Eine Norm für Verbindungselemente legt eine Höchstfestigkeit fest, weil das Teil angeschweißt werden muss

Diese Seite gibt keine Empfehlungen zu Schweißen, Verfahren oder Auswahl, und wir sind kein Lieferant von Schweißzusätzen. Sie berichtet, was eine Norm festlegt. Sie geht auch nicht auf eine Forumsfrage zurück: Suchen nach Bolzenschweißen und der Festigkeit geschweißter Bolzen ergaben nichts Relevantes. Ausgangspunkt ist deshalb eine Lücke in unserer eigenen Abdeckung, gefunden, indem wir Familien von Verbindungselementen nach null Treffern durchsucht haben. Vor dieser Seite hatte die Website die Begriffe Schweißbolzen, Keramikring und Kopfbolzendübel nie verwendet. Die Browser-Werkzeuge, die wir normalerweise nutzen, sind weiterhin nicht verfügbar.

Eine Norm für Verbindungselemente, die unter Schweißen eingeordnet ist

Das Dokument trägt den Titel Schweißen, Bolzen und Keramikringe für das Lichtbogenbolzenschweißen, dritte Ausgabe, 2017. Diese Website verwendet es zum ersten Mal. Die Einleitung fasst den Anwendungsbereich weit: Die festgelegten Bolzenarten „stellen übliche Anwendungen dar“, und das Dokument „kann in allen Bereichen der metallverarbeitenden Industrie angewendet werden“ (sinngemäß übersetzt).

Die normativen Verweisungen verraten, dass hier eine Norm für Verbindungselemente unter einem Schweißtitel steht. Sie verweist auf die Norm für Festigkeitsklassen von Verbindungselementen aus unlegiertem und legiertem Stahl, die Norm für nichtrostende Verbindungselemente, die Norm für galvanische Überzüge und die Toleranznorm für Verbindungselemente, daneben auf Schweißpositionen, einen technischen Bericht zur Gruppeneinteilung von Werkstoffen, eine Norm zur Zusammensetzung nichtrostender Stähle und eine Walzdrahtnorm. Der Bolzen übernimmt den gewöhnlichen Apparat der Verbindungselemente, und darüber werden Schweißanforderungen gelegt.

Zwei kleine Merkmale verdienen vor dem Inhalt Erwähnung. Der Abschnitt Begriffe lautet vollständig: „In diesem Dokument sind keine Begriffe aufgeführt.“ Ein Abschnitt, der existiert, um zu sagen, dass er leer ist. Und in der Liste der Formelzeichen steht zwischen den Durchmessern und den Höhen c_d, die Tiefe des Risses im Kopf. Ein Maßzeichen, das einem Riss zugeordnet ist: Der Riss ist also ein erwartetes Merkmal mit einer Größe, kein Fehler.

Dreizehn Arten, drei Verfahren und eine Spalte für Keramikringe, die überwiegend leer ist

Die erste Tabelle legt fest, was das Dokument abdeckt, und sie ist nach Schweißverfahren gegliedert, nicht nach der Form des Verbindungselements. Nach unserer Zählung sind es drei Verfahren und dreizehn Bolzenarten.

• Hubzündungs-Bolzenschweißen mit Keramikring oder Schutzgas, mit acht Arten: Vollgewinde, nahezu Vollgewinde, Teilgewinde, Gewinde mit reduziertem Schaft, ohne Gewinde, Isolierstift oder -nagel, Bolzen mit Innengewinde und Kopfbolzendübel
• Kurzzeit-Hubzündungs-Bolzenschweißen, mit drei Arten: Gewinde mit Flansch, ohne Gewinde und Bolzen mit Innengewinde
• Bolzenschweißen mit Spitzenzündung, mit denselben drei Formen noch einmal unter anderen Kurzzeichen

Jede Art hat ein Kurzzeichen aus zwei Buchstaben, und jede Zeile hat außerdem eine Spalte für das Kurzzeichen ihres Keramikrings. Diese Spalte ist für das erste Verfahren ausgefüllt und enthält bei den beiden anderen einen Strich. Eines der beiden Dinge, die im Titel der Norm genannt sind, gilt für ein Drittel der darin enthaltenen Verfahren.

Der Kopfbolzendübel ist die einzige Zeile, in der die Spalte für Keramikringe zwei Kurzzeichen statt eines enthält. Und eine Fußnote hält die Liste offen: „Weitere Bolzenarten und Keramikringe können für besondere Anwendungen nach Bedarf festgelegt werden.“

Vier verschiedene Formen von Anforderungen in einer Tabelle

Dann die Werkstofftabelle, aus der diese Seite ihren Titel hat. Nach unserer Zählung nennt sie mechanische Anforderungen in vier verschiedenen Formen, und nur die erste ist die Form, die ein Einkäufer von Verbindungselementen erwartet.

• Per Verweis. Die Hubzündungsarten mit und ohne Gewinde haben die Festigkeitsklasse 4.8 nach der Norm für Verbindungselemente aus unlegiertem Stahl oder eine von sechs nichtrostenden Bezeichnungen nach der Norm für nichtrostende Verbindungselemente, und die mechanischen Eigenschaften sind schlicht die dieser Dokumente
• Nur eine Obergrenze. Der Isolierstift ist aus unlegiertem Stahl, verkupfert, mit einer Zugfestigkeit von weniger als 450 Newton je Quadratmillimeter, oder aus austenitischem nichtrostendem Stahl mit einer Zugfestigkeit von weniger als 700
• Nur eine Untergrenze. Die erste Sorte Kopfbolzendübel verlangt eine Zugfestigkeit von mindestens 450, eine Streckgrenze von mindestens 350 und eine Bruchdehnung von mindestens 15 Prozent
• Ein geschlossener Bereich. Die zweite Sorte Kopfbolzendübel verlangt eine Zugfestigkeit von 400 bis 550 bei einer Bruchdehnung von mindestens 20 Prozent; die dritte, in zwei benannten nichtrostenden Zusammensetzungen, verlangt von 500 bis 780 bei einer Bruchdehnung von mindestens 25 Prozent

Eine Höchstfestigkeit bei einem Verbindungselement ist wirklich ungewöhnlich. Überall sonst auf dieser Website ist Festigkeit eine Untergrenze, und sie zu überschreiten ist schlimmstenfalls verschwendetes Geld. Hier bringt das Überschreiten das Teil aus der Spezifikation, und der Grund steht in derselben Tabelle: Die Sorten der Kopfbolzendübel tragen auch Grenzwerte für die Chemie, darunter einen Kohlenstoffgehalt von höchstens 0,2 Prozent und ein Kohlenstoffäquivalent von höchstens 0,38 für die eine Sorte und höchstens 0,35 für die andere.

Das sind Grenzwerte der Schweißeignung. Vom Teil wird nicht verlangt, möglichst fest zu sein. Es soll vorhersagbar mit dem Grundwerkstoff verschmelzen, und Festigkeit, die über die Chemie erkauft wird, wirkt dem entgegen. Wie das Kohlenstoffäquivalent berechnet wird, erklären wir nicht, weil die Norm die Formel nicht angibt und das Dokument, auf das sie für die Gruppeneinteilung der Werkstoffe verweist, nicht gelesen wurde.

Zwei Metalle in einem Bolzen und eine Schereigenschaft, die im Zugversuch nachgewiesen wird

Derselbe Abschnitt enthält eine Bauart, die man kennen sollte. „Bolzen dürfen aus zwei verschiedenen Werkstoffen bestehen, die durch Reibschweißen verbunden sind (Zweistoffbolzen).“ Die Anmerkung erklärt den Grund: Der Schweißteil entspricht dem Grundwerkstoff, um Probleme mit ungleichen Werkstoffen beim Schmelzschweißen zu vermeiden, während der Rest im Allgemeinen aus hochlegiertem Stahl für bessere Korrosionsbeständigkeit besteht.

Also ein Verbindungselement, zwei Metalle, verbunden durch ein drittes Verfahren, gerade damit das Ende, das zur Schweißnaht wird, zu dem passt, woran es geschweißt wird. Die übliche Sorge beim Zusammenbringen zweier Metalle gilt dem, was danach geschieht; hier liegt der Konstruktionspunkt bei dem, was währenddessen geschieht.

Unmittelbar danach folgt eine einzige Zeile unter der Überschrift Scherfestigkeit: „Die Scherfestigkeit ist durch Prüfung der Mindestzugfestigkeit der Bolzen nachzuweisen.“ Die Eigenschaft, nach der der Kopfbolzendübel benannt ist, wird durch einen Zugversuch verifiziert. Das ist ein vertrauter Schritt, und derselbe Reflex zeigt sich überall dort, wo ein Prüfergebnis sorgfältig dem zugeordnet werden muss, was es tatsächlich misst.

Normkonformität ist etwas, das der Käufer verlangt

Eine letzte Passage, aus dem Abschnitt Bestellangaben. Bei der Bestellung muss der Hersteller vier Dinge einholen, und das erste ist bedingt formuliert: „eine Verweisung auf dieses Dokument, wenn der Käufer Konformität verlangt“, dann die Mengen, die vollständige Produktbezeichnung und weitere vereinbarte Anforderungen, mit Anforderungen bei tiefen Temperaturen als Beispiel.

Die Konformität mit der Norm ist eine Bestellangabe, die geliefert wird, wenn der Käufer danach fragt. Das ist dieselbe Form wie die Voreinstellung, die diese Website in der Norm über allgemeine Anforderungen an Schrauben gefunden hat, wo ein nicht angegebenes Merkmal vom Hersteller entschieden wird statt vom Dokument.

Zwei weitere Bestimmungen im selben Abschnitt sind nützlich. Toleranzen beschichteter Gewindebolzen gelten vor dem Beschichten. Und sofern nicht anders festgelegt, sind die sechs Kurzzeit- und Spitzenzündungsarten der Festigkeitsklasse 4.8 mit einem galvanischen Kupferüberzug zu liefern; das ist eine Standardoberfläche, die ausdrücklich genannt statt offengelassen wird.

Was das klärt und was nicht

• Es gibt eine internationale Norm für Bolzen zum Lichtbogenbolzenschweißen und ihre Keramikringe, dritte Ausgabe 2017, und diese Website hatte sie nie verwendet
• Sie umfasst nach unserer Zählung drei Schweißverfahren und dreizehn Bolzenarten, mit Kurzzeichen für Keramikringe nur beim ersten Verfahren und einem Strich bei den beiden anderen
• Der Isolierstift hat eine maximale Zugfestigkeit, keine minimale, je nach Werkstoff weniger als 450 oder weniger als 700 Newton je Quadratmillimeter
• Zwei Sorten Kopfbolzendübel haben an beiden Enden begrenzte Zugfestigkeitsbereiche, 400 bis 550 und 500 bis 780
• Die Sorten der Kopfbolzendübel tragen Grenzwerte für die Chemie, darunter Höchstwerte für Kohlenstoff und Kohlenstoffäquivalent; das sind Schweißeignungs- und keine Festigkeitsbedingungen
• Ein Bolzen kann aus zwei miteinander reibgeschweißten Werkstoffen bestehen, damit das angeschweißte Ende zum Grundwerkstoff passt
• Die Scherfestigkeit wird durch einen Zugversuch nachgewiesen, in einem Satz
• Die Konformität mit der Norm ist eine Bestellangabe, die geliefert wird, wenn der Käufer sie verlangt
• Die Maßabschnitte und alles danach haben wir nicht gelesen, und auf dieser Seite erscheint kein Bolzenmaß. Keine der verwiesenen Normen wurde für diese Seite gelesen, und die Formel für das Kohlenstoffäquivalent wird hier nicht angegeben
• Es werden keine Empfehlungen zu Schweißen, Verfahren oder Auswahl gegeben

Mitnehmen sollte man die Umkehrung. Ein Verbindungselement, das durch Schmelzen eingebaut wird, muss so spezifiziert sein, dass es gut schmilzt, und das macht Festigkeit von etwas, das zu maximieren ist, zu etwas, das innerhalb eines Bandes zu halten ist. Eine nützliche Erinnerung daran, dass eine Festigkeitsklasse die Antwort auf eine Frage ist, und diese Frage lautet nicht immer: wie fest.

Dieser Beitrag behandelt Schritt 1: Grundwerkstoff. Die vollständige Reihenfolge lautet Grundwerkstoff, Gewinde, Kopf, Antrieb, Oberfläche und Dokumentation. Warum eine andere Reihenfolge Nacharbeit verursacht, erläutert der englische Beitrag Specifying a screw.

Häufige Fragen

Gibt es eine Norm für Schweißbolzen?

Ja. Eine internationale Norm über Bolzen und Keramikringe für das Lichtbogenbolzenschweißen, dritte Ausgabe von 2017. Sie legt Anforderungen, Maße, Werkstoffe und mechanische Eigenschaften fest, und ihre Einleitung sagt, dass sie in allen Bereichen der metallverarbeitenden Industrie angewendet werden kann.

Legt irgendeine Norm für Verbindungselemente eine Höchstfestigkeit fest?

Diese tut es. Für die Art Isolierstift nennt sie eine Zugfestigkeit von weniger als 450 Newton je Quadratmillimeter bei unlegiertem Stahl mit Kupferüberzug oder weniger als 700 bei austenitischem nichtrostendem Stahl. Das sind Obergrenzen, keine Untergrenzen.

Warum sollte es ein Maximum geben?

Dieselbe Tabelle enthält Grenzwerte für die Chemie der Kopfbolzendübel-Sorten, darunter Kohlenstoff von höchstens 0,2 Prozent und ein Kohlenstoffäquivalent von höchstens 0,38 oder 0,35 je nach Sorte. Das sind Bedingungen der Schweißeignung. Diese Seite gibt die Formel für das Kohlenstoffäquivalent nicht an, die Norm nennt sie nicht.

Haben manche Sorten einen Bereich statt eines Grenzwerts?

Zwei Sorten Kopfbolzendübel. Die eine verlangt eine Zugfestigkeit von 400 bis 550 Newton je Quadratmillimeter bei einer Bruchdehnung von mindestens 20 Prozent, eine andere, in zwei benannten nichtrostenden Zusammensetzungen, von 500 bis 780 bei einer Bruchdehnung von mindestens 25 Prozent.

Wie viele Bolzenarten sind erfasst?

Nach unserer Zählung dreizehn, verteilt auf drei Schweißverfahren: Hubzündungsschweißen mit Keramikring oder Schutzgas, Kurzzeit-Hubzündungsschweißen und Bolzenschweißen mit Spitzenzündung. Jede Art hat ein Kurzzeichen aus zwei Buchstaben.

Verwenden alle einen Keramikring?

Nein. Die Spalte für das Kurzzeichen des Keramikrings ist für das Hubzündungsverfahren ausgefüllt und enthält bei den beiden anderen einen Strich; eines der beiden Dinge im Titel der Norm gilt also für ein Drittel der darin enthaltenen Verfahren.

Kann ein Bolzen aus zwei Werkstoffen bestehen?

Ja. Die Norm sagt, dass Bolzen aus zwei verschiedenen, durch Reibschweißen verbundenen Werkstoffen bestehen dürfen, und merkt an, dass der Schweißteil dem Grundwerkstoff entspricht, um Probleme mit ungleichen Werkstoffen beim Schmelzschweißen zu vermeiden, während der Rest im Allgemeinen aus hochlegiertem Stahl für bessere Korrosionsbeständigkeit besteht.

Wie wird die Scherfestigkeit geprüft?

Die Norm sagt in einem Satz, dass die Scherfestigkeit durch Prüfung der Mindestzugfestigkeit der Bolzen nachzuweisen ist.

Geschieht die Bestellung nach der Norm automatisch?

Sie ist als Bestellangabe aufgeführt. Der Hersteller hat eine Verweisung auf das Dokument einzuholen, wenn der Käufer Konformität verlangt, zusammen mit den Mengen, der vollständigen Produktbezeichnung und weiteren vereinbarten Anforderungen.

Quellen

• ISO 13918:2017, dritte Ausgabe, Welding, Studs and ceramic ferrules for arc stud welding. Kostenlose Vorschau von zwölf Seiten mit Inhaltsverzeichnis, Einleitung und den Abschnitten 1 bis 5, einschließlich der Tabelle der Arten und der Tabelle der Werkstoffe und mechanischen Eigenschaften

Der Abschnitt Begriffe, die Liste der Formelzeichen und die Tabelle der Werkstoffe und mechanischen Eigenschaften wurden jeweils an gerenderten Seitenbildern geprüft. Diese Website verwendet diese Norm zum ersten Mal, und vor dieser Seite kamen die Begriffe Schweißbolzen, Keramikring und Kopfbolzendübel nirgends darauf vor. Die Maßabschnitte und alles danach wurden nicht gelesen, und hier erscheint kein Bolzenmaß. Keine der verwiesenen Normen wurde für diese Seite gelesen, darunter die Dokumente zu Festigkeitsklassen, nichtrostenden Stählen, Überzügen, Toleranzen, Walzdraht, Zusammensetzung nichtrostender Stähle und Gruppeneinteilung von Werkstoffen; wo die Tabelle auf sie verweist, berichtet diese Seite nur, dass sie es tut. Die Formel für das Kohlenstoffäquivalent wird nicht angegeben, weil die Norm sie nicht nennt und das Dokument, auf das sie für die Gruppeneinteilung der Werkstoffe verweist, nicht gelesen wurde. Die folgenden Angaben sind unsere eigenen Zählungen, keine Aussagen der Norm: dass sie drei Schweißverfahren und dreizehn Bolzenarten umfasst; dass die Spalte für Keramikring-Kurzzeichen bei einem Verfahren ausgefüllt ist und bei den beiden anderen einen Strich enthält; und dass die Werkstofftabelle mechanische Anforderungen in vier verschiedenen Formen nennt. Die zweite Ausgabe von 2008 wurde heruntergeladen, daraus wird aber nichts zitiert. Dieser Beitrag geht nicht auf eine Forumsfrage zurück; Suchen nach Bolzenschweißen und der Festigkeit geschweißter Bolzen ergaben nichts Relevantes, Ausgangspunkt ist deshalb eine Lücke, gefunden durch Durchsuchen der Familien von Verbindungselementen nach fehlender Abdeckung. Es werden keine Empfehlungen zu Schweißen, Verfahren oder Auswahl gegeben und keine Marke genannt. Die Browser-Werkzeuge, die diese Website normalerweise nutzt, sind weiterhin nicht verfügbar.