Tratamiento térmico posterior a la soldadura - ASME Sección VIII y API 650

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) sirve para aliviar las tensiones de tracción residuales, al tiempo que recoce la zona afectada por el calor y la microestructura del metal de soldadura, con el fin de reducir el riesgo de agrietamiento inducido por el entorno; suele ser un requisito de las normas aplicables a tuberías y recipientes a presión.

El PWHT puede realizarse mediante métodos de calentamiento por resistencia o por inducción, y está especificado para equipos de acero al carbono en la Sección VIII, División 1, de la norma ASME. Las tablas UCS-56.1 proporcionan los datos sobre los ciclos de calentamiento necesarios para realizar el PWHT, junto con las exenciones aplicables.

Precalentamiento

El precalentamiento y el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) son partes fundamentales de la soldadura de metales gruesos y de alta resistencia para lograr una calidad óptima. Al eliminar la humedad y reducir las velocidades de enfriamiento, así como al redistribuir uniformemente las tensiones internas entre los cordones de soldadura, el precalentamiento puede ayudar a eliminar las grietas y la deformación tras la soldadura.

Este tratamiento garantiza que las soldaduras puedan soportar las fuerzas y vibraciones asociadas al funcionamiento diario, además de protegerlas contra las grietas provocadas por el hidrógeno, una amenaza encubierta que podría dar lugar a costosas reparaciones más adelante.

El PWHT consiste en calentar la zona de soldadura hasta la temperatura de precalentamiento especificada en el procedimiento de soldadura, normalmente mediante calentadores de resistencia, sopletes de oxi-gas, almohadillas y mantas cerámicas, bobinas de inducción o sistemas basados en hornos. Una vez completada esta etapa, se produce un enfriamiento gradual para evitar cambios metalúrgicos indeseados; las estructuras normalizadas ofrecen una mayor tenacidad y una resistencia uniforme, lo que resulta perfecto para aplicaciones críticas como recipientes a presión y tuberías. Para garantizar el cumplimiento de las normas del sector durante el PWHT, utilice registradores de datos para supervisar los perfiles de temperatura en todas las zonas de soldadura durante los procesos de PWHT.

Tiempo de remojo

Como parte de un ciclo de PWHT, las zonas calentadas deben mantenerse a las temperaturas deseadas durante un periodo prolongado; normalmente, una hora por pulgada de espesor. Para maximizar el alivio de tensiones y garantizar una larga vida útil, el tiempo de mantenimiento de la temperatura debe ser uniforme, sin puntos calientes ni fríos que comprometan dicho alivio y pongan en riesgo la deformación o el fallo durante el servicio; esto es especialmente importante en zonas con secciones restringidas, como las esquinas de los recipientes o componentes.

Por lo tanto, hay que prestar especial atención al llevar a cabo tratamientos térmicos locales posteriores a la soldadura. Una velocidad de calentamiento cuidadosamente controlada garantiza que toda la zona alcance la temperatura objetivo sin gradientes térmicos que puedan comprometer las propiedades metalúrgicas de la soldadura y provocar fallos prematuros durante el servicio. Además, deben utilizarse termopares de registro automático durante todo este proceso de calentamiento para verificar la uniformidad; sus resultados proporcionan datos precisos para fines de inspección y ensayos de conformidad, lo que ayudará a evitar requisitos de recualificación según la Sección VIII, División 1, de la ASME.

Refrigeración

Si una soldadura requiere un tratamiento térmico posterior a la soldadura, es necesario llevar a cabo un calentamiento y un enfriamiento adecuados para obtener los resultados deseados. Este proceso tiene como objetivo aliviar las tensiones internas, reforzar la resistencia, aumentar la dureza, minimizar los cambios microestructurales que podrían provocar grietas, así como reducir el riesgo de agrietamiento debido a las tensiones internas.

Calentar el material de soldadura hasta una temperatura específica y, a continuación, enfriarlo lentamente permite que se expanda y redistribuya las tensiones internas de manera uniforme; este proceso se conoce como recocido. Otras técnicas, como la normalización, mejoran la ductilidad y la resistencia a los daños al reducir la dureza del metal y refinar la estructura del grano.

Independientemente del tipo de PWHT que se utilice, es fundamental mantener una velocidad de calentamiento controlada para minimizar los gradientes térmicos y las tensiones, al tiempo que se alcanza la temperatura adecuada en la zona de soldadura. En las aplicaciones sobre el terreno se utilizan calentadores de resistencia eléctrica o bobinas de inducción, junto con aislamiento y termopares; los tiempos de subida y de mantenimiento deben cumplir los requisitos de la normativa o las especificaciones, y el enfriamiento tras cada PWHT debe supervisarse de cerca para evitar que se generen nuevas tensiones.

Control de calidad

Las normativas del sector, como la Sección VIII de la ASME y la API 650, ofrecen directrices claras específicas para determinados materiales y aplicaciones, lo que proporciona a su estrategia de PWHT una orientación clara que garantiza que los componentes se mantengan estructuralmente sólidos y duraderos durante toda su vida útil. El cumplimiento de dichas normativas garantiza que los componentes soldados se mantengan estructuralmente sólidos durante toda su vida útil.

Un proceso eficaz de PWHT reduce las tensiones residuales de la soldadura y, al mismo tiempo, templa cualquier zona microestructural potencialmente frágil creada por las soldaduras, al tiempo que disminuye los riesgos de agrietamiento inducido por el hidrógeno y endurece el metal de soldadura —cualidades esenciales en cualquier aplicación de alto riesgo, como las vasijas de reactores nucleares, los oleoductos y gasoductos o las turbinas y fuselajes aeroespaciales—. Esto convierte al PWHT en un requisito imprescindible en muchos entornos de alto riesgo, como las vasijas de reactores nucleares, los oleoductos y gasoductos o las turbinas y fuselajes aeroespaciales, entre otros.

La aplicación del PWHT puede resultar difícil y compleja. Los requisitos varían considerablemente de un código a otro, al igual que sus especificaciones. Cuando se aplica correctamente, el PWHT puede evitar que las soldaduras sean rechazadas, lo que requeriría costosas rectificaciones, así como posibles riesgos para la seguridad.