Kulstofækvivalent og svejsbarhed: CEV- og Pcm-formlerne

Hvorfor et enkelt tal?

Hårdheden af den varmepåvirkede zone (HAZ) efter svejsning — og med den risikoen for hydrogeninduceret koldrevnedannelse — stiger med kulstof- og legeringsindhold, der virker sammen. Kulstofækvivalentformler komprimerer smelteanalysen til ét indeks, der korrelerer med HAZ-hærdbarhed og revnerisiko, så procedurer kan screenes, før der laves nogen prøvesvejsning.

IIW-formlen (CEV)

CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 — alle elementer i vægtprocent.

Dette er formlen, der er vedtaget i EN- og ISO-praksis: EN 10025 erklærer en maksimal CEV for hver konstruktionskvalitet, og EN 1011 bruger CEV i sin vejledning om svejseprocedurer. Den blev udviklet til konventionelle kulstof-mangan-stål. Udbredte fortolkningsbånd er:

• CEV op til omtrent 0.40 — generelt svejsbar uden forvarmning under almindelige forhold.
• Omtrent 0.40–0.50 — forvarmning almindeligvis påkrævet, stigende med tykkelse, indspænding og hydrogenniveau; lavhydrogenpraksis gælder.
• Over omtrent 0.50 — høj revnerisiko; forvarmning, kontrolleret mellemlagstemperatur og lavhydrogen-tilsatsmaterialer er standard, med procedurekvalificering som det væsentlige.

Gennemarbejdet eksempel (illustrative værksværdier): C 0.16, Mn 1.50, Cr+Mo+V 0.10, Ni+Cu 0.15 giver CEV = 0.16 + 0.25 + 0.02 + 0.01 = 0.44 — lige midt i forvarmningsbåndet.

Pcm: formlen til moderne lavkulstofstål

Termomekanisk valsede stål og HSLA-stål bærer lavt kulstof, men en spredning af legeringselementer, og IIW-formlen overvurderer deres revnerisiko. Ito–Bessyo Pcm vægter elementerne anderledes:

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

Pcm er standard i rørledningspraksis (API 5L begrænser den for PSL2-kvaliteter, typisk ved 0.25) og i japanske standarder. Som tommelfingerregel angiver Pcm op til omtrent 0.20–0.25 god svejsbarhed for lavkulstofstål. EN 1011 tilbyder den beslægtede CET-formel som et andet alternativ til procedureberegninger.

Hvad CEV ikke fortæller dig

• Forvarmningstemperatur aflæses ikke af CEV alene: EN 1011-2 metode A kombinerer CEV med samlet tykkelse, hydrogenskalaen for processen og tilsatsmaterialet, indspænding og varmetilførsel.
• To stål med ens CEV kan opføre sig forskelligt — en smelte med højere kulstof/lavere legering er ikke det samme svejseproblem som en smelte med lavere kulstof/højere legering.
• Brug den faktiske smelteanalyse fra certifikatet til procedurearbejde. Kvalitetens maksimum (for eksempel S355J2 ved typisk ≤ 0.45 i almindelige tykkelser) er et loft, smelten skal holde sig under, ikke værdien af den smelte, du har foran dig.
• Austenitiske rustfrie stål og hærdede værktøjsstål ligger helt uden for begge formlers anvendelsesområde.
• Endelig er CEV ikke en egenskab ved stålet i drift: den forudsiger intet om styrken eller sejheden af en færdig samling, kun om HAZ-hærdningstendens under svejsning. Et stål med lav CEV kan stadig give en dårlig svejsning gennem dårlig tilpasning, fugtige tilsatsmaterialer eller en ukvalificeret procedure — indekset screener kemi, ikke håndværk.