Schweißen
Kohlenstoffäquivalent und Vorwärmtemperatur berechnen
Kurz gesagt
Das Kohlenstoffäquivalent ergibt sich aus der Stahlzusammensetzung: CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 (IIW) und CET = C + (Mn+Mo)/10 + (Cr+Cu)/20 + Ni/40. Mit Blechdicke d, Wasserstoff HD und Wärmeeinbringung Q liefert EN 1011-2 Verfahren B eine Mindest-Vorwärmtemperatur Tp.
Berechnung
Beispiel, berechnet mit den Standardwerten des Werkzeugs.
Eingaben
- C (Kohlenstoff)
- 0,16 %
- Mn (Mangan)
- 1,4 %
- Cr (Chrom)
- 0,05 %
- Mo (Molybdän)
- 0 %
- V (Vanadium)
- 0 %
- Ni (Nickel)
- 0,1 %
- Cu (Kupfer)
- 0,1 %
- Si (Silizium, Bereichsprüfung)
- 0,3 %
- Stoß
- Stumpfstoß
- Dickstes Blech
- 15 mm
- Diffusibler Wasserstoff im Schweißgut
- 5
- Wärmeeinbringung Q
- 1 kJ/mm
- Streckgrenze des Grundwerkstoffs
- 355
Ergebnisse
- Richtwert Vorwärmtemperatur Tp
- 46 °CVerfahren B, Minimum
Durchgerechnetes Beispiel
Alle Werte dieses Abschnitts gehören zum Beispiel, berechnet mit den Standardwerten des Werkzeugs.
Weitere Ergebnisse des Beispiels
- Kohlenstoff-Äquivalent CE (IIW)
- 0,417
- CET (EN 1011-2)
- 0,310
- Blechdicke d
- 15 mm
- Richtwerte: sie ersetzen weder die qualifizierte WPS noch die Tabelle des maßgebenden Regelwerks (AWS D1.1, ASME B31.3, EN 1011-2 Verfahren A…).
- EN 1011-2 Verfahren B: Mindesttemperatur gegen wasserstoffinduzierte Kaltrisse in unlegierten und niedriglegierten Stählen; gilt nicht für Edelstahl, Aluminium oder Gusseisen.
- Temperatur in 4 t oder 75 mm Abstand von der Fuge messen und während der ganzen Naht halten; bei ungleichen Dicken ist das dickere Blech maßgebend. Einlagige Kehlnaht: das Verfahren liefert bis zu 60 °C zu viel.
- Der CET des Grundwerkstoffs muss den des Schweißguts um mindestens 0,03 % übersteigen; sonst vom CET des Schweißguts + 0,03 % ausgehen.
Rechenweg Schritt für Schritt
CE (IIW)
CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15
0,160 + 1,400/6 + (0,050+0,000+0,000)/5 + (0,100+0,100)/15 = 0,417
CET (EN 1011-2, Gl. C.2)
CET = C + (Mn+Mo)/10 + (Cr+Cu)/20 + Ni/40
0,160 + (1,400+0,000)/10 + (0,050+0,100)/20 + 0,100/40 = 0,310
Blechdicke (Verfahren B)
d = t (dickstes Teil)
15,0 mm
Vorwärmen (EN 1011-2, Gl. C.8)
Tp = 697·CET + 160·tanh(d/35) + 62·HD^0,35 + (53·CET − 32)·Q − 328
697 × 0,310 + 160 × tanh(0,429) + 62 × 5,0^0,35 + (53 × 0,310 − 32) × 1,00 − 328 = 46,1 °C
So geht’s
- Stahlzusammensetzung in % eingeben: C, Mn, Cr, Mo, V, Ni, Cu, und Si für die Bereichsprüfung.
- Stoß wählen (Stumpfstoß, T-Stoß oder Kehlnaht) und das dickste Blech eingeben, oder direkt die Blechdicke d.
- Diffusiblen Wasserstoff im Schweißgut (ml/100 g) und Wärmeeinbringung Q in kJ/mm eingeben.
- Bei Bedarf die Streckgrenze des Grundwerkstoffs eingeben, für die Bereichsprüfung.
- Kohlenstoff-Äquivalent CE (IIW) ablesen.
Häufige Fragen
Wie lautet die Formel für das Kohlenstoffäquivalent beim Schweißen?
Das Kohlenstoffäquivalent nach IIW ist CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15, Gehalte in Masse-%. Das CET nach EN 1011-2 (Anhang C, Gl. C.2) ist CET = C + (Mn+Mo)/10 + (Cr+Cu)/20 + Ni/40: es dient der Berechnung der Vorwärmtemperatur nach Verfahren B.
Wie berechnet man das Kohlenstoffäquivalent eines Stahls? Ein Beispiel
Beispiel mit C 0,16 %, Mn 1,4 %, Cr 0,05 %, Ni 0,1 % und Cu 0,1 %: CE = 0,160 + 1,400/6 + (0,050+0,000+0,000)/5 + (0,100+0,100)/15 = 0,417, und CET = 0,160 + (1,400+0,000)/10 + (0,050+0,100)/20 + 0,100/40 = 0,310.
Wie berechnet man die Vorwärmtemperatur nach EN 1011-2?
Verfahren B (Anhang C.3, Gl. C.8) ergibt Tp = 697·CET + 160·tanh(d/35) + 62·HD^0,35 + (53·CET − 32)·Q − 328, mit d der Blechdicke in mm (der des dicksten Teils, nicht der kombinierten Dicke von Verfahren A), HD dem diffusiblen Wasserstoff in ml/100 g und Q der Wärmeeinbringung in kJ/mm. Mit CET 0,310, zwei Blechen 15 mm im Stumpfstoß (d = 15 mm), HD = 5 und Q = 1,0 kJ/mm ergibt sich Tp = 46,1 °C.
Welchen Gültigkeitsbereich hat Verfahren B?
Die Berechnung meldet ein Ergebnis außerhalb des Bereichs, wenn das CET außerhalb 0,20 bis 0,50 % liegt, die Blechdicke außerhalb 10 bis 90 mm, der Wasserstoff außerhalb 1 bis 20 ml/100 g, die Wärmeeinbringung außerhalb 0,5 bis 4,0 kJ/mm, wenn die Streckgrenze 1000 N/mm² übersteigt oder ein Gehalt außerhalb seiner Grenzen liegt (zum Beispiel C 0,05 bis 0,32 %, Mn 0,5 bis 1,9 %).
Sagt das Kohlenstoffäquivalent, ob ein Stahl schweißbar ist?
Die Berechnung gibt keine Bewertung der Schweißbarkeit. Sie nutzt das CET für eine Mindesttemperatur gegen wasserstoffinduzierte Kaltrisse, gültig für unlegierte und niedriglegierte Stähle, nicht für Edelstahl, Aluminium oder Gusseisen. Das CE (IIW) gehört zu Verfahren A (Diagramme) der EN 1011-2, das die Berechnung nicht abdeckt.
Grenzen
Richtwerte: sie ersetzen weder die qualifizierte WPS noch die Tabelle des anzuwendenden Regelwerks (AWS D1.1, ASME B31.3, EN 1011-2 Verfahren A). Berechnet wird nur EN 1011-2 Verfahren B, nach öffentlichen Quellen, die die Norm zitieren. Temperatur in 4 t oder 75 mm Abstand von der Fuge messen; bei einlagiger Kehlnaht liefert das Verfahren bis zu 60 °C zu viel. Das CET des Grundwerkstoffs muss das des Schweißguts um mindestens 0,03 % übersteigen.
Quellen
- EN 1011-2:2001+A1:2003 Soudage : recommandations, soudage à l’arc des aciers ferritiques : Annexe C.3, méthode B : éq. C.2 (CET) et C.8 (Tp), domaine de validité
- BS EN 1011-2:2001+A1:2003 (texte intégral) : méthode B, d = épaisseur de tôle : § 16 b, § C.3.2.2 éq. C.4, § C.3.3 éq. C.8
- CE (IIW) : IIW Doc IX-535-67, repris par EN 10025 et API 5L ; CET : EN 1011-2 annexe C : Formules de carbone équivalent
- Limites de composition de la méthode B (C 0,05–0,32 ; Mn 0,5–1,9 …) : ISO/TR 17671-2 / EN 1011-2 annexe C.3