Procedimiento de tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) según la norma ASME B31.3

El procedimiento de PWHT de la norma ASME B31.3 abarca la fabricación y soldadura de tuberías de proceso utilizadas en sistemas de servicio de fluidos, tales como refinerías de petróleo, plantas de fabricación de productos químicos, laboratorios farmacéuticos, plantas de hidrógeno, fábricas de pulpa de papel y centrales eléctricas.

El EPRI ha recomendado que las revisiones de 2014 a las normas B31.1 y B31.3 reduzcan el rango de temperatura del PWHT para el acero al carbono en aplicaciones de servicio con fluidos clasificadas como de categoría A o M; este informe respalda este cambio.

Temperatura

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) puede ser necesario en algunos ensamblajes de acero soldados, dependiendo de su rango de operación y de su exposición a la fisuración asistida por el ambiente (EAC). Los aceros con bajo contenido de carbono o con baja aleación tienden a ser particularmente susceptibles a la EAC y, por lo tanto, requieren tratamientos PWHT para prevenir la aparición de grietas.

Los procesos de soldadura generan tensiones residuales en las zonas de soldadura que, bajo ciertas condiciones, pueden acercarse al límite elástico del material, lo que hace que los ensamblajes sean vulnerables a la falla frágil. El PWHT reduce significativamente estas tensiones residuales y minimiza el riesgo de agrietamiento inducido por factores ambientales.

Tanto la norma B31.1 como la B31.3 establecen requisitos de PWHT para diversos componentes de acero soldados entre sí, tales como los aceros aleados C-Mn y Cr-Mo, con un límite máximo de espesor de soldadura de 19 mm para estas soldaduras en las normas B31.1 y B31.3, respectivamente; algunos códigos estructurales generales, como la norma BS 2633, permiten espesores de soldadura significativamente mayores sin necesidad de PWHT. Estos requisitos toman en cuenta los requisitos de resistencia a la fractura de las diferentes estructuras.

Las pruebas realizadas con materiales P n.º 4 han demostrado que la mayor parte de los cambios en las propiedades de impacto tras el PWHT pueden ocurrir antes de alcanzar los 1300-1375 degF, lo que significa que se podría obtener un mayor margen si se redujeran aún más las temperaturas del PWHT para las normas B31.1 y B31.3. Este artículo busca respaldar dicho esfuerzo.

Equipamiento

El tratamiento térmico posterior a la soldadura puede tener un impacto significativo en el riesgo de falla por fractura frágil de los componentes soldados, lo que hace que estos tratamientos sean esenciales para los sistemas de tuberías de proceso en los que las operaciones de soldadura suelen realizarse en el sitio. La norma ASME B31.3 ahora permite exenciones a su requisito obligatorio de tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) para los aceros al carbono que pertenecen a los grupos de materiales P-No 1, siempre que se aplique una temperatura de precalentamiento de 95 °C antes de la soldadura. Se llevó a cabo un análisis de la eficacia de las curvas de exención mediante la revisión de sus fundamentos técnicos e históricos, y la comparación de estas cifras con los requisitos de tenacidad a la fractura más contemporáneos, establecidos a través de la mecánica de fractura elástico-plástica y los métodos de curvas maestras.

El precalentamiento se utiliza normalmente para reducir la tensión residual en la zona de soldadura y, por lo tanto, disminuir los riesgos de agrietamiento inducido por el entorno; sin embargo, su aplicación no siempre resulta adecuada debido a la posible deformación térmica que compromete la resistencia y la tenacidad de las soldaduras. Por lo tanto, es fundamental llevar a cabo una planificación adecuada al utilizar el precalentamiento de la soldadura.

El curso de capacitación de PetroSync sobre la norma ASME B31.3 ofrece una visión detallada de los requisitos de la norma para el diseño de sistemas de tuberías y conexiones de derivación, la selección de bridas y accesorios, la consideración de los requisitos de flexibilidad, la fabricación, la soldadura, los ensayos no destructivos y las pruebas de presión, así como el refuerzo de equipos a presión con materiales compuestos.

Personal

El PWHT requiere personal calificado en PWHT. El equipo debe protegerse adecuadamente de la lluvia y el viento; las soldaduras sometidas al PWHT deben acordonarse adecuadamente con señales de peligro que adviertan a las personas no autorizadas de que no deben ingresar al área ni exponerse a conexiones eléctricas de alto voltaje; además, las personas que trabajen en conexiones eléctricas deben usar guantes de hule y calzado de seguridad para evitar el contacto con piezas calientes y que se produzcan quemaduras accidentales. El PWHT puede ser necesario en ciertos aceros al carbono para reducir la tensión residual de la soldadura antes de poner la pieza en servicio, lo que convierte al PWHT en un procedimiento obligatorio

Seguridad

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) de las piezas soldadas de acero al carbono sirve para minimizar o mitigar cualquier gradiente de temperatura perjudicial y tensiones residuales que puedan desarrollarse en las piezas soldadas, en particular en los sistemas de tuberías de energía y de proceso. Los requisitos de PWHT en estos campos varían según los códigos; los requisitos de tenacidad también difieren según el tipo. En este artículo, analizamos los requisitos actuales para el PWHT en diversas secciones de los códigos (B31.1 y B313), al tiempo que evaluamos si sería posible alguna racionalización.

Este artículo analiza las implicaciones de reducir la temperatura máxima de PWHT para los materiales del grupo P n.º 4 susceptibles al sobrecalentamiento, específicamente de acuerdo con la temperatura máxima recomendada en el informe del EPRI de 1200-1300 °F, la cual es inferior a las temperaturas vigentes en los códigos de tuberías de energía y de proceso. Además, los autores proponen una innovadora curva maestra de tenacidad de las uniones soldadas que podría respaldar los cambios en las curvas de exención en los distintos códigos.

Una preocupación constante en el diseño de tuberías y recipientes a presión es el riesgo de fallas por fractura frágil; por lo tanto, es de suma importancia que el proceso de PWHT sea lo más eficiente posible para minimizar este riesgo. Un enfoque consistiría en utilizar bajas temperaturas de precalentamiento con procesos de soldadura de múltiples pasadas, lo cual es particularmente importante si las tuberías de pared gruesa van a estar sometidas a condiciones de servicio adversas.