Requisitos PWHT de la Sección VIII de ASME

La Sección VIII de ASME contiene una serie de normativas y directrices diseñadas para proteger los recipientes a presión, desde su diseño hasta su construcción, inspección y pruebas. También abarca los procesos de desarrollo, construcción, inspección y ensayo.

McEnerney recomendó aumentar la temperatura mínima para las pruebas PWHT de los materiales SS4 de 800degF a 1200degF, en línea con Lundin y Khan (Ref. 6).

Requisitos PWHT

La tabla UCS-56 [1] de la Sección VIII Div 1 de ASME muestra que existe una variación significativa entre los requisitos de PWHT de los diferentes códigos para recipientes a presión y tuberías, debido a aplicaciones de ingeniería (por ejemplo, criterios de tensión de diseño) o diferentes requisitos inherentes a las pruebas Charpy, así como diferencias en los tamaños de defectos permitidos a través de los códigos de inspección.

El tratamiento térmico posterior a la soldadura es un proceso controlado en el que el metal de soldadura recalentado se lleva a su temperatura de transformación crítica inferior durante un período de tiempo prolongado y se mantiene allí. Esto ayuda a eliminar las tensiones residuales y los cambios microestructurales causados por el gradiente de alta temperatura de la soldadura.

Los requisitos de PWHT varían entre los distintos códigos en cuanto a los requisitos de limitación del espesor y la temperatura mínima de precalentamiento y la duración permitida, en función de la composición del acero, la tenacidad y el tipo de aplicación.

Los requisitos de PWHT tienden a disminuir a medida que aumenta el contenido de aleación y, en consecuencia, requieren temperaturas de precalentamiento más elevadas y/o reducen los niveles máximos de carbono permitidos. Así pues, la racionalización de los requisitos de PWHT resulta difícil, sobre todo porque los distintos grupos de usuarios, como los petroquímicos y los de generación de energía, suelen tener distintos intereses en obtener la exención de PWHT y pueden tener dificultades para ponerse de acuerdo sobre un único límite para la exención de sus requisitos.

Requisitos para el precalentamiento

El precalentamiento es la aplicación de calor al metal base de un elemento antes de la soldadura, cuyo objetivo es evitar el agrietamiento en la zona de soldadura y aumentar la resistencia de dicho componente. El precalentamiento también puede ayudar a evitar el agrietamiento en frío inducido por hidrógeno (HICC), al tiempo que mejora las propiedades mecánicas finales de las soldaduras y las ZAT. Los requisitos de precalentamiento pueden venir determinados por los códigos de soldadura o los documentos de especificación de procedimientos de soldadura (WPS) específicos de cada proyecto.

La EPS detallará la temperatura mínima de precalentamiento y la duración requerida para cualquier proyecto. En general, las temperaturas mínimas de precalentamiento deben mantenerse durante al menos 30 minutos para lograr resultados óptimos. Se puede verificar que las piezas alcanzan esta temperatura mediante mediciones con termopares o pruebas con lápices de colores que marcan las superficies cuando han alcanzado determinadas temperaturas.

También hay que tener en cuenta el grosor del material y el nivel de restricción a la hora de decidir la temperatura de precalentamiento. Al aplicar el precalentamiento, su temperatura debe superar las temperaturas de la zona de soldadura y del metal base, teniendo en cuenta que debe permanecer a este nivel hasta que finalice la soldadura.

Cuando los códigos de soldadura no especifican cuándo y cómo debe utilizarse el precalentamiento, es responsabilidad del ingeniero de soldadura determinar si es necesario el precalentamiento y a qué temperatura para su metal base y el espesor de la sección. La norma AWS D1.1-96 ofrece dos métodos para esta determinación: el método de control de dureza HAZ y el método de control de hidrógeno.

Requisitos para el tratamiento térmico posterior a la soldadura

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) puede reducir las tensiones residuales de la soldadura, templar regiones microestructurales duras y potencialmente frágiles y mejorar la resistencia a la tracción y la tenacidad de los materiales soldados. El PWHT consiste en calentar las soldaduras a una temperatura específica durante un periodo prolongado; en ocasiones, también debe utilizarse el precalentamiento simultáneamente para obtener los máximos resultados.

La mayoría de los códigos de fabricación actuales exigen que las soldaduras superen determinados umbrales para someterse al tratamiento PWHT, que varían según los códigos en función de los requisitos de tenacidad a la fractura a la temperatura mínima de servicio y los valores de absorción de energía Charpy de los distintos grados de material.

La PWHT consiste en calentar los materiales soldados a temperaturas muy elevadas durante un largo periodo de tiempo y mantenerlos a esa temperatura sin que se produzcan distorsiones u otras formas de daño. La PWHT puede ser costosa, por lo que tiene sentido intentar minimizar su uso siempre que sea posible.

Los códigos de fabricación suelen permitir excepciones al requisito de PWHT; éstas pueden requerir una negociación basada en un análisis detallado de la mecánica de fractura. Incluso puede ser posible omitirlo por completo si se utiliza soldadura multipaso y precalentamiento en combinación con PWHT; del mismo modo, determinados grados de acero con bajo contenido en carbono, como 1-1/4 Cr Mo, pueden permitir un proceso PWHT a temperaturas más altas.

Exenciones

La Sección VIII de ASME contiene requisitos exhaustivos para el diseño, la fabricación, el ensamblaje, la construcción, las pruebas de inspección y la certificación de recipientes a presión. La aplicación cuidadosa de esta sección del Código permite a los fabricantes, usuarios, constructores y diseñadores cumplir las normativas de su jurisdicción y, al mismo tiempo, obtener beneficios en cuanto a costes, seguridad y funcionamiento gracias a las numerosas mejores prácticas del sector que se describen en ella.

Aunque los requisitos de PWHT de la Sección VIII se encuentran entre los más estrictos del sector, algunos códigos de soldadura ofrecen flexibilidad a la hora de soldar materiales como tuberías. Por ejemplo, ASME B31.3 permite la exención de este requisito para tuberías que midan 4 pulgadas NPS o menos con un espesor de pared nominal inferior a 0,625 pulgadas; sin embargo, debe tenerse en cuenta que puede haber variaciones significativas entre los códigos y las industrias para los requisitos de PWHT, lo que requiere una consideración cuidadosa para garantizar la coherencia y la eficacia.

En la actualidad, las nuevas curvas de PWHT y as welded basadas en tecnología avanzada de tenacidad a la fractura han demostrado que ayudan a alinear más estrechamente los requisitos de PWHT con los niveles reales de tensión residual de la soldadura. Además, las válvulas de alivio pilotadas (POPRV) a veces pueden eliminar la necesidad de PWHT en algunas aplicaciones, gracias a su diseño sin flujo que garantiza un alivio constante de la sobrepresión muy por debajo de su punto de ajuste PRV; esto ayuda a reducir significativamente los riesgos de daños por sobrepresión a los equipos, así como los costes de propiedad, al tiempo que proporciona a los operadores una mayor tranquilidad.