Jedes Projekt einer Stahlkonstruktion mit Feuerverzinkung wirft früher oder später die Frage nach der Reihenfolge der Arbeitsschritte auf. Das Schweißen vor dem Verzinken ergibt einen durchgehenden Überzug auch an den Schweißnähten, erfordert aber die Vorbereitung des Bauteils auf das Eintauchen in flüssiges Zink mit einer Temperatur von ca. 450 °C. Das Schweißen nach dem Verzinken ist mitunter unvermeidlich – bei der Montage auf der Baustelle oder wenn die Konstruktion nicht in den Zinkkessel passt – und bedeutet zusätzlichen Aufwand beim Entfernen und Wiederherstellen des Überzugs. Wir zeigen, wie sich beide Szenarien so planen lassen, dass weder die Schweißnaht noch die Verzinkung an Haltbarkeit verliert.
Kann man verzinkten Stahl schweißen?
Ja, verzinkter Stahl lässt sich schweißen. Voraussetzung ist, dass der Zinküberzug im Bereich der Schweißnaht entfernt wird, die Schweißtechnik angepasst wird und die Dämpfe wirksam abgesaugt werden, denn Zink verdampft bei ca. 907 °C, also bei einer deutlich niedrigeren Temperatur als der des Lichtbogens. Im Hinblick auf die Haltbarkeit des Korrosionsschutzes ist es jedoch am günstigsten, vor dem Feuerverzinken zu schweißen – dann werden die Schweißnähte gemeinsam mit der gesamten Konstruktion mit Zink überzogen.
Die Technik des Schweißens bereits verzinkter Bauteile, also Verfahrenswahl, Parameter und Schutz vor Zinkdämpfen, beschreiben wir ausführlich in unserem praktischen Leitfaden zum Schweißen von verzinktem Stahl. In diesem Artikel konzentrieren wir uns darauf, wie sich das Schweißen mit dem Feuerverzinken zu einem gut geplanten Gesamtprozess verbinden lässt.
Vor dem Feuerverzinken oder nach dem Verzinken schweißen?
Die Reihenfolge der Prozesse entscheidet darüber, wie lange die Konstruktion vor Korrosion geschützt ist. Bei neuen Erzeugnissen ist es Standard, am rohen Stahl zu schweißen und das fertige Bauteil als Ganzes zu verzinken. Das Schweißen nach dem Verzinken wird eingesetzt, wenn es sich nicht vermeiden lässt. Die Unterschiede zwischen beiden Lösungen haben wir in einer Tabelle zusammengestellt.
| Kriterium | Schweißen vor dem Verzinken | Schweißen nach dem Verzinken |
|---|---|---|
| Schutz der Schweißnähte | Schweißnähte werden gemeinsam mit dem gesamten Bauteil vom Tauchüberzug bedeckt | Die Schweißnaht erfordert eine örtliche Ausbesserung des Überzugs (Zinkfarbe oder Zinkpaste, thermisches Spritzen) |
| Durchgängigkeit des Überzugs | Einheitlich, auch in Winkeln und im Inneren von Profilen | Im Bereich der Schweißnaht unterbrochen, örtlich weniger haltbar |
| Zusätzliche Arbeiten | Entfernen von Schlacke und Spritzern, Planung von Verfahrensöffnungen | Entfernen des Zinks, Absaugung der Dämpfe, Wiederherstellung des Überzugs |
| Wichtigste Einschränkungen | Abmessungen des Zinkkessels, Verzugsrisiko | Arbeitsbedingungen auf der Baustelle, Arbeitsschutz des Schweißers |
| Typische Anwendung | Neue Konstruktionen, Vorfertigung im Werk | Montage, Reparaturen, Änderungen, Bauteile, die größer sind als der Kessel |
Das Schweißen nach dem Verzinken ist vor allem dann gerechtfertigt, wenn die fertige Konstruktion die Abmessungen des Zinkkessels überschreitet (in der Feuerverzinkerei von Strumet betragen die Arbeitsmaße des Kessels 10,2 × 1,4 × 2,7 m), wenn die Bauteile erst auf der Baustelle verbunden werden oder wenn eine bestehende Konstruktion geändert wird. Dann lohnt es sich, als Alternative Schraubverbindungen in Betracht zu ziehen – das Verbinden verzinkter Segmente mit Schrauben beschädigt den Überzug nicht und erfordert keine spätere Ausbesserung.
So bereiten Sie eine geschweißte Konstruktion für das Feuerverzinken vor
Das Zinkbad deckt beim Schweißen gemachte Fehler gnadenlos auf, und die meisten Überzugsfehler im Bereich der Schweißnähte entstehen bereits in der Schweißerei. Die allgemeinen Grundsätze der verzinkungsgerechten Konstruktion, etwa die Wahl der Stahlsorte oder die Entlüftung geschlossener Profile, behandeln wir im Artikel zur Vorbereitung von Stahl für das Verzinken. Nachfolgend konzentrieren wir uns auf Fragen, die unmittelbar mit dem Schweißen zusammenhängen.
Schlacke und Schweißspritzer entfernen
Die Entfettungsbäder und die Beizung in Säure, die jedes Bauteil vor dem Eintauchen in das Zink durchläuft, entfernen weder Schlacke noch Flussmittelreste. Zink verbindet sich mit einem solchen Untergrund nicht, daher entsteht an der Stelle, an der Schlacke zurückbleibt, eine unbeschichtete Fläche. Die Schlacke muss also mechanisch entfernt werden – mit einer Drahtbürste, durch Abklopfen, Schleifen oder Strahlen.
Schlacke entsteht beim Schweißen mit Stabelektroden, Fülldraht und Unterpulverschweißen. Schutzgasverfahren, also MIG/MAG mit Massivdraht sowie WIG, erzeugen sie praktisch nicht und werden daher bei Konstruktionen bevorzugt, die zum Verzinken vorgesehen sind. Entfernen sollte man auch festhaftende Spritzer – sie werden gemeinsam mit dem Bauteil verzinkt und bleiben als raue Anhäufungen auf der Oberfläche zurück.
Vorsicht bei Schweißspritzer-Trennmitteln
Mittel, die die Oberfläche vor Spritzern schützen, bilden einen dünnen Film, der mit bloßem Auge oft nicht sichtbar ist. Problematisch sind vor allem silikon- und ölhaltige Mittel, die unter Hitzeeinwirkung auf dem Stahl einbrennen können. Eine solche Schicht wird von der üblichen Oberflächenvorbereitung in der Feuerverzinkerei nicht entfernt, die Folge sind unbeschichtete Stellen direkt an der Schweißnaht. Wenn ein Spritzerschutzmittel unverzichtbar ist, wählen Sie ein wasserbasiertes Mittel, das sich im Vorbehandlungsbad auflöst, und stimmen Sie die Auswahl im Zweifelsfall mit der Feuerverzinkerei ab.
Schweißzusatz mit einer dem Grundwerkstoff ähnlichen Zusammensetzung wählen
Silizium beschleunigt die Reaktion von Stahl mit flüssigem Zink – das betrifft sowohl den Grundwerkstoff als auch das Schweißgut in der Naht. Eine mit einem siliziumreichen Schweißzusatz hergestellte Schweißnaht kann sich mit einem deutlich dickeren und farblich vom Rest des Bauteils abweichenden Überzug bedecken: dunkler und matt oder heller und glänzend. Die Feuerverzinkerei hat auf dieses Phänomen keinen Einfluss. Wenn das Aussehen der Schweißnähte eine Rolle spielt, zum Beispiel bei sichtbaren Konstruktionen, verwenden Sie einen siliziumarmen Schweißzusatz, dessen Zusammensetzung dem Stahl des Bauteils möglichst nahekommt.
Überlappstöße im Hinblick auf das Zinkbad auslegen
Überlappverbindungen gehören zu den riskantesten Details in Konstruktionen, die verzinkt werden sollen. Zwischen den Blechen eingeschlossene Luft, Feuchtigkeit oder Lösungen aus der Oberflächenvorbereitung verwandeln sich im Bad mit einer Temperatur von ca. 450 °C in überhitzten Dampf. Das kann zum Aufreißen der Schweißnaht und sogar zum Herausschleudern von flüssigem Zink aus dem Kessel führen. In einen Spalt mit einer Breite von bis zu ca. 2,5 mm dringt Zink nicht ein, wohl aber gelangen die Vorbehandlungslösungen ungehindert hinein.
Die Norm EN ISO 14713-2 enthält Empfehlungen zur Entlüftung von Überlappungen in Abhängigkeit von ihrer Fläche:
| Fläche der Überlappung | Empfohlene Lösung |
|---|---|
| Bis 100 cm² | Dichte Rundumnaht; Bauteile trocken, glatt und ohne Spalte gefügt |
| Von 100 bis 1000 cm² | 2 Bohrungen Ø12 mm in gegenüberliegenden Ecken oder 2 Unterbrechungen der Schweißnaht mit einer Länge von ca. 25 mm |
| Von 1000 bis 2500 cm² | 4 Bohrungen Ø12 mm in den Ecken oder 4 Unterbrechungen der Schweißnaht mit einer Länge von ca. 25 mm |
Eine Fläche von 100 cm² entspricht z. B. einer Überlappung von 10 × 10 cm oder 20 × 5 cm. Die dichte Rundumnaht muss porenfrei sein, denn schon eine winzige Undichtigkeit lässt Lösungen in den geschlossenen Raum eindringen. Eine unterbrochene Schweißnaht erleichtert die Entlüftung, aber zwischen den Blechen verbliebene Lösungen können später austreten und rostige Läufer bilden.
Sehr große Überlappungen sollten am besten schon in der Konstruktionsphase vermieden werden, und jeden Sonderfall sollte man mit der Feuerverzinkerei abstimmen.
Schweißspannungen begrenzen
Das Eintauchen des Bauteils in Zink mit einer Temperatur von ca. 450 °C setzt Spannungen frei, die beim Schweißen und Umformen des Stahls eingebracht wurden. Wenn sich eine Konstruktion im Bad verzieht, liegt die Ursache fast immer in der Art ihrer Fertigung und nicht im Verzinkungsprozess selbst. Das Verzugsrisiko verringern:
- eine symmetrische, ausgewogene Reihenfolge beim Setzen der Schweißnähte,
- das Verbinden von Bauteilen mit ähnlichen Dicken – das Dickenverhältnis der verschweißten Werkstoffe sollte 4:1 nicht überschreiten,
- die Vermeidung großer, ebener Flächen aus dünnem Blech, die zum Wellen neigen,
- in begründeten Fällen Spannungsarmglühen vor dem Verzinken.
Verfahrensöffnungen einplanen
Jeder durch das Schweißen entstandene geschlossene Raum, zum Beispiel das Innere eines mit einer Stirnplatte verschlossenen Profils, muss Öffnungen haben, die das Einströmen und Ausfließen des Zinks sowie das Entweichen von Gasen ermöglichen. Ihre Anordnung sollte man bereits in der Werkstattzeichnung festlegen, bevor das Bauteil in die Schweißerei kommt. Die Öffnungen sorgen für Sicherheit beim Eintauchen und erlauben zugleich, auch die Innenflächen der Profile mit Zink zu überziehen.
Schweißen einer bereits verzinkten Konstruktion
Lässt sich das Schweißen nach dem Verzinken nicht vermeiden, muss den Arbeiten das Entfernen des Zinküberzugs im Bereich der Schweißnaht vorausgehen – die Methoden beschreiben wir im Artikel über das Entfernen von Zink von Stahl. Das Schweißen selbst erfordert eine gute Belüftung, denn verdampfendes Zink bildet Zinkoxidrauch, dessen Einatmen das Metalldampffieber auslöst.
Nach dem Schweißen muss der freigelegte Stahl mit einer der in der Norm PN-EN ISO 1461 zugelassenen Ausbesserungsmethoden erneut geschützt werden. Eine örtliche Ausbesserung bietet in der Regel einen kürzeren Schutz als der Tauchüberzug, daher lohnt es sich bei Bauteilen, die schwierigen Einsatzbedingungen ausgesetzt sind, ein Duplex-System, also die Kombination aus Verzinkung und Beschichtung, in Betracht zu ziehen, das zusätzlich die ausgebesserten Stellen schützt.
Normen: PN-EN ISO 1461, EN ISO 14713-2 und EN 1090
Die Verbindung von Schweißen und Feuerverzinken wird durch drei Normungsdokumente geordnet, von denen jedes für eine andere Phase der Ausführung zuständig ist.
Die Norm PN-EN ISO 1461 legt die Anforderungen und Prüfverfahren für im Tauchverfahren aufgebrachte Zinküberzüge auf Stahl- und Gusseisenerzeugnissen fest. Sie definiert unter anderem die von der Stahldicke abhängigen mittleren Mindestschichtdicken des Überzugs – von 45 µm bei Bauteilen, die dünner als 1,5 mm sind, bis 85 µm bei Bauteilen, die dicker als 6 mm sind. In der Praxis sind die Überzüge oft dicker als diese Mindestwerte. Die Norm regelt auch die Regeln zur Ausbesserung unbeschichteter oder beschädigter Stellen.
Die Norm EN ISO 14713-2 enthält Leitlinien für die Konstruktion von Erzeugnissen, die feuerverzinkt werden sollen, einschließlich der Anordnung von Verfahrensöffnungen und der Entlüftung von Überlappstößen. Sie sollte man bereits bei der Konstruktionszeichnung heranziehen.
Das Zertifikat EN 1090 für Stahlkonstruktionen betrifft die Ausführung geschweißter Konstruktionen, die die Norm in Ausführungsklassen von EXC1 bis EXC4 einteilt: von den am wenigsten bis zu den am strengsten Anforderungen. Die gleichzeitige Erfüllung all dieser Anforderungen erfordert eine enge Abstimmung zwischen Schweißerei und Feuerverzinkerei – die Schweißnaht muss im Hinblick auf EN 1090 korrekt sein und zugleich so vorbereitet werden, dass der Überzug die Kriterien der PN-EN ISO 1461 erfüllt. Wenn beide Prozesse von einem Auftragnehmer durchgeführt werden, erfolgt diese Abstimmung innerhalb eines einzigen Werks.
Schweißen und Feuerverzinken unter einem Dach bei Strumet
Schweißen und Verzinken bei einem Auftragnehmer in Auftrag zu geben, bringt messbare Vorteile. Das Bauteil wandert nicht zwischen Betrieben hin und her, daher verkürzt sich die Durchlaufzeit, der doppelte Transport und das Risiko von Transportschäden entfallen, und die Qualitätskontrolle verläuft in jeder Phase einheitlich – von der Schweißnaht bis zur Überzugsdicke. Die Schweißerei bereitet die Konstruktion von Anfang an gemäß den Anforderungen der Feuerverzinkerei vor, wodurch Nacharbeiten wegen zurückgebliebener Schlacke, schlecht entlüfteter Überlappungen oder eines ungeeigneten Schweißzusatzes entfallen.
Strumet verbindet die Fertigung geschweißter Konstruktionen gemäß dem Zertifikat EN 1090 mit der größten Feuerverzinkerei im Beskidenvorland. In einem Werk führen wir manuelles und robotergestütztes Schweißen, präzises Laserschweißen sowie Feuerverzinken und galvanische Verzinkung durch. Sie möchten beide Prozesse in einem Auftrag aufeinander abstimmen? Kontaktieren Sie uns für ein Angebot.
FAQ – die häufigsten Fragen zum Schweißen von verzinktem Stahl
Kann man eine bereits verzinkte Stahlkonstruktion schweißen?
Ja, aber an der Schweißstelle muss zunächst der Zinküberzug entfernt und nach dem Schweißen der freigelegte Stahl erneut geschützt werden, z. B. mit Farbe oder Paste mit hohem Zinkgehalt. Eine solche Ausbesserung verringert die Haltbarkeit des Schutzes örtlich im Vergleich zu einem im Tauchverfahren aufgebrachten Überzug.
Muss man vor dem Feuerverzinken die Schweißschlacke entfernen?
Ja. Die Vorbehandlungsbäder in der Feuerverzinkerei entfernen weder Schlacke noch Flussmittelreste, daher verbindet sich das Zink an diesen Stellen nicht mit dem Stahl, und es entstehen unbeschichtete Flecken. Die Schlacke wird mechanisch entfernt, z. B. mit einer Drahtbürste, durch Abklopfen oder durch Strahlen.
Warum hat die Schweißnaht nach dem Verzinken eine andere Farbe als der Rest des Bauteils?
Die häufigste Ursache ist ein hoher Siliziumgehalt im Schweißzusatz, der die Reaktion des Schweißguts mit dem Zink beschleunigt. Über der Schweißnaht bildet sich dann ein dickerer Überzug mit einem anderen Farbton. Der Effekt lässt sich begrenzen, indem man einen siliziumarmen Schweißzusatz mit einer dem Grundwerkstoff ähnlichen Zusammensetzung verwendet.
Kann man Überlappstöße feuerverzinken?
Ja, vorausgesetzt, sie sind richtig ausgelegt. Kleine Überlappungen verschließt man mit einer dichten Rundumnaht, größere erfordern Entlüftungsbohrungen oder Unterbrechungen der Schweißnaht gemäß der Norm EN ISO 14713-2. Eine nicht entlüftete Überlappung kann im Zinkbad aufreißen.
Was tun, wenn die Konstruktion nicht in den Zinkkessel passt?
Die Konstruktion wird in Segmente geteilt, die einzeln verzinkt und anschließend verschraubt oder am Montageort verschweißt werden, mit Ausbesserung des Überzugs im Bereich der Schweißnähte. Die Teilung plant man am besten schon in der Konstruktionsphase und berücksichtigt dabei die Abmessungen des Kessels der gewählten Feuerverzinkerei.
