Tratamiento térmico posterior a la soldadura

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) es un método estándar de la industria para el tratamiento térmico posterior a la soldadura de piezas metálicas y soldaduras a temperaturas inferiores a su temperatura de transformación crítica inferior, normalmente antes de la soldadura o de aplicaciones metalúrgicas como recipientes a presión y tuberías.

La PWHT local es un método para minimizar la deformación fuera del plano. Este método se estudió mediante análisis de elementos finitos y se compararon las distribuciones de tensiones locales con las de la PWHT en horno.

Resistencia de la soldadura

El tratamiento térmico posterior a la soldadura, comúnmente abreviado como PWHT, es un paso importante una vez finalizada la soldadura que consiste en calentar el metal por debajo de su temperatura crítica de transformación y mantenerlo así durante un periodo de tiempo determinado. Esto ayuda a aliviar las tensiones residuales dentro de la zona de soldadura al tiempo que aumenta la tenacidad y ayuda a prevenir las fracturas frágiles dentro de las juntas de soldadura. Debe realizarse lo antes posible una vez finalizada la soldadura: ¡no debe ignorarse su importancia!

La PWHT es necesaria debido a los procesos de soldadura que crean gradientes de alta temperatura entre el material base y el metal de soldadura, creando tensiones en el material de soldadura que superan sus límites de tensión de diseño. La PWHT puede reducir significativamente estas tensiones, mejorando la resistencia y la durabilidad de las estructuras soldadas.

Garantizar un ciclo de temperatura estable requiere que las estructuras o componentes que se pesan reciban un soporte adecuado. Los caballetes diseñados para adaptarse a los contornos de su objeto a intervalos regulares ayudarán a minimizar la distorsión; esto es especialmente importante con componentes largos o de forma torpe, ya que las diferencias de dilatación térmica entre secciones pueden hacer que se doblen o distorsionen el material con el tiempo.

Los hornos PWHT avanzados están diseñados para ser flexibles y versátiles, capaces de realizar muchos procesos diferentes, como recocido, envejecimiento, normalización, distensión y revenido. Su construcción de doble pared limita la pérdida de calor y ahorra energía; los precisos sistemas de control siguen los perfiles de calentamiento/enfriamiento exigidos por los códigos de soldadura con termopares que miden tanto la temperatura interna del horno como la temperatura de la soldadura para obtener resultados precisos.

Tensión residual de soldadura

Las tensiones residuales desempeñan un papel fundamental en el rendimiento de las soldaduras por puntos. Las tensiones residuales de compresión empujan los materiales entre sí, mientras que las tensiones residuales de tracción los separan; la compresión suele mejorar la resistencia a la fatiga y la vida útil a la fatiga, al tiempo que ralentiza la propagación de las grietas y aumenta la resistencia al agrietamiento provocado por factores ambientales, como el agrietamiento inducido por hidrógeno o el agrietamiento por corrosión bajo tensión.

Las tensiones residuales de tracción reducen la vida a fatiga, aumentan el potencial de agrietamiento y la susceptibilidad a las fracturas frágiles en las estructuras soldadas. Su naturaleza y alcance exactos dependen de varios factores, como la geometría de la estructura, los procedimientos de fabricación, los métodos de soldadura utilizados, los tratamientos aplicados después de la soldadura, las condiciones de servicio, etc.

Predecir y mitigar los factores de estrés no es una tarea sencilla debido a las complejas interacciones no lineales entre diversas variables. Además, las mediciones de tensiones residuales y las predicciones analíticas a menudo muestran una dispersión y variabilidad significativas debido a muchas razones diferentes, incluyendo incertidumbres en las ubicaciones de medición/materiales utilizados, así como errores introducidos en los datos medidos o supuestos incorrectos en el modelado analítico.

Para predecir y mitigar con precisión las tensiones residuales, es necesario conocer en profundidad los procesos fundamentales que rigen su desarrollo en las estructuras soldadas. Para ayudar en esta tarea, este número especial presenta 13 artículos de investigación originales centrados en modelos matemáticos, técnicas experimentales y metodologías de medición desarrolladas específicamente para detectar y mitigar las tensiones residuales causadas por la soldadura para diversas geometrías de unión y condiciones de soldadura.

Soldadura Fisuración

La PWHT puede realizarse en muchos proyectos, desde bobinas de tuberías y recipientes a presión hasta esferas y esferas de almacenamiento, en hornos especialmente montados in situ. Sin embargo, cuando se trata de estructuras más grandes y/o pesadas, como recipientes, las empresas de ingeniería pueden crear hornos a medida específicamente adaptados a las necesidades de sus clientes.

La PWHT es necesaria debido a las tensiones residuales creadas durante la soldadura de materiales gruesos. Cuando se combinan con tensiones de carga, estas tensiones residuales pueden superar las limitaciones del material y provocar el fallo de la soldadura. La PWHT ayuda a reducir estas tensiones residuales; sin embargo, se producen cambios microestructurales que disminuyen la tenacidad y ductilidad del material.

Los aceros de baja aleación y alto contenido en carbono, en particular, son más propensos a agrietarse en frío debido a que son más frágiles y pierden resistencia a la tracción al enfriarse desde la zona de la punta de la soldadura.

Los códigos de soldadura exigen una transición suave del metal de soldadura al metal base en la punta de la soldadura, para evitar la formación de "elevadores de tensión" que provocan grietas. Lograr este objetivo utilizando velocidades de desplazamiento y ajustes de tensión adecuados, así como caballetes de soldadura con forma específica para el componente, puede ayudar a evitar una distorsión excesiva; la colocación regular debería ayudar a garantizar una soldadura uniforme.

Fractura por soldadura

Como la soldadura de metales produce ciclos de calentamiento y enfriamiento no uniformes, lo que conduce a la acumulación de fuerzas internas conocidas como tensiones residuales en el material, esto puede dar lugar a la distorsión y la reducción de las propiedades mecánicas que conducen a fallos de soldadura y a un mayor potencial de agrietamiento, lo que hace necesario el tratamiento térmico de alivio de tensiones posterior a la soldadura como una forma crucial de proteger su resistencia y el rendimiento de las fabricaciones soldadas.

Un horno PWHT se utiliza para reducir y redistribuir las tensiones residuales mediante ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento, induciendo un revenido que mejora la ductilidad del material y su resistencia a la fractura frágil. Muchos códigos y normas exigen este tratamiento térmico para garantizar la seguridad de las estructuras soldadas.

El tratamiento térmico de los componentes puede realizarse en un horno de pwht, ya sea instalado permanentemente, portátil o montado sobre el terreno. Para obtener resultados óptimos, estos hornos deben colocarse de forma que se eviten las zonas que puedan producir gradientes o diferencias de temperatura excesivos; de lo contrario, estas regiones harían que el componente superara su temperatura de transformación de fase y provocaría cambios inesperados de volumen y fase.

La PWHT consiste en calentar partes de una estructura soldada a altas temperaturas y mantenerlas allí durante un periodo prolongado. Una directriz estándar sugiere reservar una hora por cada 25 mm de grosor; la PWHT local también puede ser posible, aunque deben respetarse ciertas restricciones.