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Kohlenstoffäquivalent Dieser Artikel behandelt das Zum Kohlenstoffdioxidäquivalent CO2 Äquivalent siehe Treibhauspotenti

Kohlenstoffäquivalent

Das Kohlenstoffäquivalent ist in der Werkstoffkunde ein Maß zur Beurteilung der Schweißeignung von Stählen.

Definition Bearbeiten

Das Kohlenstoffäquivalent ist in der Werkstoffkunde ein Maß zur Beurteilung der Schweißeignung von unlegierten und niedriglegierten Stählen. Der Kohlenstoffgehalt und eine Vielzahl anderer Legierungselemente im Stahl beeinflussen sein Verhalten. Zur Beurteilung der Schweißeignung ist deshalb im Kohlenstoffäquivalent der Kohlenstoffgehalt und der gewichtete Anteil der Elemente, welche die Schweißeignung des Stahls ähnlich beeinflussen, wie es vom Kohlenstoff zu erwarten wäre, zu einem Zahlenwert zusammengefasst. Dabei impliziert ein Wert des Kohlenstoffäquivalents kleiner 0,45 % eine gute Schweißeignung. Höhere Werte erfordern – abhängig von der Verarbeitungsdicke – das Vorwärmen des Materials. Ab einem Wert größer 0,65 ist das Werkstück nur mit erhöhtem Aufwand schweißgeeignet, da es durch Martensitbildung zu Kalt- bzw. Härterissen kommen kann.

Berechnung des Kohlenstoffäquivalents Bearbeiten

Für die Berechnung des Kohlenstoffäquivalents gibt es kein allgemein gültiges Verfahren und es wird daher je nach Zweck ein unterschiedliches Verfahren angewandt.

Gebräuchlich sind:

CEV (Carbon Equivalent Value) Bearbeiten

Einsetzbar ab einem Kohlenstoffgehalt von 0,18 %, dient der Abschätzung der Notwendigkeit des Vorwärmens zur Vermeidung von Aufhärtungsrissen (genormt in EN 10025-1); die Vorwärmtemperatur T0 kann unter der Zuhilfenahme spezieller Formeln angenähert werden. CEV = C + Mn/6 + (Cu + Ni)/15 + (Cr + Mo + V)/5

CET (Carbon Equivalent Thyssen) Bearbeiten

Es dient der Abschätzung der Vorwärmtemperatur Tp (bzw. Zwischenlagentemperatur Ti)zur Vermeidung wasserstoffunterstützter Risse – speziell soll durch eine höhere Anfangstemperatur eine genügend lange Abkühlung entstehen (so kann sich H2 ausreichend aus dem Schweißgut lösen) CET = C + (Mn + Mo)/10 + (Cr + Cu)/20 + Ni/40

Für die Vorwärmtemperatur Tp gilt indes folgender Zusammenhang:

Dabei sei HD die Menge des diffusiblen Wasserstoffs in ml/100 g Schweißgut und die Wärmeeinbringung mit (bei elektrischen Schmelzschweißverfahren) Hier sei der relative thermische Wirkungsgrad und die Schweißgeschwindigkeit.

PCM (Critical Metal Parameter) Bearbeiten

Eingesetzt bei kurzen Abkühlzeiten und Wurzelschweißungen: PCM = C + Si/30+ (Mn + Cu + Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5 B

Die Legierungsanteile sind in Prozent einzusetzen. In der Regel wird im Werkstoffzeugnis das Kohlenstoffäquivalent angegeben, sodass der Anwender diese Berechnung nicht selbst vornehmen muss. Unter Umständen ist jedoch die Nutzbarkeit des dort angegebenen CEV für die spezielle Anwendung zu hinterfragen.

Auswirkungen hoher Kohlenstoffäquivalente Bearbeiten

Mit steigendem Kohlenstoffäquivalent sind eine Vielzahl von Problemen beim Schweißen des Werkstückes zu erwarten, unter anderem:

und dadurch hervorgerufen

  • verschiedene Arten von Rissen im Gefüge

Maßnahmen zur Erhöhung der Schweißeignung Bearbeiten

  • Vorwärmen
  • Auswahl einer geeigneten Nahtgeometrie
  • Verwendung geeigneter Elektroden

Schweißen von Guss Bearbeiten

Das Kohlenstoffäquivalent ist auch für die Ausführung von Reparatur- und Konstruktionsschweißungen von Gussteilen bedeutsam, da durch diesen Wert die Vorwärmtemperatur beim Schweißen bestimmt werden kann. So müssen beispielsweise leichtlegierte Stahlgussteile bei einem CE-Wert von 0,6 % auf 250 °C vorgewärmt werden, um sie fehlerfrei schweißen zu können. Wie bei Stahl ist auch bei Guss die vorhandene Wanddicke der zu schweißenden Bereiche eine wichtige Einflussgröße.

Kritik Bearbeiten

Das Kohlenstoffäquivalent stellt eine Hilfsgröße für die Schweißeignung dar. Da diese jedoch von einer Vielzahl von Faktoren abhängt, ist ihre genaue Definition vom Werkstoff und der Art der Schweißung abhängig. Somit ist das Kohlenstoffäquivalent nicht als universell gültiger Wert zu betrachten, sondern muss auf die jeweilige Anwendung abgestimmt sein. Für Kohlenstoffgehalte kleiner 0,18 % wird beispielsweise in vielen Quellen die Anwendung des PCM empfohlen.

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Roloff/Matek Maschinenelemente: Schweißeignung von Stählen, Kohlenstoffäquivalent und Härterisse
  2. (Memento vom 16. März 2013 im Internet Archive)

Weblinks Bearbeiten

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Veröffentlichungsdatum:
Dieser Artikel behandelt das Kohlenstoffaquivalent Zum Kohlenstoffdioxidaquivalent CO2 Aquivalent siehe Treibhauspotential Das Kohlenstoffaquivalent ist in der Werkstoffkunde ein Mass zur Beurteilung der Schweisseignung von Stahlen Inhaltsverzeichnis 1 Definition 2 Berechnung des Kohlenstoffaquivalents 2 1 CEV Carbon Equivalent Value 2 2 CET Carbon Equivalent Thyssen 2 3 PCM Critical Metal Parameter 3 Auswirkungen hoher Kohlenstoffaquivalente 4 Massnahmen zur Erhohung der Schweisseignung 5 Schweissen von Guss 6 Kritik 7 Einzelnachweise 8 WeblinksDefinition BearbeitenDas Kohlenstoffaquivalent ist in der Werkstoffkunde ein Mass zur Beurteilung der Schweisseignung von unlegierten und niedriglegierten Stahlen Der Kohlenstoffgehalt und eine Vielzahl anderer Legierungselemente im Stahl beeinflussen sein Verhalten Zur Beurteilung der Schweisseignung ist deshalb im Kohlenstoffaquivalent der Kohlenstoffgehalt und der gewichtete Anteil der Elemente welche die Schweisseignung des Stahls ahnlich beeinflussen wie es vom Kohlenstoff zu erwarten ware zu einem Zahlenwert zusammengefasst Dabei impliziert ein Wert des Kohlenstoffaquivalents kleiner 0 45 eine gute Schweisseignung Hohere Werte erfordern abhangig von der Verarbeitungsdicke das Vorwarmen des Materials Ab einem Wert grosser 0 65 ist das Werkstuck nur mit erhohtem Aufwand schweissgeeignet da es durch Martensitbildung zu Kalt bzw Harterissen kommen kann 1 Berechnung des Kohlenstoffaquivalents BearbeitenFur die Berechnung des Kohlenstoffaquivalents gibt es kein allgemein gultiges Verfahren und es wird daher je nach Zweck ein unterschiedliches Verfahren angewandt 2 Gebrauchlich sind CEV Carbon Equivalent Value Bearbeiten Einsetzbar ab einem Kohlenstoffgehalt von 0 18 dient der Abschatzung der Notwendigkeit des Vorwarmens zur Vermeidung von Aufhartungsrissen genormt in EN 10025 1 die Vorwarmtemperatur T0 kann unter der Zuhilfenahme spezieller Formeln angenahert werden CEV C Mn 6 Cu Ni 15 Cr Mo V 5 CET Carbon Equivalent Thyssen Bearbeiten Es dient der Abschatzung der Vorwarmtemperatur Tp bzw Zwischenlagentemperatur Ti zur Vermeidung wasserstoffunterstutzter Risse speziell soll durch eine hohere Anfangstemperatur eine genugend lange Abkuhlung entstehen so kann sich H2 ausreichend aus dem Schweissgut losen CET C Mn Mo 10 Cr Cu 20 Ni 40Fur die Vorwarmtemperatur Tp gilt indes folgender Zusammenhang T p 700 C E T 160 tanh d 35 62 H D 0 35 53 C E T 32 Q 330 displaystyle T text p 700 cdot CET 160 cdot tanh left frac d 35 right 62 cdot HD 0 35 53 cdot CET 32 cdot Q 330 nbsp Dabei sei HD die Menge des diffusiblen Wasserstoffs in ml 100 g Schweissgut und Q displaystyle Q nbsp die Warmeeinbringung mit Q k U I v 10 3 displaystyle Q k cdot left tfrac U cdot I v right cdot 10 3 nbsp bei elektrischen Schmelzschweissverfahren Hier sei k displaystyle k nbsp der relative thermische Wirkungsgrad und v displaystyle v nbsp die Schweissgeschwindigkeit PCM Critical Metal Parameter Bearbeiten Eingesetzt bei kurzen Abkuhlzeiten und Wurzelschweissungen PCM C Si 30 Mn Cu Cr 20 Ni 60 Mo 15 V 10 5 BDie Legierungsanteile sind in Prozent einzusetzen In der Regel wird im Werkstoffzeugnis das Kohlenstoffaquivalent angegeben sodass der Anwender diese Berechnung nicht selbst vornehmen muss Unter Umstanden ist jedoch die Nutzbarkeit des dort angegebenen CEV fur die spezielle Anwendung zu hinterfragen Auswirkungen hoher Kohlenstoffaquivalente BearbeitenMit steigendem Kohlenstoffaquivalent sind eine Vielzahl von Problemen beim Schweissen des Werkstuckes zu erwarten unter anderem Aufhartung und Versprodung des Werkstucks in der Warmeeinflusszoneund dadurch hervorgerufen verschiedene Arten von Rissen im GefugeMassnahmen zur Erhohung der Schweisseignung BearbeitenVorwarmen Auswahl einer geeigneten Nahtgeometrie Verwendung geeigneter ElektrodenSchweissen von Guss BearbeitenDas Kohlenstoffaquivalent ist auch fur die Ausfuhrung von Reparatur und Konstruktionsschweissungen von Gussteilen bedeutsam da durch diesen Wert die Vorwarmtemperatur beim Schweissen bestimmt werden kann So mussen beispielsweise leichtlegierte Stahlgussteile bei einem CE Wert von 0 6 auf 250 C vorgewarmt werden um sie fehlerfrei schweissen zu konnen Wie bei Stahl ist auch bei Guss die vorhandene Wanddicke der zu schweissenden Bereiche eine wichtige Einflussgrosse Kritik BearbeitenDas Kohlenstoffaquivalent stellt eine Hilfsgrosse fur die Schweisseignung dar Da diese jedoch von einer Vielzahl von Faktoren abhangt ist ihre genaue Definition vom Werkstoff und der Art der Schweissung abhangig Somit ist das Kohlenstoffaquivalent nicht als universell gultiger Wert zu betrachten sondern muss auf die jeweilige Anwendung abgestimmt sein Fur Kohlenstoffgehalte kleiner 0 18 wird beispielsweise in vielen Quellen die Anwendung des PCM empfohlen Einzelnachweise Bearbeiten Roloff Matek Maschinenelemente Schweisseignung von Stahlen Kohlenstoffaquivalent und Harterisse Umfassende Erlauterung der Anwendbarkeit der Kohlenstoffaquivalente mit Berechnungsformeln Memento vom 16 Marz 2013 im Internet Archive Weblinks BearbeitenCEV Rechner Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Kohlenstoffaquivalent amp oldid 213203147