Procedimiento PWHT Asme B31 3

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) ayuda a aliviar las tensiones residuales en la zona de soldadura que podrían provocar una fractura frágil.

La cláusula 331.1.1 y la tabla 331.1.3 de la norma ASME B31.3 establecen requisitos específicos para el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) en función del material de las tuberías. Sin embargo, determinadas temperaturas de precalentamiento pueden eximir del cumplimiento de los requisitos de PWHT en ciertas situaciones.

1. Temperatura de soldadura

La temperatura desempeña un papel fundamental en la soldadura. Regula la velocidad a la que se disipa el calor y, por lo tanto, la rapidez con la que se enfrían las uniones soldadas, por lo que es fundamental que los soldadores conozcan la temperatura del acero antes de iniciar los procesos de soldadura. Son muchos los factores que influyen en las temperaturas de soldadura, entre ellos el tipo de metal utilizado, el espesor del material que se va a soldar, el proceso de soldadura empleado y el tiempo necesario.

Las normas de soldadura habituales especifican una temperatura mínima de precalentamiento que debe indicarse claramente en el documento de especificaciones del procedimiento de soldadura (WPS). Además, esta temperatura debe compararse con las temperaturas objetivo reales de la soldadura para garantizar que se ha logrado el precalentamiento adecuado.

Otro factor clave es la temperatura ambiente. Soldar en condiciones de frío puede dar lugar a propiedades de soldadura deficientes, como el agrietamiento por frío. Esto se debe a que la pérdida de calor se produce más rápidamente, ya que las diferencias de expansión térmica entre las soldaduras en entornos fríos y el metal base son mayores.

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) convencional tiene como objetivo minimizar las tensiones residuales, ablandar el material mediante el recocido y prevenir los daños causados por el hidrógeno; sin embargo, los requisitos específicos del PWHT varían considerablemente de una norma a otra, dependiendo de factores como la soldabilidad y el espesor del material.

2. Tiempo de soldadura

Numerosas normas exigen la realización de ensayos de PWHT para garantizar que las estructuras soldadas puedan soportar temperaturas y entornos extremos, en particular los que se dan en las centrales nucleares. Por ello, es necesario dedicar un esfuerzo considerable a la elaboración y el mantenimiento de procedimientos de PWHT adecuados.

El PWHT consiste en calentar la zona de soldadura por encima de su punto crítico, lo que aumenta la tenacidad del metal de soldadura y reduce las tensiones residuales. Esta técnica es especialmente importante en el caso de tuberías de gran diámetro, en las que el arco debe recorrer una distancia mayor para alcanzar la zona de fusión y lograr así una calidad de soldadura equivalente.

La duración de la soldadura desempeña un papel fundamental en la eficacia de los tratamientos térmicos posteriores a la soldadura (PWHT). Una duración prolongada de la soldadura puede provocar defectos en la soldadura, como grietas retardadas por hidrógeno y falta de ductilidad; mientras que una duración más corta suele dar lugar a una mayor tenacidad del metal de soldadura y a una reducción de las tensiones residuales.

Los requisitos del tratamiento térmico posterior a la soldadura varían en función del material que se suelde, como el acero al carbono y ciertos aceros de baja aleación utilizados en centrales nucleares. El PWHT puede ser obligatorio, aunque los requisitos pueden diferir entre los distintos códigos: la norma ASME B31.1 exime a los materiales P-4 o P-5A con un espesor de pared de 19 mm o menos del tratamiento PWHT obligatorio.

3. Proceso de soldadura

La soldadura es un proceso complejo que se utiliza para unir dos piezas de metal mediante calor y corriente eléctrica. Tiene múltiples aplicaciones en diversos sectores y crea uniones muy resistentes entre los metales; sin embargo, esta técnica requiere una gran destreza y una dedicación que lleva mucho tiempo.

Tanto la soldadura por resistencia como la soldadura por láser son procesos de soldadura disponibles que ofrecen distintos grados de resistencia de la soldadura según su aplicación. La soldadura por resistencia utiliza corrientes eléctricas constantes para fundir el material base junto con el material de relleno y crear una unión duradera, lo que la hace ideal para secciones de tubería de gran espesor. La soldadura por láser utiliza haces de energía concentrados que funden el material de la superficie, lo que permite alcanzar velocidades de soldadura elevadas, adecuadas para uniones estrechas o profundas.

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) reduce las tensiones residuales en los componentes de acero soldados y previene la corrosión por tensión, por lo que es imprescindible en tuberías para servicio ácido, así como según lo establecido en numerosas normas y especificaciones.

El PWHT se suele realizar dentro del rango de temperaturas establecido por los códigos y normas pertinentes, que suelen presentarse en forma de tabla. Por ejemplo, la tabla 132 del Código ASME B31.1 para tuberías de energía especifica 1300-1375 °F como rango ideal para el PWHT durante períodos de tiempo que dependen del espesor de la soldadura; existen excepciones. Este documento busca modificar este requisito a través de la norma B31.1, así como de otras secciones del Código para calderas y recipientes a presión, con el fin de reducir este rango de temperatura requerido para el PWHT.

4. Tratamiento térmico posterior a la soldadura

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) reduce y redistribuye las tensiones residuales para mejorar la ductilidad, la resistencia a la fractura frágil y los efectos del templado, la precipitación o el envejecimiento en ciertos aceros, al tiempo que proporciona ciertos efectos de templado, precipitación o envejecimiento en otros. Lamentablemente, el PWHT puede provocar una degradación de las propiedades mecánicas, la cual debe evaluarse y controlarse cuidadosamente para evitar efectos de deformación, fragilización por templado o agrietamiento por recalentamiento que podrían producirse como consecuencia de dichos cambios.

Las temperaturas del PWHT deben controlarse cuidadosamente para evitar que el material se caliente por encima de su temperatura crítica de transformación o que permanezca a temperaturas elevadas durante períodos prolongados. Para obtener resultados óptimos, el calentamiento debe distribuirse de manera uniforme por toda la zona de soldadura y también deben controlarse la velocidad de enfriamiento y las tolerancias para evitar pérdidas de resistencia.

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) debe realizarse correctamente y dentro de los plazos previstos para evitar tensiones residuales excesivas que superen los límites de diseño del material, lo que podría provocar fallos en la soldadura y la aparición de grietas. Además, mantener una documentación exhaustiva y cumplir con las normas del sector en materia de PWHT puede resultar abrumador, especialmente en sectores altamente regulados; afortunadamente, existen herramientas disponibles que pueden ayudar a las empresas a cumplir con los requisitos del sector y mantener el cumplimiento normativo.