Karbonekvivalent og sveisbarhet: CEV- og Pcm-formlene

Hvorfor ett enkelt tall?

Hardheten i den varmepåvirkede sonen (HAZ) etter sveising — og med den risikoen for hydrogenindusert kaldsprekkdannelse — øker når karbon- og legeringsinnhold virker sammen. Karbonekvivalentformler komprimerer smelteanalysen til én indeks som korrelerer med HAZ-herdbarhet og sprekkrisiko, slik at prosedyrer kan screenes før noen prøvesveis lages.

IIW-formelen (CEV)

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

Dette er formelen som er tatt i bruk i EN- og ISO-praksis: EN 10025 angir en maksimal CEV for hver konstruksjonskvalitet, og EN 1011 bruker CEV i sin veiledning om sveiseprosedyrer. Den ble utviklet for konvensjonelle karbon-mangan-stål. Mye brukte tolkningsbånd er:

• CEV opp til omtrent 0.40 — generelt sveisbar uten forvarming under vanlige forhold.
• Omtrent 0.40–0.50 — forvarming vanligvis nødvendig, økende med tykkelse, innspenning og hydrogennivå; lavhydrogenpraksis gjelder.
• Over omtrent 0.50 — høy sprekkrisiko; forvarming, kontrollert mellomstrengstemperatur og lavhydrogentilsatsmaterialer er standard, med prosedyrekvalifisering som en nødvendighet.

Gjennomarbeidet eksempel (illustrative verkverdier): C 0.16, Mn 1.50, Cr+Mo+V 0.10, Ni+Cu 0.15 gir CEV = 0.16 + 0.25 + 0.02 + 0.01 = 0.44 — midt i forvarmingsbåndet.

Pcm: formelen for moderne lavkarbonstål

Termomekanisk valsede stål og HSLA-stål har lavt karbon, men en spredning av legeringselementer, og IIW-formelen overvurderer sprekkrisikoen deres. Ito–Bessyo Pcm vekter elementene annerledes:

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

Pcm er standard i rørledningspraksis (API 5L setter en grense for den for PSL2-kvaliteter, typisk ved 0.25) og i japanske standarder. Som en tommelfingerregel indikerer Pcm opp til omtrent 0.20–0.25 god sveisbarhet for lavkarbonstål. EN 1011 tilbyr den beslektede CET-formelen som et annet alternativ for prosedyreberegninger.

Hva CEV ikke forteller deg

• Forvarmingstemperatur leses ikke av CEV alene: EN 1011-2 metode A kombinerer CEV med samlet tykkelse, hydrogenskalaen til prosessen og tilsatsmaterialet, innspenning og varmetilførsel.
• To stål med lik CEV kan oppføre seg forskjellig — en smelte med høyere karbon/lavere legering er ikke det samme sveiseproblemet som en smelte med lavere karbon/høyere legering.
• Bruk den faktiske smelteanalysen fra sertifikatet til prosedyrearbeid. Kvalitetsmaksimumet (for eksempel S355J2 ved typisk ≤ 0.45 i vanlige tykkelser) er et tak smelten må holde seg under, ikke verdien til smelten foran deg.
• Austenittiske rustfrie stål og herdede verktøystål faller helt utenfor virkeområdet til begge formlene.
• Til slutt er CEV ikke en egenskap ved stålet i bruk: den forutsier ingenting om styrken eller seigheten til en ferdig forbindelse, kun om HAZ-herdingstendens under sveising. Et stål med lav CEV kan fortsatt gi en dårlig sveis gjennom dårlig tilpasning, fuktige tilsatsmaterialer eller en ukvalifisert prosedyre — indeksen screener kjemi, ikke håndverk.