Kohlenstoffäquivalent-Rechner: CEV, CET und Vorwärmtemperatur prüfen
Wie gut sich ein Stahl schweißen lässt, entscheidet sich oft nicht erst am Schweißgerät, sondern schon in seiner chemischen Zusammensetzung. Kleine Unterschiede bei Kohlenstoff, Mangan, Chrom, Nickel oder Bor können das Verhalten beim Schweißen spürbar verändern und damit auch die Frage, ob Vorwärmen sinnvoll oder sogar erforderlich sein kann.
Der Kohlenstoffäquivalent-Rechner hilft Ihnen dabei, CEV, CET, Pcm und CEN aus Ihren Werkstoffdaten nachvollziehbar zu berechnen und die wichtigsten Einflussgrößen für die Vorwärmtemperatur gemeinsam zu betrachten. So wird aus einer schwer greifbaren Werkstoffbewertung eine strukturierte und vergleichbare Grundlage für die weitere Schweißplanung:
CEV, CET, Pcm, CEN und Vorwärm-Check
Kohlenstoffäquivalent-Rechner – CEV, CET und Vorwärmtemperatur prüfen
Mit diesem Rechner können Sie aus der chemischen Zusammensetzung eines Stahlwerkstoffs mehrere gebräuchliche Kohlenstoffäquivalente bestimmen. Berechnet werden CEV, CET, Pcm und CEN. Zusätzlich kann auf Basis des CET-Wertes eine rechnerische Vorwärmtemperatur für ferritische Stähle abgeschätzt werden, sofern die Eingaben innerhalb des vorgesehenen Anwendungsbereichs der Berechnungsmethode liegen.
Die Kennwerte gewichten Kohlenstoff und Legierungselemente unterschiedlich. Deshalb sind CEV, CET, Pcm und CEN keine austauschbaren Zahlen und sollten nicht allein anhand ihrer absoluten Höhe miteinander verglichen werden. Das Tool zeigt die Werte nebeneinander und erklärt, wofür die einzelnen Berechnungsansätze verwendet werden.
- Vier Kennwerte gleichzeitig berechnen CEV, CET, Pcm und CEN werden aus denselben eingegebenen Legierungsanteilen ermittelt und übersichtlich gegenübergestellt.
- Vorwärmtemperatur abschätzen Aus CET, Blechdicke, Wasserstoffgehalt und effektiver Wärmeeinbringung kann eine rechnerische Mindest-Vorwärmtemperatur bestimmt werden.
- Anwendungsbereiche mitprüfen Das Tool kontrolliert, ob die eingegebenen Werte innerhalb der dokumentierten Grenzen der CET- und Vorwärmberechnung liegen.
So verwenden Sie den Rechner
- Chemische Zusammensetzung übernehmen Tragen Sie die Massenanteile der Legierungselemente möglichst aus einem Werkstoff- oder Abnahmeprüfzeugnis ein. Die Eingaben erfolgen in Prozent.
- Kohlenstoffäquivalente berechnen Das Tool ermittelt CEV, CET, Pcm und CEN mit den jeweils unterschiedlichen Gewichtungen der Legierungselemente.
- Optional Vorwärmbedingungen eingeben Für den Vorwärm-Check werden zusätzlich Blechdicke, diffusibler Wasserstoffgehalt HD und effektive Wärmeeinbringung Q benötigt.
- Ergebnis und Gültigkeitsprüfung gemeinsam lesen Verwenden Sie einen berechneten Temperaturwert nur zusammen mit dem angezeigten Gültigkeitsstatus und den für den Werkstoff maßgeblichen technischen Vorgaben.
Legierungsanteile für CEV, CET, Pcm und CEN eingeben
Geben Sie die chemische Zusammensetzung in Massenprozent ein. Die voreingetragenen Werte sind ausschließlich Demonstrationswerte für die Beispielberechnung und keine Werkstoffempfehlung.
Ergebnis: Kohlenstoffäquivalente und Vorwärm-Check
Beispielauswertung für die voreingetragenen Demonstrationswerte. Nach der Berechnung werden hier Ihre individuellen Ergebnisse angezeigt.
Kohlenstoffäquivalent
CEV / CE nach IIW
CEV fasst den Einfluss von Kohlenstoff, Mangan, Chrom, Molybdän, Vanadium, Nickel und Kupfer zu einem Vergleichswert zusammen. Ein einzelner CEV-Wert ist jedoch keine technische Freigabe einer Schweißverbindung.
Kohlenstoffäquivalent
CET
CET gewichtet die Legierungselemente anders als CEV und wird bei der hier verwendeten Methode als chemischer Einflussfaktor für die Vorwärmberechnung eingesetzt.
Kohlenstoffäquivalent
Pcm
Pcm berücksichtigt unter anderem Silizium und Bor und besitzt gegenüber CEV eine andere Gewichtung der Legierungselemente. Der Zahlenwert darf deshalb nicht unmittelbar mit CEV oder CET gleichgesetzt werden.
Zusätzlicher Vergleichswert
CEN
CEN verändert die Gewichtung weiterer Legierungselemente in Abhängigkeit vom Kohlenstoffanteil und ergänzt damit den direkten Vergleich der unterschiedlichen Rechenansätze.
CET-basierter Vorwärm-Check
Rechnerische Vorwärmtemperatur
Im Beispiel werden CET = 0,289 %, eine Bauteildicke von 40 mm, HD = 3 ml/100 g und eine effektive Wärmeeinbringung Q = 1,5 kJ/mm verwendet. Daraus ergibt sich rechnerisch eine Vorwärmtemperatur von rund 70 °C.
Gültigkeitsprüfung der Berechnung
Formeln für CEV, CET, Pcm und CEN
Alle chemischen Elemente werden in den folgenden Gleichungen als Massenanteil in Prozent eingesetzt. Die verschiedenen Formeln gewichten die Legierungselemente unterschiedlich.
CEV / CE nach IIW
CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15
Diese Gleichung berücksichtigt neben Kohlenstoff insbesondere Mangan sowie mehrere härtbarkeitsbeeinflussende Legierungselemente.
CET
CET = C + (Mn + Mo)/10 + (Cr + Cu)/20 + Ni/40
CET ist bewusst anders aufgebaut als CEV. Im Vorwärmteil dieses Rechners wird CET als chemischer Kennwert der verwendeten Berechnungsmethode eingesetzt.
Pcm
Pcm = C + Si/30 + (Mn + Cu + Cr)/20 + Mo/15 + Ni/60 + V/10 + 5 × B
Bei Pcm geht zusätzlich Bor mit einem hohen Gewichtungsfaktor ein. Deshalb ist bei der Eingabe des Borgehalts besonders auf die korrekte Einheit und Dezimalstelle zu achten.
CEN
CEN = C + [0,75 + 0,25 × tanh(20 × (C − 0,12))] × [Si/24 + Mn/6 + Cu/15 + Ni/20 + (Cr + Mo + V + Nb)/5 + 5 × B]
Die CEN-Gleichung enthält einen vom Kohlenstoffgehalt abhängigen Faktor und bezieht zusätzlich Niob und Bor ein.
Wie wird die Vorwärmtemperatur berechnet?
Für die zusätzliche Vorwärmabschätzung verwendet das Tool eine CET-basierte Rechenbeziehung. Dabei werden chemische Zusammensetzung, Bauteildicke, diffusibler Wasserstoff und effektive Wärmeeinbringung gemeinsam berücksichtigt.
Verwendete Vorwärmformel
Tp = 697 × CET + 160 × tanh(d/35) + 62 × HD0,35 + (53 × CET − 32) × Q − 328
- Tp
- rechnerische Vorwärmtemperatur in °C
- CET
- Kohlenstoffäquivalent CET in Massen-%
- d
- Bauteil- beziehungsweise Blechdicke in mm
- HD
- diffusibler Wasserstoffgehalt in ml/100 g Schweißgut
- Q
- effektive Wärmeeinbringung in kJ/mm
Wann ist die Vorwärmberechnung innerhalb ihres dokumentierten Bereichs?
Ein mathematisch berechenbarer Wert ist nicht automatisch ein fachlich belastbarer Wert. Deshalb prüft das Tool zusätzlich, ob die für die CET-basierte Vorwärmberechnung maßgeblichen Eingaben innerhalb der dokumentierten Bereiche liegen.
Zusammensetzungsbereich für CET-Folgeberechnungen
- C
- 0,05 bis 0,32 %
- Si
- maximal 0,80 %
- Mn
- 0,50 bis 1,90 %
- Cr
- maximal 1,50 %
- Ni
- maximal 2,50 %
- Mo
- maximal 0,75 %
- Cu
- maximal 0,70 %
- V
- maximal 0,18 %
- Nb
- maximal 0,06 %
- Ti
- maximal 0,12 %
- B
- maximal 0,005 %
Bereich der Vorwärmformel
- CET
- 0,20 bis 0,50 %
- Dicke d
- 10 bis 90 mm
- HD
- 1 bis 20 ml/100 g
- Q
- 0,5 bis 4,0 kJ/mm
Liegt mindestens eine dieser Größen außerhalb des Bereichs, soll der spätere Rechner den Zahlenwert nicht als reguläres Vorwärmergebnis präsentieren, sondern deutlich auf die Bereichsüberschreitung hinweisen.
Warum liefern CEV, CET, Pcm und CEN unterschiedliche Ergebnisse?
Ein Kohlenstoffäquivalent fasst die chemische Zusammensetzung eines Stahls zu einer rechnerischen Hilfsgröße zusammen. Es gibt jedoch nicht nur eine einzige dafür verwendete Gleichung. Die verschiedenen Ansätze wurden für unterschiedliche Werkstoffbereiche und Fragestellungen entwickelt und weisen den einzelnen Legierungselementen deshalb unterschiedliche Gewichtungen zu.
CEV und CET sind nicht dasselbe
Bereits Mangan, Chrom, Molybdän, Nickel und Kupfer gehen bei CEV und CET mit unterschiedlichen Divisoren in die Berechnung ein. Bei identischer chemischer Zusammensetzung entstehen daher unterschiedliche Zahlenwerte.
Pcm berücksichtigt weitere Einflüsse
Pcm enthält zusätzlich Silizium und Bor. Vor allem der Borgehalt kann trotz eines zahlenmäßig kleinen Massenanteils einen sichtbaren Einfluss auf den Pcm-Wert haben.
CEN verwendet eine variable Gewichtung
Beim CEN verändert ein mathematischer Faktor die Gewichtung in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt. Deshalb kann auch CEN nicht einfach durch einen festen Umrechnungsfaktor aus CEV, CET oder Pcm abgeleitet werden.
Der höchste Wert ist nicht automatisch der „schlechteste“
Die Kennwerte basieren auf unterschiedlichen Gleichungen. Ein zahlenmäßig höheres CEV als Pcm bedeutet deshalb nicht, dass CEV eine schlechtere Schweißeignung „misst“. Entscheidend ist, welcher Kennwert für die konkrete Bewertungsmethode vorgesehen ist.
Was der Rechner nicht beurteilen kann
Kohlenstoffäquivalente und eine rechnerische Vorwärmtemperatur sind Hilfsgrößen. Die Schweißeignung einer konkreten Verbindung lässt sich nicht allein aus der chemischen Zusammensetzung ableiten.
- Werkstoffzustand und Werkstoffnorm berücksichtigen Lieferzustand, Festigkeit, Gefüge und herstellerspezifische Verarbeitungshinweise können zusätzliche Anforderungen vorgeben.
- Schweißverfahren und Schweißzusatz berücksichtigen Wasserstoffeintrag, Wärmeführung und Zusatzwerkstoff beeinflussen das Verhalten einer realen Schweißverbindung.
- Bauteilgeometrie und Zwang berücksichtigen Dicke, Nahtform, Steifigkeit und konstruktive Zwängungen können das Kaltrissrisiko beeinflussen und werden durch einen einzelnen Kohlenstoffäquivalent-Wert nicht vollständig beschrieben.
- WPS und verbindliche Vorgaben haben Vorrang Das Ergebnis ersetzt keine Schweißanweisung, Verfahrensprüfung, Werkstofffreigabe oder fachtechnische Bewertung.
Häufige Fragen zum Kohlenstoffäquivalent-Rechner
Was ist der Unterschied zwischen CEV und CET?
Beide Kennwerte verwenden die chemische Zusammensetzung des Stahls, gewichten die einzelnen Legierungselemente aber unterschiedlich. Deshalb können für denselben Stahl unterschiedliche CEV- und CET-Werte entstehen. Für die Vorwärmformel dieses Rechners ist CET der maßgebliche chemische Kennwert.
Warum berechnet das Tool zusätzlich Pcm?
Pcm ist ein weiterer Kohlenstoffäquivalent-Ansatz mit einer anderen Gewichtung der Legierungselemente. Unter anderem werden Silizium und Bor berücksichtigt. Dadurch ergänzt Pcm die alleinige Betrachtung von CEV und CET.
Was bedeutet ein hoher Kohlenstoffäquivalent-Wert?
Ein höherer Kennwert kann auf einen stärkeren Einfluss der chemischen Zusammensetzung auf Härtbarkeit und Schweißverhalten hinweisen. Eine allgemeingültige Grenze für „schweißbar“ oder „nicht schweißbar“ lässt sich daraus jedoch nicht ableiten. Werkstoff, Dicke, Wasserstoff, Wärmeeinbringung und weitere Randbedingungen müssen gemeinsam betrachtet werden.
Kann ich die Vorwärmtemperatur nur aus dem CEV bestimmen?
Nicht mit der hier verwendeten Berechnungsmethode. Der Vorwärm-Check nutzt CET und berücksichtigt zusätzlich die Bauteildicke, den diffusiblen Wasserstoffgehalt HD und die effektive Wärmeeinbringung Q.
Was ist der Wasserstoffwert HD?
HD beschreibt den diffusiblen Wasserstoff im abgeschiedenen Schweißgut und wird hier in ml pro 100 g angegeben. Für eine belastbare Berechnung sollte ein zum verwendeten Schweißzusatz und Verfahren passender Wert verwendet werden.
Was bedeutet die effektive Wärmeeinbringung Q?
Die effektive Wärmeeinbringung beschreibt die für die Wärmeführung wirksame Energie je Schweißnahtlänge. Sie wird in kJ/mm angegeben und berücksichtigt neben den elektrischen Schweißparametern auch den Wirkungsgrad des jeweiligen Schweißprozesses.
Was passiert, wenn meine Eingaben außerhalb des Gültigkeitsbereichs liegen?
Die Kohlenstoffäquivalente können mathematisch weiterhin berechnet werden. Bei der CET-basierten Vorwärmabschätzung ist eine Bereichsüberschreitung jedoch fachlich relevant. Das Tool kennzeichnet solche Fälle deshalb ausdrücklich, anstatt einen scheinbar uneingeschränkt gültigen Temperaturwert auszugeben.
Ersetzt der Rechner eine WPS oder Werkstofffreigabe?
Nein. Der Rechner dient zur nachvollziehbaren Berechnung und Orientierung. Maßgeblich bleiben die für die konkrete Schweißaufgabe geltenden Werkstoffunterlagen, Regelwerke, Verfahrensprüfungen und Schweißanweisungen.
Werden meine eingegebenen Werkstoffdaten gespeichert?
Das Tool ist für eine lokale Berechnung im Browser vorgesehen. Es benötigt keine externe API und keine externe JavaScript- Bibliothek. Eine dauerhafte Speicherung der eingegebenen Legierungs- und Prozesswerte durch das Tool ist nicht vorgesehen.
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