معادل کربن و جوش‌پذیری: فرمول‌های CEV و Pcm

چرا یک عدد واحد؟

سختی منطقه متأثر از حرارت (HAZ) پس از جوشکاری — و همراه با آن خطر ترک سرد ناشی از هیدروژن — با مقدار کربن و عناصر آلیاژی که با هم عمل می‌کنند افزایش می‌یابد. فرمول‌های معادل کربن آنالیز پاتیل را در یک شاخص فشرده می‌کنند که با سختی‌پذیری HAZ و خطر ترک‌خوردگی همبستگی دارد، تا دستورالعمل‌ها پیش از انجام هر جوش آزمایشی غربال شوند.

فرمول IIW (CEV)

CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 — همه عناصر بر حسب درصد وزنی.

این فرمولی است که در رویه EN و ISO پذیرفته شده است: EN 10025 حداکثر CEV را برای هر گرید سازه‌ای اعلام می‌کند، و EN 1011 از CEV در راهنمای دستورالعمل جوشکاری خود استفاده می‌کند. این فرمول برای فولادهای متداول کربن-منگنز توسعه یافته است. باندهای تفسیر پرکاربرد عبارتند از:

• CEV تا حدود 0.40 — به طور کلی بدون پیش‌گرم تحت شرایط معمولی جوش‌پذیر است.
• حدود 0.40–0.50 — پیش‌گرم معمولاً لازم است، که با ضخامت، قید و سطح هیدروژن افزایش می‌یابد؛ رویه کم‌هیدروژن اعمال می‌شود.
• بالای حدود 0.50 — خطر ترک‌خوردگی بالا؛ پیش‌گرم، دمای بین‌پاسی کنترل‌شده و مواد مصرفی کم‌هیدروژن استاندارد هستند، و تأیید صلاحیت دستورالعمل ضروری است.

مثال حل‌شده (مقادیر نمونه کارخانه): C 0.16, Mn 1.50, Cr+Mo+V 0.10, Ni+Cu 0.15 مقدار CEV = 0.16 + 0.25 + 0.02 + 0.01 = 0.44 می‌دهد — دقیقاً در باند پیش‌گرم.

Pcm: فرمول فولادهای کم‌کربن مدرن

فولادهای نورد ترمومکانیکی و HSLA کربن کمی دارند اما گستره‌ای از عناصر آلیاژی، و فرمول IIW خطر ترک‌خوردگی آن‌ها را بیش از حد بیان می‌کند. فرمول Ito–Bessyo یعنی Pcm عناصر را به طور متفاوت وزن‌دهی می‌کند:

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

Pcm در رویه لوله‌های خطی استاندارد است (API 5L آن را برای گریدهای PSL2 محدود می‌کند، معمولاً در 0.25) و در استانداردهای ژاپنی. به عنوان یک قاعده سرانگشتی، Pcm تا حدود 0.20–0.25 جوش‌پذیری خوبی را برای فولادهای کم‌کربن نشان می‌دهد. EN 1011 فرمول مرتبط CET را به عنوان جایگزین دیگری برای محاسبات دستورالعمل ارائه می‌دهد.

آنچه CEV به شما نمی‌گوید

• دمای پیش‌گرم فقط از CEV خوانده نمی‌شود: روش A در EN 1011-2، CEV را با ضخامت ترکیبی، مقیاس هیدروژن فرایند و ماده مصرفی، قید و حرارت ورودی ترکیب می‌کند.
• دو فولاد با CEV برابر می‌توانند رفتار متفاوتی داشته باشند — یک ذوب با کربن بالاتر/آلیاژ کمتر همان مسئله جوشکاری یک ذوب با کربن کمتر/آلیاژ بالاتر نیست.
• برای کار دستورالعمل از آنالیز واقعی پاتیل مندرج در گواهینامه استفاده کنید. حداکثر گرید (برای مثال S355J2 در معمولاً ≤ 0.45 در ضخامت‌های رایج) سقفی است که ذوب باید زیر آن بماند، نه مقدار ذوب پیش روی شما.
• فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی و فولادهای ابزار سخت‌شده کاملاً خارج از دامنه هر دو فرمول قرار دارند.
• در نهایت، CEV خاصیت فولاد در سرویس نیست: هیچ چیزی درباره استحکام یا چقرمگی یک اتصال تمام‌شده پیش‌بینی نمی‌کند، فقط درباره تمایل به سخت‌شدن HAZ در حین جوشکاری. یک فولاد با CEV کم هنوز می‌تواند از طریق چیدمان نامناسب، مواد مصرفی مرطوب یا یک دستورالعمل تأییدنشده یک جوش ضعیف تولید کند — این شاخص ترکیب شیمیایی را غربال می‌کند، نه مهارت اجرا را.