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 eliminando las tensiones residuales y templando las regiones microestructurales duras y potencialmente frágiles. Los códigos actuales tienen diferentes requisitos para eximir el PWHT en función de la química, los requisitos inherentes a las propiedades de la prueba Charpy o a través de códigos de inspección que permiten restricciones del tamaño de los defectos admisibles (Tabla 1).

Espesor límite

Los códigos actuales requieren PWHT para soldaduras en materiales de tuberías con espesores inferiores a 0,625 pulgadas; sin embargo, el límite especificado por estos códigos a menudo entra en conflicto con consideraciones metalúrgicas y requisitos de diseño estructural. Una investigación del EPRI ha aportado pruebas que apoyan un aumento de este límite sin poner en peligro la seguridad o la fiabilidad.

Se llevó a cabo una investigación para evaluar los requisitos y exenciones de los códigos existentes relacionados con la soldadura de los aceros al cromo-molibdeno P-4 y P-5A utilizados para aplicaciones de servicios nucleares, prestando especial atención a su origen y fundamento técnico mediante entrevistas a los responsables de los organismos de códigos, así como revisando la documentación de que disponemos.

Los estudios realizados sobre diversos códigos revelaron que sus criterios de espesor a menudo se determinan más por las prácticas tradicionales dentro de industrias específicas que por análisis científicos del metal o consideraciones mecánicas, lo que dio lugar a enormes variaciones entre ellos; actualmente los valores límite varían mucho entre los códigos, con las industrias de generación de energía teniendo límites mucho más altos en comparación con las petroquímicas; contrariamente a la investigación que muestra que las tensiones residuales de soldadura disminuyen a medida que aumenta el diámetro de la tubería y la tenacidad a la fractura de la ZAT disminuye en consecuencia.

Ensayo Charpy

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

Este ensayo puede identificar 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 de tenacidad general del material, así como para detectar cualquier zona frágil localizada que pueda ser vulnerable al tratamiento PWHT. La automatización del ensayo con el sistema de ensayo roboTest proporciona resultados precisos con una reducción de las influencias del operario, como las variaciones de temperatura/humedad de la mano, así como la inserción descentrada o en ángulo de la probeta; proporciona datos fiables con mejores índices de rendimiento/error de la muestra que los métodos de ensayo manuales por sí solos, lo que genera un mayor rendimiento con una reducción general de los errores.

Evaluación de la mecánica de fractura

La mecánica de la fractura implica 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 la propagación de grietas.

La mecánica de la fractura se ha convertido en una norma industrial y está reconocida en los códigos de 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 su tenacidad a la fractura como soldado cumple o supera la consideración de espesor máximo de 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 elevado de tenacidad a la fractura indica una mayor resistencia al crecimiento de grietas, una buena tolerancia a los daños y un buen comportamiento a la fatiga, todas ellas características esenciales para diseñar, fabricar y hacer funcionar estructuras o componentes de forma eficaz y asequible. Un valor más alto puede ahorrar costes al prolongar los intervalos de inspección o disminuir las tasas de fallos inesperados gracias a una mayor durabilidad.

Exenciones

La exención es un privilegio que permite a un individuo, grupo u organización eludir determinadas obligaciones y responsabilidades. La exención puede consistir en una desgravación fiscal (exención de impuestos) o en la exclusión total del pago de impuestos (no exención de impuestos). La exención suele aplicarse a personas, grupos, organizaciones y propiedades por igual, y aparece con frecuencia en la práctica jurídica y en otros ámbitos, como el empresarial.

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

Los requisitos de PWHT difieren entre los códigos debido a que cada uno de ellos ha sido desarrollado por diferentes organismos profesionales, teniendo en cuenta la amplia experiencia y las prácticas de ingeniería. Para crear cierta coherencia entre los códigos en lo que respecta a las temperaturas PWHT, McEnerney7 sugiere aumentarlas en 30 ºF para los materiales P nº 4, como en los planteamientos del CEN, con el fin de facilitar la unificación.