1. Kohlenstoffäquivalent ist nicht der tatsächliche Kohlenstoffgehalt

C bezeichnet in der Bescheinigung den Kohlenstoffgehalt. CEV oder Pcm ist dagegen ein aus C und weiteren festgelegten Elementen berechneter Wert. Beide Angaben getrennt erfassen. C = 0.10% und CEV = 0.381% widersprechen sich nicht: Der zweite Wert enthält Beiträge weiterer Elemente. Er bedeutet nicht, dass der Stahl tatsächlich 0.381% Kohlenstoff enthält.

Kohlenstoffäquivalent-Formeln wurden zunächst zur Beschreibung des Zusammensetzungseinflusses auf die Aufhärtbarkeit entwickelt und später auch für die Empfindlichkeit gegenüber wasserstoffbedingten Kaltrissen verwendet. Das verbreitete IIW-Äquivalent und Pcm beruhen auf unterschiedlichen Untersuchungen; Pcm wurde vorwiegend für niedriglegierte Stähle mit geringerem Kohlenstoffgehalt entwickelt.[1] Bezeichnungen wie „niedriglegiert“, „hochfest“ oder „schweißbar“ legen daher allein noch kein Berechnungsverfahren für einen Auftrag fest.

Ausgangspunkt ist die Definition in Bestellung, Werkstoffnorm, Projektspezifikation oder vorgesehenem schweißtechnischem Bewertungsverfahren. Steht nur „CE“, muss die konkrete Gleichung geklärt werden. Ist CET gefordert, gehört kein CEV-Ergebnis in dieses Feld. Mehrere Ausgaben eines Rechners sind nicht automatisch für dasselbe Annahmekriterium gültig.

2. Formelname und Zweck gehören zum Ergebnis

Verglichen werden hier CEV (IIW) und Pcm (Ito–Bessyo). Die Japan Welding Engineering Society führt CE(IIW) und Pcm getrennt auf und verlangt ausdrücklich Eingaben in Massenprozent.[2] Mit zusammengefassten Termen:

CEV (IIW) = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15

Pcm = C + Si/30 + (Mn + Cu + Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B

Für C, Si, Mn und die übrigen Elemente den Zahlenwert des Massenprozents einsetzen. Bei Mn = 1.35% lautet die Eingabe 1.35, nicht 0.0135. Ist die Tabelleneinheit bereits %, liegt der Zellenwert 1.35 schon in dieser Form vor. B in Pcm steht für Bor, nicht für den Gütebuchstaben B am Ende einer Stahlbezeichnung.

Formel, erforderliche Eingaben und zugehörige Anforderungen vergleichen.
PrüfpunktCEV (IIW)Pcm (Ito–Bessyo)
Benötigte ElementeC, Mn, Cr, Mo, V, Ni, CuC, Si, Mn, Cu, Cr, Ni, Mo, V, B
Gewichtung der ElementeMn wird mit 1/6 gewichtet; weitere Elemente werden wie vorgeschrieben zusammengefasstMn wird mit 1/20 gewichtet; zusätzlich sind Si/30, 5B und weitere festgelegte Terme enthalten
Grundlage der AuswahlSchreibt die gültige Werkstoff- oder Projektanforderung IIW vor, und verwendet das anschließende Verfahren diesen Wert?Decken Anforderungen und Werkstoffbereich Pcm ab, und liegen alle notwendigen Eingaben vor?
Passender VergleichAnforderung für dieselbe Formel sowie den jeweiligen Werkstoff, Dickenbereich und weitere BedingungenDie für Pcm definierte Anforderung, kein CEV-Grenzwert
Dieselbe Zusammensetzung wird getrennt nach CEV (IIW) und Pcm berechnet und mit den jeweils zugehörigen Anforderungen verglichen; ein kleinerer Wert ist kein Auswahlgrund
Bild 1. Lehrdarstellung der Formeln und Eingabefelder. Alle Elementgehalte werden in Massenprozent eingesetzt. Die beiden Wege sind keine austauschbaren Annahmeverfahren; zuerst ist die Anwendbarkeit anhand der tatsächlichen Anforderungen zu klären.

Unterschiedliche Gewichtungen desselben Elements führen erwartungsgemäß zu unterschiedlichen Ergebnissen. Ein niedrigerer Pcm-Wert bedeutet nicht „doppelte Schweißbarkeit“. Ebenso wenig darf nach Berechnung beider Werte der leichter einzuhaltende ausgewählt werden. Auch Dillinger führt die Äquivalente getrennt auf und definiert einen eigenen Gültigkeitsbereich für das anschließende Schweißparameterverfahren.[3]

3. Bescheinigungsdaten vor der Eingabe vollständig lesen

Daten für eine Charge müssen dem gelieferten Material zugeordnet werden können. Vor dem Lesen der Zusammensetzung Schmelzen-, Coil- oder Blechkennzeichnung mit der Bescheinigung abgleichen. Die Bescheinigung einer anderen Schmelze, typische Katalogwerte oder zulässige Normhöchstwerte sind keine tatsächliche Analyse des vorliegenden Blechs. Auch SSAB verknüpft die Bescheinigungsanalyse mit der Blechidentität und nennt Massenprozent als Eingabebasis.[4]

Feststellen, ob eine Schmelzen- oder Stückanalyse vorliegt und welche Analysebasis die Anforderung verlangt. Probenahmezeitpunkt und Bezugsobjekt unterscheiden sich. C aus der Schmelzenanalyse, Mn aus der Stückanalyse eines anderen Blechs und einen typischen B-Katalogwert nicht kombinieren. Werden spezifizierte Höchstwerte für eine konservative Abschätzung im Einkauf verwendet, diese als „Abschätzung aus kombinierten Obergrenzen“ kennzeichnen und die Zulässigkeit im Verfahren prüfen. Sie ist keine tatsächliche Schmelzenanalyse und ersetzt keine Eingangsprüfung.

Ein leeres Feld, ein Strich oder ein nicht aufgeführtes Element belegt keinen Nullgehalt. Fehlt ein für die Formel benötigter Wert, beim Lieferanten Analyse, Berichtsumfang oder die zulässige Behandlung nach den geltenden Anforderungen klären. Ein Rechner, der leere Felder als null behandelt, nutzt eine Softwareannahme; er ergänzt keinen Werkstoffnachweis.

Zusätze wie „<0.0010%“ beibehalten und klären, ob sie eine Berichtsgrenze, Nachweisgrenze oder andere Bedingung beschreiben. Nach der geltenden Regel verfahren. Wird vorübergehend mit der Obergrenze gerechnet, um ihren Einfluss abzuschätzen, „Obergrenzenabschätzung“ vermerken. Nicht als gemessene 0.0010% eintragen oder kommentarlos zu null ändern. Nahe einem Grenzwert auch die Genauigkeit der Ausgangsdaten, Rundung und Konformitätsentscheidungsregel prüfen.

4. Nachrechenbares Beispiel: zwei Ergebnisse aus einer Zusammensetzung

Rechenbeispiel: Die angenommene Zusammensetzung zeigt Einheiten, Gewichtungen und Nachprüfung. Alle Werte liegen vor und werden als ein gemeinsamer Analysedatensatz betrachtet. Sie stehen weder für eine bestimmte Stahlsorte noch für eine reale Schmelze. Die Berechnung beider Gleichungen genehmigt nicht die Anwendung beider Verfahren auf ein reales Material.

Angenommene Zusammensetzung für ein Rechenbeispiel; keine reale Schmelze oder Stahlsorte.
ElementAngenommener Gehalt (Massen-%)Prüfhinweis
C, Kohlenstoff0.10In beiden Formeln direkt enthalten
Si, Silicium0.24In dieser CEV-Gleichung nicht enthalten; bei Pcm als Si/30
Mn, Mangan1.35Unterschiedliche Gewichtung in beiden Formeln
Cu, Kupfer0.15Nach der jeweiligen Formel gruppiert
Ni, Nickel0.18Bei CEV durch 15, bei Pcm durch 60 geteilt
Cr, Chrom0.12Nach der jeweiligen Formel gruppiert
Mo, Molybdän0.03Bei CEV durch 5, bei Pcm durch 15 geteilt
V, Vanadium0.02Bei CEV durch 5, bei Pcm durch 10 geteilt
B, Bor0.0010Entspricht 10 Massen-ppm; bei Pcm mit 5 multipliziert

Einsetzen in CEV:

CEV = 0.10 + 1.35/6 + (0.12 + 0.03 + 0.02)/5 + (0.18 + 0.15)/15

= 0.10 + 0.225 + 0.034 + 0.022 = 0.381%.

Einsetzen in Pcm:

Pcm = 0.10 + 0.24/30 + (1.35 + 0.15 + 0.12)/20 + 0.18/60 + 0.03/15 + 0.02/10 + 5×0.0010

= 0.10 + 0.008 + 0.081 + 0.003 + 0.002 + 0.002 + 0.005 = 0.201%.

Hier gilt für Bor: 10 ppm = 0.0010%. Sein Beitrag zu Pcm beträgt 0.005 Prozentpunkte. Ohne B ergibt sich 0.196% – eine plausibel aussehende Zahl, die jedoch nicht den vorgegebenen Daten entspricht. Fehlt B in einer tatsächlichen Bescheinigung, darf auch dort 0.196% nicht als geprüftes, vollständiges Pcm-Ergebnis bezeichnet werden.

Originaleingaben, Einheiten, Formelbezeichnung und ungerundete Zwischenwerte aufbewahren; anschließend mit der vorgeschriebenen Stellenzahl berichten. Die Beispielwerte 0.381% und 0.201% bestätigen nur die Rechnung mit diesen Eingaben. Sie begründen weder Werkstoffannahme noch Schweißfreigabe.

5. Rechenrichtigkeit und Erfüllung einer Anforderung getrennt dokumentieren

Ein brauchbares Rechenblatt macht Anforderung, Werkstoff, Eingangsdaten, Gleichung und Schlussfolgerung nachvollziehbar. Bei einer Zahl ohne Formel und Datenquelle lässt sich nach einem Wechsel von Schmelze, Dicke oder Schweißprozess kaum feststellen, ob der Eintrag weiter anwendbar ist.

Eine rückverfolgbare Aufzeichnung trennt Eingangsdaten, Rechnung und Konformitätsbewertung.
AufzeichnungsfeldAufzubewahrende AngabenVorgehen bei Abweichungen
Anforderung und FormelDokumentkennung, Ausgabe, Abschnitt und vollständige CEV/Pcm-DefinitionEinträge mit bloßem CE klären; dieselbe Abkürzung kann unterschiedliche Gleichungen meinen
WerkstoffidentitätVollständige Bezeichnung, Lieferzustand, Dicke, Schmelzen- und Coil/BlechkennungRückverfolgbarkeit herstellen, wenn Eintrag und Material nicht zusammenpassen
AnalysebasisBescheinigungskennung, Schmelzen-/Stückanalyse und beprobtes MaterialDatensätze nicht mischen und Analysebasis nicht kommentarlos wechseln
Elemente und EinheitenOriginalwerte, Massen-%/ppm, Leerfelder und Zusätze wie „<“Benötigte Daten beschaffen; Umrechnungen und erlaubte Behandlungen dokumentieren
Berechnung und VergleichFormelversion, Eingaben, Zwischenwerte, Rundungsregel und zugehöriger GrenzwertRechenprüfung getrennt von der Konformitätsentscheidung erfassen
Schlussfolgerung und GeltungsbereichErfüllung dieser Werkstoffanforderung, offene Punkte, Freigabeverantwortlicher und AuftragEin positives Einzelergebnis nicht zur Freigabe sämtlicher Schweißbedingungen ausweiten
Anforderungen und Materialidentität klären, Analysedaten vervollständigen und rechnen; danach Werkstoffanforderung und Schweißverfahren getrennt bewerten und fehlende Daten klären
Bild 2. Ablauf zur Prüfung von Werkstoffdaten und Rechenergebnissen. Die Kästen nennen erforderliche Informationen und sind keine realen Prüfberichte. Vollständige Daten erfordern weiterhin eine getrennte Werkstoff- und Prozessbewertung.

Begrenzt eine Bestellung ausdrücklich CEV, während der Lieferant nur Pcm angibt, die Eingaben für die geforderte Formel oder geeignete Zusatznachweise beschaffen. „Pcm ist niedriger“ rechtfertigt keine Annahme. Wird umgekehrt Pcm gefordert und B ist unbekannt, bleibt der Punkt offen; ein vollständiger CEV-Nachweis schließt ihn nicht.

6. Das Ergebnis auf die tatsächliche Verbindung und den Prozess anwenden

Das Kohlenstoffäquivalent beschreibt den Zusammensetzungsfaktor. Wasserstoffrisse hängen außerdem von Wasserstoff, empfindlichem Gefüge und Zugspannungen ab. Dickenkombination, Einspannung, Verfahren, Zusatzwerkstoffe und Wärmeeinbringung beeinflussen die Bewertung ebenfalls.[5] Ein CEV- oder Pcm-Wert legt daher keine Vorwärmtemperatur für beliebige Bauteile fest. Eine Einkaufstabelle „unter diesem Wert kein Vorwärmen“ würde wesentliche Bedingungen auslassen.

Werkstoffannahme und Produktionsfreigabe können getrennte, genaue Statusangaben erhalten: etwa „Bescheinigung dem Material zugeordnet, Rechnung geprüft; Anwendbarkeit der Schweißanweisung noch offen“. Bei Verbindungen unterschiedlicher Werkstoffe für beide Identität und Zusammensetzung dokumentieren und die gesamte Verbindung nach dem geltenden Verfahren bewerten. Nicht beide Analysen zu einem fiktiven Werkstoff mitteln.

Ein niedrigeres Kohlenstoffäquivalent erfüllt nicht automatisch Stahlsorte, Güte, Lieferzustand, Kerbschlaganforderungen oder weitere Zeichnungsvorgaben. Ein Ersatzwerkstoff ist gegen alle Anforderungen zu prüfen. Für Q355N, Q355M und spätere Erwärmung siehe den Leitfaden zu Lieferzustand und Verarbeitungsbewertung.

7. Angaben für eine Angebotsanfrage

Für geschweißte Halter, Rahmen oder andere Blechteile Zeichnung, vorgeschriebenen Werkstoff, Dicke und erwartete Menge bereitstellen; Schweißnähte und wichtige Passstellen kennzeichnen. Liegt eine Bescheinigung vor, Analyseseite und zugehörige Materialkennung beifügen. Vertrauliche Kunden- oder Bestelldaten können geschwärzt werden; die für die Zuordnung nötigen Angaben müssen erhalten bleiben.

Steht in der Zeichnung nur „niedriges Kohlenstoffäquivalent“ oder enthält die Bescheinigung einen undefinierten CE-Wert, diese Frage ausdrücklich nennen. Vollständige Anforderung, Formel und verfügbare Werkstoffnachweise vor der Prozessplanung zu klären, schafft eine belastbarere Angebotsgrundlage als die Auswahl der kleineren Zahl.