HFMI im Brückenbau: höherfrequentes Hämmern (HFH) vorhalten und nachweisen

Was HFMI an der Schweißnaht bewirkt

Beim höherfrequenten Hämmern wird der ermüdungsrelevante Nahtübergang in hoher Schlagfolge wiederholt gehämmert. Zwei unabhängige Quellen beschreiben dieselben drei Wirkungen: Der Übergang vom Grundwerkstoff zur Naht wird ausgerundet, der oberflächennahe Werkstoff verfestigt sich, und es entstehen Druckeigenspannungen, die den Zugspannungen aus der Beanspruchung entgegenwirken (Gerster, DASt-Richtlinie-026-Vortrag 2020; Gölz, Dissertation Universität Stuttgart 2024).

Wirksam ist die Behandlung nur dort, wo das Werkzeug hinkommt: Laut Gölz gilt sie für Schweißnähte, deren Kerben von außen zugänglich sind — also für den Nahtübergang, nicht für die Nahtwurzel. Reißt ein Detail von der Wurzel aus, bringt das Hämmern keinen Gewinn. Gerster fordert entsprechend, dass die zu behandelnden Nahtübergänge gut zugänglich sind; Freistiche an eingeschweißten Quersteifen nennt er als ungeeignete Ausführung.

Diese Seite bezieht sich auf DIN EN 1993-1-9:2010-12 (EN 1993-1-9:2005 + AC:2009), auf ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 1 „Stahlbau“, Stand 2023/12 (Gesamtfassung 2026/01), und auf die DASt-Richtlinie 026 „Ermüdungsbemessung bei Anwendung höherfrequenter Hämmerverfahren“ in der Fassung von 2019. Der Text der Richtlinie liegt uns nicht vor; ihr Inhalt ist hier nach zwei benannten Fachquellen wiedergegeben.

Warum DIN EN 1993-1-9 (2010-12) HFMI nicht trägt

DIN EN 1993-1-9:2010-12 behandelt Nachbehandlungsverfahren außer dem Spannungsarmglühen nicht: „Andere Nachbehandlungsmethoden als Spannungsarmglühen zur Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit werden in dieser Norm nicht behandelt“ (Abschnitt 1.1 (6)). Wer eine gehämmerte Naht im Ermüdungsnachweis besser einstufen will, braucht deshalb eine andere Grundlage.

Für Brücken nennt die ZTV-ING diese Grundlage selbst. In Teil 4 Abschnitt 1 Nr. 4 (8) heißt es: „Mit Zustimmung des Auftraggebers kann die DASt-RiLi 026 ‚Ermüdungsbemessung bei Anwendung höherfrequenter Hämmerverfahren‘ zur Verbesserung der Schweißnahtqualität vereinbart werden.“ HFMI ist an einer Brücke also keine Entscheidung der Werkstatt, sondern eine Vereinbarung mit dem Auftraggeber — sie muss in den Vertrags- und Ausführungsunterlagen stehen.

Die DASt-Richtlinie 026 hat der Deutsche Ausschuss für Stahlbau 2019 veröffentlicht. Was sie regelt, geben die beiden Quellen so wieder (je Punkt mit der Quelle):

• Details: die unbelastete Quersteife, die querbelastete Stumpfnaht und die unbelastete Längssteife. Weitere Konstruktionsdetails sind laut Gölz bislang nicht geregelt. Für Stumpfnaht und Längssteife gibt die Richtlinie laut Gerster bei Werkstoffgüten unter S355 mangels Daten keine Verbesserung an.
• Verfahren: Als qualifiziert gelten HiFIT, PIT und UIT, weil diese Verfahren den ausgewerteten Versuchsdaten zugrunde liegen und in ihrer Wirkung vergleichbar sind. Für andere HFH-Verfahren muss die Bemessung laut Gerster auf Grundlage einer Bauartgenehmigung erfolgen.
• Werkstoff: Laut Gölz gilt die Richtlinie für Stahlsorten bis S700.
• Nahtqualität: Laut Gerster müssen die Anforderungen des Kerbfallkatalogs der DIN EN 1993-1-9 unter Berücksichtigung der Bewertungsgruppe nach DIN EN ISO 5817 eingehalten werden; laut Gölz gelten die Regelungen für Nähte der Bewertungsgruppe B oder höher. An tragenden Bauteilen von Brücken verlangt die ZTV-ING ohnehin Bewertungsgruppe B (Teil 4 Abschnitt 1 Nr. 4 (5)). Gehämmert wird also eine Naht, die vorher die geforderte Qualität hat.

Passend dazu: Vorhabenbezogene Bauartgenehmigung und Zustimmung im Einzelfall: gilt das für meine Brücke?

Beide Quellen berichten, dass die Regeln in die nächste Fassung der EN 1993-1-9 als eigener Anhang aufgenommen werden; die ZTV-ING in der Gesamtfassung 2026/01 nennt die DASt-Richtlinie 026. Vor der Richtlinie lief der Einsatz im gesetzlich geregelten Bereich laut Gerster über den Einzelfall: An der Autobahnbrücke über die A 73 bei Lichtenfels wurde UIT mit Zustimmung im Einzelfall eingesetzt.

Welche erhöhte Kerbfallklasse sich für ein behandeltes Detail ergibt und ab welcher Schwingspielzahl sie angesetzt werden darf, ist Sache der Bemessung, nicht der Werkstatt. Wie der Nachweis mit Nennspannung und Kerbfall grundsätzlich funktioniert, erklärt die Seite zum Nennspannungskonzept mit Kerbfällen nach EN 1993-1-9.

Mindestanforderungen an die Qualitätssicherung

Laut Gerster nennt die DASt-Richtlinie 026 folgende Mindestanforderungen an die Qualitätssicherung:

• Bediener: Die qualifizierten HFH-Verfahren wendet ein geschulter und qualifizierter Bediener an. Seine Prüfung erfolgt in Anlehnung an DIN EN ISO 14732, auf Grundlage einer Fertigungsprüfung für Stumpf- und Kehlnähte mit deren Bewertungskriterien. Die Qualifikation ist auf den Systemhersteller bezogen und nicht auf andere Systeme übertragbar — wer von PIT auf HiFIT wechselt, braucht eine neue.
• Sichtprüfung der Behandlungsspur: Bediener und Schweißaufsicht prüfen die Behandlungsspur visuell. Sicherzustellen ist, dass die ermüdungskritischen Nahtübergänge vollständig behandelt und die ursprüngliche Nahtübergangskerbe vollständig erfasst ist.
• Kennzeichnung: Die mit dem HFH-Verfahren behandelten Schweißnahtübergänge sind in den Ausführungsunterlagen zu kennzeichnen.

Wer im Brückenbau die Schweißaufsicht stellt, regelt die ZTV-ING: Der eingesetzte Schweißfachingenieur braucht ein Zeugnis DVS-Schweißfachingenieur oder ein Diplom als International bzw. European Welding Engineer entsprechend DIN EN ISO 14731 und DIN SPEC PAS 35236 (Teil 4 Abschnitt 1 Nr. 4 (3)). Die Sichtprüfung der Behandlungsspur fällt damit in die Verantwortung derselben Aufsicht, die auch die Schweißarbeiten überwacht.

Behandlungsanweisung und Bericht

Über die Mindestanforderungen hinaus empfiehlt Gerster eine Behandlungsanweisung, erstellt von einem Anwendungsberater, der Konstruktion oder der Schweißaufsicht. Darin sollen die Behandlungsparameter und die zu behandelnden Nahtübergänge (Hotspots) eindeutig festgelegt sein, am besten bildlich, damit der Bediener weiß, welche Stellen er behandeln muss. Nach der Behandlung kann ein Behandlungsbericht mit bildlicher Dokumentation folgen. Gerster führt beides nach den Mindestanforderungen der Richtlinie als weiterführende Qualitätsmerkmale eines Systemherstellers auf, nicht als Vorgabe der Richtlinie selbst.

Was sich am fertigen Bauteil prüfen lässt

Ob die Druckeigenspannungen tatsächlich eingebracht sind, lässt sich laut Gerster nicht mit einem einfachen zerstörungsfreien Verfahren nachweisen; deshalb muss jederzeit überprüfbar sein, ob das Gerät noch die nötige Schlagintensität hat. Gölz bestätigt, dass sich zur Qualitätssicherung von HFH-Verfahren in der Praxis immer wieder Fragen ergeben haben, und beschreibt Härtemessungen in der Behandlungsspur als Gegenstand der Forschung: Mit ihnen lasse sich tendenziell feststellen, ob eine Behandlung stattgefunden hat.

Für den Betrieb heißt das: Der Nachweis der Behandlung stützt sich vor allem auf das, was vorher und während der Arbeit festgehalten wird — Qualifikation, Anweisung, Sichtprüfung, Kennzeichnung — und nicht auf eine Prüfung danach.

Was in die Akte gehört

Aus den genannten Anforderungen leitet sich ab, welche Unterlagen der Betrieb zu einer HFMI-Behandlung an einer Brücke bereithalten sollte:

• die Vereinbarung der DASt-Richtlinie 026 mit Zustimmung des Auftraggebers (ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 1 Nr. 4 (8));
• die Ausführungsunterlagen mit den gekennzeichneten behandelten Nahtübergängen;
• der Qualifikationsnachweis des Bedieners in Anlehnung an DIN EN ISO 14732, bezogen auf das eingesetzte System;
• der Beleg der Sichtprüfung der Behandlungsspur durch Bediener und Schweißaufsicht;
• die Behandlungsanweisung mit Parametern und Hotspots und, wo vereinbart, der Behandlungsbericht;
• die Prüfnachweise der Schweißnaht selbst, denn behandelt wird nur eine Naht, die die geforderte Bewertungsgruppe erreicht.

Neben der Eigenüberwachung des Auftragnehmers überwacht der Auftraggeber die Fertigung im Werk und auf der Baustelle zusätzlich (ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 1 Nr. 5 (1)). Wie die Dokumentation über die Stahlbaufertigung insgesamt gegliedert ist, steht unter ZTV-ING Teil 4.

Was im Einzelfall gilt, steht in den Vertragsunterlagen des Bauvorhabens. Über den Ansatz der Behandlung im Ermüdungsnachweis und über die Abnahme entscheidet die zuständige Stelle.

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