B31.3 Tabla de PWHT

El Código B31.3 define las normas para los sistemas de tuberías utilizados en refinerías de petróleo, plantas químicas, de papel y pulpa, instalaciones de fabricación de semiconductores, centrales eléctricas y plantas de procesamiento similares. Este documento especifica los requisitos para el diseño, la fabricación, el montaje, la instalación, el examen, la inspección y las pruebas de las tuberías de proceso.

Un informe del EPRI (Ref. 1) ha recomendado que se reduzca la temperatura de PWHT para los materiales de 1-1/4 Cr, y este informe respaldará ese cambio en los códigos B31.1 y B31.3.

1. Rango de temperaturas para el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT)

Los distintos códigos que regulan los recipientes a presión y las tuberías varían considerablemente en diversos aspectos, incluidas las temperaturas requeridas para el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT). La mayoría de las diferencias se deben a tradiciones del sector más que a consideraciones metalúrgicas o estructurales específicas; como resultado, ha resultado difícil lograr requisitos uniformes de PWHT en todos los códigos.

Los requisitos del PWHT dependen de múltiples factores, entre ellos la temperatura, la duración y los requisitos de refinamiento del grano del material que se va a tratar; las transformaciones de fase; también se deben tomar en cuenta las consideraciones de soldabilidad al considerar el PWHT a alta temperatura (los tratamientos a alta temperatura pueden provocar problemas de agrietamiento y desprendimiento); además, siempre se debe tomar en cuenta cuidadosamente la soldabilidad, ya que los materiales sobrecalentados podrían presentar una soldabilidad deficiente cuando se realice la soldadura.

Las pruebas patrocinadas por el EPRI (Referencia 1) realizadas con materiales P n.º 4 han revelado que sus temperaturas críticas inferiores son bastante cercanas a las especificadas en las normas B31.1 y B31.3, lo que sugiere que las temperaturas mínimas de PWHT podrían reducirse sin afectar negativamente a las piezas soldadas en las que se utilizan.

Otros elementos que pueden influir en los requisitos de PWHT son la composición química de aceros en general comparables, los distintos límites de los requisitos de la prueba de Charpy y las normas de inspección; por lo tanto, no es fácil cumplir con los requisitos para obtener una exención del PWHT en los aceros al carbono, dependiendo de su composición química.

2. Temperatura de precalentamiento

La temperatura de precalentamiento es la temperatura mínima que se debe alcanzar antes de comenzar a soldar ciertos materiales, especialmente los de gran espesor, como los aceros Cr-Mo y los aceros HSLA (de alta velocidad y baja aleación). El precalentamiento también ayuda a evitar que se generen tensiones de resorte en frío y otras tensiones en las piezas soldadas, así como a prevenir el resorte en frío durante las operaciones de soldadura.

Los requisitos de precalentamiento pueden variar según el espesor de control y el espesor nominal. El espesor de control sirve como espesor de referencia que requiere un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT); el espesor nominal determina si se necesita o no dicho tratamiento; por ejemplo, el acero al carbono que pertenece al grupo de materiales P-No 3 y cuyo espesor nominal supera los 25 mm está exento de dicho tratamiento.

3. Tiempo de precalentamiento

El tiempo de tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) es un componente fundamental del proceso de fabricación y soldadura de tuberías, y se utiliza para determinar si será necesario o no realizar dicho tratamiento. Al establecer los tiempos de PWHT, se deben tomar en cuenta tanto las especificaciones de temperatura y rango de precalentamiento, como las de tiempo de mantenimiento y las de rango de enfriamiento.

La norma ASME B31.3 (2014) presenta una tabla que permite que las tuberías de acero al carbono, con cualquier espesor de control y cualquier tipo de soldadura, queden exentas del tratamiento térmico obligatorio posterior a la soldadura cuando se utilicen ciertos niveles de precalentamiento, según los requisitos del grupo de metal base de la soldadura.

4. Tiempo de PWHT

La duración del tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) es un componente fundamental de su eficiencia. Al igual que en cualquier proceso, una mayor duración del tratamiento térmico aumenta los costos de energía y, por lo tanto, los costos asociados al PWHT; por lo tanto, garantizar que su duración sea lo más breve posible es de vital importancia para su ejecución exitosa.

Las piezas soldadas de tuberías, recipientes a presión y estructuras pueden estar expuestas a entornos hostiles, que van desde altas temperaturas hasta sustancias químicas corrosivas, lo que requiere una protección especial para mantener la integridad estructural. En dichos entornos, el tratamiento PWHT suele ser esencial para mitigar problemas como la fatiga térmica y la fisuración por corrosión bajo tensión, a los que son particularmente susceptibles los aceros de alta resistencia y los materiales de baja aleación. El tratamiento PWHT ofrece una solución.

El PWHT puede ser un proceso costoso debido a sus largos tiempos de mantenimiento y a sus bajas velocidades de calentamiento y enfriamiento, sin mencionar que las altas temperaturas utilizadas durante el PWHT podrían dañar las piezas soldadas si no se manejan correctamente.

Debido a estas inquietudes, varios usuarios del acero han abogado por cambios en los límites de espesor para el PWHT establecidos en los códigos B31.1 y B31.3. Este artículo analiza las similitudes y diferencias en las exenciones del PWHT en diversas normas de fabricación utilizadas por sectores como la EEMUA (industria petroquímica) y la generación de energía (industria de la generación de energía), junto con posibles soluciones de racionalización.