Fórmula para el tratamiento térmico posterior a la soldadura

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) es un proceso de alivio de tensiones diseñado para reducir las tensiones residuales cerca de las soldaduras. La mayoría de los códigos normativos exigen tratamientos locales de PWHT para prevenir grietas por fatiga en los sistemas de tuberías de proceso.

Para determinar las condiciones óptimas para el PWHT local, se implementó un diseño factorial completo con tres factores. Las variables analizadas incluyeron:

Temperatura

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) nunca debe exceder la temperatura de templado del material que se está procesando, y cualquier intento en ese sentido debe verificarse mediante ensayos mecánicos para demostrar que su resistencia no ha disminuido por debajo de lo especificado para ese grado. Por lo tanto, el tratamiento térmico posterior a la soldadura debe realizarse dentro de las regiones definidas por los códigos específicos que regulan dicho tratamiento, tales como zonas de mantenimiento, zonas calentadas o bandas de control de gradiente.

Para obtener resultados óptimos en el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT), las piezas que se van a procesar deben apoyarse durante el período de mantenimiento de la temperatura mediante caballetes internos y externos con la forma adecuada y colocados a intervalos regulares alrededor de su perímetro. Este paso es especialmente importante en el caso de los recipientes a presión, que están sujetos a fuerzas internas y externas que provocan expansión y contracción.

Presión

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) se utiliza para aliviar las tensiones residuales que, de lo contrario, se sumarían a las tensiones de carga y superarían los límites de diseño del material, lo que podría provocar fallas en la soldadura, agrietamiento por corrosión bajo tensión o fracturas frágiles. El PWHT reduce estas tensiones mediante el calentamiento y enfriamiento del metal de soldadura a una velocidad controlada con el fin de aliviarlas.

Dependiendo del tipo de acero que se trate, existen diversos métodos de PWHT, entre los que se pueden incluir el recocido, la normalización, el templado y el alivio de tensiones. Al seleccionar un método adecuado en función de la composición química o la aplicación prevista (por ejemplo, recipientes a presión o tuberías), es fundamental contar con el equipo y las instalaciones adecuadas, con temperaturas de mantenimiento controladas correctamente, así como con medidas de control de calidad y velocidades de calentamiento y enfriamiento apropiadas, para lograr resultados que cumplan con las expectativas deseadas.

El código puede exigir el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) cuando los materiales soldados superan un umbral de espesor determinado; sin embargo, también podría determinarse en función del análisis microestructural o de la susceptibilidad a la corrosión bajo tensión.

El uso adecuado del PWHT es esencial para prevenir fallas en las soldaduras y otros defectos en las estructuras soldadas. El PWHT puede aumentar la tenacidad, mejorar la ductilidad y reducir el riesgo de agrietamiento durante el servicio; sin embargo, si se aplica de manera demasiado rápida o sin control, estos efectos podrían invertirse, lo que provocaría fallas prematuras en las estructuras.

Tasa de transferencia de calor

La transferencia de calor entre los materiales depende de sus propiedades; por ejemplo, el metal conduce la energía térmica de manera más eficaz que las láminas de plástico o la madera. Por lo tanto, las placas de metal transferirán más calor a su entorno que sus equivalentes de plástico, debido a la diferencia de temperatura DT entre los entornos calientes y fríos, así como al espesor de los materiales utilizados.

Los métodos de PWHT utilizados pueden influir tanto en las velocidades de calentamiento como en las de enfriamiento de los componentes, especialmente en el caso de los recipientes. Si se utiliza este proceso con recipientes, se debe proporcionar soporte durante el PWHT para evitar una deformación excesiva; esto puede implicar colocar caballetes diseñados específicamente para ellos a intervalos regulares durante el proceso de PWHT, o bien utilizar un horno fijo permanente en el que un bogie carga los componentes sobre plataformas con ruedas, o un horno temporal montado en el lugar para el proceso de PWHT.

Los requisitos normativos exigen que el área de soldadura de los componentes se divida en varias regiones conocidas como bandas de mantenimiento de temperatura, bandas de calentamiento y bandas de control de gradiente. Dentro de las bandas de control de gradiente se instalan aislamiento térmico o elementos de calentamiento adicionales con el fin de mantener un gradiente de temperatura axial aceptable entre la temperatura de soldadura y la temperatura ambiente; para ello se utilizan, respectivamente, técnicas de calentamiento por convección y por radiación.