Вуглецевий еквівалент і зварюваність: формули CEV та Pcm

Навіщо одне число?

Твердість зони термічного впливу (HAZ) після зварювання — а разом із нею ризик холодного розтріскування, спричиненого воднем — зростає разом із вмістом вуглецю та легувальних елементів, що діють спільно. Формули вуглецевого еквівалента стискають аналіз ковша до одного показника, який корелює з прогартовуваністю HAZ і ризиком розтріскування, тому процедури можна перевірити до виконання будь-якого пробного зварювання.

Формула IIW (CEV)

CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 — усі елементи у вагових відсотках.

Це формула, прийнята в практиці EN та ISO: EN 10025 декларує максимальний CEV для кожної конструкційної марки, а EN 1011 використовує CEV у своїх настановах щодо процедури зварювання. Вона була розроблена для звичайних вуглецево-марганцевих сталей. Широко використовувані діапазони тлумачення є такими:

• CEV приблизно до 0.40 — загалом зварювана без попереднього підігріву за звичайних умов.
• Приблизно 0.40–0.50 — попередній підігрів зазвичай потрібен, зростає зі збільшенням товщини, жорсткості закріплення та рівня водню; застосовується практика з низьким вмістом водню.
• Понад приблизно 0.50 — високий ризик розтріскування; попередній підігрів, контрольована температура між проходами та витратні матеріали з низьким вмістом водню є стандартними, а кваліфікація процедури є обов’язковою.

Розібраний приклад (ілюстративні заводські значення): C 0.16, Mn 1.50, Cr+Mo+V 0.10, Ni+Cu 0.15 дає CEV = 0.16 + 0.25 + 0.02 + 0.01 = 0.44 — прямо в діапазоні попереднього підігріву.

Pcm: формула для сучасних низьковуглецевих сталей

Термомеханічно катані та HSLA сталі мають низький вміст вуглецю, але розподіл легувальних елементів, і формула IIW переоцінює їхній ризик розтріскування. Pcm Іто–Бессйо зважує елементи по-іншому:

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

Pcm є стандартним у практиці трубопроводів (API 5L обмежує його для марок PSL2, зазвичай на рівні 0.25) та в японських стандартах. Як практичне правило, Pcm приблизно до 0.20–0.25 вказує на добру зварюваність низьковуглецевих сталей. EN 1011 пропонує пов’язану формулу CET як ще одну альтернативу для розрахунків процедури.

Чого CEV вам не повідомляє

• Температура попереднього підігріву не зчитується лише з CEV: метод A EN 1011-2 поєднує CEV із сумарною товщиною, водневою шкалою процесу та витратного матеріалу, жорсткістю закріплення та введенням тепла.
• Дві сталі з однаковим CEV можуть поводитися по-різному — плавка з вищим вмістом вуглецю / нижчим легуванням не є тією самою проблемою зварювання, що й плавка з нижчим вмістом вуглецю / вищим легуванням.
• Для роботи з процедурою використовуйте фактичний аналіз ковша із сертифіката. Максимум марки (наприклад, S355J2 зазвичай ≤ 0.45 за поширених товщин) є стелею, нижче якої має залишатися плавка, а не значенням плавки перед вами.
• Аустенітні нержавіючі сталі та загартовані інструментальні сталі повністю перебувають поза сферою застосування обох формул.
• Нарешті, CEV не є властивістю сталі в експлуатації: він нічого не прогнозує щодо міцності чи ударної в’язкості готового з’єднання, лише щодо схильності HAZ до гартування під час зварювання. Сталь із низьким CEV досі може дати погане зварне з’єднання через погане припасування, вологі витратні матеріали або некваліфіковану процедуру — показник перевіряє хімічний склад, а не майстерність виконання.