Comparación de los requisitos de PWHT de la norma ASME B31.3

Antes de 2014, la norma ASME B31.3 exigía que las soldaduras de acero al carbono se sometieran a un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT). Sin embargo, con las recientes modificaciones de este código, que permiten excepciones cuando el espesor de la soldadura supera ciertos límites, el tratamiento térmico posterior a la soldadura pasa a ser opcional en ciertos casos.

En este artículo se analizarán los argumentos utilizados para justificar las exenciones, demostrando que muchos de ellos son inválidos o incompletos. Además, se presentará la perspectiva de un contratista de EPC, junto con enfoques prácticos que puedan ayudar a mitigar los riesgos.

Requisitos PWHT

El PWHT del acero al carbono puede ser un proceso costoso y complejo; sin embargo, ha habido un interés creciente en eliminar este requisito de las normas de fabricación para ciertas aplicaciones. Esta tendencia se observa especialmente en la industria petroquímica y en la generación de energía a través del EGWP (Panel de Soldadura de Generadores Eléctricos). La Parte 1 de esta serie compara y contrasta diversas normas de fabricación en cuanto a cuándo el PWHT se vuelve obligatorio para las soldaduras, prestando especial atención a las diferencias en los requisitos entre las distintas industrias.

El PWHT no solo sirve para aliviar la tensión, sino que también puede provocar transformaciones de fase y reducir el tamaño del grano, lo que aumenta la resistencia y la tenacidad al mismo tiempo que alivia la tensión. Por lo tanto, la temperatura debe ser lo suficientemente alta para este proceso, pero no tan alta como para que se produzcan grietas en la soldadura.

Al igual que con cualquier norma de fabricación, la temperatura de PWHT requerida en una soldadura dependerá de los materiales utilizados durante la soldadura. Por ejemplo, la norma ASME B31.3 exige temperaturas de PWHT para soldaduras de tuberías de diferentes espesores, dependiendo del número P y del número de grupo del material de la tubería; las tuberías más gruesas pueden ser elegibles para una exención si se emplea precalentamiento y soldadura de múltiples pasadas con alambre precalentado, siendo la soldadura de múltiples pasadas una opción de proceso aceptable; las temperaturas permitidas en estos códigos van desde tan solo 1100 °F para el acero P n.º 4 (Grupo 1) hasta aproximadamente la temperatura crítica inferior para los aceros 1-1/2 Cr.

Temperatura de precalentamiento

Las temperaturas de precalentamiento son un componente fundamental de los procesos de soldadura. Ayudan a reducir las velocidades de enfriamiento en las áreas de soldadura y, al mismo tiempo, mejoran su ductilidad, lo que se traduce en una mejor calidad de la soldadura y mejores resultados en la zona afectada por el calor (HAZ). Sin embargo, es fundamental que sepas cómo determinar la temperatura de precalentamiento adecuada para tu proyecto.

Por ejemplo, al soldar acero con bajo contenido de carbono de menos de 1 pulgada (25,4 mm), 100 grados Celsius pueden ser suficientes como temperatura de precalentamiento; sin embargo, si se trata de soldar acero aleado u otro material de alta resistencia, se recomiendan temperaturas de precalentamiento más altas.

Las temperaturas de precalentamiento varían según la composición química del metal base y el proceso de soldadura; los servicios de protección de soldadura (WPS) suelen establecerlas de acuerdo con el tipo de material y los requisitos del procedimiento de soldadura especificados en las especificaciones del proyecto.

Se deben utilizar crayones indicadores de temperatura o termómetros digitales infrarrojos para monitorear y controlar la temperatura de precalentamiento, colocando los dispositivos a una distancia de 4t (donde t es el espesor de la línea de soldadura) de ambas fuentes de calor a cada lado de la línea de soldadura y a la misma distancia de ambas fuentes. También es importante tener en cuenta que aplicar y mantener temperaturas uniformes a lo largo de toda la longitud de la soldadura minimizará el sobrecalentamiento, la distorsión por quemado, así como cualquier efecto de gradiente térmico en la unión.

Tiempo de mantenimiento del precalentamiento

El tiempo de precalentamiento es un componente fundamental para realizar el ensayo SW-846 de cromo hexavalente en muestras de suelo, ya que establecer un período de precalentamiento adecuado evitará que se produzcan cambios en las propiedades representativas del material recogido en el momento de la recolección. Los capítulos 3 y 4 ofrecen directrices para este proceso; se pueden especificar métodos adicionales de preparación y determinación según cada proyecto.

Las temperaturas de precalentamiento demasiado bajas pueden provocar la acumulación de residuos en las muestras de ensayo, lo que conlleva un aumento significativo de la duración del ensayo y una disminución de la eficiencia general del procedimiento. Además, la capacidad de transferencia de calor puede reducirse drásticamente como consecuencia de ello. Para evitar que esta situación se repita en procedimientos futuros, los métodos de ensayo deben incluir temperaturas de precalentamiento más altas con tiempos de mantenimiento más cortos, compensando así de antemano cualquier ineficiencia causada por temperaturas de precalentamiento inadecuadas.

Los tiempos de mantenimiento del precalentamiento pueden reducirse significativamente en el caso de los aceros de baja aleación con carburos fácilmente solubles, ya que solo se requieren unos minutos para su precalentamiento. Sin embargo, al calcular los tiempos de mantenimiento para materiales aleados (por ejemplo, aceros dulces que contienen altas cantidades de manganeso, lo cual afecta la velocidad a la que se puede lograr el precalentamiento), es importante tomar en cuenta factores de aleación como el manganeso; El Manual ASM, volumen 4, ofrece una regla general de 1 hora por pulgada de espesor como guía aproximada al calcular los tiempos de mantenimiento del precalentamiento.

Rango de temperatura del PWHT

El aspecto fundamental del tratamiento térmico posterior a la soldadura es su rango de temperatura. Para maximizar las propiedades deseadas del material y evitar grietas por recalentamiento, la temperatura objetivo del PWHT debe fijarse lo suficientemente alta como para favorecer dichas propiedades sin provocar un sobrecalentamiento ni la aparición de grietas en el material. Los tiempos de calentamiento y mantenimiento también deben gestionarse cuidadosamente para lograr una distribución uniforme de la temperatura y un alivio adecuado de tensiones; cualquier error en el control de la temperatura o un enfriamiento no planeado podría provocar transformaciones de fase que aumenten la dureza al tiempo que disminuyen la tenacidad, o crear tensiones adicionales que conduzcan a la formación de grietas.

Los requisitos de PWHT suelen variar según los distintos materiales de las tuberías y las condiciones de servicio, y pueden incluso variar significativamente de una tubería a otra. Aunque esta variación no tiene por qué suponer un riesgo para la seguridad, surgen preocupaciones reales cuando las normas parecen poco rigurosas desde un punto de vista técnico.

A modo de ejemplo, los requisitos de PWHT en la norma B31.1 varían significativamente entre las distintas secciones del código; las aplicaciones de generación de energía requieren temperaturas de PWHT más altas debido a los cálculos de tenacidad a la fractura, que utilizan diferentes tamaños de defectos de referencia y, por lo tanto, exigen un rango de temperaturas distinto para los requisitos de PWHT.

Los estudios realizados hasta la fecha revelan que los requisitos actuales de temperatura para el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) de los materiales utilizados en la generación de energía no proporcionan la tenacidad adecuada, debido a que las temperaturas exigidas por las normas son demasiado bajas para lograr la tenacidad del NiTi soldado con láser mediante procesos de soldadura láser, y a que los tiempos de mantenimiento son demasiado cortos, lo que no permite un tiempo suficiente para la refundición o la estabilización de la microestructura.