L'un des plus gros problèmes dans le soudage des aciers à grains fins à haute résistance est la fissuration à froid. En général, la tendance à la fissuration à froid des aciers micro-alliés à grains fins est faible [1]. Cependant, si des teneurs en carbone plus élevées sont présentes, des fissures à froid favorisées par l'hydrogène peuvent se produire dans la zone affectée par la chaleur. Étant donné que d'autres éléments d'alliage en plus du carbone favorisent également la fissuration à froid, des équivalents carbone sont souvent utilisés pour estimer la sensibilité de la fissure. Il existe de nombreuses formules pour décrire l'équivalent carbone, dans lesquelles les éléments d'alliage individuels sont pondérés différemment.
L'équivalent carbone peut donc être généralement compris comme une mesure de la tendance d'un matériau à la fissuration à froid en fonction de sa composition chimique. Il sert également de base au calcul de la température minimale de préchauffage Tp et du temps de refroidissement t8 / 5, nécessaires pour exclure la fissuration à froid après refroidissement du cordon de soudure.

Le comportement à la fissuration à froid des assemblages soudés dépend principalement des facteurs d'influence indiqués dans le tableau de droite [2].

  • Composition chimique
  • Épaisseur de la pièce dans la zone de couture
  • Teneur en hydrogène du métal soudé
  • Apport de chaleur pendant le soudage
  • Niveau de contrainte résiduelle de la construction
  • Température de préchauffage / température intercouche

L'influence de la composition chimique sur le comportement à la fissuration à froid des aciers peut être décrite de manière suffisamment précise par l'équivalent carbone CET. 
Il en résulte des valeurs limites jusqu'à l'épaisseur desquelles des tôles d'acier avec la composition chimique correspondante peuvent être soudées sans préchauffage, si des conditions de soudage normales sont appliquées et une condition de contrainte résiduelle favorable est présente [3].

Équivalent carbone CET [%] Épaisseur maximale de la tôle sans préchauffage [mm]
0,18 60
0,22 50
0,26 40
0,31 30
0,34 20
0,38 12
0,40 8

Il convient de noter que l'épaisseur de tôle admissible n'est déterminée par l'équivalent carbone du matériau de base que si l'équivalent carbone du métal soudé est au moins 0,03% inférieur à celui du matériau de base. Dans le cas contraire, l'équivalent carbone du métal soudé augmenté d'une marge de sécurité de 0,03% doit être utilisé pour déterminer l'épaisseur de tôle admissible.

CET

Le CET équivalent carbone a été formulé par Uwer und Höhne en 1991 [4] et est actuellement l'équivalent carbone le plus complet pour la prévention de  la fissuration à froid. La plage de validité se réfère aux plages admissibles des différents éléments d'alliage indiqués entre parenthèses sur la page d'entrée [5].

Équation:

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

CE

L'équivalent carbone CE remonte à une publication de l'Institut international de soudage (IIW) il y a plus de 20 ans [6]. Il est basé principalement sur des mesures de dureté et a été dérivé sous l'hypothèse que les éléments d'alliage qui contribuent au durcissement favorisent la fissuration à froid dans la même mesure. Puisque l'équivalent carbone CE, comparé aux équivalents carbone plus récents, sous-estime fortement l'effet du carbone, il est moins adapté au traitement des problèmes de fissuration à froid que les modèles plus récents [4]. Il ne convient pas particulièrement dans le domaine des temps de refroidissement courts.

Équation: 

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

PCM

L'équivalent carbone PCM est basé sur les résultats japonais d'Ito et Bessyo en 1969 [7]. Il peut être utilisé pour des temps de refroidissement courts et pour le soudage des racines [8].

Équation: 

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

CEM

L'équivalent carbone CEM ne peut être utilisé que dans les conditions très limitées de la plage de temps de refroidissement courte (2 à 6 s) et de la plage de validité étroite de la composition chimique (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].

Equation: 

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

CEN

L'équivalent carbone CEN développé au Japon est une combinaison purement mathématique des équivalents carbone CE et PCM [9]. Cependant, il n'est pas mieux adapté pour décrire le comportement de fissuration à froid que les équivalents carbone sous-jacents CE et PCM.

Équation:

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)  

Littérature

[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