Tratamiento térmico posterior a la soldadura y eliminación de tensiones

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) es un proceso importante utilizado para reducir la tensión interna y mejorar la resistencia de los componentes de acero, así como para evitar el agrietamiento y las fracturas frágiles de los materiales.

La técnica PWHT (Pressure Wash Heating & Torching) consiste en calentar el material por debajo de su temperatura crítica de deformación y dejar que se enfríe uniformemente durante un tiempo determinado. Se puede utilizar una variedad de temperaturas PWHT y tiempos de remojo con el fin de lograr el resultado deseado.

Reducción de las tensiones internas

La soldadura puede generar altas tensiones internas en el material, lo que compromete sus propiedades de resistencia a la fractura y aumenta su susceptibilidad al agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC). La PWHT es un proceso de tratamiento térmico eficaz para reducir estas tensiones residuales; consiste en calentar la zona soldada por debajo de su rango de transformación antes de enfriarla lentamente para reducir las tensiones internas y, al mismo tiempo, mejorar las propiedades mecánicas de las uniones soldadas.

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT, por sus siglas en inglés) suele ser obligatorio según la normativa para equipos a presión con espesores superiores a determinados umbrales, y también se utiliza para proteger componentes estructurales como tanques, recipientes y tuberías. A la hora de determinar si un proyecto requiere PWHT, hay que tener en cuenta varios factores, como el tipo de material, los requisitos de temperatura y los tiempos de inmersión.

La PWHT se emplea a menudo para restaurar la tolerancia dimensional y minimizar la distorsión causada por condiciones desiguales de calentamiento y enfriamiento. El metal de soldadura puede enfriarse a velocidades diferentes que el metal base circundante, lo que da lugar a tensiones distribuidas de forma no uniforme que deben aliviarse para ayudar a minimizar la distorsión. El alivio de tensiones elimina y redistribuye estas tensiones para ayudar a minimizar la distorsión.

La PWHT también puede reducir el agrietamiento inducido por hidrógeno (HIC). El HIC se produce cuando los metales dúctiles se exponen a esfuerzos de tracción en un entorno ácido y se someten a tensión, lo que dificulta el diagnóstico y el tratamiento. La PWHT puede ayudar a reducir la incidencia de HIC aliviando las tensiones tensionales que contribuyen a la SCC.

Reducción de la dureza

La soldadura puede provocar tensiones internas en los materiales que provoquen corrosión bajo tensión y grietas inducidas por hidrógeno, y para hacer frente a este riesgo se suele emplear un proceso de tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT). El PWHT consiste en calentar el material durante un largo periodo de tiempo antes de enfriarlo gradualmente; además, reduce la dureza, lo que facilita el trabajo de los soldadores.

La temperatura y la duración dependerán del material que se suelde, del proceso de soldadura utilizado y del resultado deseado. Para que la PWHT sea eficaz, es imprescindible que se utilicen el equipo y las instalaciones adecuados, que el calentamiento se produzca durante un periodo de tiempo adecuado a una temperatura aceptable y que la velocidad de enfriamiento se controle en consecuencia.

Los procedimientos PWHT incorrectos o negligentes pueden provocar que las tensiones residuales se combinen con las tensiones de carga para superar los límites de diseño del material, lo que provoca fallos en la soldadura, un mayor potencial de agrietamiento y susceptibilidad a la fractura frágil. En última instancia, esto podría provocar fallos en las soldaduras.

La PWHT puede ayudar a mitigar estos problemas y ofrece varias ventajas en el proceso. Por ejemplo, puede reducir la dureza del metal, facilitando su trabajo. Además, la PWHT puede ayudar a mitigar el agrietamiento inducido por hidrógeno al expulsar cualquier hidrógeno absorbido que pueda contribuir al agrietamiento inducido por hidrógeno en determinados procesos de soldadura.

Mayor fuerza

El alivio de tensiones es a menudo exigido por los códigos, como una forma eficaz de aliviar las tensiones internas en los componentes de acero después de la soldadura. Esta práctica ayuda a mejorar la resistencia al tiempo que evita el agrietamiento en condiciones de carga dinámica; además, el alivio de tensiones permite que las soldaduras conserven sus propiedades de ductilidad y tenacidad.

El proceso consiste en calentar la zona soldada a una temperatura determinada antes de enfriarla, lo que reduce las tensiones y las redistribuye uniformemente por todo el metal, mejorando la dureza y la ductilidad, lo que aumenta la resistencia a la fatiga y ayuda a mitigar las fisuras inducidas por el hidrógeno en determinados grados de acero.

En función del tipo de material y soldadura que se vaya a tratar, pueden aplicarse varios métodos de tratamiento térmico, como el recocido, el revenido, el temple y la normalización. Cada uno tiene sus propias ventajas e inconvenientes, por lo que es esencial utilizar el adecuado y respetar los parámetros de tiempo y temperatura recomendados.

La investigación sobre la mecánica de la relajación de tensiones residuales ha arrojado resultados contradictorios y a menudo incomprensibles, lo que dificulta la interpretación más de lo previsto. Sigue sin estar claro si la deformación plástica, evidenciada por los cambios en el límite elástico y el módulo de Young, desempeña algún papel en la relajación de la tensión; y, en la actualidad, no existe ninguna relación cuantitativa entre la temperatura PWHT y el tiempo de mantenimiento para producir los resultados deseados.

Reducción del agrietamiento por fatiga

Las tensiones resultantes de la soldadura pueden comprometer el rendimiento a largo plazo de un componente y causar grietas por fatiga, pero el alivio de tensiones puede aliviar esta ansiedad eliminando las tensiones inducidas por la soldadura y haciendo que el componente sea más resistente al fallo por fatiga bajo cargas cíclicas. Además, el alivio de tensiones permite que se produzca la precipitación del revenido o los procesos de envejecimiento de los materiales, lo que mejora potencialmente la ductilidad al tiempo que disminuye los riesgos de fractura frágil.

La PWHT consiste en calentar la pieza por encima de su temperatura de transformación durante un tiempo determinado. Esto crea un gradiente de temperatura que hace que las tensiones internas se relajen, ayudando a prevenir la corrosión bajo tensión y el agrietamiento inducido por hidrógeno, a la vez que disminuye la sensibilidad de la soldadura a las cargas en servicio. La PWHT puede ser necesaria cuando se trabaja con fabricaciones o piezas de fundición complejas con tolerancias dimensionales ajustadas y cargas críticas que requieren una consideración especial durante los procesos de soldadura o fundición.

Los estudios han demostrado que la PWHT uniforme puede producir un alivio significativo de la tensión residual en determinadas soldaduras, con variaciones que dependen de diversos factores como las propiedades del material, la geometría y el tamaño de las soldaduras. El desarrollo de la deformación por fluencia desempeña un papel mucho más importante que la deformación plástica en los procesos de PWHT uniforme en horno, y la mayor parte del desarrollo de la deformación por fluencia se produce antes del inicio de los tiempos de mantenimiento de PWHT.