Uhlíkový ekvivalent a svařitelnost: vzorce CEV a Pcm

Proč jediná hodnota?

Tvrdost tepelně ovlivněné oblasti (HAZ) po svařování — a s ní riziko vodíkem indukovaného praskání za studena — roste se společným působením obsahu uhlíku a legujících prvků. Vzorce pro uhlíkový ekvivalent shrnují analýzu tavby do jednoho ukazatele, který koreluje s prokalitelností tepelně ovlivněné oblasti a rizikem praskání, takže postupy lze posoudit ještě před provedením jakéhokoli zkušebního svaru.

Vzorec IIW (CEV)

CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 — všechny prvky v hmotnostních procentech.

Toto je vzorec zavedený v praxi EN a ISO: EN 10025 deklaruje maximální hodnotu CEV pro každou značku konstrukční oceli a EN 1011 používá CEV ve svých pokynech pro postupy svařování. Byl vyvinut pro běžné uhlíko-manganové oceli. Široce používaná interpretační pásma jsou:

• CEV přibližně do 0.40 — obecně svařitelná bez předehřevu za běžných podmínek.
• Přibližně 0.40–0.50 — běžně je vyžadován předehřev, jehož potřeba roste s tloušťkou, tuhostí spoje a úrovní vodíku; platí praxe s nízkým obsahem vodíku.
• Přibližně nad 0.50 — vysoké riziko praskání; standardem jsou předehřev, řízená teplota interpass a přídavné materiály s nízkým obsahem vodíku, přičemž kvalifikace postupu je nezbytná.

Pracovní příklad (ilustrativní hodnoty z hutě): C 0.16, Mn 1.50, Cr+Mo+V 0.10, Ni+Cu 0.15 dává CEV = 0.16 + 0.25 + 0.02 + 0.01 = 0.44 — přesně v pásmu vyžadujícím předehřev.

Pcm: vzorec pro moderní nízkouhlíkové oceli

Termomechanicky válcované oceli a oceli HSLA mají nízký obsah uhlíku, ale široké spektrum legujících prvků, a vzorec IIW jejich riziko praskání nadhodnocuje. Ito–Bessyo Pcm váží prvky odlišně:

Pcm = C + Si/30 + (Mn + Cu + Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B

Pcm je standardem v praxi potrubních trubek (API 5L jej pro značky PSL2 omezuje, obvykle na 0.25) a v japonských normách. Jako orientační pravidlo platí, že Pcm přibližně do 0.20–0.25 naznačuje dobrou svařitelnost nízkouhlíkových ocelí. EN 1011 nabízí související vzorec CET jako další alternativu pro výpočty postupu.

Co vám CEV neřekne

• Teplota předehřevu se neodečítá pouze z CEV: metoda A podle EN 1011-2 kombinuje CEV s kombinovanou tloušťkou, vodíkovou stupnicí procesu a přídavného materiálu, tuhostí spoje a vneseným teplem.
• Dvě oceli se stejným CEV se mohou chovat odlišně — tavba s vyšším obsahem uhlíku / nízkým legováním nepředstavuje stejný problém při svařování jako tavba s nízkým obsahem uhlíku / vyšším legováním.
• Pro práci na postupu používejte skutečnou analýzu tavby z certifikátu. Maximum pro danou značku (například S355J2 obvykle při ≤ 0.45 pro běžné tloušťky) je strop, pod kterým musí tavba zůstat, nikoli hodnota tavby, kterou máte před sebou.
• Austenitické korozivzdorné oceli a kalené nástrojové oceli stojí zcela mimo rozsah platnosti obou vzorců.
• A konečně, CEV není vlastností oceli v provozu: nepředpovídá nic o pevnosti ani houževnatosti hotového spoje, pouze o tendenci tepelně ovlivněné oblasti k zakalení během svařování. Ocel s nízkým CEV může přesto vést ke špatnému svaru v důsledku špatného sestavení, vlhkých přídavných materiálů nebo nekvalifikovaného postupu — ukazatel posuzuje chemické složení, nikoli kvalitu provedení.