Tratamiento térmico posterior a la soldadura

La deformación térmica provocada por la soldadura puede causar graves daños en las estructuras. Un control preciso de la temperatura durante el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) garantiza una deformación mínima, lo que permite aliviar las tensiones y restaurar la resistencia y la ductilidad de los componentes soldados.

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) hace referencia a una serie de procesos diseñados para aliviar las tensiones residuales y mejorar la calidad de la soldadura mediante la relajación de dichas tensiones, la mejora de la microestructura de la zona de soldadura y la eliminación del hidrógeno de los aceros inoxidables, con el fin de prevenir la corrosión por tensión. Para este proceso se suele emplear el recocido.

Aliviar el estrés

El alivio de tensiones suele ser esencial para garantizar la fiabilidad a largo plazo de las estructuras soldadas, ya que las tensiones residuales aumentan su susceptibilidad a la corrosión bajo tensión, lo que a menudo obliga a realizar reparaciones no previstas y conlleva unos costes de mantenimiento más elevados.

Este proceso consiste en calentar el metal conformado hasta temperaturas superiores a su temperatura crítica inferior y, a continuación, enfriarlo gradualmente para mantener unas propiedades del material uniformes y evitar deformaciones. Las velocidades de calentamiento y enfriamiento deben controlarse cuidadosamente para evitar deformaciones y garantizar unas propiedades del material uniformes.

Los componentes de gran tamaño pueden introducirse en un horno y calentarse de manera uniforme; este método resulta más eficaz a la hora de tratar soldaduras circunferenciales en tuberías o soldaduras de cierre en recipientes a presión de gran longitud. Si un componente es demasiado grande para caber dentro de un horno o tiene una forma inusual, se puede recurrir al calentamiento localizado, aplicando temperaturas de alivio de tensiones solo donde sean necesarias, al tiempo que se evitan las dilataciones térmicas desequilibradas entre las zonas calentadas y las no calentadas de su superficie.

Normalización

La normalización consiste en calentar el material, ya sea en un horno o con una llama, por encima de su punto crítico superior durante un tiempo determinado en función de su clasificación y del efecto deseado; a continuación, se sumerge en el aire ambiente y se enfría lentamente para normalizar su microestructura, lo que permite refinar la estructura del grano, aumentar la uniformidad y aliviar las tensiones internas como resultado de este proceso.

El PWHT permite que los átomos de hidrógeno que quedaron atrapados durante la soldadura o el endurecimiento por calentamiento y enfriamiento rápido se difundan fuera de la soldadura, lo que reduce significativamente el riesgo de fragilización por hidrógeno y de fisuración inducida por hidrógeno, al tiempo que aumenta la tenacidad y atenúa los efectos de endurecimiento de los tratamientos térmicos previos.

La optimización del ciclo de calentamiento y enfriamiento es fundamental en el proceso de alivio de tensiones o templado de los materiales, para evitar las deformaciones que pueden producirse cuando el material se ve sometido a altas temperaturas durante dicho proceso. Esto resulta especialmente importante al tratar estructuras o componentes largos y difíciles de manejar, como los recipientes a presión de la Sección VIII de la ASME o los depósitos de almacenamiento de la norma API 650; estas dos normativas del sector, que ofrecen directrices claras, pueden ayudarte a seleccionar un método adecuado de tratamiento térmico posterior a la soldadura.

Templado

Esta técnica consiste en calentar los metales a temperaturas inferiores a las necesarias para la normalización, con el fin de favorecer cambios metalúrgicos que reduzcan la dureza y aumenten la ductilidad, así como para ayudar a prevenir la formación de grietas relacionadas con la fragilización por hidrógeno en aplicaciones de soldadura de acero de sección gruesa.

El control preciso de la temperatura es esencial cuando se utilizan técnicas de precalentamiento, ya que un exceso o una falta de calor pueden provocar la formación de focos de tensión que generen deformaciones o tensiones en la zona de soldadura. Por ello, para las aplicaciones de precalentamiento se suelen emplear calentadores de resistencia eléctrica o sistemas de calentamiento por inducción.

Los metales de soldadura endurecidos por temple tienden a volverse frágiles y a agrietarse con facilidad tras el endurecimiento por temple, lo que encarece las reparaciones a largo plazo si los equipos a presión críticos requieren reparaciones costosas. Mediante el recocido —un recalentamiento suave de las soldaduras tras el endurecimiento por temple— estos metales se vuelven menos frágiles y menos propensos a agrietarse, lo que ayuda a evitar costosas reparaciones en el futuro, especialmente aquellas críticas para equipos a presión, como los recipientes a presión críticos, en los que la normativa puede exigir este tipo de tratamiento.

Eliminación de hidrógeno por calentamiento

En ocasiones es necesario aplicar un tratamiento térmico especial posterior a la soldadura, conocido como «secado para eliminar hidrógeno», diseñado para eliminar el hidrógeno retenido antes y durante las condiciones de funcionamiento posteriores, como los ciclos de presión.

El recocido con hidrógeno consiste en calentar la pieza soldada hasta su temperatura máxima durante al menos una hora por pulgada de espesor, con el fin de aliviar las tensiones residuales, mejorar la resistencia a la fractura frágil y reducir los riesgos de fragilización por hidrógeno en las estructuras de acero.

El calentamiento de piezas soldadas suele realizarse mediante calentamiento por inducción; una corriente eléctrica alimenta un elemento enrollado alrededor de la pieza soldada que genera campos magnéticos e induce un calentamiento por resistencia en el metal. Los termopares de control de temperatura permiten realizar mediciones precisas de la temperatura máxima sin afectar a otros componentes de la estructura; si se lleva a cabo correctamente, este proceso te ayuda a reanudar la producción más rápidamente.