Wie Metallbaubetriebe Stahlbauteile fertigen und prüfen

Metallbau wird als Handwerk wahrgenommen und ist in tragenden Anwendungen ein überwachtes Gewerk. Wer eine Stahlkonstruktion liefert, liefert zugleich eine Reihe von Nachweisen über Werkstoff, Schweißverbindung und Maßhaltigkeit. Ohne diese Nachweise ist ein Bauteil nicht einbaufähig, unabhängig davon, wie sauber es gefertigt wurde.

Was umfasst der Metallbau als Gewerk?

Der Metallbau umfasst die Konstruktion, Fertigung, Oberflächenbehandlung und Montage von Bauteilen aus Stahl, Edelstahl und Aluminium. Das Spektrum reicht von tragenden Hallenrahmen über Treppen, Geländer und Fassadenelemente bis zu Maschinengestellen, Behältern und Anlagenteilen in der Fertigung.

Die Grenze zum Stahlbau verläuft nicht über die Bauteilgröße, sondern über die Tragfunktion. Sobald ein Bauteil Lasten abträgt und als Bauprodukt in ein Werk oder Gebäude eingeht, greift die harmonisierte Norm DIN EN 1090-1, die die Konformitätsbewertung tragender Stahl- und Aluminiumbauteile regelt. Für die Ausführung selbst gilt DIN EN 1090-2.

Die Leistung gliedert sich nach Bauteilgruppe:

Was in jeder dieser Gruppen zuerst festgelegt wird, ist der Werkstoff.

Wie unterscheidet sich die Verarbeitung von Stahl und Edelstahl?

Stahl und Edelstahl unterscheiden sich in der Verarbeitung vor allem durch die Empfindlichkeit der Oberfläche und durch das Verhalten beim Schweißen. Baustahl verlangt einen aufgebrachten Korrosionsschutz, Edelstahl trägt seinen Schutz in der Passivschicht und verliert ihn durch jede Verunreinigung mit Fremdeisen.

Daraus folgt eine getrennte Werkstattorganisation. Edelstahl wird mit eigenen Bürsten, eigenen Schleifmitteln und auf eigenen Arbeitstischen bearbeitet, weil Schleifstaub aus Baustahl auf der Oberfläche anrostet und Lochkorrosion einleitet. Nach dem Schweißen werden Anlauffarben und Zunder entfernt, üblicherweise durch Beizen und Passivieren oder durch mechanische Bearbeitung, erst danach baut sich die Passivschicht wieder auf.

Beim Schweißen wirkt die Wärmeführung unterschiedlich. Austenitische Edelstähle leiten Wärme schlechter und dehnen sich stärker, was Verzug und Eigenspannungen erhöht und eine engere Lagenfolge mit begrenzter Zwischenlagentemperatur verlangt. Baustahl ist in dieser Hinsicht gutmütiger, reagiert dafür bei hohen Dicken auf zu schnelle Abkühlung mit Härterissen.

Der Korrosionsschutz schließt diesen Teil ab und folgt den Korrosivitätskategorien nach DIN EN ISO 12944, bei Feuerverzinkung ergänzt um DIN EN ISO 1461. Hitzebeanspruchte Baugruppen bleiben davon ausgenommen und werden roh oder hochtemperaturbeschichtet geliefert, etwa Ofengestelle und Abstandsgitter für den Saunabau als Gewerk, wo eine übliche Beschichtung bei Betriebstemperatur ausgasen würde.

Wie belastbar eine Verbindung ist, entscheidet sich an den Nachweisen zum Schweißen.

Welche Schweißnachweise verlangt der Metallbau?

Verlangt wird ein Nachweis auf drei Ebenen: für den Betrieb, für das Verfahren und für die Person am Brenner. Der Betrieb weist die Eignung nach DIN EN ISO 3834 nach, das Verfahren über eine Verfahrensprüfung nach DIN EN ISO 15614-1, die Schweißer über eine Prüfung nach DIN EN ISO 9606-1.

Die Ebenen greifen ineinander. Aus der Verfahrensprüfung entsteht ein Prüfbericht, aus diesem wird die Schweißanweisung abgeleitet, die Lagenaufbau, Zusatzwerkstoff, Stromstärke und Vorwärmtemperatur festschreibt. Die Schweißerprüfung bestätigt, dass eine Person genau diesen Bereich beherrscht, begrenzt auf Verfahren, Werkstoffgruppe, Dicke und Position, und sie ist befristet.

Hinzu kommt die verantwortliche Schweißaufsicht. Sie prüft Zeichnungen auf Schweißbarkeit, legt die Nahtvorbereitung fest und zeichnet die Dokumentation, und ihre Qualifikationsstufe richtet sich nach der Ausführungsklasse des Bauteils. Die Klassen reichen von einfachen untergeordneten Bauteilen bis zu Konstruktionen mit hoher Schadensfolge, und mit ihnen steigen Prüfumfang und Dokumentationstiefe.

Wo diese Nachweise vorliegen, stellt sich die Frage nach dem Ort der Fertigung.

Was spricht für Vorfertigung in der Werkstatt?

Für die Vorfertigung sprechen gleichbleibende Bedingungen. In der Werkstatt stehen Vorrichtungen, geregelte Temperatur, Hallenkran und Prüfmittel zur Verfügung, und eine Naht lässt sich in der günstigsten Position schweißen statt über Kopf auf einer Leiter.

Die Qualitätsunterschiede sind messbar. Zwangslagen erhöhen die Fehlerrate, Wind kühlt die Naht ab und bläst das Schutzgas weg, Feuchtigkeit bringt Wasserstoff in die Schmelze. Baustellenschweißungen sind deshalb möglich, aber aufwendiger im Prüfumfang, weshalb viele Konstruktionen so geteilt werden, dass vor Ort nur geschraubt wird.

Gegen die Vorfertigung sprechen Transport und Maßabweichungen im Bestand. Der Anschluss an eine vorhandene Konstruktion verlangt ein Aufmaß vor dem Zuschnitt, und bei einer Gründung aus vorgefertigten Betonbauteilen treffen zwei Werksfertigungen mit unterschiedlichen Toleranzsystemen aufeinander. Beide liefern genaue Teile, ohne dass die Anschlüsse deshalb zusammenpassen.

Welcher Spielraum bleibt, ist eine Frage der zulässigen Abweichungen.

Welche Toleranzen gelten für Metallbauteile?

Für geschweißte Metallbauteile werden die zulässigen Abweichungen nach DIN EN ISO 13920 vereinbart. Die Norm führt Toleranzklassen für Längen- und Winkelmaße sowie Klassen für Form und Lage, also für Geradheit, Ebenheit und Parallelität, und beide werden getrennt angegeben.

Für tragende Bauteile tritt DIN EN 1090-2 daneben und unterscheidet wesentliche von funktionalen Toleranzen. Wesentliche Toleranzen betreffen die Tragfähigkeit und sind nicht verhandelbar, funktionale Toleranzen betreffen Passung und Erscheinungsbild und werden in zwei Klassen ausgewiesen. Bei spanender Bearbeitung und Blechzuschnitten kommt DIN EN ISO 2768 für Maße ohne Einzeltoleranzangabe hinzu.

Die praktische Folge betrifft die Ausschreibung. Eine Zeichnung ohne Angabe der Toleranzklasse wird nach der gröbsten zulässigen Stufe gefertigt, und das ist zulässig. Wer engere Maße braucht, benennt sie, und wer sie an jeder Kante fordert, bezahlt eine Genauigkeit, die an den meisten Stellen keine Funktion hat.

Ausgleichsmöglichkeiten gehören daher in die Konstruktion. Langlöcher, Futterplatten und justierbare Konsolen nehmen die Differenz zwischen zwei Gewerken auf, und sie sind billiger als jede Nacharbeit vor Ort.

Ob die geforderten Maße erreicht wurden, zeigt sich bei der Übergabe.

Was gehört zur Abnahme einer Stahlkonstruktion?

Zur Abnahme gehören die Sichtprüfung der Konstruktion, das Aufmaß gegen die Werkstattzeichnung, die Prüfung des Korrosionsschutzes und die Übergabe der Dokumentation. Rechtlich ist die Abnahme nach der Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen der Zeitpunkt, an dem Gefahr und Gewährleistungsfrist übergehen.

Die Dokumentation ist der Teil, der am häufigsten fehlt. Zu ihr gehören Leistungserklärung und Kennzeichnung der Bauteile, Werkstoffbescheinigungen für die eingesetzten Stähle, Schweißanweisungen, Prüfberichte aus zerstörungsfreien Prüfungen sowie das Protokoll der Schichtdickenmessung beim Korrosionsschutz.

Zerstörungsfreie Prüfungen richten sich nach der Ausführungsklasse. Jede Naht wird sichtgeprüft, darüber hinaus werden Stichproben mit Ultraschall oder Durchstrahlung geprüft, bei Oberflächenrissen mit Magnetpulver- oder Farbeindringprüfung. Wer bei der Abnahme einer Konstruktion den Prüfplan nicht vorliegen hat, kann den Umfang nicht beurteilen, denn Nachprüfungen am eingebauten Bauteil sind erheblich teurer.

Nach der Übergabe verschiebt sich die Verantwortung auf den Betreiber, und damit auf die Instandhaltung.

Wann lohnt sich die Vergabe an einen zertifizierten Metallbaubetrieb?

Die Vergabe an einen zertifizierten Betrieb lohnt sich, sobald ein Bauteil Lasten trägt, Personen sichert oder in eine genehmigte Anlage eingeht. In diesen Fällen ist die Zertifizierung nach DIN EN 1090-1 keine Zusatzleistung, sondern Voraussetzung für die Verwendbarkeit des Bauteils.

Ablesbar ist die Eignung an vier Punkten: an der Ausführungsklasse, für die der Betrieb zertifiziert ist, an der Qualifikationsstufe der Schweißaufsicht, an den Verfahrensprüfungen für die benötigte Werkstoffgruppe und an der Ausstattung für den Korrosionsschutz. Ein Betrieb, der Edelstahl im Hygienebereich verarbeitet, weist zusätzlich getrennte Arbeitsbereiche und das Verfahren zur Oberflächenbehandlung nach.

Keinen Vorteil bringt die Zertifizierung bei nicht tragenden Einzelstücken ohne Sicherheitsfunktion, etwa einer Abdeckung oder einem Transportgestell für den eigenen Werkstattgebrauch. Die Grenze verläuft an der Schadensfolge. Entscheidend ist nicht, was ein Bauteil kostet, sondern was passiert, wenn es versagt, und diese Einordnung gehört vor die Anfrage und nicht in die Abnahme. Ergänzt wird sie durch die Frage nach der Instandhaltung, denn Beschichtungen, Lagerungen und bewegliche Teile brauchen ein festgelegtes Wartungsintervall, das im Zuge der Übergabe mit dem Betreiber vereinbart wird.