Ett av de största problemen vid svetsning av höghållfasta finkorniga stål är kallsprickning. I allmänhet är kallsprickningstendensen hos mikrolegerat finkornigt stål låg [1]. Men om det finns högre kolinnehåll kan vätgunstiga kalla sprickor uppstå i den värmepåverkade zonen. Eftersom andra legeringselement förutom kol också gynnar kallsprickbildning, används ofta kolekvivalenter för att uppskatta sprickkänsligheten. Det finns många formler för att beskriva kolekvivalenten, där de enskilda legeringselementen viktas olika.
Kolekvivalenten kan sålunda allmänt förstås som ett mått på materialets kallsprickningstendens beroende på dess kemiska sammansättning. Det tjänar också som en bas för beräkning av den lägsta förvärmningstemperaturen Tp och kyltiden t8 / 5, vilka är nödvändiga för att utesluta kallsprickning efter svetsfogens nedkylning.
Kallsprickningsbeteendet hos svetsade fogar beror främst på de påverkande faktorerna som anges i tabellen till höger [2].
- Kemisk sammansättning
- Arbetsstyckets tjocklek i sömområdet
- Vätehalten i svetsmetallen
- Värmeintag under svetsning
- Konstruktionens restspänningsnivå
- Förvärmningstemperatur / mellanlagertemperatur
Den kemiska sammansättningens inverkan på stålets kallsprickbildning kan beskrivas tillräckligt exakt med kolekvivalenten CET.
Detta resulterar i gränsvärden upp till vars tjocklek stålplåtar med motsvarande kemiska sammansättning kan svetsas utan förvärmning, om normala svetsvillkor tillämpas och en gynnsam restspänningstillstånd är närvarande [3].
| Kolekvivalent CET [%] | max. plåttjocklek utan förvärmning [mm] |
| 0,18 | 60 |
| 0,22 | 50 |
| 0,26 | 40 |
| 0,31 | 30 |
| 0,34 | 20 |
| 0,38 | 12 |
| 0,40 | 8 |
Det bör noteras att den tillåtna plåttjockleken endast bestäms av basmaterialets kolekvivalent om kolekvivalenten hos svetsgodset är minst 0,03% lägre än den hos basmaterialet. I annat fall ska kolekvivalenten hos svetsmetallen ökad med en säkerhetsmarginal på 0,03% användas för att bestämma den tillåtna plåttjockleken.
CET
Kolekvivalenten CET formulerades av Uwer und Höhne 1991 [4] och är för närvarande den mest omfattande kolekvivalenten för att förhindra kallsprickbildning. Giltighetsområdet avser tillåtna intervall för enskilda legeringselement som ges inom parentes på ingångssidan [5].
Ekvation:
CET = C + (Mn + Mo)/10 + (Cr + Cu)/20 + Ni/40
CE
Kolekvivalenten CE går tillbaka till en publikation från International Institute of Welding (IIW) för mer än 20 år sedan [6]. Den baseras främst på hårdhetsmätningar och härleddes under antagandet att legeringselement som bidrar till härdning främjar kallsprickning i samma utsträckning. Eftersom kolekvivalenten CE, jämfört med nyare kolekvivalenter, kraftigt underskattar effekten av kol är den mindre lämplig för behandling av kallsprickproblem än nyare modeller [4]. Den är olämplig speciellt inom korta nedkylningstider.
Ekvation:
CE = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Cu + Ni)/15
PCM
Kolekvivalenten PCM baseras på japanska resultat från Ito och Bessyo i 1969 [7]. Den kan användas för korta nedkylningstider och rotsvetsning [8].
Ekvation:
PCM = C + Si/30 + (Mn + Cu + Cr)/20 + Mo/15 + Ni/60 + V/10 + 5*B
CEM
Kolekvivalenten CEM kan endast användas under mycket begränsade förhållanden under det korta nedkylningstidsintervallet (2 till 6 s) och det smala giltighetsområdet för den kemiska sammansättningen (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].
Ekvation:
CEM = C + Si/25 + (Mn + Cu)/20 + (Cr + V)/10 + Mo/15 + Ni/40
CEN
Kolekvivalenten CEN utvecklad i Japan är en rent matematisk kombination av kolekvivalenterna CE och PCM [9]. Det är emellertid inte bättre lämpligt att beskriva kallsprickbeteendet än de underliggande kolekvivalenterna CE och PCM.
Ekvation:
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)
Litteratur
[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