Tratamiento térmico posterior a la soldadura

Muchos códigos de tuberías utilizan la resistencia a la fractura de las soldaduras como base para renunciar a los requisitos de tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) a nivel local; sin embargo, este método puede no aplicarse siempre a todos los materiales o aplicaciones.

Los requisitos de PWHT para el material de las tuberías de energía generalmente se basan en la temperatura de transformación crítica más baja de su metal base.

Procedimientos de soldadura

La soldabilidad de las uniones soldadas depende de varios factores, como la geometría, la reestiramiento, las temperaturas de precalentamiento de la soldadura y las temperaturas entre pasadas, así como la densidad de corriente. Además, los materiales con bajo contenido en carbono, como AISI P-4 o P-5A, también influyen en la soldabilidad; la templabilidad también puede influir, al igual que el potencial de fisuración retardada por hidrógeno.

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) sirve para mejorar la tenacidad de la entalla aliviando las tensiones residuales y relajando las tensiones preexistentes de la pieza causadas por los procesos de fabricación, soldadura y corte. Los procesos de PWHT suelen durar una hora por cada 25 mm de espesor a una temperatura de 600 ºC.

Los requisitos de PWHT suelen basarse en criterios de soldabilidad y los códigos de fabricación establecen requisitos detallados con respecto a la PWHT local. Una parte significativa de estas normativas se centra en los requisitos de límite de espesor, una suposición basada en que la fractura frágil es más probable sin PWHT que con él. Sin embargo, esta suposición se ha cuestionado mediante análisis de mecánica de fractura; más concretamente, la comparación de curvas maestras para soldaduras a tope de circunferencia en tubos de acero ha demostrado esta conclusión y ha descubierto que los límites de espesor PWHT actuales son demasiado restrictivos en algunos códigos de fabricación.

Precaliente

El precalentamiento de los aceros antes de la soldadura es esencial para minimizar las tensiones de soldadura y las tensiones residuales, en función del espesor de la soldadura y del contenido de aleación. Deben utilizarse crayones indicadores de temperatura o pirómetros de termopar para controlar con precisión estas temperaturas.

El precalentamiento reduce el gradiente de velocidad crítica para cualquier relación de equivalencia dada y aumenta la velocidad de la llama laminar, creando arcos más estables con menos salpicaduras. (Fig. 20).

El precalentamiento se utiliza para aumentar la dureza del metal de soldadura y de la zona afectada por el calor (ZAT) de los aceros al carbono y de baja aleación al ralentizar su velocidad de enfriamiento, disminuyendo así defectos como la porosidad y los huecos en la ZAT, mejorando las propiedades mecánicas y disminuyendo el riesgo de fisuración por fragilización por hidrógeno (también denominada fisuración retardada o por debajo del cordón) en los aceros al carbono/de baja aleación, así como en los aceros inoxidables austeníticos con alto contenido en níquel, como el Tipo 347/Incoloy 825.

Las reducciones de la temperatura de precalentamiento y entre pasadas pueden ayudar a aumentar el espesor de la soldadura sin tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT), especialmente en el caso de soldaduras que retienen altas presiones, como soldaduras a tope, de encastre y de filete en uniones roscadas y conexiones de boquilla. Según los estudios de E2G sobre fractura frágil, la eliminación del PWHT obligatorio para piezas soldadas a presión de baja aleación según ASME B31.3 disminuiría la tenacidad de la soldadura y aumentaría el riesgo de fallos frágiles.

Tratamiento térmico posterior a la soldadura

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) es un medio eficaz para eliminar las tensiones residuales perjudiciales en componentes soldados como recipientes a presión y tuberías, al tiempo que atenúa su susceptibilidad a las condiciones ambientales que provocan el inicio de grietas o la fractura frágil. Para mantener la integridad de las soldaduras fabricadas, deben respetarse siempre los requisitos del código.

Los procesos de PWHT suelen ser necesarios para las soldaduras de acero al carbono con espesores superiores a un umbral predefinido para protegerlas de la fractura retardada por hidrógeno y otros fenómenos de corrosión bajo tensión, incluida la fractura retardada por hidrógeno. La PWHT implica condiciones de calentamiento, enfriamiento y remojo que afectan a las propiedades del material de soldadura resultantes de este proceso: los tiempos de remojo excesivos o prolongados pueden provocar descarburación, fragilización o fragilización que afectarán negativamente a sus propiedades de resistencia a la tracción, resistencia a la fluencia o tenacidad de entalla.

Los requisitos de PWHT para los aceros al carbono varían según los códigos de fabricación y reparación en función de los límites de espesor y diámetro, con variaciones posiblemente atribuibles a diferentes interpretaciones de la base de datos técnica o a la evolución de las prácticas de fabricación/soldadura a lo largo del tiempo. Los códigos ASME BP&V actuales permiten exenciones de las pruebas PWHT para materiales de hasta 5/8 pulgadas de grosor utilizados en el servicio nuclear, basándose en suposiciones como la mayor soldabilidad de los materiales de gran diámetro y paredes finas; sus características inherentes de resistencia a la fractura; ser lo suficientemente resistentes a la fractura de baja energía.

Refrigeración

Los procedimientos de PWHT deben adaptarse específicamente a cada componente, con temperaturas que dependen de su espesor; ASME VII se aplica a espesores superiores a 19 mm, mientras que BS EN 13445 y BSPD 5500 cubren espesores de 35 mm o superiores. Las velocidades de enfriamiento también dependen del grosor; una hora por cada 25 mm de grosor y se permite el enfriamiento con aire en calma por debajo de 800 ºF. El PWHT suele utilizar hornos fijos permanentes u hornos portátiles de vagoneta para piezas grandes y difíciles de manejar.