Reducir el requisito de espesor PWHT según ASME B31 3

1. Espesor del material

Tanto las industrias petroquímicas como los generadores de energía han expresado su interés por reducir el número de soldaduras que requieren tratamiento térmico postsoldadura (PWHT). Debido a su coste y a los posibles problemas de parada de las centrales nucleares, varios suscriptores del EPRI sugirieron que valdría la pena examinar los requisitos y exenciones actuales y determinar si una relajación podría ser viable desde el punto de vista técnico.

Los investigadores han llegado a la conclusión de que los requisitos de PWHT tienden a basarse más en las prácticas de la industria que en consideraciones metalúrgicas y estructurales específicas a la hora de establecer los requisitos, mientras que puede haber una incoherencia significativa entre las secciones específicas del Código que rigen las exclusiones de PWHT. Como resultado de estas observaciones, la relajación de los requisitos existentes puede ser posible para aplicaciones de servicio nuclear, sin embargo, primero debe llevarse a cabo una revisión cuidadosa para garantizar que se consigue una resistencia adecuada a las grietas y un alivio de la tensión residual mediante el tratamiento PWHT.

2. Tratamiento térmico

Las soldaduras de tuberías que se someten a tratamientos PWHT a alta temperatura pueden ser costosas de operar y los costes de parada de las centrales nucleares pueden ser considerables, por lo que sería ideal que el mayor número posible de soldaduras se sometieran a dichos tratamientos, ya que esto podría reducir significativamente los costes de parada.

Múltiples códigos, incluido el Código de Recipientes B&P Sección III y algunos códigos petroquímicos, exigen un tratamiento térmico posterior a la soldadura cuando el espesor de la soldadura supera un límite establecido; normalmente, este límite está relacionado con los requisitos de tenacidad medidos por la energía Charpy. En el presente documento se analiza si los requisitos de exención difieren entre los distintos códigos actuales y en qué casos; a continuación, se proponen opciones de racionalización como posibles soluciones.

Los estudios de los requisitos de PWHT demuestran que tienden a reflejar las prácticas tradicionales dentro de las industrias más que cualquier consideración metalúrgica o estructural específica. Por ejemplo, en el caso de las soldaduras de aceros CR-Mn, el umbral de espesor inferior establecido en la norma ASME B31.3 "Power Piping" y de 40 mm establecido en la norma EEMUA 158 podría relajarse sin perjuicio de la integridad estructural de las soldaduras; esto reduciría sustancialmente los costes de PWHT y ahorraría considerables costes en servicios de soldadura.

3. Procedimiento de soldadura

Los tratamientos térmicos previos y posteriores a la soldadura son componentes esenciales de unas soldaduras resistentes, seguras y conformes. El precalentamiento consiste en calentar el material base antes de la soldadura para reducir los gradientes térmicos y evitar el agrietamiento inducido por hidrógeno; los tratamientos térmicos posteriores a la soldadura (PWHT) aplican un calentamiento controlado después de la soldadura para aliviar las tensiones residuales y mejorar las propiedades del material.

La PWHT ayuda a reducir la tensión a la vez que mejora la ductilidad y la resistencia para prolongar la vida útil de los componentes, de acuerdo con los requisitos de la Sección VIII de ASME para aceros al carbono de más de 38 mm de espesor o aleaciones propensas a agrietarse. Es obligatorio en estos casos.

Los métodos de calentamiento por resistencia o inducción proporcionan resultados más rápidos y precisos que sus homólogos de resistencia. Los calentadores de cerámica, las bobinas de inducción o los hornos eléctricos o de gas pueden ser adecuados. Puede renunciar al precalentamiento si utiliza materiales de menos de 25 mm, pero compruebe primero los requisitos del código. Los aceros inoxidables austeníticos no suelen requerir PWHT debido a su excelente resistencia a la corrosión y ductilidad; sin embargo, pueden ser necesarios tratamientos de envejecimiento o aplicaciones en solución para restaurar la tenacidad; otros materiales utilizados en aplicaciones nucleares pueden necesitar un proceso adicional de tratamiento térmico de alivio de tensiones y revenido antes de su uso final.

4. Espesor de control

Los usuarios de aceros para la industria petroquímica y la generación de energía pueden considerar que los requisitos de exención de B31.3 y BS 2633 ofrecen una oportunidad para reducir los requisitos de tratamiento térmico posterior a la soldadura; sin embargo, si se comparan con los requisitos de los aceros al carbono y al Mn, como los establecidos por B31.1, PD 5500, EEMUA 158 para estructuras en alta mar, etc., esta conciliación puede no ser posible.

La tabla 1 ilustra que para alcanzar estas exenciones, el espesor requerido podría ser de tan sólo 14 mm para soldaduras sencillas con buenos detalles y velocidades de deformación cuasiestáticas; probablemente sería mucho menor en condiciones de soldadura más agresivas con concentraciones brutas de tensiones y concentraciones brutas de tensiones. Además, los requisitos de tenacidad a la fractura no abordan los requisitos de tenacidad de la ZAT de la soldadura y este ámbito merece un examen más detallado basado en un enfoque adoptado a través de la mecánica de la fractura para cumplir dichos requisitos de tenacidad.