Đương lượng carbon và tính hàn: Các công thức CEV và Pcm

Vì sao cần một con số duy nhất?

Độ cứng của vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) sau khi hàn — và cùng với nó là nguy cơ nứt nguội do hydrogen — tăng lên khi hàm lượng carbon và hợp kim cùng tác động. Các công thức đương lượng carbon nén phân tích mẻ nấu thành một chỉ số tương quan với độ thấm tôi của HAZ và nguy cơ nứt, để các quy trình có thể được sàng lọc trước khi bất kỳ mối hàn thử nào được thực hiện.

Công thức IIW (CEV)

CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 — tất cả các nguyên tố theo phần trăm khối lượng.

Đây là công thức được áp dụng trong thực hành EN và ISO: EN 10025 tuyên bố một CEV tối đa cho mỗi mác kết cấu, và EN 1011 sử dụng CEV trong hướng dẫn quy trình hàn của nó. Nó được phát triển cho thép carbon-manganese thông thường. Các dải diễn giải được sử dụng rộng rãi là:

• CEV lên tới khoảng 0.40 — thường hàn được mà không cần gia nhiệt trước trong điều kiện thông thường.
• Khoảng 0.40–0.50 — thường yêu cầu gia nhiệt trước, tăng theo chiều dày, mức độ kẹp giữ và mức hydrogen; áp dụng thực hành hydrogen thấp.
• Trên khoảng 0.50 — nguy cơ nứt cao; gia nhiệt trước, nhiệt độ giữa các lớp hàn được kiểm soát và vật liệu hàn hydrogen thấp là tiêu chuẩn, cùng với việc hợp thức hóa quy trình là thiết yếu.

Ví dụ minh họa (giá trị nhà máy minh họa): C 0.16, Mn 1.50, Cr+Mo+V 0.10, Ni+Cu 0.15 cho CEV = 0.16 + 0.25 + 0.02 + 0.01 = 0.44 — nằm ngay trong dải cần gia nhiệt trước.

Pcm: công thức cho thép carbon thấp hiện đại

Thép cán nhiệt cơ và thép HSLA mang carbon thấp nhưng một phổ các nguyên tố hợp kim, và công thức IIW đánh giá quá cao nguy cơ nứt của chúng. Pcm của Ito–Bessyo trọng số các nguyên tố theo cách khác:

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

Pcm là tiêu chuẩn trong thực hành ống đường ống (API 5L giới hạn nó cho các mác PSL2, thường ở mức 0.25) và trong các tiêu chuẩn Nhật Bản. Theo quy tắc thực hành, Pcm lên tới khoảng 0.20–0.25 cho thấy tính hàn tốt đối với thép carbon thấp. EN 1011 đưa ra công thức CET liên quan như một phương án thay thế khác cho tính toán quy trình.

Những gì CEV không cho bạn biết

• Nhiệt độ gia nhiệt trước không được đọc ra chỉ từ CEV: phương pháp A của EN 1011-2 kết hợp CEV với chiều dày kết hợp, thang hydrogen của quy trình và vật liệu hàn, mức độ kẹp giữ và nhiệt lượng đưa vào.
• Hai thép có CEV bằng nhau có thể hành xử khác nhau — một mẻ có carbon cao hơn/hợp kim thấp hơn không phải là cùng một bài toán hàn như một mẻ carbon thấp/hợp kim cao hơn.
• Sử dụng phân tích mẻ nấu thực tế từ chứng chỉ cho công việc quy trình. Giá trị tối đa của mác (ví dụ S355J2 ở mức thường ≤ 0.45 trong các chiều dày phổ biến) là một trần mà mẻ nấu phải ở dưới, không phải giá trị của mẻ nấu trước mặt bạn.
• Thép không gỉ austenitic và thép dụng cụ đã tôi cứng nằm hoàn toàn ngoài phạm vi của cả hai công thức.
• Cuối cùng, CEV không phải là một tính chất của thép khi đưa vào sử dụng: nó không dự đoán điều gì về độ bền hoặc độ dai của một mối nối hoàn thiện, chỉ về xu hướng hóa cứng HAZ trong quá trình hàn. Một thép CEV thấp vẫn có thể tạo ra một mối hàn kém qua lắp ghép xấu, vật liệu hàn ẩm hoặc một quy trình chưa được hợp thức hóa — chỉ số sàng lọc thành phần hóa học, không phải tay nghề.