Tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) según ASME B31 3

Los códigos de diseño actuales para recipientes a presión y tuberías especifican un umbral de espesor a partir del cual el tratamiento térmico postsoldadura (PWHT) se convierte en obligatorio, normalmente vinculado a las propiedades de ensayo Charpy del material de acero.

La PWHT de grandes ensamblajes de acero al carbono es un proceso costoso debido a los largos tiempos de mantenimiento y a las lentas velocidades de calentamiento/enfriamiento necesarias, por lo que sería ventajoso encontrar exenciones de los requisitos de PWHT siempre que sea posible.

Espesor límite

Las normas de diseño vigentes en los sectores de tuberías y recipientes a presión dictan que la PWHT debe realizarse siempre que el espesor de los componentes soldados supere un valor determinado, que suele venir determinado por los parámetros de ensayo Charpy del material y los requisitos mínimos de temperatura de servicio. Aunque este enfoque proporciona un medio fácil y directo de evaluar si es necesaria la PWHT, su interpretación puede ser a veces demasiado conservadora; existen discrepancias entre diversos códigos en cuanto a sus requisitos de espesor límite.

Los requisitos incoherentes y las exenciones entre códigos suelen derivarse de prácticas específicas del sector industrial más que de consideraciones metalúrgicas o estructurales específicas. En la investigación realizada para este proyecto se estudió si sería posible lograr una mayor coherencia mediante metodologías de mecánica de fractura.

La teoría de la mecánica de la fractura nos permite justificar la reducción del límite de PWHT sin poner en peligro la integridad de la fabricación de las soldaduras. Los estudios han demostrado este efecto; por ejemplo, las soldaduras por encastre en materiales de tuberías soldadas a tope en circunferencia con bajo contenido en carbono pueden cumplir los requisitos de espesor reducido siempre que se cumplan los periodos mínimos de remojo y los requisitos especiales de la técnica de soldadura de reparación.

Ensayo Charpy

El ensayo Charpy es un método indispensable para medir la resistencia al impacto y la tenacidad de diversos materiales, y proporciona a los ingenieros y profesionales de la soldadura una valiosa información sobre el comportamiento de los materiales en condiciones de estrés, ayudándoles a tomar decisiones informadas y a adoptar las medidas adecuadas.

La probeta de ensayo estándar consiste en una barra de sección cuadrada de 10 mm x 10 mm x 55 mm de dimensiones con una cara que presenta una muesca en forma de V mecanizada en un ángulo de 45 grados, normalmente con un radio de punta de 0,25 mm y normalmente a 45 grados de una cara. Se realizan ensayos de impacto con una barra pendular y medición de la energía absorbida Cv.

Los códigos actuales para recipientes a presión y tuberías estipulan que deben realizarse pruebas PWHT cuando el espesor de la soldadura supere un valor predefinido derivado de los resultados de las pruebas Charpy; sin embargo, existen variaciones considerables entre los códigos, algunas debidas al conservadurismo o a diferencias en la práctica de la ingeniería. En este artículo se investiga por qué puede haber diferencias en los requisitos de los distintos códigos y se ofrecen métodos que podrían permitir enfoques más coherentes para la exención de las pruebas PWHT.

Exenciones

Existen pequeñas diferencias entre los distintos códigos en cuanto a requisitos y exenciones; estas diferencias pueden atribuirse a diferentes prácticas de ingeniería o interpretaciones de los datos técnicos. Como resultado, podrían causar PMHT innecesarios que conducen a costes de mantenimiento y duraciones de interrupción innecesarios.

La normativa actual sobre tuberías establece que las soldaduras por encastre que utilizan materiales P-4 y P-5A no necesitan someterse a la PWHT obligatoria si el grosor de su garganta no es inferior a 1/2 pulg. Esta exención se desarrolló basándose en prácticas de éxito de la industria petroquímica que se remontan a los años 20 y 30 del siglo pasado.

También debería modificarse una exención para tener en cuenta el espesor de la garganta de la soldadura, así como el requisito de B31.3 que regula el espesor. La relajación de este requisito podría suponer un importante ahorro de costes para la industria de generación de energía al reducir los PWHT innecesarios y acortar la duración de las paradas. Además, un tratamiento más uniforme de estos aceros en todos los códigos debería reducir las tensiones de fatiga y prolongar la vida útil de los equipos; las exenciones actuales deberían modificarse para tener en cuenta tanto el espesor de la garganta de soldadura como los requisitos de espesor de B31.3.

Requisitos

Dado que las juntas de soldadura pueden verse afectadas por cualquier número de variables que impidan su resistencia, es imposible proporcionar una fecha y un momento exactos en los que será necesaria la PWHT. Sin embargo, las limitaciones de espesor basadas en las necesidades de servicio y la composición del material pueden satisfacerse mediante temperaturas de precalentamiento suficientes, tiempos de inmersión y sistemas de refrigeración controlados.

Los requisitos de temperatura de precalentamiento y tiempo de inmersión varían según la técnica de soldadura; como pauta general, debe mantenerse una hora de precalentamiento de valor máximo por cada 25 mm de espesor de soldadura.

Los requisitos que rigen las aplicaciones de precalentamiento varían según los distintos códigos normativos. Por ejemplo, ASME B31.3 enumera sus requisitos en función de los materiales de las tuberías, mientras que BS EN 13445 [25] sugiere adoptar un enfoque más conservador. Para cumplir satisfactoriamente los requisitos de PWHT, independientemente de la norma o el código que se aplique, debe demostrarse una cualificación satisfactoria del procedimiento de soldadura que cumpla los criterios mínimos de resistencia al crecimiento de grietas establecidos por la sección IX de ASME, así como cualquier otro criterio aplicable.