홍라이프 계산기탄소당량 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
탄소당량(CE)은 강 속 합금 원소 각각의 경화 효과를 탄소와 비교할 수 있는 하나의 수로 묶은 값입니다. 용접 기술자는 이를 경화능과 열영향부의 수소(저온) 균열 위험을 가늠하고 예열 여부를 정하는 기준으로 씁니다.
계산 방법
- CE(IIW) = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15
- CE(AWS D1.1식) = CE(IIW) + Si/6
- Pcm(이토–베쇼) = C + Si/30 + (Mn + Cu + Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B, 탄소가 약 0.11% 이하인 최신 저탄소강에 적합
- 모든 입력은 밀시트(용강 분석)의 중량 %입니다.
원리
용접 후 강이 빨리 식으면 탄소와 합금 원소가 마르텐사이트 같은 단단하고 취약한 조직을 만듭니다. 여기에 용접 과정의 수소와 잔류 응력이 더해지면 용접 몇 시간 뒤에 균열이 생길 수 있습니다. 각 원소의 효과를 탄소 기준으로 가중하면 균열 민감도를 하나의 수로 나타낼 수 있습니다. 값이 높을수록 예열, 저수소 용접재, 냉각 속도 관리가 필요한 경우가 많습니다.
예제 풀이
기본값: C 0.18, Mn 1.40, Si 0.30, Cr 0.10, Mo 0.03, V 0.02, Ni 0.10, Cu 0.15, B 0(중량 %)
- CE(IIW) = 0.18 + 1.40/6 + (0.10 + 0.03 + 0.02)/5 + (0.10 + 0.15)/15 = 0.18 + 0.233 + 0.030 + 0.017 ≈ 0.46
- CE(AWS) = 0.46 + 0.30/6 ≈ 0.51
- Pcm = 0.18 + 0.010 + 1.65/20 + 0.10/60 + 0.03/15 + 0.02/10 ≈ 0.278
- 탄소가 0.18%(0.11% 초과)이므로 적합한 식은 IIW 또는 AWS입니다.
| 망간 Mn (wt %) | 탄소 당량 CE (IIW) |
|---|---|
| 0.35 | 0.285 |
| 0.7 | 0.343 |
| 1.05 | 0.402 |
| 1.4 | 0.46 |
| 1.75 | 0.518 |
| 2.1 | 0.577 |
| 2.8 | 0.693 |
결과 해석
현장에서 흔히 쓰는 대략적인 기준으로, CE(IIW)가 약 0.40 미만인 강은 대체로 용접하기 쉬운 편으로 보고 그보다 높으면 더 주의가 필요합니다. 실제 예열 온도는 두께, 수소량, 입열, 적용 규격에 따라 정해집니다. 이 강의 0.46은 두께와 용접재에 따라 예열이 필요할 수 있다는 뜻입니다.
흔한 실수
- 실제 밀시트 값 대신 규격 최대값을 쓰는 경우
- 탄소가 매우 낮은 미세합금강에 IIW 식을 쓰는 경우(Pcm이 더 적합)
- 서로 다른 식의 값을 같은 척도로 비교하는 경우
- 예열을 정할 때 판 두께와 수소량을 무시하는 경우
자주 묻는 질문
용접에 적합한 탄소당량은?
낮을수록 쉽고, IIW 기준 약 0.40 미만이면 두께와 조건에 따라 대체로 용접하기 쉬운 편으로 봅니다.
CE와 Pcm의 차이는?
CE(IIW)는 일반 탄소강에, Pcm은 저탄소강에 맞게 개발되었고 탄소의 비중이 더 큽니다.
망간이 탄소보다 적게 반영되는 이유는?
1%당 경화 효과가 탄소보다 작아 일정한 수로 나누어 반영하기 때문입니다.
예열 온도는 어떻게 정하나요?
탄소당량, 판 두께, 확산성 수소량, 입열을 함께 고려해 해당 규격의 표나 계산 방법으로 정합니다.
출처: International Institute of Welding (IIW), carbon equivalent formula (1967) · Ito, Y. & Bessyo, K. (1968). Weldability formula of high strength steels related to heat-affected zone cracking. IIW Doc. IX-576-68