Carbono equivalente y soldabilidad: las fórmulas CEV y Pcm

¿Por qué un único número?

La dureza de la zona afectada por el calor (ZAC) después de la soldadura — y con ella el riesgo de fisuración en frío inducida por hidrógeno — aumenta con el contenido de carbono y de elementos de aleación actuando conjuntamente. Las fórmulas de carbono equivalente comprimen el análisis de colada en un único índice que se correlaciona con la templabilidad de la ZAC y el riesgo de fisuración, de modo que los procedimientos pueden evaluarse antes de realizar cualquier soldadura de prueba.

La fórmula del IIW (CEV)

CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 — todos los elementos en porcentaje en peso.

Esta es la fórmula adoptada en la práctica EN e ISO: la norma EN 10025 declara un CEV máximo para cada grado estructural, y la norma EN 1011 utiliza el CEV en sus directrices sobre procedimientos de soldadura. Fue desarrollada para los aceros convencionales al carbono-manganeso. Las bandas de interpretación más utilizadas son:

• CEV hasta aproximadamente 0.40 — generalmente soldable sin precalentamiento en condiciones ordinarias.
• Aproximadamente 0.40–0.50 — el precalentamiento suele ser necesario, y aumenta con el espesor, la restricción y el nivel de hidrógeno; se aplica la práctica de bajo hidrógeno.
• Por encima de aproximadamente 0.50 — alto riesgo de fisuración; el precalentamiento, la temperatura entre pasadas controlada y los consumibles de bajo hidrógeno son la práctica estándar, y la cualificación del procedimiento es esencial.

Ejemplo práctico (valores ilustrativos de laminación): C 0.16, Mn 1.50, Cr+Mo+V 0.10, Ni+Cu 0.15 da CEV = 0.16 + 0.25 + 0.02 + 0.01 = 0.44 — claramente dentro de la banda de precalentamiento.

Pcm: la fórmula para los aceros modernos de bajo carbono

Los aceros laminados termomecánicamente y los aceros HSLA tienen bajo carbono pero una variedad de elementos de aleación, y la fórmula del IIW sobreestima su riesgo de fisuración. El Pcm de Ito–Bessyo pondera los elementos de forma diferente:

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

El Pcm es estándar en la práctica de tuberías de conducción (la norma API 5L lo limita para los grados PSL2, normalmente a 0.25) y en las normas japonesas. Como regla general, un Pcm hasta aproximadamente 0.20–0.25 indica buena soldabilidad en los aceros de bajo carbono. La norma EN 1011 ofrece la fórmula relacionada CET como otra alternativa para los cálculos de procedimiento.

Lo que el CEV no le dice

• La temperatura de precalentamiento no se deduce únicamente del CEV: el método A de la norma EN 1011-2 combina el CEV con el espesor combinado, la escala de hidrógeno del proceso y del consumible, la restricción y el aporte térmico.
• Dos aceros con el mismo CEV pueden comportarse de forma diferente — una colada con mayor carbono y menor aleación no plantea el mismo problema de soldadura que una colada con menor carbono y mayor aleación.
• Utilice el análisis real de colada del certificado para el trabajo de procedimiento. El máximo del grado (por ejemplo, S355J2 a normalmente ≤ 0.45 en espesores comunes) es un límite que la colada debe respetar, no el valor de la colada que tiene delante.
• Los aceros inoxidables austeníticos y los aceros para herramientas templados quedan totalmente fuera del alcance de ambas fórmulas.
• Por último, el CEV no es una propiedad del acero en servicio: no predice nada sobre la resistencia o la tenacidad de una unión terminada, solo sobre la tendencia al endurecimiento de la ZAC durante la soldadura. Un acero con bajo CEV puede aun así producir una soldadura deficiente por un mal ajuste, consumibles húmedos o un procedimiento no cualificado — el índice evalúa la composición química, no la ejecución.