Équivalent carbone et soudabilité : les formules CEV et Pcm

Pourquoi un seul indice ?

La dureté de la zone affectée thermiquement (ZAT) après soudage — et, avec elle, le risque de fissuration à froid induite par l'hydrogène — augmente avec la teneur en carbone et en éléments d'alliage agissant conjointement. Les formules d'équivalent carbone résument l'analyse de coulée en un seul indice corrélé à la trempabilité de la ZAT et au risque de fissuration, ce qui permet de présélectionner les modes opératoires avant même de réaliser un soudage d'essai.

La formule IIW (CEV)

CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 — tous les éléments en pourcentage en masse.

Il s'agit de la formule adoptée dans la pratique EN et ISO : la norme EN 10025 déclare un CEV maximal pour chaque nuance d'acier de construction, et la norme EN 1011 utilise le CEV dans ses recommandations relatives aux modes opératoires de soudage. Elle a été développée pour les aciers carbone-manganèse classiques. Les plages d'interprétation largement utilisées sont les suivantes :

• CEV jusqu'à environ 0.40 — généralement soudable sans préchauffage dans des conditions ordinaires.
• Environ 0.40–0.50 — préchauffage couramment requis, augmentant avec l'épaisseur, le bridage et le niveau d'hydrogène ; la pratique à faible teneur en hydrogène s'applique.
• Au-dessus d'environ 0.50 — risque élevé de fissuration ; le préchauffage, la température entre passes contrôlée et les produits d'apport à faible teneur en hydrogène sont la norme, et la qualification du mode opératoire est essentielle.

Exemple de calcul (valeurs d'usine à titre illustratif) : C 0.16, Mn 1.50, Cr+Mo+V 0.10, Ni+Cu 0.15 donne CEV = 0.16 + 0.25 + 0.02 + 0.01 = 0.44 — en plein dans la plage de préchauffage.

Pcm : la formule pour les aciers modernes à faible teneur en carbone

Les aciers laminés thermomécaniquement et les aciers HSLA présentent une faible teneur en carbone mais un ensemble d'éléments d'alliage, et la formule IIW surestime leur risque de fissuration. Le Pcm d'Ito–Bessyo pondère les éléments différemment :

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

Le Pcm est la norme dans la pratique des tubes de conduite (la norme API 5L le plafonne pour les nuances PSL2, généralement à 0.25) et dans les normes japonaises. En règle générale, un Pcm jusqu'à environ 0.20–0.25 indique une bonne soudabilité pour les aciers à faible teneur en carbone. La norme EN 1011 propose la formule apparentée CET comme autre alternative pour les calculs de mode opératoire.

Ce que le CEV ne vous dit pas

• La température de préchauffage ne se lit pas à partir du seul CEV : la méthode A de la norme EN 1011-2 combine le CEV avec l'épaisseur combinée, l'échelle d'hydrogène du procédé et du produit d'apport, le bridage et l'apport de chaleur.
• Deux aciers ayant un CEV égal peuvent se comporter différemment — une coulée à plus forte teneur en carbone/faiblement alliée ne pose pas le même problème de soudage qu'une coulée à faible teneur en carbone/plus fortement alliée.
• Utilisez l'analyse de coulée réelle figurant sur le certificat pour les travaux de mode opératoire. Le maximum de la nuance (par exemple S355J2 à généralement ≤ 0.45 dans les épaisseurs courantes) est un plafond que la coulée doit respecter, et non la valeur de la coulée qui se trouve devant vous.
• Les aciers inoxydables austénitiques et les aciers à outils trempés se situent entièrement en dehors du domaine d'application des deux formules.
• Enfin, le CEV n'est pas une propriété de l'acier en service : il ne prédit rien quant à la résistance ou à la ténacité d'un assemblage fini, uniquement quant à la tendance au durcissement de la ZAT pendant le soudage. Un acier à faible CEV peut tout de même produire une mauvaise soudure en raison d'un mauvais accostage, de produits d'apport humides ou d'un mode opératoire non qualifié — l'indice évalue la composition chimique, pas la qualité d'exécution.