Beim Schweißen verzinkter Stahlteile sind Besonderheiten zu beachten

Muss an bereits verzinkten Stahlkonstruktionen geschweißt werden, sind Bedingungen zu beachten, die besonders die Schweißsicherheit und den Korrosionsschutz betreffen. So ist die Zinkschicht zum...

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Muss an bereits verzinkten Stahlkonstruktionen geschweißt werden, sind Bedingungen zu beachten, die besonders die Schweißsicherheit und den Korrosionsschutz betreffen. So ist die Zinkschicht zum Beispiel durch Schleifen zu entfernen, wodurch Korrosionsgefahr besteht, wenn nicht wie bei der Wiederherstellung der Schicht sorgfältig gearbeitet wird. Für den Auftrag haben sich zinkstaubhaltige Schichtstoffe etabliert.Die Schweißsicherheit tragender Stahlkonstruktionen ist mit einer Forderung verbunden, die das Schweißen auf Zinküberzügen nicht zulässt [1 und 2]. Die Gefahr der Lötrissigkeit, Einschlüsse aus Eisen-Zink-Legierungen oder Zinkoxid sowie Poren vermindern die vom Konstrukteur erwartete Tragfähigkeit und Zuverlässigkeit der Schweißverbindung.Es wird dabei berücksichtigt, dass im Stahlbau bei einer Blechdicke ab 6 mm eine durchschnittliche Schichtdicke von mindestens 85 µm vorhanden ist. Das entspricht 610 g Zink je Quadratmeter Oberfläche. Aus der Praxis ist bekannt, dass die Schichtdicken aufgrund der chemischen Zusammensetzung der Konstruktionswerkstoffe oft wesentlich größer sind (Tabelle 1).Muss an verzinkten Konstruktionen geschweißt werden, ist die Zinkschicht vor dem Schweißen zu entfernen. Das ist in der Regel nur mechanisch möglich. Beim Schleifen ist dabei zu achten, daß die benachbarten Bereiche wegen der Korrosionsgefahr vor eisenhaltigen Schleifpartikeln geschützt werden. Spezielle Zinkelektroden, die häufig mit Hinweisen auf eine Schweißeignung angeboten werden, erfüllen weder die Forderung nach Schweißsicherheit noch die Bedingungen, die mit der Erhaltung des Korrosionsschutzes verbunden sind.Aus dem Rohrleitungsbau ist das Löten mit Zusatzwerkstoffen aus Kupfer-Zink-Legierungen bekannt. Bei dem Verfahren wird davon ausgegangen, dass die Zinkschicht nicht entfernt wird. Die mit diesem Verfahren hergestellten Rohrstumpfnähte gehören nicht zu den klassischen Lötverbindungen. Wegen der auch hier vorhandenen Schichtdicken von 45 bis 55 µm sind in hohem Maße Sorgfalt und praktische Erfahrungen des Löters erforderlich [3].Das ist besonders wichtig, wenn Verbindungen unter Montagebedingungen hergestellt werden sollen. Bei der Anwendung des Verfahrens muss beachtet werden, dass die Arbeitstemperatur der hierfür angebotenen Lote im Bereich zwischen 850 und 900 °C liegt. Weil Zink bereits bei 419 °C schmilzt und bei 906 °C verdampft, ist die Gefahr einer Beschädigung der Zinkschicht groß. Bei Korrosionsbelastungen durch Wasser ist auch die Gefahr einer kupferinduzierten Lochfraßkorrosion vorhanden [4].Lötverfahren mit Cu-Zn-(Sn)Loten, zum Beispiel das Metallschutzgaslöten, werden auch für Stumpf- und Kehlnahtverbindungen im Dünnblechbereich (Karosseriebau, Lüftungstechnik) angeboten. Aufgrund der geringen Blechdicken (bis 3 mm) und den kleinen Schichtdicken des Zinküberzugs (bis 20 µm) liegen andere Bedingungen als im Stahlbau vor. Für tragende Verbindungen im Stahlbau sind diese Verfahren und Lötverbindungen nicht geeignet.Wiederaufgebrachte Zinkschicht mit derselben SchutzwirkungNach dem Schweißen an verzinkten Bauteilen ist der Korrosionsschutz der Verbindung wiederherzustellen. Er muss dem hohen Korrosionsschutzwert der ursprünglich vorhandenen Zinkschicht angepasst werden. Die DIN 50976 in den Ausgaben von 1980 und 1989 hatte für Ausbesserungsarbeiten Festlegungen getroffen, die zwar den Bereich der Feuerverzinkungsbetriebe betrafen, aus praktischen Gründen aber auch für die Ausführung dieser Arbeiten und für die Bewertung der Qualität vom Stahlbau übernommen wurden. Die Festlegungen umfassten Angaben zu Ausbesserungsverfahren, zur Oberflächenvorbereitung der auszubessernden Fehlstelle, zu Fehlstellengrößen, zur Schichtdicke und Schichtqualität der Ausbesserung.Die qualitätsgerechte Ausbesserung war nach [5] an drei Voraussetzungen gebunden:- Die auszubessernde Stelle muss den Normreinheitsgrad Sa 2,5 oder PMa haben.- ist eine Schichtdicke von mindestens 100 µm zu erreichen.- Der Zinkgehalt muss mindestens 92 Masse-% im Pigment betragen [6].Die Forderung nach dem Normreinheitsgrad Sa 2,5 (Sandstrahlen) oder PMa (maschinelles Schleifen) war hoch und zeigte die Bedeutung einer gründlichen Vorbereitung von Korrosionsschutzarbeiten. Die Schichtdicke als Maß für die Lebensdauer des Korrosionsschutzes musste im Rahmen der Qualitätssicherung mit geeigneten Verfahren nachweisbar sein [7 und 8]. Die Festlegungen in [5] entsprachen dem technischen Verständnis über die Wirkung von Zink als Korrosionsschutzstoff für Eisen und Stahl. Dazu gehört auch der kathodische Schutz.Der kathodische Schutz von Eisen mit Zink beschreibt einen komplizierten elektrochemischen Vorgang, der an das Vorhandensein einer Potenzialdifferenz in einem Elektrolyten gebunden ist und bei Verletzung der Zinkschutzschicht wirksam wird. Nach [9] hat eine trockene Zinkstaubbeschichtung dann metallischen Kontakt mit dem zu schützenden Grundmetall, wenn sie einen Anteil von 92 bis 95% Zinkstaub hat. Das war sicherlich auch der Grund dafür, dass im Entwurf der DIN EN ISO 1461 für Ausbesserungsarbeiten kathodischer Schutz gefordert wurde. Diese internationale Norm hat im März 1999 die DIN 50976 ersetzt [10]. Die Forderung nach kathodischem Schutz ist in diesem Regelwerk nicht mehr enthalten. Zu der für die Praxis wichtigen Aufgabe, Fehlstellen ausbessern zu müssen, wird nun empfohlen:- Die Ausbesserung muss durch thermisches Spritzen oder eine geeignete Zinkstaubbeschichtung innerhalb der praktikablen Grenzen erfolgen. Die Verwendung von Loten auf Zinkbasis ist ebenfalls möglich. Der Auftraggeber oder Endverbraucher muss über das Ausbesserungsverfahren informiert werden.- Die Ausbesserung muss die Entfernung von Verunreinigungen und eine notwendige Oberflächenvorbereitung der Schadstelle zur Sicherstellung des Haftvermögens beinhalten.- Die Schichtdicke des ausgebesserten Bereiches muss mindestens 30 µm größer sein als die geforderte örtliche Schichtdicke des Zinküberzugs an der entsprechenden Stelle, falls keine anderen Vereinbarungen getroffen wurden.- An den ausgebesserten Stellen ist ein hinreichender Korrosionsschutz sicherzustellen.Das Flammenspritzen, das sicherlich für die Ausbesserung das sicherste Verfahren ist, konnte sich im Stahlbau nicht durchsetzen. Die Gründe liegen im gerätetechnischen Aufwand und der schwer erfüllbaren Forderung im Zusammenhang mit einer gründlichen Oberflächenvorbereitung (Sa 3). Der Aufwand und fehlende handwerkliche Erfahrungen betreffen auch die Einschränkung bei der Anwendung von Loten. Am geeignetsten für die Praxis scheint deshalb nach wie vor das Auftragen von Beschichtungsstoffen zu seinDie Idee, Zinkstaubbeschichtungsstoffe in handlicher Form aufzutragen, führte vor etwa 30 Jahren zur Entwicklung von Zinksprays. Bis zum heutigen Tag haben sich bei der Darstellung von Zinksprays deutliche Veränderungen ergeben, die eine Verwendung vieler Produkte für qualitätssichernde Arbeiten ausschließen. So wurde der Begriff ,,Kaltverzinken" mit einem Gerichtsurteil verboten. Verkaufsfördernde Hinweise wie ,,enthält 99% Zink" stellten sich als Täuschung heraus, weil sie nicht die Forderung nach dem Zinkanteil in der Schicht beschrieben, sondern sich auf die Reinheit einer geringen Zinkmenge bezogen.Qualitätsbewertung bleibt problematischDie Empfehlungen in DIN EN ISO 1461 zur Ausbesserung von Fehlstellen werden nicht dazu beitragen, die bestehenden Probleme bei der Bewertung der Qualität im Verständnis zwischen Architekten, Konstrukteuren, Stahlbauern und Bauherren zu lösen (Tabelle 2). Sicherlich kann davon ausgegangen werden, dass die ,,notwendige Reinigung und Oberflächenvorbereitung der Schadstelle" als Voraussetzung für die Haftfestigkeit einer Ausbesserungsschicht in einem Feuerverzinkungsbetrieb fachgerecht ausgeführt werden können. Schwieriger wird es auf Baustellen sein, wenn Beschädigungen der Zinkschicht schon Rostansätze zeigen, oder wenn Ausbesserungen zum Beispiel nach Schweißarbeiten erforderlich werden.Die ,,oberflächlichen" Empfehlungen in dieser Norm sind für die Ausführung in der Praxis des Stahlbaus wenig geeignet. Gründlichere Aussagen zur Vorbereitung und Ausführung von Korrosionsschutzarbeiten enthält die DIN EN ISO 12944, Blatt 1 bis 8 [11]. Einfacher ist es jedoch, die Forderungen zu erfüllen, die in der nun nicht mehr gültigen DIN 50976 beschrieben worden sind.Auch die Festlegung der DIN EN ISO 1461, dass an den ausgebesserten Stellen ,,hinreichender Korrosionsschutz" sichergestellt sein muss, ist für die Praxis des Stahlbaus ungeeignet, weil der Begriff bei einer Qualitätsbewertung unterschiedlich ausgelegt werden. Auch hierfür ist in der DIN EN ISO 12944 eine bessere Formulierung zu finden: ,,Fehlstellen und beschädigte Stellen des Überzugs sind so auszubessern, dass seine Schutzwirkung wiederhergestellt wird."Die Schutzwirkung einer Feuerverzinkung ergibt sich aus der Haftfestigkeit des Überzugs, seiner Schichtdicke und der Schichtqualität. Diese Forderungen der DIN 50976 sollten auch weiterhin beachtet werden. Qualitätssichernd ist zum Beispiel die Kombination aus einer Zinkpaste und einem hochwertigen Zinkspray, womit gleichzeitig die Forderung nach Korrosionsschutz und Ästhetik erfüllt werden kann.Literatur:[1] DIN 18800, Teil 7: Stahlbauten - Herstellen, Eignungsnachweise zum Schweißen Mai 1983.[2] DIN EN ISO 14713: Schutz von Eisen und Stahlbaukonstruktionen vor Korrosion März 1999.[3] DIN EN 10240: Innere und/oder äußere Schutzüberzüge für Stahlrohre Februar 1998.[4] DIN 50930, Teil 3: Korrosion der Metalle - Korrosion metallischer Werkstoffe im Innern von Rohrleitungen, Behältern und Apparaten bei Korrosionsbelastung durch Wässer - Beurteilung der Korrosionswahrscheinlichkeit feuerverzinkter Eisenwerkstoffe Februar 1993.[5] DIN 50976: Korrosionsschutz - Feuerverzinken von Einzelteilen Mai 1989; ersetzt durch DIN EN ISO 1461.[6] DIN 55969: Pigmente - Zinkstaub-Pigmente, technische Lieferbedingungen September 1977.[7] DIN EN ISO 2064: Metallische und andere anorganische Schichten - Definitionen und Festlegungen, die die Messungen der Schichtdicke betreffen Januar 1995.[8] DIN EN ISO 2178: Nichtmagnetische Überzüge auf magnetischen Grundmetallen - Messen der Schichtdicke, Magnetverfahren April 1995.[9] Van Oeteren, K. A.: Korrosionsschutz durch Beschichtungsstoffe. München: Carl Hanser Verlag 1980.[10] DIN EN IS0 1461: Feuerverzinken von Einzelteilen März 1999.[11] DIN EN ISO 12944: Beschichtungsstoffe - Korrosionsschutz von Stahlbauten durch Beschichtungssysteme Juli 1998; Ersatz für DIN 55928.