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Fachübersicht

Die Ausschnittsverstärkung nach UG-37 beantwortet nur die Frage, ob genug Querschnittsfläche um einen Stutzen vorhanden ist – nicht, wie die Teile miteinander verschweißt sein müssen. Dafür gilt ASME BPVC Section VIII Division 1, UW-16: Der Paragraph legt zulässige Anschlussnaht-Ausführungen an Ausschnitten fest und definiert Mindestmaße für Kehl- und Einschweißnähte. Dieses Modul prüft die gewählte Nahtausführung gegen genau diese Anforderungen.

Die Nahtausführung wird grafisch aus den Skizzen der Figure UW-16.1 gewählt – vom durchgesteckten Stutzen mit beidseitiger Kehlnaht über aufgesetzte Stutzen bis zu Ausführungen mit Verstärkungsscheibe. Das Modul prüft anschließend das Kehlnaht-Schenkelmaß bzw. die Nahtdicke tc, die Nahtmaße t1 und t2 samt deren Mindestsumme, das Kehlnahtmaß tw und die Randnähte der Verstärkungsscheibe gegen die UW-16-Grenzen (tmin, 0,7·tmin, 1,25·tmin).

Wer Stutzennähte nach ASME VIII-1 berechnen bzw. prüfen muss, braucht UW-16 bei jeder Stutzen- und Anschlusskonstruktion: in der Detailkonstruktion, bei der Prüfplanerstellung und bei der Bewertung von Abweichungen in der Fertigung, wenn ein ausgeführtes Kehlmaß hinterfragt wird.

ASME BPVC Sec. VIII Div. 1, UW-16 & Figure UW-16.1 · ASME

Anwendungsbereich

  • Anschlussnaht-Ausführung an Ausschnitten (ASME VIII-1 UW-16)

Typischer Arbeitsablauf

  1. Nahtausführung nach Figure UW-16.1 wählen

    Aus den in der Maske eingebetteten Skizzen der Figure UW-16.1 wird die konstruktiv vorgesehene Ausführung gewählt: durchgesteckt oder aufgesetzt, voll durchgeschweißt oder teilweise eingeschweißt, mit oder ohne Verstärkungsscheibe. Jede Skizze hat eigene Anforderungen an die nachzuweisenden Nahtmaße.

  2. Maßgebende Wanddicken bestimmen

    Aus den Dicken der zu verbindenden Teile (Mantel, Stutzen, Verstärkungsscheibe) wird t_min als der kleinere Wert aus 19 mm (3/4 in.) und der Dicke des dünneren Teils gebildet. t_min ist die Bezugsgröße für fast alle Mindestnahtmaße des UW-16.

  3. Mindestnahtmaße ermitteln

    Je nach Ausführung fordert UW-16: die Kehlnaht-Rechenmaßdicke tc mindestens als kleinerer Wert aus 6 mm und 0,7·t_min; für kombinierte Nähte die Einzelmaße t1 und t2 mit ihrer Mindestsumme (typisch 1,25·t_min); für Verstärkungsscheiben-Randnähte das Kehlmaß tw in Abhängigkeit von Scheiben- und Grundwerkstoffdicke.

  4. Ausgeführte Nahtmaße prüfen

    Die tatsächlich vorgesehenen bzw. gefertigten Nahtmaße (Schenkellänge, Einschweißtiefe) werden in Rechenmaßdicken umgerechnet – bei gleichschenkligen Kehlnähten gilt tc = 0,7·Schenkelmaß – und gegen die Mindestwerte verglichen.

  5. Ergebnis dokumentieren

    Das Modul weist für jede Naht das erforderliche und das vorhandene Maß aus. Nicht erfüllte Anforderungen zeigen unmittelbar, welche Naht vergrößert oder welche Ausführung nach Figure UW-16.1 alternativ gewählt werden muss. Der Festigkeitsnachweis der Nahtpfade (weld load paths nach UG-41/UW-15) ist ein separater Schritt.

Häufige Fragen

Ersetzt UW-16 den Nachweis der Nahtbelastung nach UW-15/UG-41?

Nein, beide Nachweise stehen nebeneinander. UW-16 liefert konstruktive Mindestmaße, damit die Verbindung unabhängig von der rechnerischen Last eine robuste Grundfestigkeit hat. UW-15 in Verbindung mit UG-41 verlangt zusätzlich, dass die Nahtpfade die tatsächlich zu übertragenden Kräfte aus der Ausschnittsverstärkung abtragen können. Bei hoch ausgenutzten Verstärkungen kann der Lastpfadnachweis größere Nähte fordern als die UW-16-Minima.

Was ist der Unterschied zwischen Schenkelmaß und Nahtdicke tc?

Das Schenkelmaß (leg) ist die Kathetenlänge der Kehlnaht, tc ist die Rechenmaßdicke (throat) – bei gleichschenkligen Kehlnähten das 0,707-fache des Schenkelmaßes; UW-16 rechnet vereinfacht mit Faktor 0,7. Wer die geforderte Nahtdicke tc direkt als Schenkelmaß fertigt, unterschreitet die Anforderung um rund 30 % – eine klassische Fehlerquelle bei der Umsetzung in die Schweißanweisung.

Warum gibt es die Obergrenze von 19 mm bei t_min?

Die Mindestnahtmaße sollen ein Abreißen der Anschlussnaht bei Schrumpf-, Biege- und Anfahrbeanspruchungen verhindern. Ab einer gewissen Blechdicke wächst dieser Bedarf nicht mehr proportional zur Wanddicke; UW-16 kappt die Bezugsgröße deshalb bei 19 mm (3/4 in.). Dickere Bauteile erfordern also keine beliebig großen Kehlnähte – maßgebend bleibt dann der Lastpfadnachweis.

Gelten die UW-16-Anforderungen auch für Verstärkungsscheiben?

Ja. Die Randnähte der Verstärkungsscheibe (reinforcing pad) haben eigene Mindestmaße tw, abhängig von Scheibendicke und t_min; zusätzlich muss die Scheibe über die Nähte an den Lastpfaden teilnehmen können. Ferner verlangt der Code ein Prüfloch (telltale hole) in der Scheibe, das nicht verschweißt werden darf – es dient der Dichtheitskontrolle der innenliegenden Naht.

Rechenbeispiel

Ein durchgesteckter Stutzen (Ausführung nach Figure UW-16.1 mit beidseitiger Kehlnaht) wird in einen Behältermantel eingeschweißt. Zu prüfen ist das erforderliche Mindestmaß der äußeren Kehlnaht nach UW-16.

Gegeben

Wanddicke Stutzen tn8,8 mm
Wanddicke Mantel ts12,0 mm
Obergrenze für tmin nach UW-1619 mm (3/4 in.)

Lösungsweg

Maßgebende Dicke tmin

tmin = min(19 mm; tn; ts) = min(19; 8,8; 12,0) = 8,8 mm

Erforderliche Kehlnaht-Rechenmaßdicke tc

tc ≥ min(6 mm; 0,7·tmin) = min(6 mm; 0,7 · 8,8 mm) = min(6; 6,16) = 6,0 mm

Umrechnung in das Schenkelmaß

Für eine gleichschenklige Kehlnaht gilt tc = 0,7 · Schenkelmaß, also:

Schenkelmaß ≥ 6,0 / 0,7 = 8,6 mm

Gewählt wird eine Kehlnaht mit 9 mm Schenkelmaß (tc = 0,7 · 9 = 6,3 mm ≥ 6,0 mm).

Ergebnis

Maßgebende Dicke tmin8,8 mm
Erforderliche Nahtdicke tc6,0 mm
Gewähltes Kehlnaht-Schenkelmaß9 mm
Berechnungsgrundlage: tmin = min(19 mm; dünnstes Teil) und tc ≥ min(6 mm; 0,7·tmin) nach ASME BPVC VIII-1, UW-16; Umrechnung tc = 0,7·Schenkelmaß für gleichschenklige Kehlnähte.

Technische Inhaltsbasis: LV-Solved-Problems-Content 628d313247e7