Kalkulator równoważnika węgla i temperatury podgrzewania
Liczy CE wg wzoru IIW oraz CET wg EN 1011-2, ocenia spawalność stali i podpowiada temperaturę podgrzewania wstępnego z uwzględnieniem grubości, zawartości wodoru i energii liniowej.
Skład chemiczny, % masy
Warunki spawania — do obliczenia podgrzewania
Co to jest równoważnik węgla
To skład chemiczny stali ściśnięty do jednej liczby, która zachowuje się jak zawartość węgla. Węgiel decyduje o tym, jak twardy będzie martenzyt przy szybkim chłodzeniu; mangan, chrom, molibden, wanad, nikiel i miedź spowalniają przemianę, więc martenzyt powstaje nawet przy wolniejszym stygnięciu. Każdy wzór nadaje tym pierwiastkom wagę — mangan liczy się jako jedna szósta węgla w CE (IIW), jedna dziesiąta w CET — i sumuje.
Tuż przy jeziorku strefa wpływu ciepła nagrzewa się powyżej zakresu przemian, a potem zimna blacha hartuje ją w ciągu kilku sekund. Im wyższy równoważnik, tym twardsza i kruchsza wychodzi. Twarda strefa, wodór dyfundujący i naprężenia własne razem dają pęknięcia wodorowe (zimne), które pojawiają się nawet po kilku godzinach i pod powierzchnią — zob. pęknięcia spoin. Równoważnik mierzy pierwszy czynnik, podgrzewanie i materiały niskowodorowe zajmują się dwoma pozostałymi. Liczy się go z analizy konkretnego wytopu: norma gatunku podaje tylko górne granice.
Wzory
Równoważnik węgla IIW:
CE = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15
CET wg EN 1011-2:
CET = C + (Mn + Mo)/10 + (Cr + Cu)/20 + Ni/40
Temperatura podgrzewania (EN 1011-2, metoda B):
Tp = 697·CET + 160·th(d/35) + 62·HD0,35 + (53·CET − 32)·Q − 328
Gdzie d to sumaryczna grubość w obszarze złącza, mm;
HD — zawartość wodoru dyfundującego w stopiwie, ml/100 g;
Q — energia liniowa, kJ/mm; th — tangens hiperboliczny.
Jak czytać wynik
| CE (IIW) | Spawalność | Co robić |
|---|---|---|
| do 0,40 | Dobra | Podgrzewanie niepotrzebne, zwykłe elektrody |
| 0,40–0,60 | Ograniczona | Podgrzewanie 100–200 °C, elektrody niskowodorowe, suszenie |
| powyżej 0,60 | Zła | Podgrzewanie 200–350 °C, podgrzewanie towarzyszące, wyżarzanie po spawaniu |
Typowe gatunki
| Gatunek | C, % | Mn, % | CE ≈ |
|---|---|---|---|
| S235JR | 0,17 | 1,40 | 0,40 |
| S355J2 | 0,20 | 1,60 | 0,47 |
| C22 | 0,20 | 0,50 | 0,28 |
| C45 | 0,45 | 0,65 | 0,56 |
| 30ChGSA | 0,30 | 1,00 | 0,67 |
Kolumna CE jest liczona wzorem IIW z tego samego składu, a nie przepisana — tabela i kalkulator nie mogą się rozejść.
Pęknięcia zimne powstają przy zbiegu trzech warunków: struktura hartownicza, wodór i naprężenia rozciągające. Podgrzewanie usuwa pierwszy i częściowo drugi, ale nie zwalnia z suszenia elektrod, oczyszczenia krawędzi z wilgoci, oleju i rdzy oraz rozsądnej kolejności układania ściegów.
Przykłady obliczeń z liczbami kalkulatora
Każda liczba to wynik, jaki pokazuje ten kalkulator dla podanych danych. Warunki spawania — domyślne, o ile nie napisano inaczej: 12 mm, wodór „5–10 ml/100 g”, 1,0 kJ/mm. Podgrzewanie jest zaokrąglone do najbliższych 5 °C.
1. Skład domyślny
C 0,18, Mn 1,40, Si 0,30, Cr 0,05, Mo 0,02, V 0,01, Ni 0,05, Cu 0,10 — typowa blacha konstrukcyjna C-Mn. 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. Krzem jest w formularzu, ale żaden z wzorów go nie używa. 0,439 mieści się w przedziale 0,40–0,60 — spawalność ograniczona, podgrzewanie wymagane — a kalkulator podaje 70 °C. Z opcją wodoru „do 5” spada do 40 °C, przy 30 mm rośnie do 130 °C. Ta sama stal, trzy odpowiedzi: sam przedział nigdy nie daje temperatury.
2. S235JR i S355J2 z tabeli
Tabela gatunków przyjmuje górne granice C i Mn, a resztę pierwiastków zeruje — to najgorszy przypadek, a nie realny wytop. S235JR (C 0,17, Mn 1,40): CE 0,403, CET 0,310, podgrzewanie 55 °C. Przy wszystkich maksimach naraz gatunek ledwie dotyka granicy 0,40; rzeczywiste wytopy zwykle leżą poniżej, dlatego S235 w zwykłych grubościach spawa się bez podgrzewania. S355J2 (C 0,20, Mn 1,60): CE 0,467, CET 0,360, podgrzewanie 90 °C przy 12 mm i 150 °C przy 30 mm. Tabela mówi, jakiego przedziału się spodziewać; dla grubego S355 przenieś CET z atestu do kalkulatora podgrzewania.
3. Jak czytać atest 3.1
W świadectwie odbioru 3.1 wg EN 10204 skład jest w bloku analizy wytopowej, w procentach masy; niektóre huty drukują tam też CEV. Przepisz C, Mn, Cr, Mo, V, Ni i Cu. Pierwiastek pominięty liczy się jako zero i wynik wychodzi zaniżony. Przykładowy wytop: 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, CET 0,313, podgrzewanie 55 °C. Wpisz tylko C i Mn, a dostaniesz CE 0,383, CET 0,290 i ocenę „dobra, podgrzewanie zbędne”: pierwiastki resztkowe były warte 0,052, dość, by przeskoczyć granicę 0,40. Mimo to komórka podgrzewania nadal pokazuje 40 °C — ocena to zgrubny przedział IIW, komórka to wzór EN 1011-2 z twoją grubością i wodorem. Gdy się rozchodzą, idź za wzorem i instrukcją WPS.
4. Gatunki hartujące się: C45 i 30ChGSA
C45 (C 0,45, Mn 0,65): CE 0,558, CET 0,515, podgrzewanie 205 °C, 180 °C z suchymi elektrodami zasadowymi. Według CE wciąż „ograniczona”, a jednak powyżej 100–200 °C, które tabela podaje dla tego przedziału: CET mocniej waży węgiel, a C45 to głównie węgiel. 30ChGSA (C 0,30, Mn 1,00, Cr 1,00): CE 0,667, „zła”, CET 0,450, podgrzewanie 160 °C. Tu: suszone elektrody zasadowe, kontrola temperatury przed każdym ściegiem, powolne stygnięcie i obróbka cieplna po spawaniu, jeśli wymaga jej WPS. Sprawdź czas stygnięcia t8/5: za krótki i strefa zahartuje się mimo podgrzewania. Metodę B opracowano dla stali konstrukcyjnych, więc tu jej wynik to punkt wyjścia do technologii.
CEV, CET czy Pcm — kiedy który
- CEV = CE (IIW). Dwie nazwy jednego wzoru; „CEV” to oznaczenie w EN 10025 i na atestach. Do pierwszej oceny spawalności, porównania wytopów i sprawdzenia maksimum z zamówienia. Progi 0,40 i 0,60 dotyczą właśnie jego.
- CET (EN 1011-2) mocniej waży węgiel i jest daną wejściową podgrzewania metodą B. Dla tego samego wytopu jest niższy niż CE — 0,331 wobec 0,439 w składzie domyślnym — więc nie porównuj go z progami CE.
- Pcm, opublikowany przez Ito i Bessyo w 1968 r.: C + Si/30 + (Mn+Cu+Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B. Stworzony dla niskowęglowych stali o podwyższonej wytrzymałości i rurociągowych; jedyny z trzech liczy krzem i bor. Ten kalkulator go nie liczy.
Podgrzewanie według równoważnika węgla
Metoda B z EN 1011-2 łączy cztery dane: CET, grubość, wodór dyfundujący materiału dodatkowego (HD) i energię liniową. Grubsza blacha szybciej odbiera ciepło, więcej wodoru potrzebuje dłużej w temperaturze, by uciec, wyższa energia spowalnia stygnięcie. W kalkulatorze podgrzewania ustawienia domyślne — S355J2, CET 0,34, 20 mm, HD 12, 1,5 kJ/mm — dają 120 °C; HD 4 daje 75 °C, 40 mm — 170 °C, S235JR (CET 0,25) — 50 °C. Na tej stronie skład domyślny przy 30 mm: 130 °C przy 1,0 kJ/mm, 115 °C przy 2,0 kJ/mm (energię policzysz w kalkulatorze energii liniowej). Kalkulator podgrzewania zaokrągla w górę do 5 °C, ta strona do najbliższych 5 °C, więc wyniki mogą różnić się o 5 °C — bierz wyższy. Temperatura międzyściegowa: od podgrzewania do zwykłych 250 °C dla stali konstrukcyjnych.
Typowe błędy
- Maksima z normy zamiast rzeczywistego wytopu. Na etapie projektu i zakupu, gdy wytop jest nieznany — tak; gdy atest jest w ręku, korzystaj z niego.
- Pominięte Cu, Ni i V. Puste pole to zero — w przykładzie z atestem ukryło to 0,052 CE.
- Mylenie progów CE i CET. 0,40 i 0,60 to progi CE; CET 0,33 to nie „dobra spawalność”.
- CE dla stali nierdzewnej lub żeliwa. Nie stosuje się: dla nierdzewnych i złączy różnoimiennych — wykres Schaefflera, dla żeliwa zob. spawanie żeliwa.
Częste pytania
Jaki równoważnik węgla uznaje się za bezpieczny?
Przy CE do 0,40 stal spawa się bez podgrzewania zwykłymi metodami. Od 0,40 do 0,60 potrzebne jest podgrzewanie i kontrola wodoru. Powyżej 0,60 podgrzewanie jest obowiązkowe, a po spawaniu z reguły wymagane odprężanie.
Czym CET różni się od CE(IIW)?
CE(IIW) to starszy wzór Międzynarodowego Instytutu Spawalnictwa, dobrze działający dla stali węglowych o C > 0,18 %. CET z EN 1011-2 jest dokładniejszy dla współczesnych stali niskowęglowych mikrostopowych i wchodzi do wzoru na temperaturę podgrzewania.
Skąd wziąć skład chemiczny stali?
Z atestu materiałowego (3.1 wg EN 10204) albo z normy na gatunek: EN 10025 dla stali konstrukcyjnych. Jeśli atestu nie ma, można przyjąć skład po górnej granicy gatunku — obliczenie wyjdzie z zapasem.
Co to jest równoważnik węgla?
Skład chemiczny stali sprowadzony do jednej liczby działającej jak zawartość węgla: węgiel plus Mn, Cr, Mo, V, Ni i Cu, każdy z własną wagą. Im wyższy, tym twardsza strefa wpływu ciepła i większe ryzyko pęknięć wodorowych.
CEV a CE — czy to to samo?
Tak. CEV to nazwa, pod którą EN 10025 i atesty hutnicze podają wzór IIW C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 — ten sam, który kalkulator pokazuje jako CE (IIW). CET i Pcm to inne wzory z własnymi skalami.
Jaki równoważnik węgla jest spawalny bez podgrzewania?
Poniżej 0,40 kalkulator ocenia spawalność jako dobrą. Od 0,40 oznacza podgrzewanie jako wymagane, a temperaturę wyznaczają grubość, wodór i energia liniowa: domyślny skład (CE 0,439) potrzebuje 70 °C przy 12 mm i 130 °C przy 30 mm.
Aktualizacja: