¿Es necesario el PWHT para las soldaduras de acero inoxidable?

Aunque los avances en las aplicaciones de alta temperatura del acero inoxidable han sido significativos, aún persisten problemas importantes con las soldaduras debido a los problemas de agrietamiento por recalentamiento.

El agrietamiento por recalentamiento suele comenzar debido a la sensibilización en la zona afectada por el calor (ZAC) del metal base y en la soldadura, lo que provoca la precipitación de carburos de cromo.

Contenido de carbono

El contenido de carbono del acero determina su resistencia, ductilidad y resistencia a la corrosión, así como los requisitos de soldadura y tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT). En los aceros inoxidables puede oscilar entre 0,03 y 0,5% para aumentar la dureza y la resistencia al desgaste; sin embargo, una cantidad excesiva puede hacer que el acero se vuelva quebradizo y menos soldable.

Los aceros inoxidables suelen incorporar elementos de aleación con bajo contenido en carbono, como cromo, molibdeno y manganeso, para mejorar sus propiedades. Cuando se combinan, estos elementos reducen el contenido de carbono por debajo del 0,25%, lo que permite soldarlos, aumentar la resistencia a la corrosión y reducir la maquinabilidad en comparación con los aceros al carbono.

Cuando se trata de PWHT, el acero inoxidable suele ser la mejor opción frente al acero al carbono. Su menor contenido en carbono hace que la soldadura y la manipulación sean más sencillas en todos los procesos de fabricación, algo especialmente crucial durante las operaciones de mecanizado. Además, su menor límite elástico hace que el acero inoxidable sea menos vulnerable a la abolladura o la flexión en comparación con los aceros al carbono.

Los aceros inoxidables austeníticos suelen tener un bajo contenido de carbono, de hasta 0,10%, y a menudo pueden soldarse sin tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT). Sin embargo, cuando se unen a aceros al carbono, estos grados se vuelven más susceptibles a la corrosión intergranular causada por la expansión térmica diferencial entre ambos tipos de metal. Por lo tanto, es muy importante conocer el contenido de carbono del acero inoxidable antes de elegir el tratamiento PWHT.

Química general

La composición de las aleaciones que componen el acero inoxidable puede variar considerablemente. Diferentes proporciones de hierro, cromo, níquel y molibdeno contribuyen a su composición; sus mezclas exactas dependen del tipo de aleación de acero inoxidable que se necesite y de su uso previsto. Estos factores influyen en aspectos como la solidez, la resistencia a la corrosión, la soldabilidad, la densidad del magnetismo y la conductividad térmica, entre otras características.

Por ejemplo, algunas calidades de acero inoxidable pueden resistir soluciones ácidas, mientras que otras no. Al aumentar el contenido de cromo y molibdeno en las aleaciones de acero inoxidable, aumenta la resistencia frente a ácidos reductores como el ácido clorhídrico, el ácido sulfúrico diluido y el ácido nítrico. Desgraciadamente, sin embargo, esto no aumentará la resistencia contra ácidos oxidantes como el ácido sulfúrico concentrado.

El agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC), otra característica distintiva de los grados de acero inoxidable, se produce cuando se expone a cloruros durante períodos prolongados y a temperaturas elevadas, y da lugar al desarrollo de grietas dentro de su metal. Si no se corrige, la SCC puede provocar el fallo del metal, con la consiguiente rotura o formación de grietas que acaban siendo mortales.

Los aceros inoxidables ofrecen una excelente durabilidad y pueden soportar diversos entornos, lo que los convierte en materiales muy apreciados en la fabricación. Su resistencia les permite soportar plantas químicas, oleoductos y gasoductos, etc., sin dejar de ser ignífugos, otra razón por la que se utilizan mucho en la construcción y en los sistemas de escape de los automóviles.

Temperatura de soldadura

El acero inoxidable es muy resistente a la corrosión, lo que lo convierte en una opción excelente para cocinas de restaurantes, cervecerías artesanales, equipos médicos y transporte de líquidos y gases. El acero inoxidable resiste temperaturas extremas de calor y frío, así como muchas formas de estrés químico y mecánico; además, es muy duradero, pudiendo soportar abrasiones e impactos sin agrietarse.

Dependiendo de la composición de su acero inoxidable, pueden ser necesarias precauciones adicionales al soldarlo. Los grados totalmente austeníticos (serie 300) pueden volverse propensos a agrietarse si se dejan a temperaturas elevadas durante periodos prolongados, ya que el aporte de calor puede alterar el equilibrio entre ferrita y austenita tanto en el metal de soldadura como en el metal base, dando lugar a la eventual formación de la fase Sigma y al agrietamiento.

Los aceros inoxidables ferríticos y dúplex requieren un cuidado especial debido a sus límites máximos de temperatura entre pasadas más bajos y requieren temperaturas específicas de precalentamiento y tratamiento térmico posterior a la soldadura para evitar la formación de fases no deseadas durante la soldadura.

Un PWHT eficaz puede reducir las sensibilidades SMSS-IGSCC debidas a la precipitación de carburos en zonas empobrecidas en cromo cerca de las interfaces de soldadura, y reducir los defectos relacionados con el hidrógeno en las uniones, aumentando al mismo tiempo la resistencia, la ductilidad, la resistencia a la corrosión y la resistencia a las picaduras en ambientes ligeramente ácidos.

Espesor de la sección

El acero inoxidable puede encontrarse en numerosas aplicaciones y a menudo se elige como material para estructuras por su solidez y resistencia a la corrosión. Sin embargo, su resistencia viene determinada no solo por el grado y la composición de la aleación de su chapa, sino también por su grosor; el grosor del calibre estándar afecta a la facilidad con que se produce la flexión o el alabeo; las chapas más gruesas son más resistentes, pero requieren herramientas especiales para su fabricación.

El grosor de las chapas de acero inoxidable puede determinarse mediante su número de calibre. Aunque su número de calibre no proporciona mucha información sobre su grosor real, los distintos metales tienen diferentes tablas de calibres y pueden diferir considerablemente en grosor entre sí. A la hora de seleccionar materiales para proyectos de dimensiones específicas, es fundamental comprobar las tablas de calibres para confirmar la disponibilidad en los tamaños deseados.

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) del acero inoxidable depende de su grado y aplicación. Los aceros inoxidables austeníticos requieren un PWHT mínimo debido a su bajo contenido en carbono y a su excelente soldabilidad; los grados martensíticos y de endurecimiento por precipitación pueden beneficiarse de tratamientos PWHT; durante los cuales, la soldadura debe calentarse gradualmente hasta su temperatura objetivo antes de permanecer en ese nivel durante un tiempo determinado.