¿Qué es el tratamiento térmico posterior a la soldadura?

El tratamiento térmico posterior a la soldadura es un componente integral de la garantía de calidad de los equipos a presión, a menudo exigido por códigos industriales como la Sección VIII de ASME o las normas de seguridad de las centrales nucleares para garantizar que funcionarán según las especificaciones.

La PWHT ayuda a reducir y redistribuir las tensiones residuales en las regiones de soldadura, al tiempo que aumenta la ductilidad, la tenacidad y la resistencia hasta niveles que cumplen unas condiciones de servicio aceptables. Además, sus efectos pueden mejorar la resistencia a la corrosión, así como la susceptibilidad al agrietamiento por corrosión bajo tensión.

¿Qué es la PWHT?

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) es un proceso controlado en el que el metal soldado se calienta y luego se enfría para aliviar las tensiones internas creadas durante la soldadura. El PWHT se emplea a menudo en oleoductos y gasoductos, recipientes a presión, plantas petroquímicas, centrales nucleares y proyectos de fabricación de acero para garantizar que las soldaduras cumplan satisfactoriamente las condiciones operativas.

La PWHT no sólo reduce y redistribuye las tensiones residuales, sino que también puede provocar cambios metalúrgicos que mejoran la resistencia del material. Por ejemplo, cuando se calienta por encima de la temperatura de su punto crítico de transformación, las piezas de acero sufren procesos de precipitación o envejecimiento que disminuyen su dureza y aumentan su ductilidad y tenacidad.

La PWHT suele ser un proceso esencial en las aplicaciones industriales, pero puede resultar difícil de ejecutar correctamente. Al requerir equipos e instalaciones especiales, suele incrementar los costes generales del proyecto, mientras que los tiempos de los ciclos de calentamiento/enfriamiento añaden retrasos a los plazos del proyecto.

Dadas estas dificultades, es crucial que al tomar decisiones relativas a la PWHT para su proyecto, se aconseje consultar a un experto en PWHT. Intertek tiene una amplia experiencia en la realización de PWHT en diversos tipos de metales y aleaciones para que sus proyectos de soldadura sigan cumpliendo con las normas de la industria.

¿Por qué es importante la PWHT?

La PWHT es esencial para muchas industrias que imponen códigos y normas estrictos, como las de tuberías, recipientes a presión, calderas o centrales nucleares que operan en entornos altamente corrosivos, como las tuberías. La PWHT reduce el agrietamiento inducido por hidrógeno o el agrietamiento por corrosión bajo tensión que puede producirse si no se alivian adecuadamente las tensiones residuales.

La PWHT consiste en calentar el material a una temperatura específica antes de enfriarlo lentamente, con el fin de redistribuir las tensiones residuales causadas por los procesos de soldadura y aumentar la resistencia general del material. Además, se producen transformaciones de fase y se forman estructuras de grano más finas y uniformes que mejoran las propiedades mecánicas del material.

La sincronización de los ciclos de calentamiento y enfriamiento es de suma importancia al realizar la PWHT, ya que un calentamiento o enfriamiento demasiado rápidos pueden provocar grietas o fracturas en la zona de soldadura. Para evitar esta situación, el tratamiento térmico debe realizarse en circunstancias controladas utilizando un calentador de resistencia eléctrica diseñado específicamente para tratar tubos de ese tamaño, lo que garantiza que las zonas soldadas se calienten, enfríen y empapen con precisión, minimizando los efectos de la tensión y los gradientes térmicos en la zona soldada y dando tiempo suficiente para los procesos de revenido, precipitación y envejecimiento, reduciendo aún más la dureza y aumentando la ductilidad de los materiales soldados y mejorando la ductilidad.

¿Cómo se realiza la PWHT?

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) es un proceso controlado en el que el metal de soldadura se calienta por debajo de su temperatura de transformación crítica inferior, se mantiene allí durante un período prolongado de tiempo y se mantiene a esta temperatura hasta que se han aliviado todas las tensiones residuales producidas durante la soldadura. El alivio de tensiones, también conocido como PWHT, reduce las tensiones residuales producidas durante la soldadura que, combinadas con las tensiones de carga, superan la resistencia de diseño del material y conducen al fallo. La PWHT mitiga las tensiones residuales así como los cambios microestructurales resultantes de la PWHT para crear soldaduras más estables con propiedades mecánicas mejoradas.

La PWHT emplea varias técnicas, pero todas implican calentar y enfriar una zona soldada para modificar su microestructura y propiedades mecánicas. El recocido es uno de los métodos PWHT más populares; ayuda a aliviar la tensión fomentando una austenización más uniforme de las soldaduras; la normalización también mejora la tenacidad y la ductilidad, mientras que el enfriamiento promueve el movimiento de dislocaciones dentro de las estructuras cristalinas para obtener soldaduras más duras.

La PWHT presenta muchos retos, como la necesidad de equipos especializados y personal formado, la lentitud del proceso y la fatiga térmica resultante de los ciclos repetidos a altas temperaturas, que podrían dificultar su durabilidad y vida útil.

¿Cuáles son las ventajas de la PWHT?

La soldadura es un componente integral de la fabricación y la construcción, pero puede introducir tensiones que debiliten su estructura. Para solucionar este problema, el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) se utiliza a menudo para reforzar la integridad y el rendimiento de los componentes soldados; el PWHT ayuda a reducir las tensiones residuales al tiempo que minimiza la formación de fases frágiles, además de mejorar la ductilidad y la tenacidad de la zona afectada por el calor (HAZ) tanto en las HAZ como en los materiales base.

Los gradientes térmicos durante la soldadura crean tensiones internas en el metal de soldadura y el material base, que se combinan con las tensiones de carga para superar los límites de diseño de las estructuras. La PWHT reduce estas tensiones calentando el metal de soldadura a una temperatura exacta durante un periodo predeterminado. Este tratamiento redistribuye estas tensiones internas y las relaja en estados más estables, ayudando a devolver las estructuras al servicio más rápidamente.

Los procesos de soldadura PWHT también pueden ayudar a reducir la fragilidad de la soldadura al favorecer las transformaciones de fase y el refinamiento del grano, así como mejorar la resistencia a la corrosión al disminuir la formación de escamas de oxidación en las superficies de soldadura.

Gracias a estas ventajas, la PWHT se utiliza cada vez más en sectores como el del petróleo y el gas, la generación de energía y la minería. Algunos códigos y normas de soldadura exigen incluso la PWHT para determinados materiales, como los aceros al carbono y de baja aleación con espesores de hasta 0,75 pulgadas (20 mm). Los procesos de soldadura PWHT también pueden ser obligatorios en recipientes a presión, tanques, contenedores de almacenamiento, puentes u otras estructuras de gran tamaño.