Einblick in unseren Prozess: Der wahre Grund, warum wir uns auf britische Ingenieurbüros konzentrieren, die für jede Wellenbestellung eine Dokumentation gemäß BS EN ISO 15614 fordern.

Als ich 2015 meine Zusammenarbeit mit britischen Ingenieurbüros begann, sah die Diskussion um die Dokumentation von Reibschweißverfahren ganz anders aus als heute. Damals begnügten sich die meisten Einkäufer mit einem Materialprüfzeugnis (MTC) und einem Maßprüfbericht. Heute hingegen erteilen dieselben Firmen keine Bestellung ohne eine vollständige Schweißverfahrensspezifikation (WPS), einen Schweißerqualifikationsnachweis (WPQR) und die Ergebnisse der Verfahrensprüfung – allesamt gemäß der Methodik der BS EN ISO 15614.

Dieser Wandel geschah nicht zufällig. Er ist darauf zurückzuführen, dass die britische Industrie – geprägt von Unternehmen in Ingenieurzentren wie den Midlands, dem Nordosten Englands und Schottland – schmerzlich erfahren musste, dass eine scheinbar einwandfreie Reibschweißung katastrophal versagen kann, wenn das Schweißverfahren nicht ordnungsgemäß ausgeführt wurde. Eine im Betrieb brechende Welle ist nicht nur ein Garantiefall. Sie birgt Haftungsrisiken, kann den Ruf des Unternehmens schädigen und potenziell einen Sicherheitsvorfall darstellen, der die Geschäftsbeziehung des Ingenieurbüros zu seinen Endkunden zerstört.

In diesem Artikel erkläre ich genau, was BS EN ISO 15614 im Zusammenhang mit kundenspezifischen Reibschweißwellenaufträgen bedeutet, welche Dokumentation britische Ingenieurbüros verlangen sollten, wie man die Qualifikationen eines Lieferanten überprüft und was JEC unternimmt, um sicherzustellen, dass jede von uns hergestellte Reibschweißwelle die Dokumentations- und Qualitätsanforderungen des britischen Marktes erfüllt.

Was die Norm BS EN ISO 15614 tatsächlich abdeckt (und was nicht)

BS EN ISO 15614 trägt den offiziellen Titel „Spezifikation und Qualifizierung von Schweißverfahren für metallische Werkstoffe – Prüfteil: Lichtbogen- und Gasschweißen von Stählen sowie Lichtbogenschweißen von Nickel und Nickellegierungen“Die Norm definiert die Methodik zur Qualifizierung eines bestimmten Schweißverfahrens durch physikalische Prüfungen – es wird überprüft, ob die resultierende Schweißverbindung bei Einhaltung des Verfahrens die festgelegten Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften erfüllt.

Folgendes bewirkt der Standard tatsächlich:

• Sie definiert, was eine Schweißverfahrensspezifikation (WPS) enthalten muss – den vollständigen Satz von Schweißparametern, die das Verfahren definieren.
• Es legt die Anzahl, Art und Ausrichtung der Prüfkörper fest, die zur Qualifizierung eines Verfahrens erforderlich sind.
• Es definiert Akzeptanzkriterien für jede Prüfart (Zugfestigkeit, Biegung, Schlagfestigkeit, Härte).
• Es legt die Gültigkeitsbereiche für jeden Parameter fest – den Bereich, innerhalb dessen ein Parameter variieren kann, ohne dass eine erneute Qualifizierung erforderlich ist.

Die Norm BS EN ISO 15614 legt nicht fest, welche mechanischen Eigenschaften erforderlich sind – diese werden durch die Konstruktionsnorm definiert. Die Norm ist eine Qualifizierungsmethode, keine Konstruktionsvorgabe.

Die wichtigsten Dokumente, die jeder britische Beschaffungsingenieur anfordern sollte

1. Schweißverfahrensspezifikation (WPS)

Die Schweißanweisung (WPS) ist das maßgebliche Dokument, das die Herstellung einer spezifischen Reibschweißverbindung definiert. Für eine reibgeschweißte Welle muss die WPS Folgendes festlegen:

• Spezifikationen des Basismaterials — Werkstoffgüten, Dickenbereiche und etwaige Vorwärmanforderungen.
• Maschinenparameter — Spindeldrehzahl (U/min), Reibungsdruck (MPa), Reibungszeit (Sekunden), Stauchdruck (MPa), Stauchweg (mm), Abbrandlänge (mm).
• Umweltbedingungen — Umgebungstemperaturgrenzen, etwaige Reinigungsanforderungen vor dem Schweißen.
• Akzeptanzkriterien — die minimalen mechanischen Eigenschaften, die die qualifizierte Verbindung aufweisen muss.

2. Verfahrensqualifizierungstestprotokoll (PQR)

Der PQR dokumentiert die Ergebnisse der tatsächlich durchgeführten Tests zur Qualifizierung des WPS. Er umfasst:

• Abmessungen und Präparationsmethode der Prüfkörper.
• Tatsächlich gemessene mechanische Eigenschaften – Zugfestigkeit, Streckgrenze, Dehnung, Querschnittsverringerung.
• Ergebnisse des Biegeversuchs (Wurzelbiegung und Flächenbiegung).
• Charpy-V-Kerbschlagzähigkeit bei vorgegebener Temperatur (typischerweise -20°C für Offshore-/Industrieanwendungen in Großbritannien).
• Härteprüfung in der Schweißzone und der Wärmeeinflusszone.
• Ergebnisse der metallographischen Untersuchung (Makro- und Mikroschnitte).

3. Schweißerleistungsqualifikationsnachweis (WPQR)

Das WPQR-Dokument bestätigt, dass der für die Herstellung der Produktionswellen zuständige Bediener für das Reibschweißverfahren geprüft und qualifiziert wurde. Ein qualifiziertes Verfahren kann, wenn es von einem nicht qualifizierten Bediener durchgeführt wird, zu fehlerhaften Schweißnähten führen. Das WPQR-Dokument sollte die Prüfergebnisse des Bedieners für das spezifische, in der Produktion angewandte Verfahren enthalten, wobei dieselben Akzeptanzkriterien wie im PQR-Dokument gelten.

4. Materialprüfzeugnisse (MTCs)

Die Materialprüfzeugnisse (MTCs) lassen sich anhand der Prüfprotokolle des Stahlwerks auf die in den Produktionsschächten verwendeten Grundmaterialien zurückführen. Für jede Materialcharge sollte das MTC die Chargen-/Schmelznummer, die chemische Zusammensetzung (Gew.-% C, Si, Mn, P, S und Legierungselemente) sowie die mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit, Streckgrenze, Bruchdehnung) enthalten.

Kritische Parameter beim Reibschweißen, die kontrolliert werden müssen

Reibschweißen ist ein Fügeverfahren im festen Zustand, bei dem Wärme durch Reibung zwischen zwei rotierenden, unter Druck stehenden Werkstücken erzeugt wird. Im Gegensatz zum Lichtbogenschweißen werden kein Zusatzwerkstoff, kein Schutzgas und kein Schmelzbad benötigt – die Verbindung entsteht durch die Kombination von Reibungswärme und plastischer Verformung unter Druck. Die kritischen Parameter sind:

• Spindeldrehzahl — typischerweise 1.500–3.000 U/min Für Wellendurchmesser bis 50 mm. Die Drehzahl bestimmt die Wärmezufuhrrate. Zu hohe Drehzahl führt zu Überhitzung an der Grenzfläche; zu niedrige Drehzahl erzeugt nicht genügend Wärme für eine ordnungsgemäße Plastifizierung.
• Reibungsdruck — typischerweise 50-150 MPa Abhängig vom Material und Wellendurchmesser drückt der Druck das plastifizierte Material als Grat aus der Fügefläche heraus und gewährleistet gleichzeitig einen engen Kontakt zwischen den Fügeflächen.
• Reibungszeit — typischerweise 2-15 Sekunden Abhängig von Wellengröße und -material. Die Zeit unter Reibungsdruck vor Beginn der Stauchphase. Zu kurz = unvollständige Verbindung; zu lang = übermäßige Wärmeeinflusszone.
• Druckveränderungen — typischerweise 100-200 MPaDer Schmiededruck, der während der letzten Phase des Schweißzyklus angewendet wird, um die Verbindung zu festigen und verbleibende Oxide oder Einschlüsse zu entfernen.
• Abbrandlänge — die Gesamtlänge des während der Reibungs- und Stauchphasen verbrauchten Materials, typischerweise 3-8 mm pro Gelenk für Wellen im Durchmesserbereich von 20-50 mm.

Alle diese Parameter müssen innerhalb der in der qualifizierten Schweißanweisung (WPS) dokumentierten Bereiche liegen. Moderne Reibschweißmaschinen mit CNC-Regelung im geschlossenen Regelkreis können diese Parameter auf ±2 % des Sollwerts genau halten – ältere Geräte ohne Regelung im geschlossenen Regelkreis können jedoch deutlich größere Abweichungen aufweisen.

Die Anforderungen an die mechanische Prüfung: Was „Qualifizierung“ tatsächlich bedeutet

Zugprüfung

Das grundlegendste Abnahmekriterium ist die Zugfestigkeit. Die Schweißverbindung muss mindestens folgende Festigkeit aufweisen: die minimale spezifizierte Zugfestigkeit des schwächeren GrundmaterialsBei einer Welle aus S45C-Kohlenstoffstahl (0,45 % C) mit einer Mindestzugfestigkeit von 580 MPa muss auch die Schweißverbindung eine Zugfestigkeit von ≥ 580 MPa erreichen. Dies erscheint selbstverständlich, doch erstaunlich viele Reibschweißverfahren, die optisch einwandfrei wirken, erreichen aufgrund falschen Reibdrucks oder unzureichender Stauchung nicht die erforderliche Festigkeit.

Biegeprüfung

Biegeversuche beurteilen die Duktilität der Schweißnahtzone, indem eine aus der Schweißnaht entnommene Probe gebogen und der Winkel gemessen wird, bei dem der erste Riss auftritt. Eine intakte Reibschweißnaht biegt sich bis zu einem bestimmten Winkel.180° ohne RissbildungBiegeversuche reagieren besonders empfindlich auf innere Defekte – Porosität, Oxideinschlüsse oder unvollständige Verbindung in der Mitte der Verbindung führen zu vorzeitigem Risswachstum beim Biegen, selbst wenn die Zugproben bestanden wurden.

Charpy-Schlagzähigkeit

Für britische Ingenieuranwendungen – insbesondere in der Öl- und Gasindustrie, der Prozessindustrie und der Schwerindustrie – ist die Charpy-V-Kerbschlagzähigkeit bei-20 °C oder -30 °C ist oft ein obligatorisches Abnahmekriterium. Dabei wird die Beständigkeit der Schweißzone gegen Sprödbruch unter Stoßbelastung bei niedrigen Temperaturen geprüft. Reibschweißungen in Kohlenstoff- und legierten Stählen können bei entsprechender Qualifizierung eine ausgezeichnete Kerbschlagzähigkeit erreichen – wir sehen regelmäßig60-100 Joule bei -20°C für reibgeschweißte Verbindungen aus S45C und 42CrMo.

Härteuntersuchungen

Eine Härtekarte der Schweißzone und der Wärmeeinflusszone (WEZ) liefert einen schnellen, zerstörungsfreien Indikator für den metallurgischen Zustand der Schweißnaht. Die Härte erreicht in der Schweißzone aufgrund des feinkörnigen Gefüges, das sich beim Reibschweißen bildet, ihren Höchstwert und nimmt dann in der WEZ bis zur Härte des Grundwerkstoffs ab. Ein typisches Härteprofil für eine 42CrMo-Reibschweißnaht beträgt etwa280-320 HB in der Schweißzone220-260 HB in der Wärmeeinflusszone und 180-220 HB im Grundmetall.

Unsere Vorgehensweise zur Überprüfung der Qualifikationsdokumentation eines Lieferanten im Bereich Reibschweißen

Dokumentation allein genügt nicht. Wir haben erlebt, dass Lieferanten WPS- und PQR-Dokumente einreichen, die zwar professionell aussehen, aber gefälschte Prüfdaten enthalten – Zahlen, die entweder unmöglich sind (Zugfestigkeiten, die über dem liegen, was das Material tatsächlich erreichen kann) oder verdächtig gerundet (alle Proben zeigen exakt 620 MPa, obwohl reale Prüfergebnisse immer gewisse Abweichungen aufweisen). So überprüfen Sie die Angaben:

Schritt 1: PQR-Nummern mit den Spezifikationen des Basismaterials abgleichen

Wenn der PQR (Physical Quality Report) für eine S45C-Welle eine Zugfestigkeit der Schweißverbindung von 620 MPa ausweist, die Spezifikation für S45C jedoch einen Mindestwert von 580 MPa mit typischen Werten von 600–650 MPa vorsieht, sollten die Messwerte eine gewisse Streuung um den Mittelwert aufweisen. Sind alle Werte identisch, ist dies ein Warnsignal.

Schritt 2: Überprüfen Sie, ob die WPS-Parameterbereiche realistisch sind.

Prüfen Sie anhand der Schweißanweisung (WPS), ob die angegebenen Parameterbereiche realisierbar sind. Beträgt der angegebene Stauchdruckbereich beispielsweise 100–300 MPa, entspricht dies einem Verhältnis von 3:1, in dem kein erfahrener Reibschweißer arbeiten könnte – es käme entweder zu kalten Schweißnähten im unteren Bereich oder zu starkem Grat im oberen Bereich. Eine realistische Schweißanweisung sollte Parameterbereiche von ±10–15 % um den Nennwert aufweisen.

Schritt 3: Metallographische Schliffe anfordern

Bitten Sie den Lieferanten um metallografische Aufnahmen (Makro- und Mikroaufnahmen) der geprüften Schweißverbindung. Eine ordnungsgemäß geprüfte Reibschweißung weist im Bereich der Schweißnaht bei makroskopischer Untersuchung ein charakteristisches „Fischaugenmuster“ auf, ohne sichtbare Porosität, Lunker oder Oxideinschlüsse. Kann oder will der Lieferant keine metallografischen Aufnahmen liefern, ist dies ein ernstes Problem.

Schritt 4: Durchführung einer Produktionsversuchsüberprüfung

Die zuverlässigste Verifizierung ist ein Produktionsversuch mit vollständiger zerstörender Prüfung. Dabei wird die Probewelle bearbeitet, in Abschnitte unterteilt und an Proben aus der Produktionsschweißnaht dieselben mechanischen Prüfungen (Zug-, Biege- und Kerbschlagbiegeversuch) durchgeführt. Ist die Schweißanweisung des Lieferanten korrekt und sind seine Bediener qualifiziert, sollten die Ergebnisse des Produktionsversuchs innerhalb der üblichen Prüftoleranzen mit den PQR-Werten übereinstimmen.

Häufige Fehler beim Reibschweißen und wie man sie erkennt

• Unvollständige Bindung im Zentrum — Verursacht durch unzureichenden Reibungsdruck oder falsche Zentrierung der Verbindung. Erkennbar durch Biegeprüfung oder makroskopische Untersuchung. Dies ist der häufigste Fehler bei mangelhaft ausgeführten Arbeitsgängen.
• übermäßiger Blitz — Verursacht durch zu hohen Reibungsdruck oder zu lange Reibungszeit. Obwohl dies ein kosmetisches Problem darstellt, deutet übermäßiger Grat auf eine zu hohe Wärmeeinbringung hin, die das Mikrogefüge der Wärmeeinflusszone (WEZ) beeinträchtigt haben kann.
• Oxideinschlüsse — Verursacht durch unzureichende Reinigung der Fügeflächen vor dem Schweißen oder übermäßige Oxidbildung an der Grenzfläche. Nachweisbar durch Biegeversuche und makroskopische Untersuchung.
• Härtespitzen in der Wärmeeinflusszone — Verursacht durch übermäßige Wärmeeinbringung, die zu einem grobkörnigen Gefüge in der Wärmeeinflusszone mit erhöhter Härte führt. Kann darauf hindeuten, dass das Verfahren außerhalb des zulässigen Schweißverfahrensbereichs durchgeführt wurde.
• Durchbrennen in der Mitte — Verursacht durch zu hohe Spindeldrehzahl oder zu hohen Reibungsdruck in Verbindung mit zu kurzer Reibungszeit. Führt zu einem metallurgischen Defekt im Fügezentrum, der mittels Ultraschallprüfung oder makroskopischer Untersuchung nachweisbar ist.

JECs Kompetenz im Bereich Reibschweißen für britische Maschinenbauunternehmen

Bei JEC (Ningbo Jiecheng Axle Co., Ltd.) produzieren wir seit unserer Gründung im Jahr 1989 reibgeschweißte Wellen für Kunden aus dem Maschinenbau weltweit – fast40 Jahre Erfahrung in der PräzisionswellenfertigungUnsere Produktlinie für Schweißwellen ist seit über zwei Jahrzehnten ein Schwerpunkt unserer Arbeit und wird von Kunden in Großbritannien, den USA, Mexiko, Japan und Tschechien bedient.

Unser Qualitätssicherungssystem für Reibschweißen basiert auf unseremIATF 16949-zertifiziertes QualitätsmanagementsystemDie IATF 16949 ist der Qualitätsmanagementstandard der Automobilindustrie und einer der strengsten in der Präzisionsfertigung. Sie fordert eine formale Kontrolle der Schweißverfahren, dokumentierte Qualifikationen der Bediener und die Rückverfolgbarkeit vom Rohmaterial bis zur fertigen Welle – genau den Dokumentationsrahmen, den britische Maschinenbauunternehmen benötigen.

Unser Team umfasst Mehr als 20 Ingenieure Unser Team übernimmt alle Aufgaben von der WPS-Entwicklung und PQR-Prüfung bis hin zur Produktionsprozesskontrolle und Erstmusterprüfung. Wir pflegen die Dokumentation zur Qualifizierung von Reibschweißverfahren für alle gängigen Werkstoffkombinationen – S45C mit S45C, 42CrMo mit 42CrMo sowie ungleichartige Kombinationen wie Kohlenstoffstahl mit Edelstahl.

Für unsere Kunden im britischen Maschinenbau liefern wir zu jeder Bestellung von reibgeschweißten Wellen vollständige Dokumentationspakete: Schweißverfahrensspezifikation (WPS), Prüfprotokoll (PQR), Schweißverfahrensprüfprotokoll (WPQR) und Materialprüfzeugnisse (MTCs), die auf die Aufzeichnungen des Stahlwerks zurückführbar sind. Unsere Standardlieferzeit für die Erstellung der Dokumentationspakete beträgt: 2-3 WochenWir können auch beschleunigte Zeitpläne für Kunden mit dringenden Projektanforderungen realisieren.

Wie Sie das Gespräch mit JEC über Ihre Bestellung einer britischen Welle beginnen

Wenn Sie ein in Großbritannien ansässiges Ingenieurbüro sind und einen neuen Lieferanten für reibgeschweißte Wellen evaluieren oder wenn Sie eine bestehende Bestellung haben, deren Dokumentation auf BS EN ISO 15614-konform aktualisiert werden muss, empfehle ich Ihnen, sich direkt mit uns in Verbindung zu setzen. Wir können Ihnen Folgendes bieten:

• Eine kostenlose Dokumentationslückenanalyse – überprüfen Sie die WPS/WPQR-Dokumentation Ihres aktuellen Lieferanten anhand der Anforderungen der BS EN ISO 15614 und ermitteln Sie, was fehlt.
• Eine vorläufige WPS für Ihre spezifische Materialkombination und Anwendung, damit Sie genau sehen können, welche Dokumentation wir Ihnen zur Verfügung stellen, bevor Sie eine Bestellung aufgeben.
• Eine Musterfertigungsserie der Welle mit vollständiger mechanischer Prüfung, damit Sie die Verbindungsqualität überprüfen können, bevor Sie mit der Serienproduktion beginnen.

Unsere langjährige Erfahrung in der Lieferung von Präzisionswellen an britische Maschinenbauunternehmen bedeutet, dass wir die Dokumentationsanforderungen, die Qualitätsprüfungsprozesse und die Lieferbedingungen des britischen Marktes genau kennen. Wir produzieren nicht einfach nur Wellen – wir geben Ihnen die Gewissheit, dass Sie genau die Welle erhalten, die Sie bestellt haben.

Transparenz der Lieferkette: Die Fertigungs- und Logistikinfrastruktur von JEC

Über die technischen Qualifikationsanforderungen hinaus fordern britische Ingenieurbüros zunehmend Transparenz in der Lieferkette – insbesondere seit der Einführung des Modern Slavery Act und der damit verbundenen Sorgfaltspflichten in der Lieferkette. Wir gewährleisten die vollständige Rückverfolgbarkeit der Materialien vom Stahlwerk bis zum fertigen Schaft, einschließlich Herkunftsdokumentation des Stahls, Wärmebehandlungsprotokollen und Bearbeitungsprozessprotokollen. Anlage mit über 20.000 Quadratmetern In Ningbo, Provinz Zhejiang, sind über 200 Mitarbeiter, darunter unser technisches Team, beschäftigt, mit einer jährlichen Produktionskapazität von über 60 Millionen präzisionsgefertigte TeileDie

Für Lieferungen nach Großbritannien arbeiten wir mit Spediteuren zusammen, die Erfahrung im Umgang mit Industriegütern nach Großbritannien haben. Diese koordinieren den Seetransport von den Häfen in Ningbo zu britischen Häfen (in der Regel Felixstowe, Southampton oder Liverpool), übernehmen die Zollabwicklung inklusive der britischen Einfuhranmeldungen und gewährleisten die vollständige Sendungsverfolgung von unserem Werk bis zur Anlieferung beim Kunden. Unsere Standardlieferzeit für Bestellungen nach Großbritannien beträgt 6-10 Wochen Von der Auftragsbestätigung bis zur Ankunft im britischen Hafen, wobei die Dokumentationspakete vor dem Versand elektronisch zugestellt werden.

Über den Autor: Herr Cheng ist Experte für die Fertigung von Präzisionswellen bei JEC (Ningbo Jiecheng Axle Trade Co., Ltd.), einem führenden Anbieter, der sich auf die Präzisionsbearbeitung von Motorwellen, Keilwellen und Wischerwellen für Automobil- und Industrieanwendungen spezialisiert hat. Mit fast 40 Jahre Fertigungstradition seit 1989 und ein technisches Team von Mehr als 20 IngenieureJEC beliefert globale Abnehmer mit zuverlässigen, hochpräzisen Wellenkomponenten. Wir unterstützen Ingenieure und Einkaufsteams bei der Beschaffung hochwertiger, kundenspezifischer Wellen aus Chinas Fertigungszentrum.
YouTube: https://www.youtube.com/@JEC-shaft

Referenzen und externe Ressourcen

• BS EN ISO 15614-1 Qualifizierungsnorm für Schweißverfahren – https://www.iso.org
• BS 7608 Ermüdungsbemessung von Stahlkonstruktionen — https://www.bsigroup.com
• JEC Motorwellen-Produktpalette — https://www.motor-shaft.com/motor-shaft/
• JEC-Schweißwellen-Produktpalette — https://www.motor-shaft.com/welding-shaft/
• JEC Präzisionswellenprodukte — https://www.motor-shaft.com/products/
• IATF 16949 Qualitätsmanagementsystem — https://www.aiag.org
• JEC-Unternehmensübersicht — https://www.motor-shaft.com/about-us/
• Das Schweißinstitut (UK) — https://www.twi-global.com
• Britische Normungsorganisation (BSI) — https://www.bsigroup.com
• ASTM A372 Schmiedeteile aus Kohlenstoff- und legiertem Stahl — https://www.astm.org