinkte Stähle dürfen nicht mit nichtrostenden Schweißzusatzwerkstoffen verarbeitet werden.
- Es reicht bei „Schwarz-Weiß-Verbindungen“ nicht aus, die Verzinkung vor dem Schweißen mechanisch, zum Beispiel durch Schleifen, zu entfernen.
- Nichtrostende Stähle dürfen grundsätzlich nicht verzinkt werden.
Die Beachtung folgender Normen, Richtlinien, Verordnungen und Regeln sind die Voraussetzung für die fachtechnisch einwandfreie Ausführung der Arbeit:
- Fachregelwerk Metallbauerhandwerk – Konstruktionstechnik: Kap. 1.7.2.5 Schweißen,
- DIN EN 1011-5 Schweißen; Empfehlungen zum Schweißen metallischer Werkstoffe; Teil 5: Schweißen von plattierten Stählen,
- DIN EN ISO 17641-1 Zerstörende Prüfung von Schweißverbindungen an metallischen Werkstoffen, Heißrissprüfungen fürSchweißungen; Lichtbogenschweißprozesse; Teil 1: Allgemeines,
- Allgemeine Bauaufsichtliche Zulassung: Nr. Z-30.3-6 Erzeugnisse, Verbindungsmittel und Bauteile aus nichtrostenden Stählen,
- Dokumentation 871: Geländer und Treppen aus Edelstahl Rostfrei. Informationsstelle Edelstahl Rostfrei (ISER), Düsseldorf
Schadensjahr: 2001
Prof. Dr.-Ing. habil. Jochen Schuster, Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle, Bereich Metallurgie