Thermisches_Richten_keine_schwarze_MagieLP

Vauderwange
DIE SCHWEISSTECHNISCHE PRAXIS
Thermisches Richten –
Keine schwarze Magie
Eigenspannung und Verzug,
aber verständlich!

Vauderwange
Thermisches Richten –
Keine schwarze Magie
Eigenspannung und Verzug,
aber verständlich!

Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek
Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie;
detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über htttp://dnb.ddb.de abrufbar.
Schweißtechnische Praxis
Band 40
ISBN: 978-3-96144-306-2 (Print)
ISBN: 978-3-96144-307-9 (E-Book)
Alle Rechte vorbehalten.
© DVS-Media GmbH, Düsseldorf · 2026
Herstellung: Wir machen Druck GmbH, Backnang

Vorwort
Beim Richten von Schweißverzug gab es in den letzten Jahrzehnten
einen Trend hin zum Kaltrichten mit Presse oder Richtmaschine.
Ursache hierfür war in vielen Fällen die Angst, beim
Richten mit der Flamme das Material zu schädigen Außerdem
hatte das Flammrichten stets den Ruch der Zauberei, da im
Betrieb diejenigen, die es praktizieren, normalerweise nicht in
der Lage sind, zu erklären, was da warum funktioniert. Entsprechend
wurde es immer schwieriger, Personal zu finden, mit
dem das Flammrichten überhaupt wirtschaftlich umsetzbar war.
In diesem Buch geht es nun darum, ein paar Dinge grundlegend
zu klären – unter anderem, dass Richten mit Wärme
mit dem richtigen Equipment eigentlich ein einfacher, verlässlicher
Prozess sein kann und dass Kaltrichten nicht wirklich
materialschonend – und aufgrund der eingebrachten, hohen Eigenspannungen je nach
Anwendungsfall auch nicht wirklich eine clevere Lösung ist. Diese Betrachtungen gelten verfahrensunabhängig
für das Flammrichten und das Richten mit Tiefeninduktion, zusammengefasst
das „Thermische Richten“.
Die immer wieder erwähnte Technologie der „Tiefeninduktion“ ist nun seit 2011 auf dem Markt
und findet mehr und mehr Verbreitung. Die Beschäftigung mit dieser Technologie machte es
erforderlich, die Effekte beim thermischen Richten sehr genau zu verstehen. Denn vieles ist
durch die Entstehungswirktiefe des neuen Verfahrens anders als beim Flammrichten.
Der Anspruch des Autors zielt auf Verständlichkeit, direkte Umsetzbarkeit und Relevanz für
die Praxis. Vor Ihnen liegt dementsprechend das zusammengefasste Ergebnis von 15 Jahren
populärwissenschaftlicher Anwendungsforschung auf einem der gefürchtetsten Felder der
Fügetechnik: „Eigenspannung und Verzug“. Auf dem Weg zu immer neuen Anwendungen für
die Tiefeninduktion, wurde schnell klar, dass es ohne profundes Know-how nicht geht, dass
mit dem selbigen sich großartige, revolutionäre Lösungen mit erheblicher Zeit- und vor allem
Energieersparnis finden lassen. Aber gerade zum Themenbereich der Eigenspannungen wäre
ein allzu wissenschaftlicher Ansatz der Verständnisförderung nicht dienlich, so etwas wie eine
umfassende, verständliche „Richt-Theorie“ liegt bis dato nicht vor.
Einer der zentralen Vortragstitel des Autors, „Thermisches Richten – Keine schwarze Magie!“
bringt es auf den Punkt. Wenn man weiß, was man tut, ist es eigentlich ganz einfach. Es setzt
aber voraus, dass einem eine umfassende und in sich schlüssige Gesamtsicht vermittelt wird.
Daran hat es bislang gefehlt, dieses Machwerk soll damit aufräumen.
Entstanden ist das vorliegende Buch in einer Vielzahl von Klausurwochenenden – in
angenehmer Umgebung. Im Büro als tätiger Geschäftsführer ein Buch zu schreiben, wäre
auch eher schwierig gewesen.
Viel Spaß beim Lesen!
Offenburg / Donaueschingen / Ilmenau, im Januar 2026
Thomas Vauderwange

Vorwort
Induktive Erwärmung ist physikalisch bekannt und wird für industrielle
Prozesse, aber auch im privaten Haushalt angewandt.
In der Fügetechnik weit verbreitet ist die induktive Erwärmung
beim Löten. Hier macht man sich die gute Reproduzierbarkeit
der Wärmeeinbringung zunutze.
Typische Anwendungen sind auch Vor- oder Nachwärmprozesse
beim Schweißen. Der große Vorteil liegt in der lokalen und definierten
Erwärmung. Während beim Erwärmen im Ofen oder mit der
autogenen Flamme die Wärme über die Oberfläche eingebracht
wird, entsteht bei der induktiven Erwärmung die Erwärmung im
Randschichtbereich des Bauteiles. Dabei hat normalerweise die
Frequenz den bestimmenden Einfluss auf die Tiefe.
Charakteristisch für traditionelle Prozesse ist, dass eine bestimmte Temperatur erreicht und für
gewisse Zeit gehalten wird. Ein quasi statischer Wärmezustand, der danach über reine Wärmeleitung
die Temperaturen - ähnlich der Wirkung der Flamme - auch in der Tiefe ansteigen lässt.
Die vom Autor beschriebene Tiefeninduktion wird dagegen gezielt eingesetzt, um Temperaturunterschiede
im Bauteil direkt zu erzeugen. Aus dem Ungleichgewicht entstehen Effekte der
Ausdehnungsbehinderung oder der gezielten Freisetzung von Spannungen.
Beide Effekte werden genutzt, um Bauteilverformungen zu erreichen – typischerweise zum
Richten von metallischen Strukturen. Vergleichbar mit der Kurzzeitmetallurgie beim Strahlschweißen
kommt es zu Effekten, die durch andere Wärmequellen so nicht erreichbar sind.
Der Autor versucht Einflüsse und Zusammenhänge zu benennen, will aber vor allem anregen,
über die komplexen Zusammenhänge letztlich nichtlinearer, thermischer Prozesse nachzudenken
und sie gezielt zu nutzen. Letztlich sind es innere Spannungen in einem Bauteil, die
genutzt, gezielt erzeugt oder auch abgebaut werden.
Dabei schöpft der Autor aus jahrelangen praktischen Anwendungen und der Beobachtung
sowie dem stetigen Hinterfragen der Zusammenhänge. Schon vor zehn Jahren gelang es
in einem gemeinsamen Forschungsprojekt von Herrn Vauderwange mit der SLV Halle, einen
Vierpunktinduktor zum Spannen von Dünnblech im Schienenfahrzeugbau zu entwickeln, eine
Aufgabe, an der zuvor alle anderen Ansätze gescheitert waren.
Aus dem gemeinsamen Interesse ist eine langjährige Partnerschaft entstanden.
Ein Buch für den Praktiker, das dennoch reichlich Spielraum für wissenschaftliche Interpretationen
lässt. Dabei ist es nicht abschließend, sondern vor allem anregend und lädt zum
Anwenden ein.
Halle/Saale, im Januar 2026
Prof. Dr.-Ing. Steffen Keitel
Ehemaliger Geschäftsführer SLV Halle GmbH

Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung.....................................................................................................................1
2 Physikalische Kenngrößen und deren Einfluss auf Eigenspannung
und Verzug...................................................................................................................3
2.1 Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient (Längenausdehnungskoeffizient)..................3
2.2 Wärmeleitfähigkeit........................................................................................................4
2.3 Spezifische Wärmekapazität........................................................................................5
2.4 Streckgrenze / Fließgrenze und Elastizitätsmodul........................................................6
2.5 Temperatur..................................................................................................................12
2.5.1 Augenblickstemperatur am Einzelort versus Gleichgewichtstemperatur...................12
2.5.2 Temperatur-Änderungsgeschwindigkeit.....................................................................14
2.5.3 Temperaturmessung...................................................................................................15
2.6 Weitere Kennwerte......................................................................................................18
3 Angewandte Verformungstheorie...........................................................................19
3.1 Verformung durch Biegen...........................................................................................19
3.2 Verformung durch Schmelzschweißen (Schweißverzug)............................................21
3.3 Verformung durch verhinderte Ausdehnung – das thermische Richten.....................23
3.3.1 Entstehung des Richteffekts beim thermischen Richten............................................24
3.3.2 Methoden der Wärmeeinbringung..............................................................................28
3.3.3 Dehnungsbehinderung – Wie wird sie erreicht, reicht sie aus?..................................34
3.3.3.1 Lagerung unter Eigengewicht.....................................................................................36
3.3.3.2 Externe Dehnungsbehinderung..................................................................................37
3.3.3.3 Abschnittsweise Wärmeeinbringung..........................................................................41
3.3.4 Die Zeit als wichtiger Faktor beim Thermischen Richten mit
verhinderter Ausdehnung...........................................................................................44
3.3.5 Wenn einmal richten nicht reicht................................................................................45
3.4 Verformung durch verhinderte Schrumpfung – Inversrichten.....................................46
3.5 Verformung durch freigesetzte Eigenspannungen......................................................50
3.6 Keine Verformung - der „festgeschweißte Verzug“....................................................54
3.7 Kein Verzug, aber Eigenspannungen..........................................................................59
3.8 Fast schon Magie: Richterfolgserhöhung durch Freisetzen
von Eigenspannungen................................................................................................61
3.9 Die Dualität von Eigenspannung und Verzug..............................................................65
3.10 Das programmierte Richten – Richten als selbstregulierender Prozess.....................69
4 Richten mit Hirn – Hinweise zur angewandten Verzugsbeseitigung...................72
4.1 Verzugsmessung........................................................................................................72
4.1.1 Ausrüstung..................................................................................................................72
4.1.2 Vorgehensweise zur Verzugsmessung.......................................................................74
4.1.3 Dokumentation – das Richtprotokoll..........................................................................75
4.2 Die Richtanweisung....................................................................................................76
4.3 Werkstoffe und ihre Randbedingungen beim thermischen Richten...........................77
4.3.1 Feinkornstähle............................................................................................................77

4.3.1.1 Anlasserweichung.......................................................................................................78
4.3.1.2 Schädigung durch zu hohe Temperaturen..................................................................82
4.3.1.3 Der richtige Ansatz.....................................................................................................83
4.3.2 Chromnickelstahl........................................................................................................83
4.3.3 Duplexstahl.................................................................................................................83
4.3.4 Vergütungsstahl..........................................................................................................84
4.3.5 Panzerstahl.................................................................................................................86
4.3.6 Aluminium...................................................................................................................86
4.4 Was darf ich wo – Warum eine „Schädigung“ fallabhängig ist...................................87
4.4.1 Arten der Schädigung.................................................................................................87
4.4.2 Ort und Ausmaß der Schädigung...............................................................................87
4.4.3 Zulässigkeitskriterien..................................................................................................88
4.5 Erfolgskontrolle und Qualitätssicherung.....................................................................89
4.5.1 Verzugsmessung „Danach“........................................................................................89
4.5.2 Sichtkontrolle..............................................................................................................89
4.5.3 Sonderfall metallurgisch empfindliche Werkstoffe......................................................90
4.6 Aus- und Weiterbildung des Personals zum Richten.................................................91
5 Spezielle Grundlagen der Vermeidung von Eigenspannungen und Verzug........92
5.1 Schweißfolge und Lage der Schweißnähte................................................................92
5.1.1 Die beste Schweißnaht ist die, …...............................................................................92
5.1.2 Pilgern und unterbrechen...........................................................................................93
5.1.3 Von innen nach außen................................................................................................94
5.1.4 „Größe der gleichzeitig schmelzflüssigen Zone“........................................................94
5.1.5 Baugruppe, Unterbaugruppe und Unter-Unterbaugruppe.........................................95
5.1.6 Mehrlagige Schweißnaht............................................................................................96
5.2 Vorpositionieren und Vorspannen...............................................................................96
5.2.1 Vorpositionieren..........................................................................................................96
5.2.2 Vorspannen.................................................................................................................97
5.2.3 Hoffentlich nicht: Vorknicken......................................................................................98
5.3 Wärmebudget für Anfänger: Das „freiwillige Vorwärmen“..........................................98
5.4 Wärmebudget für Profis: Die Energieumlagerung im Schweißprozess....................107
5.4.1 Stand der Technik.....................................................................................................108
5.4.2 Aufgabenstellung......................................................................................................110
5.4.3 Technische Umsetzung.............................................................................................111
5.4.4 Vorgehen bei Schweißverfahren mit direkter Leistungseinstellung..........................113
5.4.5 Schweißverfahren mit gekoppelter Stromeinstellung...............................................113
6 Regulatorische Grundlagen...................................................................................115
6.1 Was es braucht und was es nicht braucht – die Grundlagen...................................115
6.2 Der „ungeregelte Bereich“........................................................................................116
6.3 Vorreiter mit eigenem Regelwerk für das Richten:
Der Schienenfahrzeugbau (DIN EN 15085)...............................................................117
6.4 Beispiel Stahlbau: DIN EN 1090-2 Anhang B...........................................................118
6.5 Sonstige geregelte Bereiche.....................................................................................119

7 Fallstudien – Angewandtes thermisches Richten................................................120
7.1 Die Kopfplatte / Der einfache Winkelverzug.............................................................120
7.2 Richten von Chromnickelstahl..................................................................................131
7.3 Richten im schweren Stahlbau.................................................................................143
7.5 Alles richtig gemacht und trotzdem verloren – Extremer Verzug im einbetonierten
Zustand und die Rettung durch fachgerechtes Richten unter Zink..........................171
7.5.1 Aufgabenstellung......................................................................................................172
7.5.2 Durchführung............................................................................................................173
7.5.2.1 Abfolge der Tätigkeiten.............................................................................................173
7.5.2.2 Schweißen und Richten............................................................................................174
7.5.2.3 Feuerverzinken.........................................................................................................177
7.5.2.4 Beschichten..............................................................................................................177
7.5.2.5 Überraschung...........................................................................................................178
7.5.3 Ursachenforschung..................................................................................................178
7.5.3.1 So funktioniert eine Formänderung..........................................................................178
7.5.3.2 Eigenspannung statt Verzug.....................................................................................179
7.5.3.3 Eigenspannungen freigesetzt...................................................................................181
7.5.3.4 Damit es nicht so weit kommt..................................................................................181
7.5.4 Das Kind liegt im Brunnen – Abhilfe.........................................................................183
7.5.4.1 Festlegen der Richtfiguren........................................................................................183
7.5.4.2 Externe Dehnungsbehinderung................................................................................184
7.5.4.3 Festlegen des Gesamtprozesses und Qualifizieren der HPS...................................185
7.5.5 „Lessons learned – and hopefully not forgotten“.....................................................186
7.6 Träger überhöhen .....................................................................................................187
7.6.1 Die Aufgabe..............................................................................................................187
7.6.2 Mögliche Verfahren...................................................................................................189
7.6.3 Thermisches Überhöhen in der Praxis......................................................................191
7.6.4 Ansätze zur Effizienzverbesserung...........................................................................193
7.6.5 Der optimale Weg.....................................................................................................197
8 Literaturhinweise....................................................................................................199
9 Anhang.....................................................................................................................201
9.1 Beispiele einer Richtanweisung................................................................................201
9.1.1 Längsträger Fahrzeugbau aus S700MC...................................................................201
9.1.2 Knick in einem Profilträger HEB200.........................................................................202
9.2 Energieverbrauchs-Rechenschema für Gasbrenner.................................................203
9.2.1 Energiekosten...........................................................................................................203
9.2.2 Verbrauchte Energiemenge......................................................................................203
9.2.3 Bruttoleistung der Flamme.......................................................................................203
9.2.4 Volumetrischer Energieinhalt der Flamme................................................................203
9.2.5 Gas-Durchflussmenge eines Brenners.....................................................................204
9.2.6 Energiekosten pro kWh der Acetylen-Sauerstoff-Flamme.......................................205
9.2.7 Acetylenkosten pro kWh der Acetylen-Sauerstoff-Flamme.....................................205
9.2.8 Sauerstoffkosten pro kWh der Acetylen-Sauerstoff-Flamme...................................205
9.2.9 Abschliessende Gedanken.......................................................................................206

1 Einleitung
Der Themenbereich „Eigenspannung und Verzug“ ist in der schweißtechnischen Praxis
gefürchtet wie kein zweiter. Die Zahl derjenigen, die sich zumindest mit einem der Aspekte
gut auskennen, ist limitiert und nimmt mehr und mehr ab. Andererseits findet man immer
häufiger spektakuläre Fälle, in denen großer Schaden für Herstellerfirmen entsteht, weil in der
Fertigung Fehler aufgrund mangelnder Kenntnisse betreffend der Entstehung und/oder der
Beseitigung von Eigenspannung und Verzug gemacht werden.
Bild 1 Verzug – von einfach bis kompliziert. Links: Kopfplatte auf Vierkantrohr.
Mitte: Plasmazuschnitt – das kaltgerichtete Blech war vorher gerade!
Rechts: Fahrzeugrahmen aus S700MC – 15 mm Verzug auf 12 m Länge.
Was Ihnen dieses Buch vermitteln soll:
• Schrumpfungen als Ursache von Eigenspannung und/oder Verzug im Zusammenhang mit
dem Schweißen zu erkennen und deren Entstehung zu verstehen.
• Damit zu realisieren, dass Eigenspannung und Verzug letztendlich zwei Seiten derselben
Medaille sind.
• Verstehen, dass die wesentlichen Einflussgrößen und Mechanismen auf dem Weg dahin
nicht nur temperaturabhängig sind, sondern vor allem auch von der Temperaturänderungsgeschwindigkeit
und damit von (auch sehr kurzzeitigen) Temperaturunterschieden
abhängen.
• Die verschiedenen Methoden der Verzugs-Beseitigung zu kennen und ihre Vor- und Nachteile
sowie eventuelle Auswirkungen auf das Material und den Gesamt-Fertigungserfolg
abwägen zu können.
• Strategien zur Verzugs-Vermeidung zu kennen und deren Anwendung zu verstehen.
• Den Einfluss scheinbar artfremder und damit problemloser Vorgänge wie Reinigungsstrahlen
oder Kaltrichten auf Eigenspannung und Verzug erkennen.
1

• Und damit letztendlich das Verständnis zu wecken, dass die Verantwortung für die Gesamt-
Maßhaltigkeit des Bauteils infolge schweißtechnischer Prozesse nicht an der Ausgangstür
der Schweißerei endet.
Als kleine Bedienungsanleitung für dieses Buch:
• Wenn Sie besonders ungeduldig sind, starten Sie mit den Praxisversuchen in 7.1.
• Sind Sie misstrauisch, ob Sie bei Ihren vorhandenen Vorkenntnissen dieses Buch überhaupt
weiter bringen kann, dann steigen Sie direkt in Kapitel 3 ein. Hören Sie keinesfalls
auf, bevor Sie den Abschnitt 3.3.1 gelesen haben. Sie sollten aus dem Kapitel über die
physikalischen Größen, aber zumindest das in 2.4 über die Bedeutung von Elastizitätsmodul
und Streckgrenze sowie deren Temperaturabhängigkeit Gesagte zur Kenntnis nehmen!
• In jedem anderen Fall wünscht Ihnen der Autor viel Spaß beim kompletten Lesen des
Buchs.
2

2 Physikalische Kenngrößen und deren Einfluss auf
Eigenspannung und Verzug
Hier aufgelistet sind die physikalischen Kenngrößen, die den größten Einfluss auf Eigenspannungen/Verzug
haben.
2.1 Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient
(Längenausdehnungskoeffizient)
Entscheidende Bedeutung bei der Entstehung von Schrumpfungen als Ursache für Eigenspannung
und Verzug.
Formelzeichen: α τ
Einheit: 1 K
(es wird auch
mm
m ∙K verwendet)
Ein erwärmter Körper dehnt sich, sofern dies nicht behindert wird, in alle Richtungen aus.
Für das Verständnis der Entstehung von Eigenspannung und Verzug ist es vollkommen ausreichend,
die eindimensionale Wärmeausdehnung zu betrachten. Diese Längenänderung, bei
Erwärmung Längenzunahme, wird als Längenausdehnung bezeichnet. Die Längenänderung
ist annähernd proportional zur ursprünglichen Länge I 0
und der Temperaturänderung ΔΤ. Der
Proportionalitätsfaktor wird (thermischer) Längenausdehnungskoeffizient α τ
genannt.
∆l α
T
⋅ l ⋅ ∆T
→ Längenänderung
=
0
∆l
α
T
=
→ Längenausdehnungskoeffizient
l ⋅ ∆T
0
Beispiele für den linearen Wärmeausdehnungskoeffizient unterschiedlicher Werkstoffe im Vergleich
sind in Bild 2 dargestellt.
Bild 2.
Längenausdehnungskoeffizienten verschiedener Metalle.
3

In Wirklichkeit ist der Wärmeausdehnungskoeffizient eines Materials tatsächlich auch etwas
abhängig von seiner Temperatur. Für die meisten Betrachtungen genügt es aber, mit dem
Tabellenwert zu arbeiten, der sich auf Raumtemperatur bezieht.
Vorsicht ist nur geboten, wenn man über Temperaturgrenzen mit grundlegender Gefügeänderung
hinweg arbeitet, beispielsweise beim Baustahl den Wandel von Ferrit (kubisch raumzentriertes
Gitter) zu Austenit (kubisch flächenzentriertes Gitter). Hier ergeben sich sprunghaft
Längenänderungen, die mit dem Ausdehnungskoeffizienten nichts zu tun haben.
Eine Längenausdehnung in Folge eines Temperaturwechsels, beziehungsweise das
Zusammendrücken einer Werkstoffzone, weil eben diese Ausdehnung verhindert wurde, ist
grundlegende Voraussetzung vieler der in diesem Buch behandelten Mechanismen.
2.2 Wärmeleitfähigkeit
Da gute oder schlechte Wärmeleitfähigkeit darüber entscheidet, inwiefern – und vor allem mit
welchem zeitlichen Verlauf! – sich Temperaturunterschiede im Werkstück ausbilden, ist der
Parameter der Wärmeleitfähigkeit des Materials ebenfalls von entscheidender Bedeutung.
Formelzeichen: λ
Einheit: [ W
m ∙K ]
Liegen in einem Körper infolge Wärmezufuhr unterschiedliche Temperaturen vor, so entsteht
ein Wärmestrom von der wärmeren zur kälteren Stelle. Die Wärmeleitung ist die Wanderung
des Wärmestroms innerhalb eines Körpers. Die Wärme wird von Molekül zu Molekül weitergegeben.
1 W
m ∙K
ist also die Leitfähigkeit eines Körpers, bei der ein Temperaturgefälle von 1 K auf 1 m
Länge und eine Querschnittsfläche von 1 m² einen Wärmestrom von 1 W hervorruft.
Beispiele für die Wärmeleitfähigkeit unterschiedlicher Metalle sind in Bild 3 dargestellt.
Bild 3.
Vergleich der Wärmeleitfähigkeit
verschiedener Metalle.
4

Entscheidende Erkenntnis: Der Energietransport über Wärmeleitung hängt neben der Materialeigenschaft
der Wärmeleitfähigkeit ab von der Temperaturdifferenz (je größer, desto mehr
Wärmetransport in derselben Zeit) und natürlich der Zeit. Je länger die Wärmeleitung anhält,
desto mehr Energie wird transportiert.
Die Wärmeleitfähigkeit ist prinzipiell etwas abhängig von der Temperatur, aber wie schon
beim Längenausdehnungskoeffizienten dargelegt, sind Veränderungen wie beispielsweise der
Wechsel von Ferrit zu Austenit bei Durchschreiten der A1-A3-Temperatur wesentlich drastischer
als die rein temperaturbedingte Änderung selbst über mehrere 100K hinweg.
Praxistipp: Verglichen mit anderen Metallen ist CrNi-Stahl quasi ein Wärmeisolator. Denken
Sie daran, wenn es beispielsweise darum geht, die Wärme in einem Bauteil zu halten und
nicht in den Schweißtisch abfließen zu lassen. Ein altes Stück CrNi-Stahlblech wird unter das
Werkstück gelegt und schon hat man bei immer noch vorhandener elektrischer Verbindung
(z.B. zum Masseanschluss des Schweißgeräts!) eine relativ gute Wärmeisolierung nach unten.
2.3 Spezifische Wärmekapazität
Es mag zunächst verwundern, warum dieser Kennwert in der Liste auftaucht. Betrachtet man
aber eine lokale Wärmeentstehung (z.B. Schweißlichtbogen), so ist es für den Wärmeabfluss –
und damit für auftretende Temperaturdifferenzen – tatsächlich von großer Bedeutung, welche
Gesamtwärmekapazität sich um diese Stelle herum befindet, hiervon hängt schließlich ab,
wie schnell sich diese erwärmt – was entscheidenden Einfluss auf die Abkühlgeschwindigkeit
einer Schweißung haben kann. Die Wärmekapazität wiederum ist das Produkt aus der spezifischen
Wärmekapazität und der entsprechenden Menge (Masse).
Formelzeichen: cp
Einheit:
kJ
kg ∙K
Die spezifische Wärmekapazität cp gibt an, welche Wärmemenge (Energie) benötigt wird, um
1 kg eines Stoffes um 1 K zu erwärmen.
Beispiele für die spezifische Wärmekapazität unterschiedlicher Werkstoffe sind in Tabelle 1
dargestellt.
Tabelle 1. Beispiele für die spezifische Wärmekapazität unterschiedlicher Werkstoffe.
Werkstoff
spezifische Wärmekapazität cp
Baustahl 0,48
CrNi-Stahl 0,48
Aluminium 0,90
Kupfer 0,38
Betonstahl 0,47
kJ
kg ∙K
5

2.4 Streckgrenze / Fließgrenze und Elastizitätsmodul
Hier handelt es sich um die entscheidenden Faktoren schlechthin, wenn es um die Entstehung
oder aber Beseitigung oder Verminderung von Eigenspannung/Verzug geht! In einem Unterabschnitt
werden sie zusammengefasst, da beide sich am besten im Zusammenhang aus
dem Resultatsdiagramm des Zugversuchs erschließen.
Der Zugversuch (genormt in der DIN EN ISO 6892-1)
Ein Spannungs-Dehnungsdiagramm (Bild 4) stellt das Verhalten einer Zugprobe eines Werkstoffs
bei einachsiger Zugbelastung dar. Die Zugprobe wird zunächst elastisch gedehnt. Die
elastische Dehnung ε (dimensionslos als relative Längenänderung) nimmt in diesem elastischen
Bereich nach dem Hookeschen Gesetz (σ = E · ε) proportional zu der Zugbelastung σ
zu, diese ergibt sich als Spannung aus dem Quotienten der aufgebrachten Zugkraft F über
dem vorhandenen Querschnitt A. Die Steigung der Spannungs-Dehnungslinie innerhalb des
elastischen Bereiches wird durch den Elastizitätsmodul E beschrieben. Der Elastizitätsmodul
kann als unmittelbare Vergleichsgröße für die Steifigkeit eines Bauteils, vergleichbar mit einer
Federkonstante, aufgefasst werden.
Bild 4.
Spannungs-Dehnungsdiagramm (links: unlegierter, ferritischer Stahl; rechts:
Aluminiumlegierung).
6

Ab einer gewissen Spannung wird der lineare Bereich verlassen. Dies geschieht entweder
durch eine plötzliche, bleibende Längenänderung (Fließverhalten, linkes Bild) wie
bei einem Baustahl. Würde man dort die Zugkraft wegnehmen, bliebe ein gelängtes Bauteil
zurück. Oder aber man hat ein Bauteil ohne klar erkennbare Fließgrenze, dort wird
ersatzweise die Spannung als Kennwert ermittelt, bei der sich das Bauteil plastisch (bleibend)
um 0,2% verändert. Man spricht dabei eigentlich von der 0,2%-Dehngrenze Rp0,2.
Vereinfachend sei ab hier nur zusammenfassend von der „Elastizitätsgrenze“ Re die Rede, als
der Spannung, bei der sich das Bauteil nennenswert plastisch verformt.
Wichtig: Spricht man von einem Spannungs-Dehnungs-Diagramm oder dem Zugversuch,
so meint man damit in den meisten Fällen einen Versuch bei Raumtemperatur. Für unsere
Betrachtungen in diesem Kapitel wird es aber von entscheidender Bedeutung sein, wie sich
die Parameter Streckgrenze und Elastizitätsmodul im gesamten Temperaturbereich (theoretisch
bis zum Schmelzpunkt des Werkstoffs, in der Realität reicht zum Beispiel bei Stählen ein
Bereich bis 1000°C) ändern. Dazu werden in sogenannten „Warmzugversuchen“ die gleichen
Diagramme aus einem Werkstück erzeugt, was bei jedem weiteren Versuch auf die nächsthöhere
Temperatur erwärmt, dort gehalten und dabei geprüft wurde.
Streckgrenze (Elastizitätsgrenze)
Bis hierher sollte klar werden, dass thermische Einwirkungen, präziser gesagt, örtlich unterschiedliche,
thermische Einwirkungen aufgrund des Längenausdehnungskoeffizienten zu
irgendwelchen thermischen Ausdehnungen oder Schrumpfungen führen können. Deswegen
ist es von hoher Relevanz herauszufinden, ob diese Auswirkungen im Werkstoff zu einer bleibenden
Verformung (plastisch, Verzug) oder einer nicht bleibenden Verformung, die aber sich
aber möglicherweise momentan nicht zurückverformen kann (elastisch, Eigenspannung), führen.
Die Streckgrenze gibt uns darüber Auskunft.
Formelzeichen: Re
Einheit:
N
mm 2
Beispiele für die Streckgrenze unterschiedlicher Werkstoffe bei Raumtemperatur sind in
Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2. Beispiele für die Streckgrenze unterschiedlicher Werkstoffe bei Raumtemperatur.
Werkstoff
Baustahl 185-355
Streckgrenze Re
Feinkornstahl höherer Festigkeitsklassen 460-1300
CrNi-Stahl 185-195
Aluminium (je nach Legierung) 80-450
Kupfer (OFE) 40-80
Betonstahl 500
N
mm 2
7

Die Streckgrenze gibt im Grunde an, wie schwer es ist, ein Werkstück bleibend (plastisch) in
seiner Form zu ändern. Dass dabei die Temperatur eine enorme Rolle spielt, kann man mit
einem leicht nachzumachenden Versuch selbst erfahren. Man nimmt einen Rund- oder Vierkantstab
aus einem Baustahl, Kantenlänge oder Durchmesser im Bereich 6 mm. Die Länge
sollte etwa 500 mm betragen. Versuchen Sie nun, den Stab an den äußeren Enden anzufassen
und rein mit Muskelkraft zu einem 90°-Winkel zu biegen.
Je nach vorhandenen Körperkräften wird das dem ein oder anderen sogar gelingen! Aber die
dafür erforderliche Anstrengung ist enorm.
Nun erhitzt man bei einem unverformten Stab eine Länge von etwa 20 mm in der Mitte des
Stabs (mittels eines Brenners oder Tiefeninduktionsgeräts), bis es gut sichtbar glüht. Versucht
man nun die Verformung, so stellt man fest, dass dies wesentlich einfacher geht.
(Die notwendigen Sicherheitsvorkehrungen im Umgang mit heißen Gegenständen und den
entsprechenden Erwärmungshilfsmitteln sind natürlich einzuhalten)
Praxistipp: Sehen Sie sich an, wie die Rundheit und die Oberfläche der verbogenen Zone
nach der Umformung (bei ähnlichem Biegeradius vergleichen) bei kalter Verformung und warmer
Verformung beschaffen sind. Für die Herstellung der kaltverformten Biegeprobe muss
unter Umständen ein Schraubstock und ein dickeres Stahlrohr als Hebel verwendet werden.
Damit ist festgestellt, dass die Temperatur betreffend der Verformbarkeit eine herausragende
Rolle einnimmt. Bild 5 zeigt exemplarisch die Verläufe der Streckgrenze über der Temperatur
von einem höchstfesten Feinkornstahl S960QL (rot), einem Baustahl S355 (blau) und einem
Chromnickelstahl 1.4301 (grün).
Bild 5.
Streckgrenzenverlauf über der Temperatur verschiedener Metalle.
8

Praxistipp: Als einfache Merkregel kann gelten, dass eine Temperaturerhöhung auf 600°C die
Streckgrenze eines Stahls in etwa halbiert.
Bei zwei der drei gezeigten Stählen ist die Entfestigung mit steigender Temperatur bis 900°C
weitgehend reversibel: Wenn man zur Raumtemperatur zurückkehrt, ist die ursprüngliche Streckgrenze
bei einem Baustahl S355J2+N und einem hochlegierten Chromnickelstahl 1.4301 wieder
hergestellt. Das gilt aber nicht unbedingt, wenn eine so hohe Temperatur über zu lange Zeit
vorherrscht. Denn dann kann sich das Gefüge beispielsweise durch Kornwachstum verändern,
sodass schlichtweg nicht mehr das selbe Material vorliegt. Bei Feinkornstählen in deren Zusatzbezeichnung
ein „Q“ enthalten ist („Quenched“ – also abgeschreckt, wie beim S960QL, die rote
Kurve in Bild 5), gilt es noch einen anderen Effekt zu berücksichtigen, der mit so einer Kurve nicht
erfasst wird: Diese Stähle haben nach dem Abschrecken (Erzeugen einer Bainit-/Martensit-Struktur)
in vielen Fällen eine Anlassbehandlung auf eine gewisse Anlasstemperatur erhalten. Sofern
auch nur kurzfristig diese Temperatur überschritten wird, hat der Stahl die Eigenschaften, als ob
er entsprechend höher angelassenen worden wäre. Das hat zwar positive Auswirkungen auf die
Zähigkeit, die Streckgrenze und damit die Festigkeit wird damit aber abgesenkt. Dahingehend ist
es wichtig, bei der Verwendung von Q-Feinkornstählen deren Anlasstemperatur zu kennen.
Bei Feinkornstählen kommt es bei deutlicher Überschreitung der A3-Temperatur und langsamer
Abkühlung, also beispielsweise in der Wärmeeinflusszone (WEZ) der Schweißnaht, aber
auch beim nicht fachgerecht mit zu viel Hitze durchgeführten thermischen Richten zu deutlicher
Entfestigung, welche gleichzeitig mit Zähigkeitsverlust einher geht. Hierbei kommt es
je nach Hersteller ein und derselben Stahlbezeichnung zu deutlichen Unterschieden in der
Empfindlichkeit.
Gleichzeitig gibt die Streckgrenze Auskunft über die BELASTBARKEIT eines Metalls, die beispielsweise
in Form einer Durchbiegung unter Last sichtbar wird. Da kommt es immer wieder
intuitiv zu Verwechslungen! Immer höhere Festigkeit bedeutet nicht, dass sich das Material
unter einer hohen Last weniger durchbiegt – dafür bräuchte es einen höheren Elastizitätsmodul!
–, nur dass es mehr Durchbiegung problemlos elastisch ertragen kann.
Bild 6.
Die Bildunterschrift lautet nicht „Total überladen!“, sondern „Ultrahochfester
Feinkornstahl im Einsatz!“ (Quelle: Internetseite der Stadt
Lorsch www.lorsch.de)
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Im Fall eines Mobilkran-Auslegers aus ultrahochfestem Feinkornstahl S1300QL (Bild 6) ist das
drastisch zu sehen!
Zusammenfassend: Wenn es darum geht, ein Werkstück über Spannungen zu verformen,
gibt die Streckgrenze quasi die Schwere der Aufgabe an. Je niedriger die Streckgrenze, desto
einfacher ist es, eine plastische Verformung zu erreichen.
Elastizitätsmodul (E-Modul)
Nun wird es scheinbar etwas realitätsfremder. Denn während man in der schweißtechnischen
Praxis mit der Streckgrenze ständig konfrontiert wird, begegnet einem der E-Modul eher selten.
Zu Unrecht, wie sich herausstellen soll.
Formelzeichen: E
Einheit:
N
mm 2
Hergeleitet aus der Steigung des Spannungs-Dehnungsdiagramms, was man aus einem Zugversuch
gewinnen kann, ist der E-Modul so etwas wie die Federsteifigkeit des Materials.
Es geht vereinfacht gesagt darum, welche Längenänderung eine gewisse Last auslöst. Bei
gleichen geometrischen Voraussetzungen wird es so sein, dass die aus gleicher Last resultierende
Auslenkung proportional zur Federkonstante ist (Bild 7).
Bild 7.
Der E-Modul ist quasi die Federkonstante
des Materials.
Dass unser Werkstück normalerweise keine Spiralfederform hat, ist wohlverstanden! Das tut
der Sache aber keinen Abbruch.
In Übertragung auf einen Zugstab aus einem Rundmaterial, an dem ein Gewicht hängt, würde
das bei gleicher Geometrie und gleicher Last bedeuten, dass der Stab aus Aluminium (E-Modul
e2 ca. 70.000 N/mm²) sich etwa dreimal so stark längt wie der gleiche Stab aus einem Stahl
(E-Modul e1 ca. 206.000 N/mm²).
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Dabei ist es wohlgemerkt fast egal, ob es sich um einen einfachen Baustahl S235 oder einen
höherwertigeren Stahl handelt, wie man der Tabelle 3 entnehmen kann.
Tabelle 3. Beispiele für den E-Modul unterschiedlicher Werkstoffe.
(Quelle: Lernunterlagen Schweißfachingenieur der GSI)
Werkstoff
Elastizitätsmodul E
Baustahl ~206.000
CrNi-Stahl ~200.000
Aluminium ~70.000
Kupfer ≈115.000
Betonstahl ~200.000
N
mm 2
Der E-Modul ist erwartungsgemäß auch temperaturabhängig – und zwar bei den meisten
Metallen charakteristisch anders als die Streckgrenze. Was sich als nützlich erweisen wird,
wenn es um das thermische Richten geht.
Bild 8 zeigt wiederum die Verläufe der drei Metalle S355 (blau), S960QL (rot) und 1.4301
(grün). Die Tatsache, dass es in den meisten Fällen nicht möglich ist, solche Verläufe für einen
Stahl / ein Metall selbst vom Hersteller zu bekommen, gibt ein Indiz dafür, dass der E-Modul
meist nicht im Fokus steht.
Bild 8.
Verlauf des E-Modul über der Temperatur.
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Es kann tatsächlich als charakteristisch gelten, dass der Verlauf in keiner Weise linear fallend ist,
sondern dass es einen Bereich mit einem mehr oder weniger stark ausgeprägten Steilabfall gibt.
Wer sich beim Lesen bis hierher gefragt hat, warum dem Elastizitätsmodul hier eine so große
Aufmerksamkeit geschenkt wird, möge sich bis in spätere Kapitel gedulden, wenn es um den
Unterschied zwischen „Biegen“ und „Richten“ geht – und um die Frage, wer denn beim thermischen
Richten die Spannung aufbaut, also die Arbeit macht!
2.5 Temperatur
Es dürfte überraschen, dass die Temperatur als vollkommen grundlegende Größe hier separat
aufgeführt wird, während das bei ähnlichen Parametern wie einer „Länge“ nicht der Fall ist. Dafür
gibt es aber mehrere gute Gründe, wie sich in jahrzehntelanger Praxiserfahrung herausgestellt hat.
2.5.1 Augenblickstemperatur am Einzelort versus Gleichgewichtstemperatur
Eines der großen Verstehenshemmnisse ist der Unterschied zwischen den beiden. Mit einer
„Gleichgewichtstemperatur“ sei in diesem Fall das gemeint, was man mit einfachen Mitteln
messen kann.
Beispiel Vorwärmung:
Ein Werkstück aus einem Stahlguss habe zuvor komplett ausgeglichen 20°C, eine Gleichgewichtstemperatur.
Also sowohl an der Oberfläche, als auch im Innern. Wo man misst und
was für eine Reaktionszeit das Messgerät hat, spielt keine Rolle.
Nun muss es für einen Schweißvorgang auf 350°C aufgewärmt werden, da die Berechnung aus
der DIN EN 1011 dies für die Kombination aus Material, Geometrie und Schweißprozess vorgibt.
Als Vorwärmwerkzeug wird beispielsweise ein Acetylen-Sauerstoff-Brenner verwendet (Bild 9).
Bild 9.
Wärmeeinbringung mit der Flamme. (Quelle: www.linde-gas.at)
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Am Ende des Prozesses und einer Ausgleichs-Wartezeit, deren grundlegende Notwendigkeit
einem in der DIN EN ISO 13916 vorgegeben wird, kann man wiederum mit einem Thermometer
eine Gleichgewichtstemperatur (hier beispielsweise die 350°C) messen. Und der „alte
Hase“ sieht anhand der gleichmäßig blauen Anlauffarben, dass man im richtigen Temperaturfenster
ist. Wäre das Werkstück nur braun angelaufen, können keine 350°C gleichmäßig
erreicht gewesen sein! Dass die Verfärbung die Anwesenheit von Luftsauerstoff voraussetzt,
sei nur am Rande erwähnt.
Bild 10. Die Anlauffarben sind nur ein
Indikator für eine Gleichgewichtstemperatur.
Was hat es aber mit der „Augenblickstemperatur am Einzelort“ auf sich?
Es dürfte einleuchten, dass bei einer auf Wärmeleitung basierenden Vorwärmung von der Oberfläche
her und mit einer über 3000°C heißen Flamme an der Oberfläche kurzzeitig und von
Punkt zu Punkt unterschiedliche Übertemperaturen jenseits der benötigten 350°C geherrscht
haben. Außerdem gab es zu jedem Zeitpunkt auf dem Weg von direkt unterhalb der Oberfläche
auf die Gegenseite einen Temperaturverlauf.
Welche Temperatur zu welchem Zeitpunkt im Werkstück vorlag, wird sich mit vernünftigem
Aufwand keineswegs feststellen lassen. Im Beispielfall „Vorwärmen“ ist das für viele Werkstücke
vielleicht auch irrelevant, man muss nur sicher sein können, den Werkstoff nicht thermisch
geschädigt zu haben. Wie man das sicherstellt, ist im Einzelfall festzulegen und hängt
stark vom Werkstoff ab. Mit einer Temperaturmessung jedoch ziemlich sicher nicht. Spätestens
im Flammbereich wird keine Temperaturmessmethode verlässliche Ergebnisse zeigen.
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