Requisitos del tratamiento térmico posterior a la soldadura

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) reduce las tensiones residuales y mejora la tenacidad tanto del metal base como del material de soldadura, al tiempo que elimina la acumulación de hidrógeno en la zona de soldadura.

La mayoría de los códigos vigentes para tuberías y recipientes a presión estipulan el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) cuando el espesor del material supera un límite arbitrario, que por lo general se determina en función de los requisitos de absorción de energía según Charpy y de dureza.

Prevenir el agrietamiento inducido por hidrógeno

La corrosión por incorporación de hidrógeno (HIC) se produce cuando el hidrógeno se filtra en las zonas soldadas a partir de fuentes como la humedad, los contaminantes y los gases de protección durante la soldadura. Esta liberación de hidrógeno provoca fragilidad, lo que da lugar a la formación de grietas en el metal de soldadura y en la zona afectada por el calor (HAZ) de la soldadura.

El recocido de hidrógeno es un procedimiento que se utiliza en la soldadura con PWHT y que ayuda a prevenir las grietas en las soldaduras causadas por el hidrógeno. Consiste en calentarlas a una temperatura exacta durante un tiempo determinado y, posteriormente, mantenerlas en ese estado durante un cierto tiempo.

Las temperaturas de recocido y los tiempos de mantenimiento dependen del tipo de material y de la técnica de soldadura; sin embargo, varias normas, como la Sección VIII, División 1 de la ASME, establecen que es obligatorio realizar un tratamiento térmico posterior a la soldadura si el espesor del componente supera un valor límite establecido.

La mejor manera de garantizar que se cumpla este requisito es utilizar electrodos con bajos niveles de hidrógeno y precalentamientos que cumplan con los requisitos mínimos del código. Además, asegúrate de que la bobina de alambre esté bien protegida utilizando alimentadores tipo maleta, y nunca la toques con las manos sucias, ya que esto podría introducir hidrógeno adicional durante la soldadura.

Reforzar la soldadura

El PWHT puede reducir las tensiones residuales presentes durante la soldadura para ayudar a evitar la fractura frágil y las deformaciones que podrían surgir a causa del mecanizado o la corrosión bajo tensión, contribuyendo así a prevenir la fractura frágil y a eliminar las deformaciones derivadas de estos procesos.

El PWHT consiste en calentar la soldadura y las zonas afectadas por el calor a temperaturas que provocan una disminución de su temperatura crítica inferior de transformación, lo que reduce las tensiones internas y mejora las propiedades mecánicas.

Un control constante y preciso de la temperatura es fundamental para llevar a cabo tratamientos térmicos posteriores a la soldadura que sean eficaces. De no hacerlo, se podría debilitar la soldadura al reducir su resistencia y dureza; además, esto podría provocar una eliminación desigual de tensiones o deformaciones.

Trabajar con equipos a presión grandes y voluminosos puede presentar desafíos únicos. Todos los componentes deben colocarse en un horno al mismo tiempo para que se sometan al mismo ciclo de temperatura. Las variaciones en la expansión térmica podrían generar problemas que requieran un tratamiento adicional o reparaciones.

Prevenir el agrietamiento por corrosión bajo tensión

El PWHT templa las áreas microestructurales de la soldadura que son duras y potencialmente frágiles para reducir las tensiones residuales máximas y, por lo tanto, disminuir las tasas de crecimiento de las grietas por fatiga; sin embargo, esto no garantiza que nunca se produzca fatiga.

Cada metal tiene propiedades únicas que determinan el tipo y la duración del tratamiento térmico posterior a la soldadura que requiere; por ejemplo, los aceros al carbono requieren un recocido de alivio de tensiones para evitar grietas ocultas inducidas por hidrógeno en tuberías de alta resistencia; por otro lado, los aceros inoxidables necesitan un recocido de solución para disolver los carburos de cromo que se forman en sus superficies y recuperar su excelente resistencia a la corrosión.

El PWHT depende en gran medida del tipo de horno, el ciclo de calentamiento y el tiempo de mantenimiento como variables que influyen en las tensiones residuales que se relajan durante el PWHT. Además, la aplicación de calor local puede afectar los resultados: por ejemplo, el calentamiento localizado puede crear gradientes térmicos entre las áreas calentadas y las no calentadas, lo que podría desplazar las tensiones entre áreas y disminuir la relajación general. Para mitigar este efecto de manera efectiva, las soldaduras deben colocarse de tal manera que no entren en contacto con otros componentes o áreas adyacentes al momento de calentarse.

Evitar la distorsión

La temperatura y la velocidad de enfriamiento tienen un efecto enorme en la deformación de los componentes. Esto es especialmente cierto si estos contienen varias secciones unidas entre sí mediante juntas.

Al coordinar cuidadosamente las secuencias de soldadura, es posible evitar una deformación excesiva. También se deben utilizar plantillas y accesorios de sujeción cuando sea necesario para evitar el movimiento de los componentes. Asimismo, puede ser conveniente realizar soldaduras de fijación cuando sea necesario.

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) puede reducir la deformación al redistribuir las tensiones residuales. Consiste en calentar el metal de soldadura a una temperatura elevada durante un período prolongado y, posteriormente, enfriarlo lentamente. El enfriamiento lento permite una expansión uniforme y reduce la tensión en los materiales internos. Algunas normas de fabricación exigen el PWHT para piezas soldadas compuestas de aceros con alto contenido de carbono, a fin de ayudar a reducir los niveles de tensión residual de soldadura que, al combinarse con las tensiones de carga, pueden exceder los límites de diseño del material y provocar deformaciones.