¿Qué es el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) y por qué es necesario en soldadura?

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) es un proceso controlado en el que los materiales que han sido soldados se vuelven a calentar por debajo de su temperatura crítica de transformación y se mantienen a esa temperatura durante un período predeterminado. El PWHT es un paso esencial en los procesos de soldadura, y muchas normas establecen que los tratamientos térmicos posteriores a la soldadura son pasos obligatorios.

Definición

La soldadura genera grandes tensiones residuales en los materiales, las cuales, al sumarse a las tensiones de carga, pueden superar los límites de diseño de los materiales. Como resultado, las estructuras soldadas son más propensas a sufrir agrietamiento inducido por hidrógeno y agrietamiento por corrosión bajo tensión; para mitigar este riesgo, a menudo se emplea el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT).

El PWHT (proceso de tratamiento térmico de soldadura) consiste en calentar una pieza soldada hasta una temperatura óptima y luego enfriarla, siendo el tiempo de permanencia en cada temperatura variable según las leyes locales y las especificaciones del material. El PWHT no solo reduce las tensiones residuales, sino que también puede ayudar a aumentar la tenacidad y la ductilidad de las piezas soldadas.

Las estructuras soldadas que requieren altas temperaturas de PWHT necesitan un soporte adecuado durante el tratamiento térmico. Los caballetes diseñados específicamente para el componente pueden proporcionar este soporte y colocarse a intervalos regulares a lo largo de la estructura para controlar el gradiente térmico entre las secciones sometidas al PWHT y aquellas que aún están frías.

Los requisitos de PWHT suelen depender de la composición química y el espesor del material; la Sección VIII de la ASME lo exige para materiales que superen un espesor determinado, mientras que otros dependen del tipo de servicio al que se someterá la estructura; por ejemplo, las centrales nucleares deben cumplir con estrictas normas de seguridad y confiabilidad al soldar los componentes entre sí.

Significado

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT, por sus siglas en inglés) es un proceso que modifica la microestructura de las zonas soldadas para reducir las tensiones residuales y mejorar la resistencia, así como para disminuir los riesgos de agrietamiento inducido por hidrógeno y de agrietamiento por corrosión bajo tensión en las piezas soldadas. El PWHT debe considerarse un paso esencial en los procesos de soldadura para garantizar el funcionamiento seguro de su equipo.

Las necesidades de tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) dependen de varios factores, entre ellos el tipo y el espesor del material, así como la posibilidad de que se produzcan grietas inducidas por hidrógeno y grietas por corrosión bajo tensión. Es posible que los códigos o normas exijan el PWHT en función de la composición química del material y no solo de su espesor.

En algún momento durante los procesos de soldadura, se produce un gradiente de temperatura entre el metal de soldadura y el material base, lo que genera tensiones en el metal de soldadura que, con el tiempo, podrían superar los límites de diseño. El PWHT te ofrece la oportunidad de reducir esta tensión interna mediante el calentamiento del metal de soldadura durante un período prolongado a una temperatura específica.

Aunque el PWHT puede reducir las tensiones residuales de manera eficaz, su uso puede resultar peligroso si no se cuenta con el soporte adecuado durante el proceso de calentamiento. Si algún componente no puede soportar su propio peso a las temperaturas del PWHT, se debe proporcionar un soporte adecuado mediante caballetes que se adapten correctamente a su forma y espacio; de lo contrario, podría producirse una deformación excesiva como resultado de la diferencia de expansión térmica entre las distintas partes de una estructura.

Ámbito de aplicación

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) es un proceso controlado en el que el material soldado se calienta por encima de su temperatura crítica inferior de transformación y se mantiene a esa temperatura durante un período prolongado. El objetivo principal del PWHT es relajar las tensiones residuales y realinear la microestructura dentro del área de soldadura para reducir la susceptibilidad a la formación de grietas, la fatiga y la corrosión.

Las pruebas de PWHT suelen ser necesarias al diseñar recipientes a presión y sistemas de tuberías, ya que los códigos de la industria, como los Códigos de Recipientes a Presión y Tuberías de la ASME, exigen su aplicación en ciertos materiales para garantizar diseños seguros con propiedades mecánicas y metalúrgicas óptimas.

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) puede ser necesario, dependiendo de la composición química y el espesor del material, así como de las condiciones de servicio en las que operará el componente. El PWHT es eficaz para relajar las tensiones residuales generadas durante la soldadura, así como para reorientar el metal de soldadura con el fin de mejorar la ductilidad, la tenacidad y la resistencia en la zona de soldadura.

A medida que aumentan los niveles de tensión, también lo hacen los requisitos para el PWHT. La relajación de las tensiones de soldadura depende tanto del tiempo como de la temperatura durante los ciclos de tratamiento de PWHT; para minimizar la distorsión, la fragilización por templado y los problemas de sobreablandamiento, al tiempo que se aprovechan sus beneficios sin perjudicar las propiedades mecánicas probadas, es necesario gestionar adecuadamente las velocidades de calentamiento y enfriamiento, las tolerancias y los tiempos de mantenimiento; de esta manera se podrán aprovechar todas sus ventajas.

Terminología

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT), también conocido como acondicionamiento térmico posterior a la soldadura, es una técnica diseñada para aliviar y reequilibrar las tensiones residuales causadas por los procesos de soldadura, así como los cambios microestructurales introducidos en el material por la propia soldadura. El PWHT también puede utilizarse para controlar la dureza o mejorar la resistencia mecánica; es un componente integral de la mayoría de los procedimientos de soldadura y, con frecuencia, es obligatorio según los códigos de la industria, como los Códigos de ASME para recipientes a presión y tuberías.

El PWHT ayuda a prevenir las grietas inducidas por hidrógeno (HIC), al difundir el hidrógeno ambiental en la soldadura y aumentar la resistencia general de la unión.

El PWHT (tratamiento térmico por lavado a presión) es otro proceso que se utiliza para reducir el riesgo de agrietamiento por corrosión bajo tensión en las soldaduras, mediante su calentamiento gradual y enfriamiento lento a temperaturas inferiores a la temperatura crítica de transformación, lo que reduce progresivamente los niveles de tensión en la soldadura. El PWHT es un componente integral de todas las especificaciones de calificación de procedimientos de soldadura; cualquier cambio en sus requisitos de temperatura o tiempo de mantenimiento requiere una recertificación; de igual manera, desempeña un papel esencial al soldar costuras de recipientes que presentan una combinación de soldaduras en ranura y en ángulo, las cuales a menudo producen tensiones residuales más altas que las soldaduras en ranura o en ángulo por sí solas, debido al mayor volumen de metal de soldadura utilizado en comparación con las soldaduras en ranura o en ángulo por sí solas.