DVS Veranstaltung Handwerkskammer Augsburg

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1 DASt Richtlinie 022 Feuerverzinken von tragenden Stahlbauteilen Hintergründe, Anforderungen, Umsetzung in der Praxis Institut Feuerverzinken GmbH Büro Süd Ulmer Straße Aalen Tel.: Dipl.-Ing. (FH) Dietmar Hildebrandt DVS Veranstaltung Handwerkskammer Augsburg

2 Hintergründe / Einführung In den Jahren ist eine Häufung von Rissschäden bei feuerverzinkten Konstruktionen festgestellt worden. Rissbildung an feuerverzinkten Stahlbauteilen ein (un)bekanntes Phänomen. Schadensursache: Flüssigmetallinduzierte Spannungsrisskorrosion (Lötbruch, LME, etc.) - Wasserstoffversprödung bei sehr hochfesten Stählen Verunsicherung am Markt, teilweise Beeinträchtigung der Tragsicherheit, Erstellung von Richtlinien wurde gefordert.

3 Hintergründe und Grundlagen zur Rissbildung Erscheinungsformen

4 Hintergründe / Einführung Die Gefährdung der Standsicherheit an einer verzinkten Stadionkonstruktion ruft 2006 das DIBt auf den Plan umfangreiche Überprüfungen von bestehenden verzinkten Stahlkonstruktionen DIBt beauftragt einen DASt- Ausschuss aus gewonnen Erkenntnissen und Forschungsergebnissen eine Richtlinie zu erstellen um Rissbildung beim Feuerverzinken zukünftig zu vermeiden Schlussentwurf der DASt- Richtlinie vom August 2009 Aufnahme der DASt Richtlinie in die aktuelle Bauregelliste Damit verbindliche Anwendung der Richtlinie beim Feuerverzinken von tragenden Stahlbauteilen

5 Hintergründe / Einführung Werkstoff Verzinkung Riss Konstruktion & Fertigung Zusammenwirken von mehreren Parametern

6 Hintergründe / Einführung Festigkeitsverhalten Stahl beim Feuerverzinken

7 Herstellungs- und Fertigungsbedingte Eigenspannungen im Stahl Beispiele: Hintergründe / Einführung Kalt-Biegen Walzen Schweissen

8 Hintergründe / Einführung Werkstoff Stahl mit unterschiedlichen Eigenschaften Güten Mindestwert der oberen Streckgrenze ReH N/mm² Zugfestigkeit Rm N/mm² Mindestwert der Bruchdehnung (Lo=5,65vSo) % Nenndicke (mm) Nenndicke (mm) Nenndicke (mm) Temperatur Mind. Kerb- =16 >16 >40 >63 >80 >100 =3 >100 =3 >40 >63 >100 schlagarbeit =40 =63 =80 =100 =125 =100 =150 =40 =63 =100 =125 C J S 235 JRG S 235 J S 235 J2G3* S 275 JR S 275 J S 275 J2G3* S 355 JR S 355 J S 355 J2G3/G S 355 K2G3/G : S 355 M S 355 ML S 460 M S 460 ML Kerbschlagbiegeversuch

9 DASt-Richtlinie 022 Feuerverzinken von tragenden Stahlbauteilen DAST-Richtlinie Neues Regelwerk für tragende Stahlkonstruktionen zusätzlich zur bereits existierenden Norm zum Stückverzinken DIN EN ISO 1461 auf Veranlassung der Baubehörden (vertreten durch das DIBt Deutsches Institut für Bautechnik) ausgehend von Schadensfällen ( Rissbildung ) und anschließenden Untersuchungen entstanden. Bearbeitung im Deutschen Ausschuss für Stahlbau (DAST). Veröffentlichung der DAST-Richtlinie 022 im August Kurzfristige Aufnahme der DAST-Richtlinie in die Bauregelliste A, Teil 1, für Anfang 2010 vorgesehen. Verbindlich

10 DASt-Richtlinie 022 Feuerverzinken von tragenden Stahlbauteilen Anforderungen an Planung, Konstruktion und Fertigung Nachweis gegen Rissbildung beim Feuerverzinken tragender Konstruktionen Berücksichtigung konstruktionstechnischer Anforderungen zum Feuerverzinken Berücksichtigung fertigungstechnischer Anforderungen an die Feuerverzinkung, z.b. Freischnitte, Öffnungen, etc.) Ausfertigung einer Bestellspezifikation Anforderungen an die Feuerverzinkung Anforderungen an die Vorbehandlung, das Zinkbad und den Tauchvorgang Kontrolle nach dem Verzinken (Visuell, MT wenn gemäß Nachweiß gefordert) Übereinstimmungsnachweis ÜZ (Ü Zeichen, externe Überwachung)

11 DASt-Richtlinie 022 Feuerverzinken von tragenden Stahlbauteilen Die DASt-Richtlinie gilt für das Feuerverzinken von tragenden vorgefertigten Stahlbauteilen, die entsprechend der DIN oder DIN EN 1993 und DIN oder DIN EN bemessen und gefertigt sind. richtet sich an Planer, Hersteller und Verzinker bietet Maßnahmen, mit denen Einbußen der Tragsicherheit und der Gebrauchstauglichkeit durch Rissbildung beim Verzinkungsprozess verhindert werden sollen. ist eine Ergänzung zu DIN sowie zu EN 1090 gilt für die Stahlsorten S235, S275, S355, S420, S450 und S460 nach DIN EN Teil 1 bis 4 sowie vergleichbare Stähle nach DIN EN und DIN EN 10219, sie gilt nicht für Betonstähle nach DIN 488.

12 DASt-Richtlinie 022 Feuerverzinken von tragenden Stahlbauteilen 1. Anwendungsbereich 2. Normative Verweisungen 3. Begriffe 3.1 Tragende Stahlbauteile 3.2 Eigendehnungen 3.3 Örtliche Bruchdehnung 3.4 Rissbildung beim Feuerverzinken 3.5 Rissfreiheit verzinkter Bauteile 3.6 Standardisierte Prüfverfahren 4. Anforderungen 4.1 Grundsätzliche Anforderungen an verzinkte Stahlbauteile 4.2 Nachweise zur Erfüllung der grundsätzlichen Anforderungen Grundsätzliches Vereinfachter Nachweis gegen Rissbildung beim Feuerverzinken 4.3 Lieferbedingungen für Stahlbauteile an den Verzinkerbetrieb 4.4 Anforderungen an die Vorbehandlung vor dem Feuerverzinken 4.5 Anforderungen an das Zinkbad 4.6 Anforderungen an das Tauchen ins Zinkbad 4.7 Prüfung nach dem Verzinken

13 DASt-Richtlinie 022 Feuerverzinken von tragenden Stahlbauteilen 5. Verfahrensprüfung 6. Übereinstimmungsnachweisverfahren 6.1 Verfahren 6.2 Übereinstimmungsnachweis 6.3 Werkseigene Produktionskontrolle durch den Feuerverzinkungsbetrieb 6.4 Fremdüberwachung 6.5 Kennzeichnung 7. Literatur Anlage 1 Prüfmethode zur Ermittlung der Vergleichsdehnungs-Beanspruchbarkeit (Bruchdehnungen) von Baustählen im flüssigen Zinkbad Anlage 2 Überwachung der chemischen Zusammensetzung von Zinkbädern Anlage 3 Zerstörungsfreie Prüfung verzinkter Bauteile Anlage 4 Rechnerischer Nachweis gegen Rissbildung beim Feuerverzinken in Sonderfällen Anlage 5 Muster für eine Bestellspezifikation

14 Tabelle 2: Einstufung von Stahlbauteilen nach Konstruktionsklassen, Detailklassen und Klassen für Erzeugnisdicke Vereinfachte Nachweisführung

15 Nachweisführung 1. Einstufung in eine Konstruktionsklasse Referenzwert der Trägerhöhe h: h = h 1 h 1 < h = h 2 h > h 2 Konstruktionsklasse Ia, Ib, Ic, II, III Festigkeit: S235 S460, Zähigkeit: JR; J0; J2

16 Nachweisführung 1. Einstufung in eine Konstruktionsklasse S235 ohne Begrenzung der Bauteilhöhe S275 bis 480 mm Bauteilhöhe S355 bis 300 mm Bauteilhöhe? Konstruktionsklasse I

17 Nachweisführung 2. Einstufung in eine Detailklasse Klassifizierung von Details in eine Detailklasse A, B oder C Detailausbildung: Ausbildung des Trägerendes, Steifen, Einschiebling, etc. A B C

18 Nachweisführung 4. Ableitung der Vertrauenszone Vertrauenszone 1: Sichtprüfung Vertrauenszone 2: Sichtprüfung, zusätzlich stichprobenhafte MT-Prüfung Vertrauenszone 3: Sichtprüfung, zusätzlich systematische MT-Prüfung

19 Nachweisführung 3. Bestimmung der Erzeugnisdicke 3. Bestimmung der vorherrschenden Erzeugnisdicke (Verweilnachweis), tref = 30 mm, tref > 30 mm t ref Tabelle 5: (Vereinfacht dargestellt) Maximale Verweilzeit im Zinkbad in Abhängigkeit vom Referenzwert der Erzeugnisdicke

20 Die DASt-Richtlinie 022 ein Überblick Vereinfachter Nachweis - Beispiele - FALL I: Walz- oder Schweißprofil mit angeschweißter Kopfplatte IPE 400, S235, JR Flanschdicke 13,5 mm; Kopfplattendicke 40 mm Nachweis Eintauchen => Konstruktionsklasse Ib; => Detailklasse A => VZ 1 Nachweis erfüllt, keine zusätzliche zerstörungsfreie Rissprüfung Nachweis Verweilen => vorherrschende Materialdicke < 30 mm (Flanschdicke ist relevant, Kopfplattendicke hier nicht relevant) Nachweis erfüllt, keine zusätzliche Begrenzung der Verweilzeit

21 Die DASt-Richtlinie 022 ein Überblick Vereinfachter Nachweis - Beispiele - FALL II: Walz- oder Schweißprofil mit angeschweißter, halber Kopfplatte IPE 400, S235, JR Flanschdicke 13,5 mm; Kopfplattendicke 40 mm Nachweis Eintauchen => Konstruktionsklasse Ib; => Detailklasse C => VZ 1 Nachweis erfüllt, keine zusätzliche zerstörungsfreie Rissprüfung Nachweis Verweilen => vorherrschende Materialdicke < 30 mm (Flanschdicke ist relevant, Kopfplattendicke hier nicht relevant) Nachweis erfüllt, keine zusätzliche Begrenzung der Verweilzeit

22 Die DASt-Richtlinie 022 ein Überblick Vereinfachter Nachweis - Beispiele - FALL III: Walz- oder Schweißprofil mit angeschweißter, halber Kopfplatte HEA 400, S460, J0 Flanschdicke 19 mm, Kopfplattendicke 40 mm Nachweis Eintauchen => Konstruktionsklasse II; => Detailklasse C => VZ 2 Nachweis erfüllt, zusätzliche stichprobenhafte Rissprüfung Nachweis Verweilen => vorherrschende Materialdicke < 30 mm (Flanschdicke ist relevant, Kopfplattendicke hier nicht relevant) Nachweis erfüllt, keine zusätzliche Begrenzung der Verweilzeit

23 Die DASt-Richtlinie 022 ein Überblick Vereinfachter Nachweis - Beispiele - FALL IV: Walz- oder Schweißprofil mit angeschweißter, halber Kopfplatte HEM 500, S460, J2 Flanschdicke 40 mm, Kopfplattendicke 40 mm Nachweis Eintauchen => Konstruktionsklasse III; => Detailklasse C => VZ 3 Nachweis erfüllt, zusätzliche systematische Rissprüfung Nachweis Verweilen => vorherrschende Materialdicke > 30 mm (Flanschdicke ist relevant, Kopfplattendicke hier nicht relevant) Nachweis erfüllt, max. Verweilzeit 27 min in der Zinkschmelze

24 Nachweisführung 4. Ableitung der Vertrauenswahrscheinlichkleit h Dreiseitig angeschlossene Quersteife t ref Anschlussbleche L Kopfplatte Kopfplatte Bei komplexen Bauteilen ist die Klasse des ungünstigsten Details als repräsentativ für das gesamte Bauteil anzusehen. In Konstruktionsklasse I, unabhängig von der Detailklasse, immer Vertrauenszone 1 d.h. 100% Sichtkontrolle, keine weiteren Prüfungen.

25 Anforderungen an die konstruktive Gestaltung und Fertigung der Bauteile (1/3) Berücksichtigung mitgeltender Regelwerke, DIN EN ISO 1461 / DIN EN ISO Festlegung von Zulauf- Ablauf,- und Entlüftungsöffnungen zur Gewährleistung eines möglichst schnellen Tauchvorganges Durchflussöffnungen bevorzugt an Anschlussplatten oder Steifen ausführen (Vermeidung im Hauptträgersteg von Profilen)

26 Feuerverzinkungsgerechtes Konstruieren Fehlende Entlüftungsbohrung Institut Feuerverzinken GmbH Büro NO (Dö.)

27 Anforderungen an die konstruktive Gestaltung und Fertigung der Bauteile (2/3) Festlegung max. Dickenunterschiede tmax / tmin 5 Generelle Anforderungen an das Schweißen Ausführung von Überlappungsflächen Beachtung immer wiederkehrender Details, siehe Detailklassen A, B, C Schweißnahtüberstand bei Hals- und Längsschweißnähten

28 Feuerverzinkungsgerechtes Konstruieren Überlappungsflächen müssen je nach Größe entlüftet werden

29 Anforderungen an die konstruktive Gestaltung und Fertigung der Bauteile (3/3) Kontrollierte Ausdehnung von Fachwerken? Empfehlung zur Ausbildung bzw. Zerlegung Ausführung von Schnittflächen; Aufhärtungen vermeiden Gestanzte Löcher sowie schlaggeschnittende Kanten für den Hochbau bedürfen der Verfahrensprüfung Kaltumformen Festlegen des Kaltumformgrades! Anzeigepflicht des Kaltumformens Bei Kaltumformgrad > 2% Glühen vor dem Feuerverzinken oder Verfahrensprüfung nach dem Feuerverzinken

30 Anlage 4 Rechnerischer Nachweis gegen Rissbildung beim Feuerverzinken Die Bauregelliste A Teil 1 sieht nur den vereinfachten Nachweis nach Abschnitt der DASt Richtlinie 022 vor Der rechnerische Nachweis nach Anlage 4 darf nicht herangezogen werden Durchführung dieses Nachweisverfahrens nur als Zustimmung im Einzelfall

31 Anforderungen an den Feuerverzinker Wareneingang, Überprüfung Bestellspezifikation und auf feuerverzinkungsrelevante Voraussetzungen geregelter Vorbehandlungsprozess (z.b. Flux, Trocknung) geregelter Tauchprozeß (z.b. Eintauchgeschwindigkeit) geregelte Zusammensetzung der Zinkschmelze Kontrolle nach dem Verzinken 100 % Sichtkontrolle und ggfls. MT-Prüfung Dokumentation ÜZ - Zeichen Feuerverzinkerei ABC PÜZ-Stelle XYZ

32 Feuerverzinken nach DASt-Richtlinie - Vorbehandlung - Abfolge des Feuerverzinkungsprozesses Entfetten, Spülen, Beizen, Spülen, Trocknen Anforderungen an Beizen, Fluxen und Trocknen sind vorgegeben, darüber hinaus bestehen Variationsmöglichkeiten.

33 Feuerverzinken nach DASt-Richtlinie - Vorbehandlung - Beizen Die Beizzeiten sollten grundsätzlich so kurz wie möglich sein. Bei Bauteilen mit lokalen Aufhärtungen (Härte > 340 HV) entsprechend Bestellspezifikation ist die Beizdauer so kurz wie praxismöglich zu halten. Diese Bauteile sollten gestrahlt angeliefert werden. Beim Beizen von hochfesten Bauteilen kann die Gefahr wasserstoffinduzierter Rissbildung durch den Einsatz von geeigneten Inhibitoren in der Beize gesenkt werden.

34 Feuerverzinken nach DASt-Richtlinie - Vorbehandlung - Fluxen Eintauchen in eine wässrige Flussmittellösung Salzgehalt im Fluxbad min 400 g/l Flussmittelzusammensetzung nicht explizit vorgeschrieben regelmäßige Messung (vierteljährig) und Dokumentation Eisengehalt ist gering zu halten (Grenzwert wird nicht vorgegeben) Abweichungen hinsichtlich der Flussmittelbehandlung prüfen.

35 Feuerverzinken nach DASt-Richtlinie - Vorbehandlung - Trocknen Die Bauteile müssen vor dem Verzinken getrocknet werden. Das Trocknen kann in Trockenöfen, durch Beheizen des Flussmittelbades mit anschließendem Lufttrocknen oder durch Lufttrocknen in einer Trockengrube erreicht werden.

36 Feuerverzinken nach DASt-Richtlinie - Verzinkungsprozess - Anforderungen an das Zinkbad Limitierung Zinkbadzusammensetzung Regelmäßige Analyse und Dokumentation des Zinkbades vor Verwendung abweichender Zinkbadzusammensetzungen ist die Eignung nach Anlage 1 nachzuweisen und eine Zulassung im Einzelfall bzw. eine bauaufsichtliche Zulassung durch das DIBt notwendig

37 Feuerverzinken nach DASt-Richtlinie - Verzinkungsprozess - Anforderungen an den Tauchprozess (1/2) Das Eintauchen ins Zinkbad sollte möglichst schnell und in einem möglichst steilen Winkel erfolgen. die installierte Krantechnik am Kessel muss eine Mindestgeschwindigkeit von 0,8 m/min technisch gewährleisten

38 Feuerverzinken nach DASt-Richtlinie - Verzinkungsprozess - Anforderungen an den Tauchprozess (2/2) Die Verweilzeit ist zu protokollieren. Die Verweilzeit bis zum Herausziehen sollte so kurz wie nötig sein. Eine Begrenzung der Verweilzeit durch den Auftraggeber (siehe Bestellspezifikation) ist unbedingt zu beachten. Die Verweilzeit ist die Zeit vom ersten Kontakt bis zum letzten Kontakt eines Bauteils mit der Zinkschmelze.

39 Feuerverzinken nach DASt-Richtlinie - Prüfen nach dem Verzinken % Sichtkontrolle 100 %- Sichtkontrolle auf erkennbare Risse durch geschultes Prüfpersonal =>Schulung des Mitarbeiters notwendig Benennung des Prüfers Prüfer hat das Prüfprotokoll zu unterzeichnen

40 Feuerverzinken nach DASt-Richtlinie - Prüfen nach dem Verzinken - Zerstörungsfreie Rissprüfung Magnetpulverprüfung (MT-Verfahren) Beauftragung durch den Auftraggeber (in der Bestellspezifikation), i. d. R. nur bei Vertrauenszone 2 und 3 oder nach individueller Festlegung Durchführung nach Anlage 3 Option 1: durch eigenes Personal =>Qualifikation notwendig Option 2: Weitervergabe an eine Prüfstelle =>Zeit und Logistik mit einplanen Dokumentation der Prüfung

41 Zuständigkeiten nach DASt-022 Auftraggeber: Stahlbauer, Metallbauer (Technisches Büro, Statiker, Planer) Auftragnehmer: Verzinker (Definierte Prozessparameter, ÜZ-Verfahren) - Ausfertigung der Bestellspezifikation - Trägerreihe (bei Walzprofilen) - Trägerhöhe h bzw. Bauteilhöhe h - Effektive Erzeugnisdicke t ref - Stahlfestigkeit und -zähigkeit - Konstruktive Detailausbildung - Allgemeine Beratung des Auftraggebers - Vorbehandlungsbäder - Zinkschmelzenzusammensetzung - Eintauchgeschwindigkeit, Haltezeit - Prüfung nach dem Verzinken Bestellspezifikation Bestätigung + Protokolle

42 Anlage 5 der DASt - 022: Muster einer Bestellspezifikation für das Feuerverzinken von Stahlbauteilen Bestellspezifikation

43 Bestellspezifikation

44 Bestellspezifikation

45 Bestellspezifikation

46 Zusammenfassung DASt-Richtlinie 022 DAST-Richtlinie Neues zusätzliches Regelwerk für die Planung, Fertigung und Verzinkung feuerverzinkter, tragender Stahlkonstruktionen Die DASt-Richtlinie setzt die Mitarbeit und Kooperation sowohl von der Stahlbauseite als auch von der Verzinkungsseite voraus. Bietet einen hohen Sicherheitsstandard und vermeidet flüssigmetallinduzierte Spannungsrisskorrosion Bietet eine praxisgerechte Regelung für Planer, Stahlbauer und Feuerverzinker Sie legt den Stand der Technik fest. Sie schafft Vertrags- und Rechtssicherheit für alle Beteiligten. Sie schafft sichere feuerverzinkte Stahlkonstruktionen für die Zukunft

47 DASt-Richtlinie 022 Weitergehende Erläuterungen zu kaltverformten Bauteilen Bei Vorliegen eines Umformgrades epsilon plastisch > 2%, ist nach DAS 022 eine Glühung der kaltverformten Bauteile vor dem Feuerverzinken ode eine Verfahrensprüfung nach Abschnitt 5 der DASt- Richtlinie 022 vorzunehmen. Der DASt- Ausschuss erarbeitet derzeit eine Kommentierung zur DAStrichtlinie 022 die u.a.auch zu diesen Punkt in absehbarer Zeit weitere Erläuterungen geben wird. Es wird gemeinsam mit Profilherstellern an einer praktischen und einfach handhabbaren Anwendung gearbeitet.

48 Feuerverzinken Korrosionsschutz mit Zukunft Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Institut Feuerverzinken GmbH