Das kleine WPS 1x1. 1. Einleitung. 2. Verfahrensqualifikation. 2.1 Ablauf einer Verfahrensqualifikation. Roland Latteier, Würzburg

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1 Das kleine WPS 1x1 Roland Latteier, Würzburg 1. Einleitung Nachfolgend geht es um schweißtechnische Voraussetzungen bzw. Bestandteile der Qualitätssicherung, die für die Fertigung im bauaufsichtlichen Bereich (Stahlbau, Metallbau), im Druckbehälterbau und in der Schienenverkehrstechnik geschaffen werden müssen. Es handelt sich um Unterlagen vor Aufnahme der Fertigung und um fertigungsbegleitende Maßnahmen zur Qualitätssicherung. So bedarf es einer Schweißanweisung und die Anerkennung von Schweißverfahren. Schwerpunkte der nachfolgenden Ausführungen sind: Ablauf einer Verfahrensqualifikation Verfahrensqualifikation nach DIN EN inkl. Schweißanweisungen nach DIN EN X Verfahrensqualifikation nach DIN EN Bedienerprüfungen (mechanisiertes Schweißen) gem. EN 1418 in Verbindung mit DIN EN beim Bolzenschweißen und der DIN EN beim Widerstandsschweißen 2. Verfahrensqualifikation 2.1 Ablauf einer Verfahrensqualifikation Zuerst wird eine vorläufige Schweißanweisung (pwps) erstellt. In dieser werden die wesentlichen Schweißparameter, wie in Bild 1 gezeigt, festgelegt. Anschließend werden die entsprechenden Prüfstücke geschweißt und die Schweißarbeiten werden entsprechend dokumentiert. Danach wird das Probestück zerstörungsfrei und/ oder zerstörend geprüft. Hierbei ist zu beachten, dass die Prüfumfänge gem. DIN EN und HP 2/1 (AD 2000) unterschiedlich sind. Entsprechen die Prüfergebnisse den Vorgaben, so wird ein Bericht über die Anerkennung des Schweißverfahrens (WPAR) erstellt und das pwps wird zu einem WPS umbenannt und ist für die Fertigung verbindlich. Diagramm 1 zeigt ein Fluss- Diagramm zur Entwicklung und Qualifikation eines pwps. Wie im mittleren Teil des Diagramms ersichtlich, sind verschiedene Arten der Qualifikation möglich. Welche Möglichkeit ausgewählt werden darf, ist in den entsprechenden Regelwerken festgelegt, bzw. durch Kundenanforderungen spezifiziert.

2 Anhang C (informativ) von DIN EN ISO Fluss-Diagramm für die Entwicklung und Qualifikation einer pwps Anwendung einer WPS gefordert? nein keine weiteren Maßnahmen ja Eine anwendbare WPS vorhanden? ja nein Entwicklung einer pwps Qualifikation einer pwps entsprechend den Forderungen Qualifikation durch den Gebrauch von anerkannten Schweißzusätzen Qualifikation durch vorliegende Erfahrungen Qualifikation durch standardisierte Schweißverfahren Qualifikation durch vorgezogene Arbeitsprüfung Qualifikation durch Schweißverfahrensprüfung EN ISO EN ISO EN ISO EN ISO Anzuwendender Teil von EN ISO 15614, EN ISO 14555, EN ISO Dokumentation durch den Hersteller oder, falls erforderlich, durch Prüfer/Prüfstelle WPQR durch den Hersteller oder, falls erforderlich, durch Prüfer/Prüfstelle WPS vorbereitet durch den Hersteller Freigabe für Produktion: WPS oder Arbeitsanweisung (falls erforderlich) vorbereitet durch den Hersteller Diagramm1: Fluss- Diagramm zur Entwicklung und Qualifikation einer pwps R. Latteier Seite 2 von 12

3 2.1.1 Schweißanweisung WPS Bevor mit der praktischen Arbeit begonnen werden kann (soll), ist eine Schweißanweisung zu erstellen. Der Begriff ist zwar relativ neu, aber den Meisten ist er unter dem Schlagwort Schweißplan schon lange geläufig. Die Schweißanweisung wird von der Schweißaufsicht erstellt und dient der Kommunikation zwischen Aufsichtsperson und ausführendem Personal. Die Schweißanweisungen sind in der Normreihe DIN EN genormt. So ist beispielsweise im Teil 1 der o.g. Normreihe das Lichtbogenschweißen genannt und im Teil 5 das Widerstandsschweißen. In der Schweißanweisung oder auch neudeutsch Welding Procedure Spezification (WPS) genannten Unterlage sind laut Norm DIN EN die Einzelheiten anzugeben, wie eine Schweißarbeit durchzuführen ist. Sie muss alle entsprechenden Angaben über die Schweißaufgabe enthalten. Weiterhin gibt die Norm entsprechende Regularien vor. So sind beispielsweise Angaben bezogen auf Hersteller, Grundwerkstoff, Schweißverfahren und besondere Anforderung an den Schweißprozess notwendig. Die WPS soll dem Ausführenden in der Fertigung dazu dienen, dass sie die gestellten Anforderungen an die Schweißnaht auf das Bauteil übertragen können. Werden alle Angaben in einem Dokument verarbeitet, so ist die Übersichtlichkeit nicht mehr ohne weiteres gegeben. Wir haben deshalb einen eigenen Weg eingeschlagen und geben nur die Informationen weiter, die tatsächlich für eine entsprechende Schweißaufgabe benötigt werden. Ein Beispiel ist in Bild 1 dargestellt. So ist, unserer Meinung nach für den Schweißer, der mit dem MAG- Verfahren eine Kehlnaht schweißen soll, nur verwirrend, wenn auf der WPS auch noch die Wolfram-Elektroden-Type bzw. deren Durchmesser angegeben ist. Zusätzliche, nicht zu verwertende Informationen führen dazu, dass die Schweißverfahrensanweisung in der Werkstatt nicht mehr beachtet wird. Ein Nicht-Beachten dieses, in vielen Fällen wichtigen, Dokuments führt aber zu Schäden an Bauteilen, die im späteren Verlauf der Wertschöpfungskette meist nur mit großem finanziellen Aufwand zu beheben sind. Zur Verdeutlichung möchte ich die 10er Regel nennen. Diagramm 2: Zehnerregel der Fehlerkostenentwicklung (Aus Dissertation Elena Vitrián) R. Latteier Seite 3 von 12

4 Bild 1: Schweißanweisung (WPS) R. Latteier Seite 4 von 12

5 2.2 Schweißverfahrensqualifikationen Die Anerkennung von Schweißverfahren (WPQR) ist nicht Willkür von Überwachungsorganisationen, sondern Selbstzweck. Es obliegt der Verantwortung des Herstellers von geschweißten Konstruktionen nachzuweisen, dass seine gewählten Schweißparameter die Normvorgaben erfüllen Verfahrensqualifikation nach DIN EN Im so genannten pwps werden Schweißvorgaben fest geschrieben. Qualifiziert werden können diese Vorgaben durch die verschiedensten Teile der Normreihe DIN EN 1561X. Zusätzliche Anforderungen, wie sie beispielsweise im AD 2000: HP 2/1 (Druckbehälterbau) sind, zu beachten. Aus dem vorstehenden Diagramm Nr. 1 sind die möglichen Qualifikationen einer Verfahrensprüfung ersichtlich. Aus der Tabelle 1 ist eine Gegenüberstellung der mechanisch technologischen Prüfungen entsprechend der Prüfvorschrift DIN EN und des Druckbehälter-Regelwerks HP 2/1 (AD 2000) zu entnehmen. Vergleich der Prüfanforderungen Stumpfstoß Prüfungen DIN EN HP2/1 (AD2000) Bemerkungen Querzugprüfung 2 Proben entfällt Bemerkungen Längszugprüfung entfällt 1Probe Werte des GW Biegeprüfung 2+2 Proben 2St.wurzelseitig 2St. obenseitig 2+2 Proben 2St.wurzelseitig 2St. obenseitig 120 Biegewinkel bei 4*t Biegedorndurchmesser 180 Biegewinkel bei 2-3*t Biegedorndurchmesser 4 Proben Seitenbiegepr. t 12 Makroschliff 1 bis 2 Proben je nach Prüfst. 1 bis 2 Proben je nach Prüfst. Mikroschliff 1Probe Bei bestimmten Werkstoffgruppen Härteprüfung erforderlich Zul.Werte zwischen 320 und 450HV10 Kerbschlagbiegeprf. 2 Sätze Probenlage T ab 12mm erforderlich Max.350HV10 Härtespitzen zul. 2 Sätze Probenlage S > 5mm im SG; ab10mm WEZ Tabelle 1: Gegenüberstellung der erforderlichen Proben für DIN EN und HP2/1 Wie die Gegenüberstellung in Tabelle 1 zeigt, sind beispielsweise Querzugproben nach EN erforderlich und nach dem Druckbehälter-Regelwerk nicht. Des Weiteren ist bei der Durchführung von Biegeproben Einiges zu beachten. R. Latteier Seite 5 von 12

6 So ist der Biegedorndurchmesser nach DIN EN viermal die Blechdicke, wohingegen der Biegedorndurchmesser nach Druckbehälter-Regelwerk zwischen 2- und 3-fache Blechdicke differiert. Dies führt zu sehr unterschiedlichen Biegedehnungen in der Randfaser. Unter Zuhilfenahme der nachstehenden Formel ist die Berechnung der Biegedehnung möglich. = in % Biegedehnung in % Biegedorndurchmesser 20% 4*t 25% 3*t 33% 2*t Tabelle 2: Biegedehnung in Abhängigkeit vom Biegedorndurchmesser Aber auch in den Prüfanforderungen sind unterschiedliche Merkmale festgeschrieben. So ist in einem Regelwerk (EN ) die Prüfung erfüllt, wenn ein Biegewinkel von 120 erreicht wird, wohingegen bei HP2/1 die Prüfung erst mit einem Biegewinkel von 180 als bestanden gilt. Ein weiterer gravierender Unterschied ist in der Härteprüfung festzustellen. Die europäische Norm lässt Werte zwischen HV10 zu, wohingegen das deutsche Druckbehälter- Regelwerk nur max. Härten bis 350 HV10 uneingeschränkt akzeptiert. Bei einer Überschreitung dieses Wertes sind zusätzliche Punkte zu beachten Geltungsbereich der Werkstoffdicke von Stumpfnähten und der Schweißgutdicke Maße in mm Dicke des Prüfstücks t Einlagig Geltungsbereich Mehrlagig t 3 0,7t bis 1,3t 0,7t bis 2t 3 < t 12 0,5t (3 min.) bis 1,3t a 3 bis 2t a 12 < t 100 0,5t bis 1,1t 0,5t bis 2t t > 100 Nicht anwendbar 50 bis 2t a Wenn Kerbschlagarbeitsforderungen festgelegt sind, gilt als obere Grenze 12 mm sofern keine Kerbschlagbiegeversuche durchgeführt worden sind. Tabelle 3: Geltungsbereich Werkstückdicke bei Stumpfnähten R. Latteier Seite 6 von 12

7 2.2.3 Geltungsbereich für Werkstoffdicken und Nahtdicken von Kehlnähten Dicke des Prüfstücks t Werkstoffdicke Maße in mm Geltungsbereich Nahtdicke Einlagig Mehrlagig t 3 0,7 t bis 2 t 0,75 a bis 1,5 a keine Einschränkung 3 < t < 30 0,5 t (3min.) bis 2 t 0,75 a bis 1,5 a keine Einschränkung t 30 5 a keine Einschränkung ANMERKUNG 1 a ist die Nahtdicke ANMERKUNG 2 Wenn eine Kehlnaht durch eine Prüfung an einer Stumpfnaht qualifiziert wird, basiert der Geltungsbereich für die Nahtdicke auf der Dicke des eingebrachten Schweißgutes. a Nur für spezielle Anwendungen. Jede Kehlnaht muss separat durch eine Schweißverfahrensprüfung nachgewiesen werden. Tabelle 4: Geltungsbereich Werkstückdicke bei Kehlnähten Der Geltungsbereich der Kehlnahtprüfstücke ist zum Einen durch die Blechdicke und zum anderen durch die Kehlnahtdicke, bei einlagigen Ausführungen, begrenzt. Dies führt des Öfteren zu einer größeren Anzahl von Prüfstücken. Die nachstehenden Beispiele sollen dies verdeutliche. Bleche 10mm werden mittels Kehlnaht a=3 (einlagig)verbunden. Somit ist der Geltungsbereich des Prüfstückes Blech 5-20mm Kehlnaht 2,25-4,5mm Bleche 30mm werden mittels Kehlnaht a=5 (einlagig)verbunden. Somit ist der Geltungsbereich des Prüfstückes Blech 5mm Kehlnaht 5mm Die Ergebnisse sind auch in der folgenden Tabelle 5 wiedergegeben. Blechdicke Nahtdicke Geltungsbereiche Blech Nahtdicke Min. Max. Min. Max ,25 4, Tabelle 5: Beispiele für den Geltungsbereich von Kehlnähten Bewertung der Prüfungsergebnisse Ein Schweißverfahren ist qualifiziert, wenn die Anforderungen der Bewertungsgruppe B nach DIN EN ISO 5817 erfüllt sind. Ausgenommen sind folgende Unregelmäßigkeiten: zu große Nahtüberhöhung (Stumpfnaht) zu große Kehlnahtdicke zu große Wurzelüberhöhung Hier gilt die Bewertungsgruppe C nach DIN EN R. Latteier Seite 7 von 12

8 2.3. Qualifikation aufgrund einer vorgezogenen Arbeitsprüfung nach DIN EN Die Anerkennung einer Schweißanweisung kann auch durch die so genannte Schweißprobe vor Fertigungsbeginn erfolgen. Hierbei sind die nachstehenden Prüfanforderungen zu erfüllen: - Sichtprüfung - Oberflächenrissprüfung - Härteprüfung bei R eh 275N/mm2 - Makroschliff Einen anderen Weg geht beispielsweise die DIN Schweißen von Schienenfahrzeugen und fahrzeugteilen; Ausführungsregeln Diese Norm fordert beispielsweise bei HV und HY Nähten am T-Stoß eine Arbeitsprobe nach DIN EN Dies ist auch erforderlich, wenn man den nachstehenden Makroschliff (Bild 2) betrachtet. Bild 2: Makroschliff HY Naht am T-Stoß Die DIN EN 1090 schreibt im Punkt vor Schweißen muss mit qualifizierten Verfahren durchgeführt werden. Welche Normen zur Anwendung kommen können gibt die nachstehende Tabelle 6 wieder. Tabelle 6: Methoden zur Qualifizierung des Schweißverfahrens nach DIN EN 1090 Bei einer vorgezogenen Arbeitsprüfung nach DIN EN ISO wird die pwps durch einen Prüfer oder eine Prüfstelle qualifiziert. Es werden bauteilähnliche Prüfstücke verwendet, um R. Latteier Seite 8 von 12

9 die realen schweißtechnischen Bedingungen nachzuahmen. Auch sind die Prüfstücke geeignet Zugänglichkeit, Behinderungen, Schrumpfung etc. zu simulieren. Der Geltungsbereich der Qualifizierung richtet sich nach der DIN EN Normreihe. 3. Bedienerprüfung Entsprechend DIN EN 1418 können Bediener, die mechanische oder automatische Schweißungen durchführen, mit vier verschiedenen Möglichkeiten qualifiziert werden. Diese Möglichkeiten sind: Anerkennung auf der Grundlage der Verfahrensprüfung Was unter einer Verfahrensprüfung zu verstehen ist und wie sie durchzuführen ist kann DIN EN entnommen werden. Für die erfolgreich durchgeführte Verfahrensprüfung muss es ein WPS geben und ebenso für die Schweißung des Bauteils, welches durch die Verfahrensprüfung abgedeckt sein muss. Die Bedienerprüfung gilt für den Bereich der Angaben im WPS. Anerkennung aufgrund einer schweißtechnischen Prüfung vor Fertigungsbeginn oder Fertigungsprüfung Unter einer schweißtechnischen Prüfung vor Fertigungsbeginn ist eine vorlaufende Arbeitsprobe zu verstehen. Sie ist genauso zu schweißen wie es das WPS für das Bauteil vorsieht. Gegenüber einer Verfahrensprüfung handelt es sich um eine weniger aufwendige Probe. Der Schwerpunkt liegt bei den zerstörungsfreien Prüfungen. Die Anerkennung erfolgt auf Grundlage der DIN EN Anerkennung auf der Grundlage von Stichprobenprüfungen Bei der Stichprobenprüfung werden Teile aus der fortlaufenden Fertigung entnommen und geprüft, ohne dass die Produktion unterbrochen werden muss. Die Auswertung der für den Schweißprozess repräsentativen Teile muss zufriedenstellend ausgefallen sein. Darüber hinaus gilt das für die Fertigungsprüfung Beschriebene. Anerkennung auf der Grundlage einer Funktionsprüfung Unter einer Funktionsprüfung wird die Prüfung einer Schweißeinrichtung in Übereinstimmung mit einer Schweißanweisung (WPS) verstanden. Bei dieser Prüfung muss der Bediener Kenntnis über den Zusammenhang zwischen den Parameterabweichungen und den Schweißergebnissen nachweisen. Er muss die Einstellparameter entsprechend der WPS überwachen können und er muss über jede Fehlfunktion der Schweißeinrichtung berichten. Während bisher immer allgemein von einem Gültigkeitsbereich im Rahmen der WPS gesprochen wurde, gibt es für Automatisches- und Roboter-Schweißen zusätzliche, konkretere Angaben über den Gütigkeitsbereich. Das Schweißen ohne Nahtsensor schließt auch das Schweißen mit Nahtsensor ein, aber nicht umgekehrt. Das Schweißen in Mehrlagentechnik schließt auch das Schweißen von Einzelraupen ein, aber nicht umgekehrt. Der Wechsel der Robotertype und des Robotersystems einschließlich der numerischen Steuerung erfordern eine neue Bedienerprüfung. Die Änderung von wesentlich den Prozess bestimmenden Einflussgrößen erfordert eine neue Bedienerprüfung. 3.1 Bedienerprüfung nach DIN EN Bolzenschweißer müssen nach einem der vorgenannten Verfahren nach DIN EN 1418 geprüft werden. R. Latteier Seite 9 von 12

10 Eine Prüfung der Fachkenntnisse ist für alle Prüfverfahren erforderlich. Dies beinhaltet: Einstellung der Schweißeinrichtung Verständnis der Einstellwerte Verständnis der Anforderungen an das Schweißverfahren Beurteilung der Ergebnisse mittels Sichtprüfung Sicheres Ausführen der Schweißarbeiten Die DIN EN ist mit ihren 67 Seiten nicht nur Norm, sondern auch Lehrbuch, wie das nachstehende Bild 3 zeigt. Äußere Beschaffenheit Ursache Abhilfemaßnahme Bild 3: Auszug aus der Tabelle A.5 der DIN EN R. Latteier Seite 10 von 12

11 Bild 4: WPS aus DIN EN Bedienerprüfung nach Diese Norm legt die Anforderungen an den Inhalt der Schweißanweisungen für Widerstandspunkt-, Rollennaht-, Pressstumpf- und Buckel-Schweißprozesse fest. Die Eignung der verwendeten Grundsätze dieser Norm für andere Widerstands- sowie verwandte Schweißprozesse sollte feststehen bevor irgendeine Qualifizierung übernommen wird. R. Latteier Seite 11 von 12

12 Bild 5: WPS aus DIN EN R. Latteier Seite 12 von 12