Tratamiento térmico local posterior a la soldadura (PWHT)

El PWHT local puede ser un medio eficaz para mitigar las tensiones residuales de soldadura en recipientes a presión de gran tamaño cuando el PWHT en horno no es viable; sin embargo, puede resultar difícil encontrar un criterio de cálculo universal para el ancho de la banda de calor auxiliar en las normas actuales sobre PWHT local.

Tras aplicar un tratamiento local de PWHT a una torre atmosférica de gran tamaño, se comparan las tensiones residuales en sus estructuras axiales y circunferenciales antes y después del PWHT, y se simulan los efectos de un ancho adicional de HB.

Costo

El tratamiento térmico local posterior a la soldadura (PWHT) es un método eficaz para mitigar las tensiones residuales inducidas por la soldadura en recipientes a presión grandes y ultragrandes. Se puede emplear cuando el PWHT en horno resulta poco práctico para componentes grandes, como las costuras de soldadura en sistemas de tuberías o aquellas instaladas en el sitio; sin embargo, se debe realizar una planificación cuidadosa para garantizar una distribución uniforme del ancho de la banda calentada y la velocidad de tratamiento térmico; un calentamiento desigual o velocidades de tratamiento demasiado rápidas podrían producir gradientes de temperatura perjudiciales que aumentan las tensiones residuales cuando el componente se enfría.

Debido a sus grandes diámetros y longitudes, los procedimientos locales actuales de PWHT (tratamiento térmico posterior a la soldadura) establecidos en los códigos y normas pueden resultar difíciles de aplicar en el área de soldadura de recipientes ultragrandes. Este artículo presenta un método de PWHT local basado en calentamiento primario-secundario que ha demostrado ser eficaz para reducir la tensión residual inducida por la soldadura y mitigar el riesgo de agrietamiento por corrosión bajo tensión dentro de la zona de soldadura. Se llevaron a cabo análisis tanto experimentales como de elementos finitos en una soldadura de acero inoxidable AISI 316L para evaluar el éxito de esta técnica.

Aparato

El tratamiento térmico local posterior a la soldadura (PWHT) se utiliza para reducir la tensión residual en estructuras soldadas. Este proceso resulta particularmente útil cuando no es factible colocar todos los componentes a la vez en un horno, como en el caso de recipientes a presión de gran tamaño o tuberías ultralargas. El PWHT puede ser más costoso que la fabricación sin tratamiento térmico, pero contribuye a prolongar la vida útil de las estructuras. Sin embargo, para que sea efectivo, las velocidades de calentamiento deben controlarse cuidadosamente a fin de no exceder el límite elástico, lo que provocaría la formación de nuevas tensiones residuales en los ensamblajes soldados.

La forma más eficiente de realizar el PWHT local consiste en utilizar calentadores cerámicos flexibles tipo lámina que se pueden disponer de manera flexible, cubiertos con aislamiento térmico para evitar la transmisión de calor a las superficies adyacentes y conectados a una fuente de alimentación eléctrica que ha sido programada para ajustar sus temperaturas de acuerdo con historiales predefinidos ; estos calentadores pueden supervisarse mediante termopares colocados en los elementos objetivo y controlarse automáticamente.

Como parte del proceso de tratamiento térmico, los componentes requieren un soporte adecuado por parte de su entorno. Para ello, se deben colocar estratégicamente unos caballetes con la forma adecuada para cada uno; su separación dependerá de su tamaño, forma y espesor, lo que garantiza que no se produzcan deformaciones durante el tratamiento.

Hora

El tiempo necesario para completar el tratamiento térmico local posterior a la soldadura (PWHT) depende del número de unidades de calentamiento utilizadas. Por ejemplo, cinco piezas soldadas que requieran PWHT pueden necesitar hasta 25 horas con una sola unidad de calentamiento, ya que requieren múltiples ciclos de calentamiento durante el proceso. Sin embargo, al aumentar o disminuir el número de unidades de calentamiento utilizadas, el tiempo de tratamiento puede reducirse significativamente.

Los tratamientos térmicos posteriores a la soldadura (PWHT) locales se utilizan para el templado y la relajación de las tensiones residuales de soldadura; sin embargo, su eficacia depende de los niveles iniciales de tensiones residuales de soldadura. Por lo tanto, antes de realizar uno de estos tratamientos, es esencial considerar la distribución inicial de las tensiones; la anchura de las fuentes de calentamiento auxiliares de los PWHT locales puede alterar significativamente esta distribución de tensiones.

El ancho adecuado de calentamiento auxiliar para el PWHT local debe ser igual o ligeramente menor que la tensión máxima de tracción en la placa base, y el gradiente de temperatura debe limitarse en consecuencia; este valor puede determinarse comparando la resistencia máxima a la tracción de la pieza soldada con el gradiente de temperatura en el PWHT local; 3Rt sería un valor límite adecuado en aquellos casos en que el espesor de la pieza supere los 30 mm.

Temperatura

El tratamiento térmico local posterior a la soldadura solo debe utilizarse cuando no sea factible colocar todos los componentes dentro de un horno, como en el caso del tratamiento de recipientes a presión de gran tamaño o tuberías ultralargas. Se debe tener cuidado para garantizar que las velocidades de calentamiento y enfriamiento se mantengan constantes y precisas, y que se alcance una temperatura uniforme en todo el espesor del componente. Un calentamiento desigual puede provocar gradientes de temperatura peligrosos que generan tensiones residuales que exceden el límite elástico, lo que conduce a fallas, pérdida de integridad mecánica o rotura del equipo en funcionamiento.

Al emplear el PWHT local, las tensiones circunferenciales y axiales de las placas de espesor desigual pueden reducirse significativamente; sin embargo, no existe un criterio de cálculo uniforme para establecer el ancho de una zona de calentamiento auxiliar —lo que da lugar a resultados dispares en la eliminación de la deformación residual tras el tratamiento de PWHT—, por lo que es necesario determinar un ancho ideal. Para lograrlo de manera efectiva en placas de espesor desigual, es fundamental establecer una anchura adecuada para el PWHT en placas con espesores de pared desiguales, utilizando cilindros soldados a tope de gran diámetro con espesores de pared desiguales. En este estudio se analizó el efecto de diversos criterios en los resultados de reducción de la deformación residual, así como en los resultados de eliminación de tensiones axiales residuales mediante PWHT local en uniones soldadas a tope formadas por cilindros de gran diámetro soldados a tope y unidos entre sí mediante PWHT en cilindros de gran diámetro soldados a tope y unidos entre sí mediante PWHT local en cilindros de gran diámetro soldados a-soldados a tope con espesores de pared diferentes. Esta investigación estudió los efectos de diferentes criterios en los resultados de la eliminación de la deformación residual y las tensiones después del PWHT local en cilindros soldados a tope de gran diámetro unidos entre sí, utilizando el PWHT de juntas soldadas a tope de cilindros soldados a tope de gran diámetro con espesores de pared diferentes de cilindros soldados a tope de grancon espesores de pared diferentes mediante PWHT local cuando se aplicó en uniones de cilindros soldados a tope de gran diámetro con espesores de pared diferentes, uniones de soldadura a tope de cilindros soldados a tope de gran diámetro; luego se evaluaron los resultados al aplicar un tratamiento PWHT local en cilindros soldados a tope de gran diámetro con espesores de pared diferentes; tratamiento combinado de PWHT cuando se aplicó un tratamiento PWHT local en juntas de soldadura a tope; tratamientos PWHT locales en cilindros soldados a tope de grancon espesores de pared diferentes; se observó que el tratamiento de PWHT local en uniones de soldadura a tope con espesores de pared diferentes reducía el riesgo de fisuración mediante el PWHT cuando se aplicaba a uniones de soldadura a tope-soldadas a tope, soldadas a tope, soldadas a tope, uniones soldadas a tope mediante PWHT local de uniones soldadas a tope, soldadas a tope, soldadas a tope, soldadas a tope, soldadas a tope, soldadas a tope, soldadas a tope, uniones soldadas a tope fueron soldadas a tope-soldados a tope, soldados a tope, soldadura a tope después de tratamientos locales de PWHT en uniones de soldadura a tope de gran diámetro de cilindros soldados a tope de gran diámetro con diferentes espesores de pared, con PWHT local utilizando soldaduras a tope con cilindros de espesores de pared diferentes, soldados a tope, soldados a tope, soldados a tope-soldados utilizando PWHT cuando se trata de cilindros soldados a tope con espesores de pared diferentes soldados a tope con uniones soldadas a tope utilizando soldadura a tope soldadura a tope técnica de soldadura a tope soldadura a tope local soldadura a tope soldadura a tope en uniones soldadas a tope soldadura a tope-uniones soldadas a tope para soldar a tope, unión soldada a tope, técnica de soldadura a tope al soldar a tope en soldadura a tope utilizando soldadura a tope con uniones soldadas a tope, soldadura a tope de gran diámetro, soldadura a tope, con proceso de soldadura a tope utilizando tratamiento PWHT local debido a PW local