المكافئ الكربوني: CE وCET

من تركيب الصبّة إلى حكم على قابلية اللحام وإلى درجة التسخين المسبق — بمعادلتين معياريتين.

ما هو المكافئ الكربوني؟

هو التحليل الكيميائي مضغوطًا في رقم واحد يتصرّف كنسبة كربون. الكربون يحدّد مدى قساوة المارتنسيت حين يبرد الفولاذ بسرعة؛ والمنغنيز والكروم والموليبدنوم والفاناديوم والنيكل والنحاس تُبطئ التحوّل، فيتكوّن المارتنسيت حتى مع تبريد أبطأ. وكل معادلة تعطي هذه العناصر وزنًا — المنغنيز يُحسب سدس الكربون في CE (IIW) وعُشره في CET — ثم تجمعها.

بجوار الحوض تُسخَّن المنطقة المتأثّرة حراريًّا فوق مجال التحوّل، ثم يُطفئها اللوح البارد في ثوانٍ. وكلّما ارتفع المكافئ الكربوني خرجت أقسى وأكثر هشاشة. منطقة قاسية وهيدروجين منتشر وإجهاد متبقٍّ معًا تسبّب الشقوق الهيدروجينية (الباردة)، وقد تظهر بعد ساعات وتحت السطح — انظر شقوق اللحام. المكافئ الكربوني يقيس العامل الأول؛ والتسخين المسبق والمستهلكات منخفضة الهيدروجين تعالج العاملين الآخرين. ويُحسب من التحليل الفعلي للصبّة: مواصفة الدرجة لا تعطي إلّا حدودًا عليا.

نزّل الرسم: SVG · PNG

المعادلتان واستعمال كلٍّ منهما

CE (IIW) = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15. هذا هو المؤشّر الكلاسيكي المذكور في الشهادات ومواصفات الفولاذ، ويعمل جيّدًا لفولاذ الكربون والمنغنيز فوق نحو 0.18 % كربون.

CET = C + (Mn+Mo)/10 + (Cr+Cu)/20 + Ni/40. وهي التي تستعملها الطريقة B في EN 1011-2 لحساب التسخين المسبق، وتناسب الفولاذ الحديث قليل الكربون دقيق الحبيبات أكثر.

ولذلك يعطيان رقمين مختلفين للصبّة نفسها، وكلٌّ منهما يُقرأ بحدوده هو.

كيف تقرأ النتيجة

تحت CE 0.40 % يُلحم الفولاذ الإنشائي العادي دون تسخين مسبق. ومن 0.40 إلى 0.60 يصير خطر المنطقة القاسية حقيقيًّا، والتسخين المسبق يتوقّف على السُّمك والهيدروجين والتقييد — أدخل CET في حاسبة التسخين المسبق. وفوق 0.60 لا يعود التسخين المسبق والتبريد المضبوط اختيارًا، وتدخل المعالجة الحرارية بعد اللحام عادةً في الإجراء.

يجب أن يأتي التركيب من شهادة المصنع لتلك الصبّة لا من رمز الدرجة. لوحان مختومان كلاهما S355J2 قد يختلفان بـ0.05 % كربون و0.3 % منغنيز ويبقيان ضمن المواصفة — وهذا يكفي لنقل CE إلى الجهة الأخرى من حدّ القرار.

درجات شائعة

حُسب عمود CE بمعادلة IIW من التركيب نفسه ولم يُنقل نقلًا، فلا يمكن أن يفترق الجدول عن الحاسبة.

أمثلة محسوبة بأرقام الحاسبة

كل رقم هنا هو ما تطبعه هذه الحاسبة للمدخلات المذكورة. وظروف اللحام هي قيمها الافتراضية ما لم يُذكر غير ذلك: 12 mm، وخيار الهيدروجين «⁦5–10⁩ ml/100 g»، و1.0 kJ/mm. والتسخين المسبق مقرّب إلى الأعلى بخطوة ⁦5 °C⁩.

1. التحليل الافتراضي

C 0.18، Mn 1.40، Si 0.30، Cr 0.05، Mo 0.02، V 0.01، Ni 0.05، Cu 0.10 — لوح إنشائي نموذجي من فولاذ الكربون والمنغنيز. CE = 0.18 + 1.40/6 (0.233) + (0.05 + 0.02 + 0.01)/5 (0.016) + (0.05 + 0.10)/15 (0.010) = 0.439. CET = 0.18 + 1.42/10 (0.142) + 0.15/20 (0.0075) + 0.05/40 (0.00125) = 0.331. السيليكون موجود في النموذج لكن أيًّا من المعادلتين لا يستعمله. القيمة 0.439 في نطاق ⁦0.40–0.60⁩ — محدودة، والتسخين المسبق مطلوب — وتعطي الحاسبة ⁦70 °C⁩. ومع خيار الهيدروجين «حتى 5» تنزل إلى ⁦45 °C⁩، وعند 30 mm ترتفع إلى ⁦130 °C⁩. الفولاذ نفسه وثلاثة أجوبة: النطاق وحده لا يعطي درجة حرارة أبدًا.

2. S235JR وS355J2 من الجدول

جدول الدرجات يأخذ الحدود العليا للكربون والمنغنيز ويضع باقي العناصر صفرًا — أسوأ حالة لا صبّة حقيقية. S235JR ‏(C 0.17، Mn 1.40): ‏CE 0.403، وCET 0.310، وتسخين مسبق ⁦55 °C⁩. ومع كل الحدود القصوى معًا بالكاد يلمس خطّ 0.40؛ والصبّات الحقيقية تقع عادةً تحته، ولهذا يُلحم S235 في الأسماك العادية دون تسخين مسبق. S355J2 ‏(C 0.20، Mn 1.60): ‏CE 0.467، وCET 0.360، وتسخين مسبق ⁦95 °C⁩ عند 12 mm و⁦150 °C⁩ عند 30 mm. الجدول يقول لك أيّ نطاق تتوقّع؛ ولـS355 في المقاطع السميكة خذ CET من الشهادة إلى حاسبة التسخين المسبق.

نزّل الرسم: SVG · PNG

3. قراءة شهادة 3.1

في شهادة 3.1 حسب EN 10204 يكون التركيب في خانة تحليل البوتقة (الصبّة) بالنسبة المئوية الكتلية؛ وبعض المصانع تطبع CEV هناك أيضًا. انسخ C وMn وCr وMo وV وNi وCu. العنصر المتروك يُحسب صفرًا، فتخرج النتيجة منخفضة. صبّة مثال: C 0.15، Mn 1.40، Cr 0.06، Mo 0.02، V 0.04، Ni 0.12، Cu 0.30. CE = 0.15 + 0.233 + 0.12/5 (0.024) + 0.42/15 (0.028) = 0.435، وCET 0.313، وتسخين مسبق ⁦60 °C⁩. أدخل C وMn فقط وستحصل على CE 0.383 وCET 0.290 وشارة «جيّدة، لا حاجة إلى تسخين مسبق»: العناصر المتبقّية كانت تساوي 0.052، وهذا يكفي لعبور خطّ 0.40. ومع ذلك تبقى خانة التسخين المسبق على ⁦40 °C⁩ — الشارة هي نطاق IIW الخشن، والخانة معادلة EN 1011-2 بسُمكك وهيدروجينك. وحين يختلفان، اتبع المعادلة وإجراء اللحام.

4. درجات قابلة للتقسية: C45 و30ChGSA

C45 ‏(C 0.45، Mn 0.65): ‏CE 0.558، وCET 0.515، وتسخين مسبق ⁦210 °C⁩، و⁦180 °C⁩ مع أقطاب قاعدية جافّة. ما زال «محدودًا» حسب CE، لكنه فوق ⁦100–200 °C⁩ التي يعطيها الجدول لهذا النطاق: CET يعطي الكربون وزنًا أكبر، وC45 كربون في معظمه. 30ChGSA ‏(C 0.30، Mn 1.00، Cr 1.00): ‏CE 0.667، «ضعيفة»، وCET 0.450، وتسخين مسبق ⁦160 °C⁩. استعمل أقطابًا قاعدية مجفّفة، وتحقّق من التسخين المسبق قبل كل مرّة، وبرّد ببطء، وأضف المعالجة الحرارية بعد اللحام حيث يطلبها الإجراء. وراجع زمن التبريد t8/5: إن كان قصيرًا جدًّا قسَت المنطقة رغم التسخين المسبق. الطريقة B وُضعت للفولاذ الإنشائي، فرقمها هنا نقطة بداية للإجراء.

CEV أم CET أم Pcm — أيّها ومتى

• CEV = CE (IIW). اسمان لمعادلة واحدة؛ و«CEV» هو الاسم في EN 10025 وفي الشهادات. للنظرة الأولى إلى قابلية اللحام، ومقارنة الصبّات، والتحقّق من حدّ أقصى مفروض في الطلبية. ونطاقا 0.40 و0.60 يخصّانه.
• CET ‏(EN 1011-2) يعطي الكربون وزنًا نسبيًّا أكبر، وهو مدخل التسخين المسبق بالطريقة B. قيمته أقلّ من CE للصبّة نفسها — 0.331 مقابل 0.439 للتحليل الافتراضي — فلا تقرأه أبدًا بحدود CE.
• Pcm، نشره إيتو وبيسيو عام 1968: C + Si/30 + (Mn+Cu+Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B. وُضع للفولاذ قليل الكربون عالي المقاومة وفولاذ خطوط الأنابيب؛ وهو الوحيد بين الثلاثة الذي يحسب السيليكون والبورون. هذه الحاسبة لا تحسبه.

التسخين المسبق حسب المكافئ الكربوني

تجمع الطريقة B في EN 1011-2 أربعة مدخلات: CET، والسُّمك، والهيدروجين المنتشر في المستهلك (HD)، وطاقة اللحام. اللوح الأسمك يسحب الحرارة أسرع، والهيدروجين الأكثر يحتاج وقتًا أطول على الحرارة ليخرج، وطاقة اللحام الأعلى تُبطئ التبريد. في حاسبة التسخين المسبق تعطي القيم الافتراضية — S355J2 وCET 0.34 و20 mm وHD 12 و1.5 kJ/mm — ⁦120 °C⁩؛ ومع HD 4 تعطي ⁦75 °C⁩، ومع 40 mm تعطي ⁦170 °C⁩، ومع S235JR ‏(CET 0.25) تعطي ⁦50 °C⁩. وفي هذه الصفحة، التحليل الافتراضي عند 30 mm: ‏⁦130 °C⁩ عند 1.0 kJ/mm و⁦115 °C⁩ عند 2.0 kJ/mm (احسب طاقة اللحام بـحاسبة طاقة اللحام). والحاسبتان كلتاهما تقرّبان إلى الأعلى بخطوة ⁦5 °C⁩ — إلى جهة الأمان — فتعطيان الرقم نفسه للمدخلات نفسها. وحرارة ما بين المرّات: من درجة التسخين المسبق حتى ⁦250 °C⁩ المعتادة للفولاذ الإنشائي.

أخطاء شائعة

• حدود المواصفة القصوى بدل الصبّة الفعلية. صحيح في التصميم والشراء حين تكون الصبّة مجهولة؛ وحين تصل الشهادة، استعملها.
• نسيان Cu وNi وV. الخانة الفارغة صفر — وفي مثال الشهادة أخفى ذلك 0.052 من CE.
• الخلط بين حدود CE وCET. ‏0.40 و0.60 حدود CE؛ وقيمة CET 0.33 ليست «قابلية لحام جيّدة».
• CE للفولاذ المقاوم للصدأ أو للحديد الزهر. لا ينطبق: للفولاذ المقاوم للصدأ والوصلات غير المتماثلة استعمل مخطّط شيفلر، وللزهر انظر لحام حديد الزهر.

الكاتب: Dmitry Frolov, لحّام ومصنّع هياكل معدنية آخر تحديث: 28 سبتمبر 2026