Requisitos ASME PWHT

Las industrias energéticas y de procesos se enfrentan a problemas relacionados con las variaciones entre códigos en cuanto a los requisitos de PWHT para las calderas. Aunque algunas de estas diferencias pueden justificarse, otras parecen menos importantes desde un punto de vista técnico.

Los códigos de fabricación actuales suelen eximir a determinadas estructuras de la PWHT debido a su tenacidad a la fractura Charpy a su temperatura mínima de servicio; sin embargo, estos criterios suelen ser subjetivos y estar vagamente definidos.

¿Qué es la PWHT?

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) de los componentes de acero es un paso esencial en el proceso de soldadura, que implica calentarlos a altas temperaturas durante un periodo prolongado para corregir la distorsión térmica, debilitando la resistencia y la tenacidad del metal, lo que puede hacer que los equipos de recipientes a presión sean más propensos a fallar. El objetivo principal de la PWHT es restaurar estas propiedades para recuperar la resistencia a la tracción y el límite elástico del material.

Las normas de fabricación actuales para recipientes a presión y tuberías, como ASME Sección VIII y ASME B31.3, exigen PWHT para soldaduras que superen un umbral de espesor especificado. Este requisito de espesor límite suele tener en cuenta las propiedades del ensayo Charpy del material, así como las condiciones de servicio previstas, a la hora de establecer su requisito de espesor; sin embargo, se sabe que este enfoque es demasiado conservador, lo que da lugar a valores anómalos en varios códigos para los requisitos de PWHT.

Como indica la Tabla 1, estos códigos ofrecen varias exenciones de PWHT, lo que hace que las oportunidades de racionalización disponibles dentro de cada código sean más factibles. Sin embargo, sería difícil conciliar las especificaciones de la industria petroquímica con las del sector de la generación de energía, por lo que es de vital importancia reconocer sus diferencias y llevar a cabo cualificaciones del procedimiento de soldadura en cada soldadura de acuerdo con las especificaciones y garantizar su conformidad.

¿Por qué es necesaria la PWHT?

El PWHT es esencial debido a que los procesos de soldadura convencionales generan importantes tensiones residuales que podrían alcanzar o superar el límite elástico del metal base o del material de soldadura. El tratamiento térmico postsoldadura sirve para mitigar estas tensiones residuales al tiempo que templa la microestructura del metal de soldadura, disminuyendo el riesgo de fisuración asistida por el entorno.

Sin embargo, calentar y enfriar grandes estructuras de acero es una tarea costosa, sobre todo si se requieren múltiples ciclos a lo largo del ciclo de vida de los equipos a presión. Además, este proceso puede causar distorsiones en los equipos que comprometan su precisión dimensional y su integridad estructural.

Los usuarios que busquen reducir costes querrán, naturalmente, minimizar el tiempo de exposición de sus equipos a los procesos PWHT, lo que convierte a los materiales compuestos en una opción alternativa viable. En consecuencia, los especialistas en reparación de equipos a presión deben conocer estas posibles soluciones para el tratamiento PWHT.

La revisión de los requisitos de exención de la PWHT en diversos códigos, como los de recipientes a presión y tuberías (Tabla 1), así como en normas estructurales generales como la PD 5500 [22] y la EEMUA 158 [23], ha mostrado una considerable variación entre ellos. Las diferencias se derivan principalmente de las diferencias en los criterios de tensión de diseño, los requisitos de tenacidad Charpy inherente y los tamaños admisibles de los defectos que varían entre ellos.

Rangos de temperatura PWHT

Las industrias petroquímica y energética tienen requisitos únicos para el tratamiento térmico posterior a la soldadura, en parte debido a los diferentes códigos utilizados, pero sobre todo debido a la forma en que cada código trata su respectivo material implicado.

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT, por sus siglas en inglés) consiste en calentar una soldadura a temperaturas inferiores a su temperatura de transformación crítica inferior y mantenerla así durante un tiempo determinado, con el fin de aliviar la tensión del metal y aumentar la tenacidad. Las temperaturas de PWHT difieren entre los códigos de la industria petroquímica y la energética; los de la primera suelen tener límites más altos para las temperaturas de tratamiento.

Como tal, puede haber una variación significativa en los requisitos de PWHT a través de diversas secciones del código, lo que lleva a la inconsistencia en los requisitos de PWHT y la creación de riesgos de seguridad cuando se calienta a temperaturas PWHT que resultan en la distorsión de los componentes que posteriormente luchan para soportar su propio peso cuando se calienta a sus temperaturas requeridas PWHT. Para evitar que surjan estas posibles complicaciones durante las operaciones de PWHT, los soportes adaptados a cada componente deben colocarse estratégicamente en toda la estructura antes de que comience la PWHT para mitigar estos posibles riesgos.

Las pruebas del EPRI (Ref. 1) y las investigaciones de Lundin y Khan (Ref. 6) sugieren que la temperatura crítica más baja utilizada por el Código B31.1 para tuberías de energía de 1100degF puede ser demasiado baja; en su lugar, estos investigadores encontraron que el uso de 1200degF como PWHT daría lugar a cambios más rápidos en las propiedades, con un aumento de la tenacidad y una disminución de la dureza de las HAZ de soldadura.

Exenciones PWHT

Varias secciones de los códigos eximen a determinados espesores de soldaduras de acero al cromo-molibdeno P-4 y P-5A del tratamiento térmico postsoldadura (PWHT) obligatorio, aunque las normas varían de un código a otro y dependen del espesor; la sección VIII de ASME BP&V permite que las soldaduras de espesores superiores a 5/8 de pulgada eviten el PWHT; otros códigos utilizan otros criterios, como la soldabilidad o la capacidad de las soldaduras para resistir la absorción de hidrógeno como indicadores para la exención.

La soldabilidad se utiliza a menudo como único factor determinante para saber si un material requiere un tratamiento PWHT. En particular, su impacto en términos de soldar componentes sin incurrir en defectos durante o inmediatamente después de la soldadura (soldabilidad) es crucial. Además, este aspecto también desempeña un papel vital a la hora de diseñar soldaduras y soldaduras para el servicio nuclear.

La soldabilidad se refiere a la capacidad de las estructuras soldadas o soldaduras para resistir las concentraciones de tensiones causadas por las tensiones residuales del proceso de soldadura y/o la geometría de su soldadura. Para minimizar los riesgos de fisuración retardada por hidrógeno, una cocción postsoldadura adecuada puede incluir el calentamiento por resistencia eléctrica o la expulsión de cualquier hidrógeno atrapado con gas inerte como el nitrógeno. Teniendo en cuenta estas consideraciones, parece prudente flexibilizar los requisitos actuales del Código para reducir significativamente los PWHT realizados para materiales de tuberías nucleares.