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Update:  19.06.2017

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Schweißnahtverbindung

Schweißnahtverbindungen

Seitenübersicht:
Vorschriften
- Vorschriften für Schweißnahtverbindungen
- Berechnungsgang
Nahtform
- Nahtform
- Nahtform für Steg- und Winkelstöße
- Stoßformen
- Zusatzsymbole für Nahtformen
- Nahtarten
Stumpfnaht
- Schweißnahtdicke Stumpfnaht
- Nahtlänge Stumpfnaht
Kehlnaht
- Schweißnahtdicke Kehlnaht
- Nahtdicke in Abhängigkeit der Bauteildicke
- Nahtlänge Kehlnaht
Werkstückdicke
- Richtwerte für die Werkstückdicke in Abhängigkeit der Nahtform und des Schweißverfahrens
Spannungen Stumpfnaht
- Spannungen in der Stumpfnaht
Spannungen Kehlnaht
- Spannungen in der Kehlnaht
Spannungsberechnung
- Schweißnahtquerschnitt zur Spannungsberechnung im Stahl- und Maschinenbau
- Berechnungsprogramm für Schweißnahtquerschnitte Maschinenbau
- Vergleichsspannung
- Zulässige Spannungen
- Bewertungsgruppen von Schweißnähten
- Schweißnahtbeiwert und zulässige Spannungen für S 235 und S 355
- Anhaltswerte für zulässige Spannungen im Maschinenbau
- Zulässige Spannungen Schiffsbaustähle nach GL
Punktschweißverbindung
- Spannungen in der Punktschweißverbindung
- Anhaltswerte für zul. Spannungen Punktschweißverbindungen im Maschinenbau
Schweißnahtberechnung für Stahlbau nach DIN EN 1993-1-8 - Eurocode 3
- Hinweise
- Beanspruchungen einer Kehlnaht beim richtungsbezogenen Verfahren
- Tragfähigkeit einer Kehlnaht beim richtungsbezogenen Verfahren
- Tragsicherheit einer Kehlnaht beim richtungsbezogenen Verfahren
- Beanspruchungen einer Kehlnaht beim vereinfachten Verfahren
- Tragfähigkeit einer Kehlnaht beim vereinfachten Verfahren
- Tragsicherheit einer Kehlnaht beim vereinfachten Verfahren

Vorschriften für Schweißnahtverbindungen

Verschiedene technische Regelwerke sind bei der Gestaltung und Berechnung von Schweißverbindungen je nach Anwendung zu beachten.

Maschinenbau

Im Maschinenbau gibt es keine Vorschriften für die Schweißnahtberechnung.
Es sollten jedoch die anderen vorhandenen Regelwerke berücksichtigt werden.

Stahlbau

Im Stahlbau wurde bisher der Spannungsnachweis nach DIN 18 800 durchgeführt.
Seit 2012 ist für den Stahlbau die Bemessung nach Eurocode 3 bzw. DIN EN 1993 durchzuführen.
Die bisherige und neue Berechnungsweise wird hier aufgeführt.
Bei der Berechnung nach Eurocode 3 gibt es die beiden Berechnungsverfahren, richtungsbezogenes und vereinfachtes Verfahren.
Das richtungsbezogene Verfahren ist aufwändiger, aber es werden meist günstigere Ergebnisse erzielt (ca. 10%).

Geschweißte Tragwerke im Kranbau

Vorschriften für die Berechnung ist die DIN 15 018, T1 und T2.
Bei diesem Regelwerk werden die statischen und dynamischen Lasten berücksichtigt unter der Schwere des Betriebs sowie der täglichen Einsatzdauer.
Dieses Regelwerk wird hier nicht beschrieben.

Druckbehälterbau

Der Spannungsnachweis erfolgt nach der Druckbehälter-Verordnung, AD-Merkblätter, TRD-Regeln. Die Belastungen sind überwiegend ruhend meistens bei erhöhter Temperatur und Druck.
Dieses Regelwerk wird hier nicht beschrieben.

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Berechnungsgang

Berechnungsgang

- Ermittlung der größten auftretenden Belastungen (Kräfte und Momente)
- Berechnung der Nennspannung, für jede Belastungsart einzeln für Bauteil und Naht.
- Berechnung der Vergleichsspannung aus der Belastungskombination, soweit es sinnvoll ist für Bauteil und Naht.
- Spannungsnachweis, auftretende Spannungen kleiner zulässige Spannungen.

Nahtformen

Nahtformen

Nahtform I-Naht V-Naht HV-Naht
Bezeichnung I-Naht V-Naht HV-Naht
Symbol I-Naht V-Naht HV-Naht
Nahtform Y-Naht HY-Naht UV-Naht
Bezeichnung Y-Naht HY-Naht UV-Naht
Symbol Y-Naht HY-Naht UV-Naht
Nahtform DV-Naht DHV-Naht U-Naht
Bezeichnung DV (X)-Naht DHV (K)-Naht U-Naht
Symbol DV-Naht DHV-Naht U-Naht
Nahtform HU-Naht DU-Naht DHU-Naht
Bezeichnung HU (J)-Naht DU - Naht DHU - Naht
Symbol HU-Naht DU-Naht DHU-Naht
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Nahtform für Steg- und Winkelstöße

I-Naht K-Naht DK-Naht
I-Naht Flachkehlnaht Doppelkehlnaht
Wölbnaht Hohlnaht HV-Naht
Wölbkehlnaht Hohlkehlnaht HV-Naht




Stoßformen

Stumpfstoß Überlappungsstoß Laschenstoß Stegstoß
Stumpfstoß Überlappungsstoß Laschenstoß Stegstoß
Schrägstoß Eckstoß Kreuzstoß Mehrblechstoß
Schrägstoß Eckstoß Kreuzstoß Mehrblechstoß
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Zusatzsymbole für Nahtformen

flach Zusatzsymbol flach V-Naht Zusatzsymbol flach gewölbt - konvex Zusatzsymbol gewölbt V-Naht Zusatzsymbol gewölbt
hohl - konkav Zusatzsymbol hohl K-Naht Zusatzsymbol hohl Nahtübergang kerbfrei Zusatzsymbol kerbfrei K-Naht Zusatzsymbol kerbfrei

[ ] DIN EN 22553

Nahtarten

Ecknaht Flankennaht
Ecknaht Flankennaht
Stirnnaht Lochnaht
Stirnnaht Lochnaht
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Stumpfnaht

Schweißnahtdicke

Bei Stumpfnähten wird die rechnerische Schweißnahtdicke a meistens gleich der Bauteildicke t gesetzt. Die meistens vorhandene Nahtüberhöhung bleibt dabei unberücksichtigt.
Bei unterschiedlichen Blechdicken ist die kleinere maßgebend.
Wird eine Naht nicht völlig durchgeschweißt, so darf nur die tatsächlich erreichte Nahtdicke in die Berechnung eingesetzt werden.

Stumpfnaht


Bördelnaht
V-Naht
durchgeschweißte V-Naht
V-Naht
nicht durchgeschweißte V-Naht
verschiedene Dicke
Bleche verschiedener Dicke
zentrischer Stoß

Zentrischer Stoß
α < 14°
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Nahtlänge Stumpfnaht

Schweißnahtlänge mit Endkrater
Nahtlänge mit Endkrater
Schweißnahtlänge ohne Endkrater
oder mit Vorsatzstück
Nahtlänge ohne Endkrater
Umlaufnaht
Nahtlänge ohne Endkrater
L  = Nahtlänge (mm)
a  = Schweißnahtdicke (mm)
b  = Bauteilbreite(mm)
Bei Rundumschweißung kein Endkraterabzug
L  = Nahtlänge (mm)
a  = Schweißnahtdicke (mm)
b  = Bauteilbreite(mm)
Bei Rundumschweißung kein Endkraterabzug
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Kehlnaht

Schweißnahtdicke

   Bei Kehlnähten ist die Nahtdicke a gleich der bis zum theoretischen Wurzelpunkt gemessenen Höhe des einschreibbaren gleichschenkligen Dreiecks ABC.

Kehlnahtformen
Kehlnaht flach
Kehl­naht flach
Wölbnaht
Wölb­naht
Hohlnaht
Hohl­naht
Ungleichschenklige Kehlnaht
Ungleich­schenklige Kehlnaht
a=0,5*√2*z2 wenn Z1 > Z2
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Nahtdicke in Abhängigkeit der Bauteildicke

Um ein Missverhältnis von Nahtquerschnitt und verbundenen Querschnittsteilen zu vermeiden, müssen bei Bauteildicken t ≥ 3 mm folgende Grenzwerte bei Kehlnäthen eingehalten werden:

Nahtdicke Formel
Nahtdicke
a  = Nahtdicke (mm)
tmin = minimale Bauteildicke (mm)
tmax = maximale Bauteildicke (mm)
a  = Nahtdicke (mm)
tmin = minimale Bauteildicke (mm)
tmax = maximale Bauteildicke (mm)
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Nahtlänge Kehlnaht

Die rechnerische Länge L einer Schweißnaht ist ihre geometrische Länge.
Für Kehlnähte ist sie die Länge der Wurzellinie.
Krater, Nahtanfänge und Nahtenden, die die verlangte Nahtdicke nicht erreichen, zählen nicht zur Nahtlänge.

Kehl­naht­länge bei Direkt­anschluss
L > 6 * a bzw. min. 30 mm
L < 150 * a
L  = Nahtlänge (mm)
a  = Schweißnahtdicke (mm)
2 Flanken­kehl­nähte
Natlänge
L  = l1 * 2
1 Stirn­kehl­naht
2 Flanken­kehl­nähte
Natlänge
L  = l1 * 2 + b
umlauf­ende Kehl­naht
kurze Flanke nahe der Schwerachse
Natlänge
L  = l2 * 2 + b * 2
umlauf­ende Kehlnaht
lange Flanke nahe der Schwerachse
Natlänge
L  = l1 + l2 + b * 2


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Richtwert für die Werkstückdicke in Abhängigkeit der Nahtform und des Schweißverfahrens

Schweißverfahren
G WIG
E
MIG
MAG
UP - PAUP - PC
NahtformWerkstückdicke (mm)
I - Naht... 4... 8 1,5 ... 306 ... 10
V - Naht3 ... 103 ... 40 4 ... 20-
Y - Naht-... 10 14 ... 30-
U - Naht-> 10 > 30-
HV - Naht-3 ... 40 -10 ... 20
DV - Naht-> 10 --
2/3 DV - Naht-> 10 10 ... 50-
DHV - Naht-> 10 --
DU - Naht-> 30 > 50-
U - Naht auf
V - Wurzel
-> 12 --

G = Gasschweißen
WIG = Wolfram-Intergas-Schweißen
E = Lichtbogenhandschweißen
MIG = Metall-Intergas-Schweißen
MAG = Metall-Aktivgas-Schweißen
UP-PA = Unter-Pulver-Schweißen - waagerechtes Schweißen von Stumpf- und Kehlnähten
UP-PC = Unter-Pulver-Schweißen - waagrechtes Schweißen an senkrechter Wand

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Spannungen Stumpfnaht

Spannungen in der Stumpfnaht

Die Schweißnahtnennspannungen werden aus den Belastungen nach den Regeln der allgemeinen Festigkeitslehre ermittelt, mit teilweise vereinfachten Annahmen.
Dynamische Lasten werden durch Stoßfaktoren und Schwingbeiwerte (Betriebsfaktoren) berücksichtigt.
In manchen Regelwerken werden auch abweichende Gleichungen verwendet.
Die Schweißnahtnennspannungen werden aus den Belastungen nach den Regeln der elementaren Festigkeitslehre ermittelt. Dabei werden bewusst vereinfachende Annahmen getroffen.
Stoßhaft auftretende Lasten sind durch Stoßfaktoren und Schwingbeiwerte (Betriebsfaktoren) zu berücksichtigen.
Zum Teil sind die Lastannahmen und die anzuwendenden Gleichungen in Regelwerken festgelegt.

Spannungs­arten Spannungsatzen σ = Normal­spannung quer zur Naht­richtung
τ || = Schub­spannung in Naht­richtung
Zug
Normal­kraft
Zugspannung Zugspannung
Biege­spannung
hochkant
Biegespannung hochkant Biegespannung
Biege­spannung
flachkant
Biegespannung flachkant Biegespannung
Scher­spannung
Fq parallel zur Naht
Schwerspannung Biegespannung
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Spannungen Kehlnaht

Spannungen in der Kehlnaht

Die Schweißnahtnennspannungen werden aus den Belastungen nach den Regeln der allgemeinen Festigkeitslehre ermittelt, mit teilweise vereinfachten Annahmen.
Dynamische Lasten werden durch Stoßfaktoren und Schwingbeiwerte (Betriebsfaktoren) berücksichtigt.
In manchen Regelwerken werden auch abweichende Gleichungen verwendet.
Die Schweißnahtnennspannungen werden aus den Belastungen nach den Regeln der elementaren Festigkeitslehre ermittelt. Dabei werden bewusst vereinfachende Annahmen getroffen.
Stoßhaft auftretende Lasten sind durch Stoßfaktoren und Schwingbeiwerte (Betriebsfaktoren) zu berücksichtigen.
Zum Teil sind die Lastannahmen und die anzuwendenden Gleichungen in Regelwerken festgelegt.

Spannungsarten Spannungen Kehlnaht Spannungsarten
Zug- Druckkraft am Steg Zugspannung Zugspannung
Schubkraft längs der Naht
Flankenkehlnaht
Scherspannung längs Scherspannung
Schubkraft quer zur Naht
Stirnkehlnaht
Scherspannung quer Scherspannung
Biegemoment senkrecht zum Steg Biegespannung senkrecht Biegespannung
Biegemoment zum Steg
parallel zur Naht
Biegespannung senkrecht Biegespannung
Torsionsmoment Torsionsspannung Torsionsspannung
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Spannungsberechnung

Schweißnahtquerschnitt zur Spannungsberechnung im Stahl- und Maschinenbau

Die Schweißnahtquerschnitte zur Berechnung der Schweißnahtspannung werden im Stahlbau nach DIN 18800 und im Maschinenbau teilweise unterschiedlich ermittelt.
- Stahlbau DIN 18800 - Die Mittellinie der Schweißnaht wird auf die Nahtwurzel gelegt. Scherspannungen quer zur Nahtrichtung werden nicht berücksichtigt.
- Stahlbau Eurocode 3 - Beim richtungsbezogenen Verfahren werden die Beanspruchungen auf die Fläche der Seitenhalbierenden des Kehlnahtdreiecks bezogen.
- Maschinenbau - Als Mittellinie der Schweißnaht wird die tatsächliche Schwerachse der Naht genommen.

Trägheitsmoment bei Biegemoment
senkrecht zum Steg
Trägeitsmoment


•  Nahtwurzel
Maschinenbau
Trägeheitsmoment

Querschnitt Maschinenbau

Stahlbau DIN 18800
Die Nahtmittellinie ist auf die Nahtwurzel zu legen

Trägeheitsmoment Stahlbauquerschnitt
Trägheitsmoment bei Biegemoment
parallel zur Naht
Zugspannung Bei Maschinenbau und Stahlbau DIN 18800 gleich.
Trägeheitsmoment
Scherquerschnitt
bei Belastung längs und quer zur Naht
Scherquerschnitt Bei Maschinenbau und Stahlbau DIN 18800gleich.
Scherquerschnitt

Nur Maschinenbau, wird im Stahlbau nicht berücksichtigt
Scherquerschnitt
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Berechnungsprogramm für Schweißnahtquerschnitte Maschinenbau

Berechnungsprogramm

Bei dem Berechnungsprogramm wird die Mittellinie in der Schwerachs der Schweißnaht angenommen, wie bei der Berechnungsmethode Maschinenbau.



Vergleichsspannung

Aus den einzelnen Spannungen ist die Vergleichsspannung zu ermitteln, die mit der zul. Spannung zu vergleichen ist.

Vergleichsspannung
Vergleichsspannung
Normalspannungen quer zur Nahtrichtung
Normalspnnung
Scherspannung in Nahtrichtung
Scherspannung
σ v = Vergleichsspannung (N/mm²)
σ = Normalspannung senkrecht zur Naht (N/mm²)
τ = Scherspannung senkrecht zur Naht (N/mm²)
τ || = Scherspannung parallel zur Naht (N/mm²)
σ ⊥ Zug = Normalspannung durch Zugbelastung (N/mm²)
σ ⊥ Druck = Normalspannung durch Druckbelastung (N/mm²)
σ ⊥ Biegung = Normalspannung durch Biegebelastung (N/mm²)
τ || Scherung = Scherspannung parallel zur Naht (N/mm²)
τ || Torsion = Scherspannung durch Torsionsbelastung(N/mm²)
σ v = Vergleichsspannung (N/mm²)
σ = Normalspannung senkrecht zur Naht (N/mm²)
τ = Scherspannung senkrecht zur Naht (N/mm²)
τ || = Scherspannung parallel zur Naht (N/mm²)
σ ⊥ Zug = Normalspannung durch Zugbelastung (N/mm²)
σ ⊥ Druck = Normalspannung durch Druckbelastung (N/mm²)
σ ⊥ Biegung = Normalspannung durch Biegebelastung (N/mm²)
τ || Scherung = Scherspannung parallel zur Naht (N/mm²)
τ || Torsion = Scherspannung durch Torsionsbelastung(N/mm²)
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Zulässige Spannungen

Für die zulässige Spannung in der Schweißnaht ist der Festigkeitswert des Bauteils maßgebend.
Die zulässige Spannung der Schweißnaht berechnet sich aus der Streckgrenze und dem Schweißnaht- und Materialbeiwert.

Sicherheitsfaktoren bei Belastungsannahmen:

Ständige Belastung : S = 1,3
Veränderliche Belastung : S = 1,5


Sicherheitsfaktor für Werkstoffunsicherheiten:

γ M = 1,1 - bei abgesicherten Werkstoffwerten


Zul. Spannung:

zul. Spannung

Forderung:

zul. Spannung
σ w = zulässige Spannung (N/mm²)
α w = Schweißnahtbeiwert (-) - siehe Tabelle unten
R e = Streckgrenze Bauteil (N/mm²)
γ M = Materialbeiwert (-)
σ v = Vergleichsspannung (N/mm²)
σ w = zulässige Spannung (N/mm²)
α w = Schweißnahtbeiwert (-) - siehe Tabelle unten
R e = Streckgrenze Bauteil (N/mm²)
γ M = Materialbeiwert (-)
σ v = Vergleichsspannung (N/mm²)

Bewertungsgruppen von Schweißnähten

Zur Schweißnahtbeurteilung und Qalitätssicherung werden die Schweißnähte in Bewertungsgruppen eingeteilt.
Die Bewertungsgruppen dienen zur einheitlichen Bewertung der Schweißverbindung sowie zur Qualitätssicherung.
Ohne Unterscheidung nach Nahtart werden die Unregelmäßigkeiten an Schweißverbindungen in drei Bewertungsgruppen festgelegt:
- B hoch z. B. dynamisch beanspruchte Schweißnähte, hoch beanspruchte Bauteile
- C mittel z. B. mittlere Schwingbeanspruchung, Rahmen, Gehäuse
- D niedrig z. B. überdimensionierte Bauteile, Gestelle
Die Einteilung der Unregelmäßigkeiten erfolgt in sechs Gruppen: 1 - Risse, 2 - Hohlräume, 3 - feste Einschlüsse, 4 - Durchschweißung, 5 - Form- und Maßabweichungen, 6 - sonstige Unregelmäßigkeiten (siehe DIN EN ISO 6520-1).
Je nach Verwendungszweck ist das Bauteil einer Bewertungsgruppe zu zuordnen, dabei sind z. B. die Beanspruchungsart (dynamisch oder statisch), konstruktive Verhältnisse oder Betriebsbedingungen zu berücksichtigen.

Schweißnahtbeiwert und zulässige Spannungen für S 235 und S 355 nach DIN 18800

NahtartNahtgüteBelastungα w - (σ w)
S 235S 355
durchgeschweißte Nähtealle NahtgütenDruck1,0 (218)1,0 (327)
Nahtgüte nachgewiesenZug
Nahtgüte nicht nachgewiesen0,95 (207)0,8 (262)
nicht durchgehende Nähtealle NahtgütenDruck - Zug
alle NahtartenSchub

Anhaltswerte für zulässige Spannungen im Maschinenbau

NahtartSpannungsartBewertungsgruppeLastfall
ruhendschwellendwechselnd
Bauteilwerkstoff
S235S355S235S355S235 S335
Stumpfnaht mit GegenlageZug, Druck, BiegungB 1602201101305565
C 130175851054550
D 11015575904045
SchubB 10014070803540
C 8011055653032
D 7010050552528
Stumpfnaht ohne GegenlageZug, Druck, BiegungB 140180951004550
C 11014575803540
D 10012565703235
SchubB 9011060703035
C 708550552530
D 607540502025
FlachkehlnahtjedeB 9011060703035
C 708550552530
D 607540502025
HohlkehlnahtjedeB 12015075904045
C 9512060703035
D 8510050602530
Doppel-Flachkehlnaht,
umlaufende Kehlnaht
jedeB 140190901205055
C 11015070954045
D 10013060853540
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Zulässige Spannungen Schiffsbaustähle nach GL

Die folgende Tabelle enthält die zulässigen Schweißnahtspannungen für Schiffbaustähle.
An Hand dieser Angaben, hat man einen Anhaltspunkt, für die zul. Schweißnahtspannung für Stähle, die nicht in der DIN 18800 aufgeführt sind.
[ ] Germanischer Llody I - Teil 1 - Kapitel 1 - Abschnitt 19C - Schweißverbindungen

WerkstoffWerkstoffWerkstoff Nr.Streck­grenze
Re (N/mm²)
Zulässige Spannung
σ v (N/mm²)
Normal­fester Schiffs­baustahlGL-A/B/D/E235115
Höher­feste Schiffs­baustähleGL-A/D/E/F 32315145
GL-A/D/E/F 36 355160
GL-A/D/E/F 40390175
Hoch­feste StähleS 460460200
S 690685290
Nicht­rostende auste­nitische
und auste­nitische-­ferritisch
Stähle
X2CrNi19-111.4306180110
X 2 CrNiMo 17 12 21.4404190
X 2 CrNiMo 18 14 31.4435190
X 2 CrNiMo 18 15 41.4438195
X 6 CrNiTi 18 101.4541205
X 6 CrNiMoTi 17 12 21.4571215
X 2 CrNiMoN 17 111.4406280130
X 2 CrNiMoN 17 13 1.4429295
X 2 CrNiMoN 17 13 1.4439285
X 2 CrNiMoN 22 5 31.4462480205
Alu­minium­legierungenAl Mg 380 (135
Al Mg 4,5 Mn 0,7125 (156
Al Mg Si65 (230
Al Si Mg Mn110 (245


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Punktschweißverbindung

Bei vorwiegend ruhend belastete Verbindungen im Stahlhochbau wird die Berechnung im Prinzip wie bei Nietverbindungen durchgeführt. Zur Vereinfachung stellt man sich den Schweißpunkt als einen auf Abscheren und Lochleibungsdruck beanspruchten Bolzen mit dem rechnerischen Durchmesser d vor.

Rechnerischer Schweißpunkt-Durchmesser

Schweißpunktdurchmesser
dmax = rechnerischer Schweißpunkt-Durchmesser (mm)
tmin = kleinste Blechdicke (mm)
tmin1,52,03,04,05,0
dmax5,06,08,010,012,0
dmax = rechnerischer Schweißpunkt-Durchmesser (mm)
tmin = kleinste Blechdicke (mm)
tmin1,52,03,04,05,0
dmax5,06,08,010,012,0

Scherspannungen in der Schweißpunktverbindung

Scherspannung
Einschnittige Verbindung
Einschnittig
Zweischnittige Verbindung
Zweischnittig
τw = Scherspannung (N/mm²)
F  = Scherkraft (N)
n  = Anzahl Schweißpunkte (-)
m  = Schnittigkeit der Verbindung (-)
A  = Scherquerschnitt (mm²)
τw zul = zul. Scherspannung (N/mm²)
Re = Streckgrenze Bauteilwerkstoff (N/mm²)
γM = Teilsicherheitsbeiwert (-) = 1,1
τw = Scherspannung (N/mm²)
F  = Scherkraft (N)
n  = Anzahl Schweißpunkte (-)
m  = Schnittigkeit der Verbindung (-)
A  = Scherquerschnitt (mm²)
τw zul = zul. Scherspannung (N/mm²)
Re = Streckgrenze Bauteilwerkstoff (N/mm²)
γM = Teilsicherheitsbeiwert (-) = 1,1
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Lochleibungsdruck in der Schweißpunktverbindung

Lochleibungsdruck
σwl = Lochleibungsdruck (N/mm²)
F  = Scherkraft (N)
n  = Anzahl Schweißpunkte (-)
dmax = rechnerischer Schweißpunkt-Durchmesser (mm)
tmin = kleinere Dicke der Bauteile (mm)
bei zweischnittiger Verbindung sind die Dicken beider Außenteile zu einer zusammenzufassen 
σwl zul = zulässige Lochleibungsspannung (N/mm2)
– einschnittige Verbindung: 1,8 * Re / γM 
– zweischnittige Verbindung: 2,5 * Re / γM 
Re = Streckgrenze Bauteilwerkstoff (N/mm²)
γM = Teilsicherheitsbeiwert (-) = 1,1
σwl = Lochleibungsdruck (N/mm²)
F  = Scherkraft (N)
n  = Anzahl Schweißpunkte (-)
dmax = rechnerischer Schweißpunkt-Durchmesser (mm)
tmin = kleinere Dicke der Bauteile (mm)
bei zweischnittiger Verbindung sind die Dicken beider Außenteile zu einer zusammenzufassen 
σwl zul = zulässige Lochleibungsspannung (N/mm2)
– einschnittige Verbindung: 1,8 * Re / γM 
– zweischnittige Verbindung: 2,5 * Re / γM 
Re = Streckgrenze Bauteilwerkstoff (N/mm²)
γM = Teilsicherheitsbeiwert (-) = 1,1

Anhaltswerte für zul. Spannungen (N/mm²) für Punktschweißverbindungen im Maschinenbau

Werkstoff-Zugfestigkeit Rm (N/mm²)250300350 400450500550600
τw - ruhend607590 100110125135150
τw - schwellend405055 6570809095
τw - wechselnd202530 3535404550
σwl - einschnittig - ruhend165200235 265300335365400
σwl - einschnittig - schwellend110130150 175195215240260
σwl - einschnittig - wechselnd556575 90100110120130
σwl - zweischnittig - ruhend275335390 445500555610665
σwl - zweischnittig - schwellend180215250 285320355390425
σwl - zweischnittig - wechselnd90110125 145160180195215
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Schweißnahtberechnung für Stahlbau nach DIN EN 1993-1-8 - Eurocode 3

Hinweise

Diese Formelzusammenstellung beinhaltet nur die allgemeinen Formeln der Norm.
Zusätzliche Einschränkungen und Erklärungen sind der Norm zu entnehmen.

Hinweise für Maschinenbautechniker

Der maßgebende Werkstoffkennwert ist bei Eurocode 3 die Zugfestigkeit
Bei den rechnerischen Nachweisen ist nachzuweisen,
dass der Bemessungswert der Beanspruchungen Ed nicht größer wird als der Bemessungswert des Widerstands Rd eines Bauwerks oder Bauteils
Ed ≤ Rd

In den Stahlbaunormen werden teilweise andere Formelzeichen verwendet, wie in der Technischen-Mechanik im Maschinenbau.

FormelzeichenBeschreibung
fyStreckgrenze
fuZugfestigkeit
γMTeilsicherheitsbeiwert
βwKorrelationsbeiwert des Werkstoffs
σv,EdBemessungswert der einwirkenden Vergleichsspannung
Fv,EdBemessungswert der einwirkenden Vergleichskraft
σv,RdBemessungswert der Beanspruchbarkeit der Grenz-Vergleichsspannung
Fv,RdBemessungswert der Beanspruchbarkeit der Grenz-Vergleichskraft
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Spannungsberechnung nach DIN EN 1993-1-8 - Eurocode 3

Spannungsberechnung richtungsbezogene Verfahren

Für den Nachweis von Kehlnähten bietet die DIN EN 1993-1-8 zwei Berechnungs-Verfahren an, das vereinfachte Verfahren und das richtungsbezogene Verfahren.
Bei beiden Nachweisen ist für die Spannung σ|| kein Nachweis zu führen.
Beim richtungsbezogenen Verfahren werden die Beanspruchungen auf die Fläche der Seitenhalbierenden des Kehlnahtdreiecks bezogen.
Für diese Fläche werden dann zwei Nachweise geführt (Nachweis Spannung normal zur Fläche und Vergleichsspannungsnachweis).
Mit diesem Verfahren ergeben sich für das richtungsbezogene Verfahren etwas günstigere Ergebnisse (im Mittel ca. 10% für die Kehlnahtdicken).
Die Nachweisgrundlage sind Spannungen und die Bezugsgröße ist die wirksame Nahtfläche.

Beanspruchungen einer Kehlnaht beim richtungsbezogenen Verfahren

Vergleichsspannung
Vergleichsspannung
Spannungen in der Bezugsfläche durch Normalkräfte
Normalspannungen
Spannungen in der Bezugsfläche durch Momente
Normalspannungen
Kräfte Kräfte
Kräfte Kräfte
σ wv,Ed = Vergleichsspannung (N/mm²)
σ = Normalspannung senkrecht zur Bezugsfläche (N/mm²)
τ = Scherspannung senkrecht zur Bezugsfläche (N/mm²)
τ || = Scherspannung parallel zur Bezugsfläche (N/mm²)
Fx,Ed = Kraft senkrecht zum Wurzelflächenschwerpunkt (N)
Fz,Ed = Kraft parallel zur Wurzelflächen (N)
My,Ed = Moment quer zur Wurzelfläche (Nmm)
a  = Schweißnahtdicke (mm)
lw = Schweißnahtlänge (mm)
α  = Winkel der beiden Blechebenen (Grad)
S  = Schwerpunkt der von den Wurzellinien begrenzten Fläche (lw*t)

σ wv,Ed = Vergleichsspannung (N/mm²)
σ = Normalspannung senkrecht zur Bezugsfläche (N/mm²)
τ = Scherspannung senkrecht zur Bezugsfläche (N/mm²)
τ || = Scherspannung parallel zur Bezugsfläche (N/mm²)
Fx,Ed = Kraft senkrecht zum Wurzelflächenschwerpunkt (N)
Fz,Ed = Kraft parallel zur Wurzelflächen (N)
My,Ed = Moment quer zur Wurzelfläche (N)
a  = Schweißnahtdicke (mm)
lw = Schweißnahtlänge (mm)
α  = Winkel der beiden Blechebenen (Grad)
S  = Schwerpunkt der von den Wurzellinien begrenzten Fläche (lw*t)

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Tragfähigkeit einer Kehlnaht beim richtungsbezogenen Verfahren

Grenz-Vergleichsspannung
Vergleichsspannung
Grenzschubkraft
Grenzschubkraft
Grenznormalkraft
Grenznormalkraft
σ wv,Rd = Grenz-Vergleichsspannung (N/mm²)
fu = kleinste Zugfestigkeit der angeschlossenen Bleche (N/mm²)
βw = Korrelationsbeiwert (-)
γM2 = Teilsicherheitsbeiwert Schweißnähte (-) = 1,25
Fz,w,Rd = Grenzschubkraft (N/mm)
a  = Schweißnahdicke (mm)
Fx,Rd = Grenz-Normalkraft (N/mm)
σ wv,Rd = Grenz-Vergleichsspannung (N/mm²)
fu = kleinste Zugfestigkeit der angeschlossenen Bleche (N/mm²)
βw = Korrelationsbeiwert (-)
γM2 = Teilsicherheitsbeiwert Schweißnähte (-) = 1,25
Fz,w,Rd = Grenzschubkraft (N/mm)
a  = Schweißnahdicke (mm)
Fx,Rd = Grenz-Normalkraft (N/mm)

Tragsicherheit einer Kehlnaht beim richtungsbezogenen Verfahren

Ausreichende Tragsicherheit ist vorhanden, wenn die folgenden beiden Bedinungen erfüllt sind:

1. Bedingung
1. Bedingung

2. Bedingung
2. Bedingung

σ wv,Ed = Vergleichsspannung (N/mm²)
σ wv,Rd = Grenz-Vergleichsspannung (N/mm²)
fu = kleinste Zugfestigkeit der angeschlossenen Bleche (N/mm²)
γM2 = Teilsicherheitsbeiwert Schweißnähte (-) = 1,25
σ = Normalspannung senkrecht zur Bezugsfläche (N/mm²)
σ ⊥w,Rd = Grenz-Normalspannung senkrecht zur Bezugsfläche (N/mm²)
σ wv,Ed = Vergleichsspannung (N/mm²)
σ wv,Rd = Grenz-Vergleichsspannung (N/mm²)
fu = kleinste Zugfestigkeit der angeschlossenen Bleche (N/mm²)
γM2 = Teilsicherheitsbeiwert Schweißnähte (-) = 1,25
σ = Normalspannung senkrecht zur Bezugsfläche (N/mm²)
σ ⊥w,Rd = Grenz-Normalspannung senkrecht zur Bezugsfläche (N/mm²)
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Schweißnaht-Grenzspannung beim richtungsbezogenen Verfahren

Stahl­güteKor­relations-
beiwert βw
Zug­festigkeit fu
N/mm²
Schweiß­naht-
grenz­spannung
1. Bedingung
N/mm²
Schweiß­naht-
grenz­spannung
2. Bedingung
N/mm²
S 2350,80360360259
S 2750,85430405310
S 3550,90490436353
S 4200,88 (*520473374
S 4600,85 (*540508389

(* DIN EN 1993-1-8/NA 2010-12 NDP 2.2 Nationale Festlegung

Spannungsberechnung vereinfachte Verfahren

Beim vereinfachten Verfahren wird die Resultierende aller auf die wirksame Schweißnahtfläche wirkenden Kräfte gebildet.
Der Nachweis nach dem vereinfachten Verfahren ist sehr übersichtlich und schnell durchzuführen.
Die Tragfähigkeit einer Kehlnaht bei einem rechtwinkligen Anschluss, wird auf die Längeneinheit 1 der Schweißnahtlänge bezogen.
Die max. Resultierende Kraft wird aus den einzelnen Kraftkomponenten ermittelt.
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Beanspruchung einer Kehlnaht beim vereinfachten Verfahren

Kräfte
Spannung
Fw,Ed = Vergleichskraft (N/mm)
N⊥,Ed = Normalkraft senkrecht zur Schweißnaht (N/mm)
V⊥,Ed = Scherkraft senkrecht zur Schweißnaht (N/mm)
V||,Ed = Scherkraft parallel zur Schweißnaht (N/mm)
lw = Schweißnahtlänge (mm)
Fw,Ed = Vergleichskraft (N/mm)
N⊥,Ed = Normalkraft senkrecht zur Schweißnaht (N/mm)
V⊥,Ed = Scherkraft senkrecht zur Schweißnaht (N/mm)
V||,Ed = Scherkraft parallel zur Schweißnaht (N/mm)
lw = Schweißnahtlänge (mm)

Tragfähigkeit einer Kehlnaht beim vereinfachten Verfahren

Kräfte
Fvw,Ed = Grenz-Vergleichskraft (N/mm)
a  = Schweißnahtdicke (mm)
fu = kleinste Zugfestigkeit der angeschlossenen Bleche (N/mm²)
γM2 = Teilsicherheitsbeiwert Schweißnähte (-) = 1,25
Fvw,Ed = Grenz-Vergleichskraft (N/mm)
a  = Schweißnahtdicke (mm)
fu = kleinste Zugfestigkeit der angeschlossenen Bleche (N/mm²)
γM2 = Teilsicherheitsbeiwert Schweißnähte (-) = 1,25
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Tragsicherheit einer Kehlnaht beim vereinfachten Verfahren

Tragsicherheit
Fvw,Ed = Vergleichskraft (N/mm)
Fvw,Rd = Grenz-Vergleichskraft (N/mm)
Text
Fvw,Ed = Vergleichskraft (N/mm)
Fvw,Rd = Grenz-Vergleichskraft (N/mm)
Text

Schweißnaht-Grenzspannung beim vereinfachten Verfahren

StahlgüteKor­relations-
beiwert βw
Zug­festigkeit fu
N/mm²
Schweiß­naht-
grenz­spannung fvw,d
N/mm²
S 2350,80360208
S 2750,85430234
S 3550,90490251
S 4200,88 (*520273
S 4600,85 (*540293

(* DIN EN 1993-1-8/NA 2010-12 NDP 2.2 Nationale Festlegung

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