Exenciones del tratamiento térmico posterior a la soldadura en el Código ASME

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) reduce el riesgo de fractura frágil al eliminar las tensiones residuales y templar las regiones microestructurales duras y potencialmente frágiles. Las normas actuales establecen distintos requisitos para eximir del PWHT, dependiendo de la composición química, los requisitos inherentes a las propiedades en el ensayo de Charpy o mediante códigos de inspección que permiten restricciones en el tamaño de los defectos admisibles (Tabla 1).

Espesor límite

Las normas vigentes exigen el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) para las piezas soldadas de tuberías con espesores menores a 0,625 pulgadas; sin embargo, el límite especificado por estas normas a menudo entra en conflicto con consideraciones metalúrgicas y requisitos de diseño estructural. Una investigación del EPRI ha proporcionado evidencia que respalda un aumento de este límite sin poner en riesgo la seguridad ni la confiabilidad.

Se llevó a cabo una investigación para evaluar los requisitos y las exenciones vigentes en los códigos relacionados con la soldadura de los aceros al cromo-molibdeno P-4 y P-5A utilizados en aplicaciones de servicio nuclear, prestando especial atención a su origen y fundamento técnico mediante entrevistas a los líderes de los organismos normativos, así como mediante la revisión de la documentación de la que disponíamos.

Los estudios realizados sobre diversos códigos revelaron que sus criterios de espesor suelen estar determinados más por prácticas tradicionales dentro de industrias específicas que por análisis científicos del metal o por consideraciones mecánicas, lo que dio lugar a enormes variaciones entre ellos; actualmente, los valores límite varían considerablemente entre los códigos, y las industrias de generación de energía tienen límites mucho más altos en comparación con las petroquímicas; lo cual contradice las investigaciones que indican que las tensiones residuales de la soldadura disminuyen a medida que aumenta el diámetro de la tubería y que la tenacidad a la fractura de la zona afectada por el calor (HAZ) disminuye en consecuencia.

Ensayo de Charpy

El ensayo de Charpy es un ensayo de impacto estándar diseñado para medir cuánta energía se absorbe durante la fractura de muestras de material; por lo general, consiste en un péndulo con un martillo de impacto que oscila y golpea muestras mecanizadas que pueden o no contener muescas orientadas en dirección opuesta al péndulo; los niveles de absorción de energía se miden y se convierten en valores de tenacidad a la muesca.

Esta prueba permite determinar la temperatura de transición dúctil-frágil (DBTT) de los metales, una característica esencial en aplicaciones críticas como la soldadura y la fabricación de recipientes a presión. Además, la prueba también sirve para indicar un índice general de tenacidad del material, así como para detectar cualquier zona frágil localizada que pudiera ser vulnerable al tratamiento PWHT. La automatización de la prueba con el sistema de pruebas roboTest ofrece resultados precisos al reducir las influencias del operador, como las variaciones de temperatura y humedad de las manos, así como la inserción descentrada o en ángulo de la muestra; lo que proporciona datos confiables con un mayor rendimiento de muestras y menores índices de error que los métodos de prueba manuales por sí solos, generando así un mayor rendimiento con menos errores en general.

Evaluación de la mecánica de fracturas

La mecánica de fracturas abarca dos propiedades de los materiales: su resistencia y su tenacidad. La resistencia se refiere a la capacidad de un material para soportar cargas, mientras que la tenacidad indica la eficacia con la que evita que las grietas se propaguen.

La mecánica de la fractura se ha convertido en un estándar de la industria y está reconocida en los códigos para recipientes a presión, calderas y tuberías. En la actualidad, este código permite a los operadores omitir el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) si la tenacidad a la fractura del material tal como quedó soldado cumple o supera el espesor máximo considerado para la soldadura.

La Evaluación Crítica de Ingeniería (ECA), que utiliza la teoría de la mecánica de la fractura, permite a los ingenieros realizar esta evaluación. Un valor alto de tenacidad a la fractura indica una mayor resistencia al crecimiento de grietas, buena tolerancia al daño y buen desempeño frente a la fatiga; todas estas son características esenciales para diseñar, fabricar y operar estructuras o componentes de manera eficaz y rentable. Un valor más alto puede generar ahorros al prolongar los intervalos de inspección o reducir las tasas de fallas inesperadas gracias a una mayor durabilidad.

Exenciones

La exención es un privilegio que permite a una persona, un grupo o una organización eludir ciertas obligaciones y responsabilidades. La exención puede consistir en un alivio fiscal (exención de impuestos) o en la exclusión total de ciertas cantidades de la obligación de pagar impuestos (estatus de no exento de impuestos). La exención suele aplicarse tanto a personas, grupos y organizaciones como a bienes, y aparece con frecuencia en la práctica jurídica, así como en otros ámbitos, como el empresarial.

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) puede ser necesario para ciertos ensamblajes de acero soldados con el fin de reducir el riesgo de fractura frágil mediante la reducción de las tensiones residuales y el templado de regiones microestructurales duras y potencialmente frágiles. La necesidad de aplicar el PWHT depende de la tenacidad a la fractura del material a la temperatura de soldadura.

Los requisitos de PWHT varían según los códigos, ya que cada uno de ellos ha sido elaborado por distintos organismos profesionales, tomando en cuenta una amplia experiencia y las prácticas de ingeniería. Para lograr cierta coherencia entre los códigos en cuanto a las temperaturas de PWHT, McEnerney⁷ sugiere aumentarlas en 30 °F para los materiales de la clase P n.º 4, al igual que en los enfoques del CEN, con el fin de facilitar la unificación.