Kolekvivalent och svetsbarhet: Formlerna för CEV och Pcm

CEV komprimerar en fullständig stålanalys till ett enda svetsbarhetsindex. Denna guide ger standardformeln enligt IIW, alternativet Pcm för moderna lågkolhaltiga stål och gränserna för vad vart och ett av talen kan säga dig.

Varför ett enda tal?

Hårdheten i den värmepåverkade zonen (HAZ) efter svetsning — och därmed risken för väteinducerad kallsprickbildning — ökar när kol och legeringsämnen verkar tillsammans. Formler för kolekvivalent komprimerar skänkanalysen till ett enda index som korrelerar med härdbarheten i HAZ och sprickrisken, så att procedurer kan granskas innan någon provsvetsning utförs.

IIW-formeln (CEV)

CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 — alla ämnen i viktprocent.

Detta är formeln som antagits i EN- och ISO-praxis: EN 10025 anger ett maximalt CEV för varje konstruktionsstålskvalitet, och EN 1011 använder CEV i sin vägledning för svetsprocedurer. Den utvecklades för konventionella kol-manganstål. Allmänt använda tolkningsintervall är:

CEV upp till ungefär 0.40 — generellt svetsbart utan förvärmning under normala förhållanden.
Ungefär 0.40–0.50 — förvärmning krävs vanligtvis, ökande med tjocklek, inspänning och vätenivå; lågvätgaspraxis tillämpas.
Över ungefär 0.50 — hög sprickrisk; förvärmning, kontrollerad mellanskiktstemperatur och förbrukningsmaterial med låg vätehalt är standard, och procedurkvalificering är nödvändig.

Räkneexempel (illustrativa värden från verket): C 0.16, Mn 1.50, Cr+Mo+V 0.10, Ni+Cu 0.15 ger CEV = 0.16 + 0.25 + 0.02 + 0.01 = 0.44 — mitt i intervallet där förvärmning krävs.

Pcm: formeln för moderna lågkolhaltiga stål

Termomekaniskt valsade stål och HSLA-stål har låg kolhalt men en spridning av legeringsämnen, och IIW-formeln överskattar deras sprickrisk. Ito–Bessyo-formeln Pcm viktar ämnena på ett annat sätt:

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

Pcm är standard inom ledningsrörspraxis (API 5L begränsar den för PSL2-kvaliteter, vanligtvis till 0.25) och i japanska standarder. Som tumregel indikerar Pcm upp till ungefär 0.20–0.25 god svetsbarhet för lågkolhaltiga stål. EN 1011 erbjuder den besläktade CET-formeln som ytterligare ett alternativ för procedurberäkningar.

Vad CEV inte säger dig

Förvärmningstemperaturen avläses inte enbart från CEV: EN 1011-2 metod A kombinerar CEV med kombinerad tjocklek, väteskalan för processen och tillsatsmaterialet, inspänning och värmetillförsel.
Två stål med samma CEV kan bete sig olika — en smälta med högre kolhalt/lägre legeringshalt är inte samma svetsproblem som en smälta med lägre kolhalt/högre legeringshalt.
Använd den faktiska skänkanalysen från certifikatet för procedurarbetet. Kvalitetens maxvärde (till exempel S355J2 vid vanligtvis ≤ 0.45 för vanliga tjocklekar) är ett tak som smältan måste hålla sig under, inte värdet för den smälta du har framför dig.
Austenitiska rostfria stål och härdade verktygsstål ligger helt utanför båda formlernas tillämpningsområde.
Slutligen är CEV inte en egenskap hos stålet i drift: den förutsäger ingenting om hållfastheten eller segheten hos en färdig fog, endast om härdningstendensen i HAZ under svetsning. Ett stål med lågt CEV kan ändå ge en dålig svets på grund av dålig fogpassning, fuktiga tillsatsmaterial eller en okvalificerad procedur — indexet granskar kemin, inte utförandet.