Równoważnik węgla a spawalność: wzory CEV i Pcm

Dlaczego jedna liczba?

Twardość strefy wpływu ciepła (HAZ) po spawaniu — a wraz z nią ryzyko pękania zimnego wywołanego wodorem — rośnie wraz z zawartością węgla i pierwiastków stopowych działających razem. Wzory równoważnika węgla kompresują analizę kadziową do jednego wskaźnika, który koreluje z hartownością HAZ i ryzykiem pękania, dzięki czemu procedury można wstępnie ocenić przed wykonaniem jakiegokolwiek spawu próbnego.

Wzór IIW (CEV)

CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 — wszystkie pierwiastki w procentach wagowych.

Jest to wzór przyjęty w praktyce EN i ISO: EN 10025 deklaruje maksymalny CEV dla każdego gatunku konstrukcyjnego, a EN 1011 używa CEV w swoich wytycznych dotyczących procedur spawania. Został opracowany dla konwencjonalnych stali węglowo-manganowych. Szeroko stosowane przedziały interpretacyjne to:

• CEV do mniej więcej 0.40 — zazwyczaj spawalna bez podgrzewania wstępnego w zwykłych warunkach.
• Mniej więcej 0.40–0.50 — podgrzewanie wstępne powszechnie wymagane, rosnące wraz z grubością, utwierdzeniem i poziomem wodoru; stosuje się praktykę niskowodorową.
• Powyżej mniej więcej 0.50 — wysokie ryzyko pękania; podgrzewanie wstępne, kontrolowana temperatura międzyściegowa i niskowodorowe materiały dodatkowe są standardem, a kwalifikowanie procedury jest niezbędne.

Przykład opracowany (przykładowe wartości hutnicze): C 0.16, Mn 1.50, Cr+Mo+V 0.10, Ni+Cu 0.15 daje CEV = 0.16 + 0.25 + 0.02 + 0.01 = 0.44 — dokładnie w przedziale podgrzewania wstępnego.

Pcm: wzór dla współczesnych stali niskowęglowych

Stale walcowane termomechanicznie i HSLA zawierają mało węgla, ale rozrzut pierwiastków stopowych, a wzór IIW zawyża ich ryzyko pękania. Wzór Pcm Ito–Bessyo waży pierwiastki inaczej:

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

Pcm jest standardem w praktyce rur przewodowych (API 5L ogranicza go dla gatunków PSL2, zazwyczaj do 0.25) oraz w normach japońskich. Jako zasada praktyczna, Pcm do mniej więcej 0.20–0.25 wskazuje dobrą spawalność stali niskowęglowych. EN 1011 oferuje pokrewny wzór CET jako kolejną alternatywę do obliczeń proceduralnych.

Czego CEV nie mówi

• Temperatura podgrzewania wstępnego nie jest odczytywana z samego CEV: metoda A EN 1011-2 łączy CEV z łączną grubością, skalą wodorową procesu i materiału dodatkowego, utwierdzeniem oraz ilością wprowadzonego ciepła.
• Dwie stale o równym CEV mogą zachowywać się inaczej — wytop o wyższej zawartości węgla i niższej zawartości stopów nie jest tym samym problemem spawalniczym co wytop o niższej zawartości węgla i wyższej zawartości stopów.
• Do prac proceduralnych używaj rzeczywistej analizy kadziowej z certyfikatu. Maksimum dla gatunku (na przykład S355J2 przy zazwyczaj ≤ 0.45 w powszechnych grubościach) to pułap, poniżej którego wytop musi się utrzymać, a nie wartość wytopu znajdującego się przed tobą.
• Austenityczne stale nierdzewne i hartowane stale narzędziowe w ogóle znajdują się poza zakresem obu wzorów.
• Wreszcie, CEV nie jest właściwością stali w eksploatacji: nie przewiduje nic na temat wytrzymałości ani udarności gotowego złącza, a jedynie na temat tendencji do hartowania HAZ podczas spawania. Stal o niskim CEV nadal może dać słaby spaw z powodu złego dopasowania, wilgotnych materiałów dodatkowych lub niekwalifikowanej procedury — wskaźnik bada skład chemiczny, a nie kunszt wykonania.