Uno de los mayores problemas en la soldadura de aceros de grano fino de alta resistencia es la fisuración en frío. En general, la tendencia a la fisuración en frío de los aceros de grano fino microaleados es baja [1]. Sin embargo, si hay contenidos de carbono más altos, pueden producirse fisuras en frío favorecidas por el hidrógeno en la zona afectada por el calor. Como otros elementos de aleación además del carbono también favorecen la fisuración en frío, a menudo se utilizan carbonos equivalentes para estimar la sensibilidad a la fisuración. Existen numerosas fórmulas para describir el carbono equivalente, en las que los distintos elementos de aleación se ponderan de forma diferente.
Por tanto, el carbono equivalente puede entenderse en general como una medida de la tendencia de un material a la fisuración en frío en función de su composición química. También sirve de base para calcular la temperatura mínima de precalentamiento Tp y el tiempo de enfriamiento t8/5, necesarios para excluir la fisuración en frío tras el enfriamiento del cordón de soldadura. 

El comportamiento frente a la fisuración en frío de las uniones soldadas depende principalmente de los factores de influencia indicados en la tabla de la derecha [2].

  • Composición química 
  • Espesor de la pieza en la zona del cordón 
  • Contenido de hidrógeno del metal de soldadura 
  • Aporte térmico durante la soldadura 
  • Nivel de tensiones residuales de la construcción 
  • Temperatura de precalentamiento/temperatura entre capas 

La influencia de la composición química en el comportamiento frente a la fisuración en frío de los aceros puede describirse con suficiente precisión mediante el carbono equivalente CET. 
De ello resultan valores límite hasta cuyo espesor las chapas de acero con la composición química correspondiente pueden soldarse sin precalentamiento, si se aplican condiciones normales de soldadura y existe un estado favorable de tensiones residuales [3].

Carbono equivalente CET [%] espesor de chapa máx. sin precalentamiento [mm]
0,18 60
0,22 50
0,26 40
0,31 30
0,34 20
0,38 12
0,40 8

Debe tenerse en cuenta que el espesor de chapa admisible solo viene determinado por el carbono equivalente del material base si el carbono equivalente del metal de soldadura es al menos un 0,03 % inferior al del material base. De lo contrario, para determinar el espesor de chapa admisible se utilizará el carbono equivalente del metal de soldadura incrementado en un margen de seguridad del 0,03 %.

CET

El carbono equivalente CET fue formulado por Uwer y Höhne en 1991 [4] y es actualmente el carbono equivalente más completo para la prevención de la fisuración en frío. El rango de validez se refiere a los rangos admisibles de los distintos elementos de aleación indicados entre paréntesis en la página de entrada [5].

Ecuación: 

CET = C + (Mn + Mo)/10 + (Cr + Cu)/20 + Ni/40 

CE

El carbono equivalente CE se remonta a una publicación del Instituto Internacional de Soldadura (IIW) de hace más de 20 años [6]. Se basa principalmente en mediciones de dureza y se derivó bajo el supuesto de que los elementos de aleación que contribuyen al endurecimiento favorecen la fisuración en frío en la misma medida. Como el carbono equivalente CE, en comparación con carbonos equivalentes más recientes, subestima fuertemente el efecto del carbono, es menos adecuado para el tratamiento de problemas de fisuración en frío que los modelos más recientes [4]. No es adecuado especialmente en el rango de tiempos de enfriamiento cortos.

Ecuación: 

CE = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Cu + Ni)/15 

PCM

El carbono equivalente PCM se basa en resultados japoneses de Ito y Bessyo de 1969 [7]. Puede utilizarse para tiempos de enfriamiento cortos y soldadura de raíz [8].

Ecuación: 

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

CEM

El carbono equivalente CEM solo puede utilizarse bajo las condiciones muy limitadas del rango de tiempos de enfriamiento cortos (2 a 6 s) y el estrecho rango de validez de la composición química (C: 0,02 - 0,22, Si: 0,00 - 0,50, Mn: 0,40 - 2,10, Cu: 0,00 - 0,60, Cr: 0,00 - 0,50, Ni: 0,00 - 3,50, Mo: 0,00 - 0,50, V: 0,00 - 0,10) [8].

Ecuación: 

CEM = C + Si/25 + (Mn + Cu)/20 + (Cr + V)/10 + Mo/15 + Ni/40 

CEN

El carbono equivalente CEN, desarrollado en Japón, es una combinación puramente matemática de los carbonos equivalentes CE y PCM [9]. Sin embargo, no es más adecuado para describir el comportamiento frente a la fisuración en frío que los carbonos equivalentes CE y PCM en los que se basa.

Ecuación:

CEN = C + (0,75 + 0,25*tanh(20*(C - 0,12))) * (Si/24 + Mn/6 + Cu/15 + Ni/20 + (Cr + Mo + V + Nb)/5 + 5*B)  

Bibliografía

[1] Dilthey, U.:
Schweißtechnische Fertigungsverfahren Band 2, Verhalten der Werkstoffe beim Schweißen, 2. Auflage, 1995, VDI Verlag, Düsseldorf 
[2] Uwer, D. und Wegmann, H.:
Anwendung des Kohlenstoffäquivalents CET zur Berechnung von Mindestvorwärmtemperaturen für das kaltrißsichere Schweißen von Baustählen, DVS-Jahrbuch Schweißtechnik 96, Deutscher Verband für Schweißtechnik, S. 46 - 55 
[3] Stahl-Eisen-Werkstoffblatt 088:
Schweißgeeignete Feinkornbaustähle, Richtlinien für die Verarbeitung, besonders für das Schweißen, 4. Ausgabe, April 1993, Verlag Stahleisen, Düsseldorf 
[4] Uwer, D. und Höhne, H.:
Charakterisierung des Kaltrißverhaltens von Stählen beim Schweißen. Schweißen und Schneiden 43 (1991), Heft 4, S. 195 - 199 
[5] Uwer, D. und Höhne, H.:
Ermittlung angemessener Mindestvorwärmtemperaturen für das kaltrißsichere Schweißen von Stählen. Schweißen und Schneiden 43 (1991), Heft 5, S. 282 - 286 
[6] Technical Report 1967, IIW Doc. IX-535-67 
[7] Ito, Y. und Bessyo, K.: 
Weldability Formula of High Steels, Related to Heat-Affected Zone Cracking, Sumintomo Search, 1 (1969), H. 5, p. 59 -70 
[8] Düren, C.: 
Konzepte zur Bewertung des Kaltrißverhaltens von Stählen - Beispiele im Bereich der Großrohrstähle, 3R international, 28. Jahrgang, Juli 1989, Heft 6, S. 385 - 391 
[9] Yurioka, N. et. al.: 
Study on Carbon Equivalents to Asses Cold Cracking Tendency and Hardness in Steel Welding, Australian Weld. Res. Ass. Melboure 19. - 20.03.81, Paper 10, p. 1 - 18