Tratamiento térmico posterior a la soldadura

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) es un proceso controlado en el que el material que se ha soldado se calienta por encima de su temperatura de transformación crítica inferior durante un período de tiempo prolongado, normalmente después de las operaciones de soldadura, para tratar las tensiones residuales y los cambios microestructurales causados por los procesos de soldadura. La PWHT puede ser necesaria debido a tensiones residuales o cambios microestructurales causados por la propia soldadura.

Soldadura y tratamiento térmico

La soldadura es un proceso integral en la construcción y la fabricación, pero puede introducir tensiones e imperfecciones en los componentes soldados. El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) se utiliza para abordar estos problemas y mejorar las propiedades mecánicas de los materiales de soldadura producidos durante los procesos de soldadura. El PWHT puede reducir la formación de fases frágiles, aliviar las tensiones residuales de la soldadura, mejorar la tenacidad y la ductilidad tanto del material base como de los componentes de la zona soldada, al tiempo que ayuda a mitigar riesgos como la corrosión bajo tensión o el agrietamiento inducido por hidrógeno.

Por lo general, la PWHT consiste en calentar toda una estructura soldada por debajo de su temperatura crítica de transformación durante un tiempo predeterminado, para permitir la expansión del metal de soldadura y aliviar las tensiones residuales de la soldadura. El método PWHT elegido depende de varios factores, como la composición, el uso final o las condiciones de servicio y la técnica de soldadura.

La PWHT también puede utilizarse para efectos de revenido, precipitación y envejecimiento en determinados aceros, proporcionando beneficios adicionales que van más allá del alivio de tensiones, como la reducción de los niveles de dureza, la mejora de la ductilidad y la resistencia a la fatiga térmica. Aunque la PWHT ofrece varias ventajas, debe tenerse en cuenta que su aplicación puede ser costosa y laboriosa; además, pueden requerirse equipos e instalaciones especializados; es necesario calibrar previamente registradores de temperatura precisos para gestionar con exactitud la temperatura durante los procesos de soldadura.

Recocido

El recocido es una de las partes clave de la PWHT que ayuda a mejorar las propiedades del metal, como la ductilidad, la tenacidad y la homogeneidad, que contribuyen a reforzar estructuras como tuberías, puentes y recipientes a presión contra las fuerzas a las que se enfrentarán con el paso del tiempo.

El recocido puede utilizarse en diversos metales y aleaciones para modificar sus propiedades físicas y químicas mediante procesos de calentamiento, mantenimiento y enfriamiento lento. El recocido requiere calentar, mantener y enfriar lentamente hasta obtener los resultados deseados.

La regulación precisa de la temperatura es clave para el éxito de cualquier proceso PWHT, y Libratherm ofrece varios controladores PID ramp soak que proporcionan una gestión precisa de la temperatura del proceso de recocido y pueden configurarse de acuerdo con sus especificaciones exclusivas.

El recocido consiste en calentar el material trabajado en frío justo por encima de su punto crítico de transformación (PCT) para remojarlo, lo que permite que se produzca el alivio de tensiones, el refinamiento de la microestructura, la eliminación de hidrógeno, la descarbonización y la reducción del endurecimiento por deformación, al tiempo que disminuye el endurecimiento por deformación derivado del trabajo en frío. Una vez completado este paso, puede iniciarse lentamente el enfriamiento para evitar la formación de tensiones residuales; además, el recocido promueve la recristalización sustituyendo los granos deformados y tensados por otros más grandes y uniformes, lo que hace que el material sea más dúctil al tiempo que disminuye el endurecimiento por deformación; especialmente crucial cuando se trabajan aceros y aleaciones.

Normalización

Tras la soldadura, las piezas que no se normalizan o recuecen correctamente pueden desarrollar tensiones internas que provoquen el fallo del metal. La normalización PWHT elimina estas tensiones internas calentando el material a temperaturas superiores a la línea de temperatura crítica de la región austenítica durante algún tiempo y enfriándolo después en aire, lo que supone una alternativa al recocido completo cuando es necesario para piezas que requieren mecanizabilidad.

El tratamiento térmico de los metales con base de hierro, como el acero al carbono, el acero inoxidable y los aceros aleados, suele incluir procesos de temple y revenido para lograr el máximo rendimiento.

La normalización del acero consiste en calentarlo 30-50 grados Celsius por encima de su línea de temperatura crítica de austenita durante un cierto tiempo, antes de mantenerlo ahí durante algún tiempo y enfriarlo al aire. El proceso se parece al del recocido, pero con una velocidad de enfriamiento ligeramente más rápida y granos de cristal más finos, lo que produce estructuras más dúctiles y aumenta la tenacidad (valor AKV).

Las técnicas de mejora de la maquinabilidad se utilizan normalmente para aumentar la resistencia al impacto de las piezas y aumentar su maquinabilidad. Además, las chapas de acero laminado en caliente de baja aleación, las piezas forjadas y las piezas de fundición suelen utilizar estos procesos para conseguir una resistencia satisfactoria al tiempo que se reduce la probabilidad de que se fracturen durante su uso.

Alivio del estrés

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (o PWHT, por sus siglas en inglés) es un proceso térmico diseñado para reducir y redistribuir las tensiones residuales en los materiales soldados, normalmente calentándolos a una temperatura elevada y enfriándolos de nuevo en condiciones controladas antes de devolverlos a temperatura ambiente.

El alivio de tensiones tiene por objeto aliviar las tensiones internas que provocan grietas y distorsiones en las fabricaciones soldadas y las piezas de fundición, mientras que la PWHT ayuda a mejorar las propiedades mecánicas que hacen que los metales sean más resistentes a la fatiga y a otros factores que provocan fallos en servicio.

La soldadura es un proceso industrial esencial, pero sus tensiones inherentes pueden comprometer la integridad y el rendimiento del producto. Para resolver estos problemas, el proceso PWHT utiliza hornos calentados/enfriados para aliviar las tensiones acumuladas en el metal. Esto garantiza que los componentes soldados puedan soportar las cargas previstas, así como las condiciones ambientales.

La PWHT debe realizarse en un entorno de atmósfera controlada para proteger las soldaduras contra la oxidación y el agrietamiento inducido por hidrógeno, que se produce cuando el hidrógeno absorbido durante la soldadura reacciona con el oxígeno del aire y provoca la formación de grietas. Además, la PWHT puede ablandar los componentes para que puedan mecanizarse con dimensiones y acabados superficiales de precisión, algo especialmente valioso en aplicaciones de alta presión, donde la fractura puede producirse rápidamente.