Hiiliekvivalentti ja hitsattavuus: CEV- ja Pcm-kaavat

Miksi yksi numero?

Lämpövaikutusvyöhykkeen (HAZ) kovuus hitsauksen jälkeen — ja sen mukana vedyn aiheuttaman kylmähalkeilun riski — nousee hiilen ja seostuksen toimiessa yhdessä. Hiiliekvivalenttikaavat puristavat sulatusanalyysin yhteen indeksiin, joka korreloi HAZ-karkenevuuden ja halkeiluriskin kanssa, joten menettelyt voidaan seuloa ennen kuin yhtään koehitsiä tehdään.

IIW-kaava (CEV)

CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 — kaikki alkuaineet painoprosentteina.

Tämä on EN- ja ISO-käytännössä omaksuttu kaava: EN 10025 ilmoittaa enimmäis-CEV:n jokaiselle rakennelajille, ja EN 1011 käyttää CEV:tä hitsausmenettelyohjeistuksessaan. Se kehitettiin tavanomaisille hiili-mangaaniteräksille. Laajalti käytetyt tulkintakaistat ovat:

• CEV suunnilleen enintään 0.40 — yleensä hitsattavissa ilman esilämmitystä tavallisissa olosuhteissa.
• Suunnilleen 0.40–0.50 — esilämmitys yleisesti vaaditaan, kasvaen paksuuden, jäykkyyden ja vetytason mukana; vähävetykäytäntö koskee.
• Yli suunnilleen 0.50 — korkea halkeiluriski; esilämmitys, valvottu välikerroslämpötila ja vähävetyiset lisäaineet ovat vakio, menettelyhyväksynnän ollessa olennaista.

Työstetty esimerkki (havainnolliset tehdasarvot): C 0.16, Mn 1.50, Cr+Mo+V 0.10, Ni+Cu 0.15 antaa CEV = 0.16 + 0.25 + 0.02 + 0.01 = 0.44 — suoraan esilämmityskaistalla.

Pcm: kaava moderneille niukkahiilisille teräksille

Termomekaanisesti valssatut ja HSLA-teräkset kantavat matalaa hiiltä mutta seosaineiden kirjoa, ja IIW-kaava ylikorostaa niiden halkeiluriskiä. Ito–Bessyo Pcm painottaa alkuaineet eri tavoin:

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

Pcm on standardi putkilinjaputkikäytännössä (API 5L rajoittaa sitä PSL2-lajeille, tyypillisesti 0.25) ja japanilaisissa standardeissa. Nyrkkisääntönä Pcm suunnilleen enintään 0.20–0.25 osoittaa hyvää hitsattavuutta niukkahiilisille teräksille. EN 1011 tarjoaa liittyvän CET-kaavan toisena vaihtoehtona menettelylaskelmiin.

Mitä CEV ei kerro

• Esilämmityslämpötilaa ei lueta pelkästä CEV:stä: EN 1011-2 menetelmä A yhdistää CEV:n yhdistettyyn paksuuteen, prosessin ja lisäaineen vetyasteikkoon, jäykkyyteen ja lämmöntuontiin.
• Kaksi yhtä suurella CEV:llä olevaa terästä voi käyttäytyä eri tavoin — korkeampihiilinen/niukkaseosteinen erä ei ole sama hitsausongelma kuin niukkahiilinen/korkeaseosteinen erä.
• Käytä todellista sulatusanalyysiä todistuksesta menettelytyöhön. Lajin enimmäisarvo (esimerkiksi S355J2 tyypillisesti ≤ 0.45 yleisillä paksuuksilla) on katto, jonka alla erän täytyy pysyä, ei edessäsi olevan erän arvo.
• Austeniittiset ruostumattomat teräkset ja karkaistut työkaluteräkset ovat kokonaan molempien kaavojen soveltamisalan ulkopuolella.
• Lopuksi CEV ei ole teräksen ominaisuus käytössä: se ei ennusta mitään valmiin liitoksen lujuudesta tai sitkeydestä, vain HAZ:n kovettumistaipumuksesta hitsauksen aikana. Matalan CEV:n teräs voi silti tuottaa huonon hitsin huonosta sovituksesta, kosteista lisäaineista tai hyväksymättömästä menettelystä — indeksi seuloo kemian, ei käsityötä.