Bolzenschweißen im Brücken- und Verbundbau: Verfahren, Prüfung, Nachweise

Was ist Bolzenschweißen?

Beim Lichtbogenbolzenschweißen werden überwiegend stiftförmige Metallteile mit einem metallischen Werkstück verschweißt. ISO 14555 nennt als Anwendungen unter anderem den Brückenbau (besonders im Verbundbau), den Stahlbau und den Schiffbau.

Der Ablauf lässt sich an den Begriffen der Norm ablesen: Der Bolzen wird vom Werkstück abgehoben (Hub), zwischen Bolzen und Werkstück brennt für die Schweißzeit ein Lichtbogen, danach taucht der Bolzen in die Schmelze auf der Werkstückseite ein (Eintauchen). Um den Bolzenfuß bildet sich dabei ein Schweißwulst aus verdrängter Schmelze.

Die Qualität einer Bolzenschweißung hängt laut ISO 14555 nicht nur daran, dass die Schweißanweisung eingehalten wird, sondern auch an der Funktion der Schweißpistole, am Zustand der Bauteile und des Zubehörs und an der Stromversorgung. Deshalb verlangt die Norm Prüfungen nicht nur einmalig, sondern laufend in der Fertigung.

Diese Seite bezieht sich auf ISO 14555:2025 (in Deutschland DIN EN ISO 14555:2026-01, ersetzt die Ausgabe 2017), auf ISO 13918:2017 mit Änderung A1:2021 (DIN EN ISO 13918:2021-12) und auf ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 2 „Stahlverbundbau“, Stand 2023/12 (Gesamtfassung 2026/01). ISO 14555 gilt für das Lichtbogenbolzenschweißen metallischer Werkstoffe unter ruhender und unter Ermüdungsbeanspruchung.

Hubzündung, Kurzzeit-Hubzündung, Spitzenzündung

ISO 13918 ordnet die Bolzentypen drei Schweißtechniken zu:

• Hubzündung mit Keramikring oder Schutzgas: Gewindebolzen, Bolzen ohne Gewinde, Isolierstifte, Bolzen mit Innengewinde und die Kopfbolzen (Kurzzeichen SD).
• Kurzzeit-Hubzündung: Gewindebolzen mit Flansch, Bolzen ohne Gewinde und mit Innengewinde (PS, US, IS) — ohne Keramikring.
• Spitzenzündung: Gewindebolzen, Bolzen ohne Gewinde und mit Innengewinde (PT, UT, IT) — ebenfalls ohne Keramikring. Der Bolzen trägt eine Zündspitze; der Hub beschreibt hier den Zündspalt.

Für Kopfbolzendübel im Brückenbau ist damit nur die Hubzündung relevant. Die ZTV-ING legt den Prozess fest: Kopfbolzen sind mit dem Schweißprozess 783 zu verschweißen (Teil 4 Abschnitt 2 Nr. 3.2 (1)).

Aluminium: Bolzen aus Aluminium führt ISO 13918 in Tabelle 2 nur bei der Spitzenzündung — Typ UT aus Werkstoffgruppe 21 und Typ IT aus Werkstoffgruppe 22.3 nach ISO/TR 15608.

Wie groß ein Bolzen bei welcher Variante sein kann, zeigt der informative Anhang B von ISO 14555: mit Keramikring Schweißdurchmesser von 3 bis 25 mm in Wannenposition (PA), mit Schutzgas 3 bis 16 mm, ohne Schweißbadschutz 3 bis 10 mm. Die Mindestdicke des Grundwerkstoffs gibt der Anhang mit Keramikring als 0,25 d an, mit Schutzgas als 0,125 d — jeweils nicht unter 1 mm, damit der Grundwerkstoff nicht durchbrennt. Andere Anforderungen der Anwendung können größere Dicken verlangen.

Keramikring und Schweißbadschutz

Als Schweißbadschutz bezeichnet ISO 14555 den Einsatz von Keramikringen oder Schutzgas, die das Schmelzbad vor der Atmosphäre schützen. Mit Schweißbadschutz ist die Oberfläche des Schweißwulstes glatt und glänzend. Für Kopfbolzen sieht ISO 13918 die Keramikringe UF sowie DF vor; DF steht für das Durchschweißen, bei dem Kopfbolzen durch ein Stahlblech unter 3 mm Dicke hindurch auf die Stahlkonstruktion geschweißt werden.

Die Art des Schweißbadschutzes ist keine Nebensache für das Personal: Wechselt ein Bediener von Keramikring zu Schutzgas oder zu einer Schweißung ohne Schutz, braucht er nach ISO 14555 Abschnitt 6.1 eine neue Qualifizierung. Nur eine Qualifizierung ohne Schweißbadschutz deckt das Schweißen mit Schutzgas mit ab. Wie Keramikringe nach dem Schweißen entfernt werden, gehört bei besonderen Verfahren in die Schweißanweisung (Abschnitt 9.13).

Kopfbolzen an Verbundbrücken: was die ZTV-ING verlangt

ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 2 regelt die Kopfbolzen in Nr. 3.2. Die Kernpunkte für den ausführenden Betrieb:

• Werkstoff und Zeugnis: Welche Stahlsorte und welchen Bolzentyp die ZTV-ING verlangt, welche Grenzwerte ISO 13918 dafür setzt und welches Zeugnis vor Beginn der Fertigung vorliegen muss (Nr. 3.2 (1) und (2)), steht auf der Seite Kopfbolzen.
• Ort: Bolzenschweißverbindungen von Verbundbrücken sind grundsätzlich im Herstellerwerk herzustellen, Ausnahmen nur in begründeten Einzelfällen (Nr. 3.2 (1)).
• Betrieb und Personal: Ausführung und Qualitätskontrolle nach DIN EN ISO 14555; der Betrieb braucht eine Qualifikation nach deren Abschnitt 10 und muss die umfassenden Qualitätsanforderungen erfüllen; eingesetzt wird nur Personal, das nach DIN EN ISO 14732 und DIN EN ISO 14555 Abschnitt 6 qualifiziert ist (Nr. 3.2 (3)). Die ZTV-ING nennt dafür „Tabelle B.1“ — das ist die Nummerierung der Ausgabe 2017. In ISO 14555:2025 stehen die Qualitätsanforderungen in Anhang A, Tabelle A.1; Tabelle B.1 ist dort der Arbeitsbereich der Verfahrensvarianten.
• Ausnahme Lichtbogenhandschweißen: Einzelne Kopfbolzen dürfen in begründeten Ausnahmefällen mit Zustimmung des Auftraggebers auf der Baustelle mit den Prozessen 111, 135/138 oder 136 angeschlossen werden — mit mehrlagiger Kehlnaht a ≥ 6 mm, Nahtfläche mindestens gleich der Schaftquerschnittsfläche und vorheriger Sicht- und Biegeprüfung in Anlehnung an DIN EN ISO 14555 (Nr. 3.2 (4)).
• Wulstmaße: Für die Bewertung gilt DIN EN ISO 13918, aber abweichend von deren Richtwerten muss der Schweißwulst mindestens 0,15 d hoch und im Durchmesser größer als das 1,2-Fache des Schaftdurchmessers sein (Nr. 3.2 (9)).
• Mängel: In nicht hoch auf Ermüdung beanspruchten Bauteilen darf ein mangelhafter Kopfbolzen nur nach Zustimmung des Auftraggebers ausgebessert werden; in hoch auf Ermüdung beanspruchten Bauteilen ist er kerbfrei auszutauschen, Ausbessern mit anderen Verfahren ist dort nicht zulässig, und vor dem neuen Aufschweißen ist der Bereich per MT-Prüfung auf Rissfreiheit zu prüfen (Nr. 3.2 (5) und (6)). Abtrennen und neu Aufschweißen ist dem Fertigungsüberwacher des Auftraggebers anzuzeigen und nur nach freigegebener Arbeitsanweisung zulässig (Nr. 3.2 (10)).

Welche Bereiche hoch auf Ermüdung beansprucht sind, wird in der zu prüfenden Ausführungsplanung festgelegt und gekennzeichnet — die ZTV-ING nennt als Anhalt eine Ausnutzung der Ermüdung über 50 % und zählt Bauteile wie direkt durch Radlasten beanspruchte Verbundbauteile auf (Nr. 3.2 (7) und (8)).

Verfahrensprüfung und Personal nach ISO 14555

Für Bolzen unter Ermüdungsbeanspruchung — die Norm nennt als Beispiel ausdrücklich den Brückenbau — gelten nach Tabelle A.1, sofern nichts anderes festgelegt ist, die umfassenden Qualitätsanforderungen nach ISO 3834-2. Dann ist die Schweißanweisung durch eine Verfahrensprüfung nach Abschnitt 10.2 zu qualifizieren; eine Qualifizierung über frühere Erfahrung sieht Tabelle A.1 nur bei den elementaren Anforderungen vor.

Den Prüfumfang der Verfahrensprüfung legt Tabelle 1 fest. Für die umfassenden Anforderungen mit Schweißbadschutz bei Einsatz bis 100 °C: bei Bolzendurchmessern bis 12 mm Sichtprüfung aller Bolzen und zehn Biegeprüfungen um 60°; über 12 mm fünf Biegeprüfungen, fünf Zugversuche (wahlweise Durchstrahlung) und zwei Makroschliffe.

Die Qualifizierung gilt zeitlich unbefristet, solange sich an der Qualität nichts ändert und das Überwachungsprotokoll nach Abschnitt 14.6 geführt wird. Weil das Ergebnis aber auch an der Erfahrung des Bedieners hängt, ist mindestens einmal im Jahr eine Fertigungsprüfung nach 14.2 durchzuführen; ruht die Fertigung länger als ein Jahr, ist die Qualifizierung durch eine Fertigungsprüfung zu bestätigen (Abschnitt 10.2.8.1).

Bediener werden nach ISO 14732 qualifiziert, auch auf Basis einer Fertigungsprüfung mit mindestens zehn Bolzen (Sichtprüfung aller, Biegeprüfung an fünf) und einer Prüfung der Fachkenntnisse. Die Schweißaufsicht richtet sich nach ISO 14731; wer Bolzenschweißen beaufsichtigt, muss die Parameter Hub, Bolzenüberstand, Stromstärke und Schweißzeit auswählen und einstellen können (Abschnitt 6).

Prüfungen in der Fertigung

ISO 14555 Abschnitt 14 staffelt die Prüfungen nach ihrem Zweck:

• Fertigungsprüfung (14.2): vor Beginn der Schweißarbeiten an einem Bauwerk oder einer Gruppe gleichartiger Bauwerke und/oder nach einer festgelegten Anzahl Schweißungen. Mindestens zehn Bolzen; mit Schweißbadschutz Sichtprüfung aller, Biegeprüfung an fünf und bei Bolzen über 12 mm zwei Makroschliffe. Sie gilt nur für den verwendeten Bolzendurchmesser, den Grundwerkstoff und den Gerätetyp.
• Vereinfachte Fertigungsprüfung (14.3): vor Beginn jeder Schicht, mindestens drei Bolzen, Sicht- und Biegeprüfung an allen. Sie zeigt, ob das Gerät richtig eingestellt ist und richtig arbeitet; das Ergebnis ist zu dokumentieren.
• Fertigungsüberwachung (14.5): Sichtprüfung aller Schweißungen und regelmäßige Kontrolle der Parameter aus der Schweißanweisung. Bei Bolzen mit Keramikring, die über eine Vorproduktionsprüfung qualifiziert sind, kommen eine Biegeprüfung um 15° an mindestens 5 % der Bolzen bzw. zwei je Träger und eine Klangprüfung an allen Bolzen hinzu.

Fällt ein Bolzen der Fertigungsprüfung durch, dürfen zwei weitere geprüft werden; fällt davon einer durch, sind Korrekturmaßnahmen zu treffen und die Prüfung ist zu wiederholen (14.4).

Fehler beim Bolzenschweißen erkennen

Die Abnahmekriterien stehen in Abschnitt 12 von ISO 14555:

• Sichtprüfung: Der Schweißwulst muss den Bolzenschaft vollständig über 360° umschließen; Einbrandkerben und eine Minderung des Nenndurchmessers sind nicht zulässig, das Schmelzbad darf das Werkstück nicht durchdringen.
• Biegeprüfung: Bestanden, wenn nach dem Biegen auf den geforderten Winkel keine Risse in der Schweißzone oder der Wärmeeinflusszone auftreten. Bei den umfassenden Anforderungen und Einsatztemperaturen unter 100 °C wird um 60° gebogen. Gebogene Kopfbolzen werden nicht zurückgebogen; bis 30° Biegewinkel ist die Schubtragfähigkeit laut Norm nicht wesentlich gemindert.
• Fehlerfläche: Bei den umfassenden Anforderungen darf die Gesamtfläche aller Unregelmäßigkeiten 5 % der Fläche der Schweißzone nicht überschreiten.
• Klangprüfung: Der Kopf des Kopfbolzens wird mit einem Hammer von 0,9 bis 2 kg angeschlagen; ein klarer Klang gilt als in Ordnung, ein dumpfer weist auf einen möglichen Bindefehler hin. Die Norm betont, dass Ausführung und Bewertung Erfahrung brauchen.

Typische Verdachtsmomente nennt die Norm in Abschnitt 14.7: eine teilweise matte und poröse Wulstoberfläche, ein unregelmäßiger Wulst, Schiefstellung oder eine Bolzenlänge außerhalb der Vorgabe. Bei vorwiegend ruhender Last oder einer Ermüdungsausnutzung unter 50 % wird ein solcher Bolzen um 15° gebogen oder begrenzt auf Zug geprüft; mangelhafte Bolzen werden dort nach dem vorab vereinbarten Verfahren ausgebessert oder neu geschweißt. Bei nicht vorwiegend ruhender Last und einer Ausnutzung über 50 % verlangt die Norm, mangelhafte Bolzen immer zu entfernen und zu ersetzen; Ausbessern mit anderen Schweißverfahren und zusätzliche Bolzen neben dem mangelhaften sind dann nicht zulässig. Die ZTV-ING ergänzt für Brücken das kerbfreie Austauschen, die MT-Prüfung vor dem neuen Aufschweißen und die Festlegung dieser Bereiche in der Ausführungsplanung (siehe oben).

Das Symbol für Bolzenschweißen in der Zeichnung

ISO 2553 führt ein eigenes Grundsymbol für Bolzenschweißungen. Links neben dem Symbol steht der Bolzendurchmesser d; Schweißungen in Reihe werden rechts davon mit ihrer Anzahl n und dem Abstand e (Mitte zu Mitte) angegeben (ISO 2553:2019, Abschnitt 5.11).

Was in die Akte gehört

Der Hersteller führt nach ISO 14555 Abschnitt 14.6 ein Überwachungsprotokoll mit den Ergebnissen der Fertigungsprüfung, der vereinfachten Fertigungsprüfung und der Fertigungsüberwachung; die Norm bietet dafür in Anhang E ein Musterformular an. Die Schweißanweisung selbst enthält für die Hubzündung unter anderem Schweißstrom, Schweißzeit, Bolzenüberstand und Hub. Für Brücken verlangt die ZTV-ING, das Schweißen der Kopfbolzen nach Abschnitt 1 zu dokumentieren (Nr. 3.2 (11)) — also in der Dokumentation über die Stahlbaufertigung, die ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 1 Nr. 8 gliedert. Dazu gehören die Abnahmeprüfzeugnisse 3.1 der Kopfbolzen; Werkstoffzeugnisse nach EN 10204 lassen sich in BrückenNorm der Charge und Position zuordnen.

Was im Einzelfall gilt, steht in den Vertragsunterlagen des Bauvorhabens. Über Prüfumfang und Abnahme entscheidet die zuständige Stelle.

BrückenNorm läuft auf StahlNorm.