Aufgabenstellung und Berechnungsziel
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.
Regelwerk und Berechnungsbasis: ASME BPVC Sec. VIII Div. 1, UW-16 & Figure UW-16.1: 2025
So läuft die Berechnung ab
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
Eingabegrößen
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Schalen-/Bodendicke t | – | – |
| Stutzenwand-Nenndicke tn | – | – |
| Korrosionszuschlag c | – | – |
| Verstärkungsscheibe te | – | – |
| Werkstoff | – | – |
| Ausführung | – | – |
| vorh. Kehlmaß tc | – | – |
| vorh. Nahtmaß außen t1 | – | – |
| vorh. Nahtmaß innen t2 | – | – |
| vorh. Kehlnahtmaß tw | – | – |
| vorh. Kehlmaß Außenrand | – | – |
| vorh. Kehlmaß Innenrand | – | – |
| Nennweite NPS | – | – |
| t_min | – | – |
| erf. Kehlmaß tc | – | – |
| erf. je Seite | – | – |
| erf. Summe t1+t2 | – | – |
| erf. tw | – | – |
| erf. Außenrand | – | – |
| erf. einseitig | – | – |
| Nachweis tc | – | – |
| Nachweis t1,t2 | – | – |
| Nachweis t1+t2 | – | – |
| Nachweis tw | – | – |
Berechnungsoptionen
Ausführung
1 · 2 · 3 · 4 · 5 · 6 · 7
Gelöstes Beispiel
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.
Gegebene Werte
| Wanddicke Stutzen tn | 8,8 mm |
| Wanddicke Mantel ts | 12,0 mm |
| Obergrenze für tmin nach UW-16 | 19 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 tmin | 8,8 mm |
| Erforderliche Nahtdicke tc | 6,0 mm |
| Gewähltes Kehlnaht-Schenkelmaß | 9 mm |
Alle Werte sind beispielhaft. Maßgeblich sind das jeweils gültige Regelwerk und die projektspezifischen Randbedingungen.
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.