Requisitos del tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) según ASME Sección VIII, División 1

ASME Sección VIII, División 1 es una importante norma de ingeniería que proporciona directrices claras para la creación, inspección y certificación de recipientes a presión. Esto contribuye a las prácticas de ingeniería estándar al tiempo que mejora la seguridad y la eficiencia en diferentes industrias.

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) es un proceso controlado diseñado para eliminar las tensiones residuales en los materiales soldados y se define en la cláusula 331.11 junto con las tablas 331.1.1.1 y 331.1.3. Debe cumplir los requisitos establecidos en la cláusula 331.11.1.2 según se indica a continuación para aplicaciones de tuberías. Debe cumplir con los requisitos establecidos por la cláusula 331.11.1.2 como se establece a continuación para aplicaciones de tuberías.

Temperatura mínima

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) consiste en calentar el metal de soldadura a temperaturas inferiores a su temperatura de transformación crítica inferior y mantenerlo durante un periodo prolongado. Esto ayuda a reducir las tensiones residuales y los cambios microestructurales causados por la soldadura; sin embargo, el PWHT se realiza a menudo sin control con gradientes de temperatura que pueden dañar el metal de soldadura, provocando grietas por tensión o aumentando su susceptibilidad a la fractura frágil.

Los códigos actuales que exigen PWHT para las tuberías de energía estipulan una temperatura mínima de PWHT de 1100degF, que es demasiado baja y puede provocar daños prematuros por corrosión. Un estudio patrocinado por EPRI y realizado por Souder y Lundin y Khan aboga por elevarla a 1200degF; de hacerlo, se producirían cambios significativos en las propiedades del metal de soldadura, como un aumento de la tenacidad y una disminución de la dureza.

La reducción de la temperatura mínima de PWHT podría disminuir significativamente su temperatura de transición dúctil-frágil del metal de soldadura, lo que podría dar lugar a reducciones inaceptables de su resistencia a la tracción y ductilidad, haciendo necesario un aumento de la presión de diseño del recipiente estampado en código, además de ser muy costoso tanto para los fabricantes de tuberías como para los fabricantes de recipientes a presión. Por lo tanto, es imperativo que los fabricantes encuentren un equilibrio entre estos requisitos a la hora de establecer las temperaturas mínimas de PWHT.

Tiempo mínimo de mantenimiento

El PWHT (tratamiento térmico posterior a la soldadura) es un proceso de tratamiento térmico posterior a la soldadura en el que el acero se calienta hasta su temperatura de transformación crítica más baja y se mantiene allí durante un tiempo específico para reducir las tensiones residuales y los cambios microestructurales en el metal de soldadura. El PWHT suele ser necesario en la fabricación de recipientes a presión y tuberías; sin embargo, puede resultar costoso y llevar mucho tiempo. Para ahorrar costes, puede merecer la pena intentar conseguir la exención de la PWHT siempre que sea posible.

Los recipientes a presión, tuberías y tanques de almacenamiento deben cumplir los requisitos de PWHT determinados por los códigos de diseño utilizados durante su construcción. Los requisitos varían mucho de un código a otro; por ejemplo, los requisitos de BS 2633 difieren significativamente de los de ASME VIII Div 1 o B31.1/B31.3, que fijan los límites máximos de espesor en 32 mm; también puede haber variaciones significativas entre los códigos estructurales generales, como BS 5400/5750, así como entre los de las industrias que buscan la exención de los requisitos de PWHT, como las industrias petroquímica y de generación de energía, que han buscado una exención más amplia.

Los códigos de diseño actuales se basan en los resultados de las pruebas de impacto Charpy como criterio de espesor límite; sin embargo, estos requisitos no siempre reflejan los datos reales de tenacidad y tensión residual disponibles para los aceros utilizados en la fabricación.

Temperatura mínima de precalentamiento

La temperatura de precalentamiento es esencial para el éxito del tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT). El PWHT sirve para redistribuir las tensiones residuales creadas por la soldadura, haciendo que el material sea más dúctil a la vez que atenúa las tensiones residuales creadas durante el proceso de soldadura. Además, el tratamiento térmico posterior a la soldadura también sirve para eliminar los cambios microestructurales causados por los gradientes de alta temperatura entre el metal de soldadura y el material base durante los procesos de soldadura.

Las pruebas PWHT son actualmente obligatorias para la mayoría de los materiales de tuberías y recipientes a presión; sus requisitos suelen seguir los límites de absorción de energía Charpy; por lo tanto, puede haber una variación considerable en el espesor mínimo al que se puede conceder la exención de PWHT debido a los diferentes códigos de diseño utilizados por la industria petroquímica, que han desarrollado sus especificaciones a lo largo del tiempo a través de la experiencia y la práctica de la ingeniería.

Algunos requisitos se han convertido en marginales desde un punto de vista técnico y, en concreto, la temperatura mínima de PWHT ha sido objeto de escrutinio. Un informe patrocinado por el EPRI (ref. 1) sugirió reducir este requisito a 1100 ºF, lo que lo acercaría al cumplimiento de los límites mínimos de absorción de energía Charpy utilizados en los códigos NBEP y B31.1 para el material P n.º 4 utilizado como metal de soldadura; sin embargo, esta temperatura de precalentamiento inferior ha sido rechazada por el Subcommittee on Pressure Vessels de EE.UU. debido a la preocupación por la aparición de grietas por recalentamiento debido a la preocupación por la aparición de grietas en el metal de soldadura durante las operaciones de soldadura (ref. 1).

Tiempo mínimo de precalentamiento

Como parte de la Sección VIII Div 1 del Código ASME, para calificar como exentas del tratamiento térmico postsoldadura (PWHT), las soldaduras deben cumplir dos criterios. Deben presentar tanto una temperatura mínima de precalentamiento como un tiempo mínimo de mantenimiento antes de poder considerarse exentas. Los tratamientos PWHT reducen la fractura frágil disminuyendo las tensiones residuales de la soldadura y templando las microestructuras duras y potencialmente frágiles, lo que ayuda a evitar posibles situaciones de fallo.

Los distintos códigos de fabricación imponen diversos requisitos de exención para los aceros. Algunos exigen PWHT incluso en soldaduras más finas que otros, en función de su contenido de carbono; por ejemplo, BS 1113 [23] y 2633 [24] no lo exigen cuando se sueldan soldaduras con un contenido de carbono superior al 0,25 por ciento.

Aunque la PWHT se conoce en general, sus requisitos precisos siguen siendo controvertidos. Su necesidad ha sido objeto de debate, sobre todo en las aplicaciones de generación de energía. Las variaciones entre los requisitos de exención de los códigos de fabricación podrían atribuirse a que los distintos organismos profesionales los elaboran en función de sus experiencias individuales; sin embargo, estas variaciones existen y parece poco probable que se pueda llegar a un requisito unificado para la exención de la PWHT; este artículo explora estas similitudes y variaciones al tiempo que propone posibles estrategias de racionalización.