Tratamiento térmico posterior a la soldadura

El tratamiento térmico posterior a la soldadura, o PWHT por sus siglas en inglés, reduce y redistribuye las tensiones residuales generadas por la soldadura, al tiempo que permite que se produzcan procesos de templado, precipitación y envejecimiento en determinados materiales.

Estos cambios en la composición química del material ayudan a reducir la tensión residual y a mejorar su resistencia, lo que, en última instancia, alivia la tensión durante los procesos de soldadura y evita que los materiales ejerzan una tensión innecesaria sobre ellos. Es imprescindible realizar el PWHT correctamente, de acuerdo con los procesos de soldadura y la resistencia de los materiales, a fin de proporcionar alivio y reducir la tensión durante este proceso.

Reducción de tensiones residuales

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) ayuda a aliviar las tensiones residuales causadas por la soldadura mediante un aumento de la temperatura durante un tiempo adecuado (normalmente, 1 hora por cada pulgada de espesor).

Los niveles de tensión residual, combinados con las tensiones de carga, pueden superar los límites de diseño de un material, lo que aumenta su susceptibilidad a la fractura frágil. Para evitar esta situación, a menudo se recurre al tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) antes de someter las piezas soldadas a condiciones de carga por fatiga.

Los estudios que comparan el comportamiento de propagación de grietas por fatiga en probetas de Ti-6Al-4V soldadas mediante soldadura por fricción lineal, con y sin tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT), han demostrado que los componentes de cizallamiento de la tensión residual interna, especialmente en la zona central de la soldadura (WCZ), contribuyen a que las grietas por fatiga se desvíen de las trayectorias deseadas; sin embargo, cuando se someten a un tratamiento térmico posterior a la soldadura a 750 °C, estos componentes de tensión se reducen significativamente, lo que mejora la relajación de tensiones.

Reducción de la fisuración por corrosión bajo tensión (SCC)

La corrosión bajo tensión (SCC) se diferencia de la corrosión convencional en que ataca la microestructura del metal en lugar de limitarse a desgastar el material, dejando finas grietas que se propagan rápidamente y provocan fallos catastróficos. La formación de grietas suele estar causada por la tensión, junto con la exposición a entornos altamente corrosivos, como el H₂S o los cloruros.

Los procesos de fabricación, como la soldadura, el trabajo en frío y el perfilado, pueden exponer a los materiales a tensiones de tracción internas que se acercan a su límite elástico, lo que puede provocar la aparición de grietas por corrosión bajo tensión (SCC) en un entorno corrosivo agresivo. El pwht puede ayudar a mitigar la SCC al eliminar los puntos de concentración de tensiones internas, como las esquinas afiladas o las muescas, que actúan como puntos de inicio de grietas, y al aliviar estas tensiones internas.

El SCC también puede reducirse mediante un diseño estructural cuidadoso, que favorezca una distribución uniforme de la carga para eliminar los puntos críticos de tensión y minimizar las fluctuaciones en las condiciones de carga, factores que contribuyen a limitar la aparición de grietas provocadas por la tensión.

Mejora de las propiedades mecánicas

Además de aliviar y redistribuir las tensiones residuales, un PWHT adecuado también puede mejorar significativamente propiedades mecánicas como la ductilidad y la tenacidad. Esto se debe en gran medida a los efectos del templado, la precipitación o el envejecimiento, que reducen la dureza del material, lo que aumenta la ductilidad y lo hace más resistente a las grietas.

La tecnología PWHT puede contribuir a reducir la tenacidad a la fractura al favorecer la formación de martensita acicular en lugar de ferrita en los límites de grano, lo que reduce significativamente la plasticidad del metal de soldadura y aumenta la resistencia a la fatiga de las estructuras.

Al seguir las mejores prácticas basadas en el material y la resistencia de los materiales que se van a soldar, los procesos de PWHT pueden adaptarse para maximizar el alivio de tensiones. Esto implica elegir un método de tratamiento térmico eficaz con velocidades de calentamiento y enfriamiento adecuadas y utilizar equipos e instalaciones adecuados; supervisar la temperatura; mantener una temperatura de soldadura aceptable durante los procesos de soldadura; así como establecer medidas de control de calidad para mantener los estándares de calidad.

Mayor durabilidad

Independientemente del tipo de proyecto —recipientes a presión, tuberías o componentes aeroespaciales—, el PWHT es una técnica probada para aumentar la durabilidad de las uniones soldadas al aliviar las tensiones residuales y mejorar las propiedades mecánicas. En entornos corrosivos, también reduce el riesgo de agrietamiento por corrosión bajo tensión al relajar las tensiones residuales antes de redistribuirlas, lo que evita que se produzcan grietas transgranulares. Cuando se realiza correctamente, también relaja las tensiones residuales para ayudar a prevenir el agrietamiento por corrosión bajo tensión y, en última instancia, este fenómeno ocurre con menos frecuencia.

El PWHT permite que se produzcan efectos de templado, precipitación o envejecimiento que pueden reducir la dureza y, al mismo tiempo, aumentar la ductilidad y la resistencia a la fractura de los materiales recién soldados. El análisis fractográfico de los alambres de NiTi muestra que el tratamiento térmico da lugar a superficies de fractura más lisas que las de los alambres recién soldados, sin patrones en forma de río.

Tenga en cuenta que una aplicación incorrecta del tratamiento térmico puede reducir significativamente la resistencia a la tracción, la resistencia a la fluencia y la tenacidad al entallamiento de las soldaduras, además de aumentar su susceptibilidad a la fisuración por hidrógeno. Por lo tanto, el PWHT solo debe aplicarse de acuerdo con un procedimiento establecido que incluya velocidades de calentamiento y enfriamiento, rangos de temperatura y duraciones definidas.