Revelados los requisitos del tratamiento térmico postsoldadura (PWHT) para los espesores de acero al carbono

El trabajo del EPRI sobre los materiales de las tuberías nucleares tenía como objetivo principal evaluar si los requisitos actuales de exención del tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) para los espesores de acero al carbono podían relajarse basándose en la experiencia de la industria y no en datos técnicos o cálculos de diseño.

El PWHT se utiliza para eliminar tensiones residuales en componentes de paredes gruesas, mejorando su estabilidad dimensional y su rendimiento. El requisito de espesor del acero al carbono varía significativamente entre códigos debido a sus criterios inherentes de tenacidad Charpy.

1. Resistencia a la corrosión

El alto contenido de cromo del acero al carbono lo hace muy resistente a la corrosión, por lo que es el material ideal para estructuras en entornos difíciles. Lamentablemente, su dureza reduce las capacidades de carga dinámica y estática y requiere mayores dimensiones y bloques de rodamiento adicionales.

La humedad, la temperatura, la lluvia, el viento y las impurezas del aire aceleran la corrosión atmosférica. Además, a la hora de planificar los trabajos de restauración de metales también deben tenerse muy en cuenta los tiempos de humedad del metal.

Para estudiar las diferencias de comportamiento frente a la corrosión entre el acero al carbono Q235 y el acero para intemperie Q420, se emplearon las pruebas tradicionales de exposición a la intemperie y el método de evaluación de grandes datos de corrosión, como se muestra en la figura 4. En ella se muestran las curvas de cantidad eléctrica acumulada de ambos tipos de acero en Qingdao y Hangzhou; se puede observar que la capa de óxido del acero al carbono tiene muchas picaduras y protuberancias, mientras que la del acero de intemperie es más densa, con una capa protectora interior que impide que el Cl- penetre en su sustrato metálico, lo que hace que este tipo sea más resistente a la corrosión atmosférica.

2. Fuerza

Muchas aplicaciones de las chapas de acero al carbono exigen que soporten esfuerzos considerables, y las normas de materiales establecen valores mínimos para el límite elástico y la resistencia mínima a la tracción. Los aceros que cumplen las especificaciones de la norma BS EN 1993-1-4 también cumplen estos criterios.

Los niveles más altos de carbono aumentan la resistencia y la dureza de las chapas de acero; sin embargo, los niveles más altos de carbono también disminuyen la ductilidad, lo que hace que el acero sea menos apto para estirarse sin agrietarse ni romperse.

El acero bajo en carbono (a veces conocido como acero dulce) es el tipo de acero al carbono más dúctil y se utiliza ampliamente en la construcción y la fabricación. El acero con alto contenido en carbono ofrece una excelente resistencia y dureza, pero es más difícil de mecanizar o moldear; en cambio, los aceros con alto contenido en cobre pueden ofrecer chapas entre dos y cuatro veces más resistentes sin dejar de ofrecer una buena ductilidad.

3. Dureza

Los aceros al carbono suelen poseer tenacidad a baja temperatura debido a la presencia de manganeso; sin embargo, añadiendo elementos como boro, vanadio y niobio es posible aumentar la tenacidad. Esto puede reducir el riesgo de fallos por fractura durante el funcionamiento de los componentes a presión y los procedimientos de hidropruebas; los análisis de mecánica de fractura indican que la PWHT se hace necesaria a medida que aumenta la resistencia junto con los requisitos de energía de las pruebas Charpy (para tamaños de defectos proporcionales).

El tratamiento térmico previo a la soldadura (precalentamiento), también conocido como precalentamiento, consiste en elevar la temperatura del metal base antes de la soldadura para minimizar los gradientes térmicos y el agrietamiento inducido por hidrógeno. El tratamiento térmico posterior a la soldadura (poscalentamiento) aplica calor controlado después de la soldadura para aliviar las tensiones residuales, templar las zonas endurecidas y mejorar las propiedades del material, aliviar las tensiones residuales, templar las zonas endurecidas y mejorar las propiedades del material. El PWHT debe realizarse normalmente durante 1 hora por cada 25 mm (1 pulgada) de espesor de soldadura con una velocidad de enfriamiento controlada uniformemente para evitar el choque térmico y ayudar al mismo tiempo a mantener la calidad de la soldadura para obtener soldaduras fuertes y duraderas.

4. Soldabilidad

Las técnicas de soldadura del acero al carbono lo convierten en una opción atractiva para muchos proyectos de fabricación, por lo que es una elección popular. Para producir un cordón de soldadura de alta calidad y reducir la distorsión o la contracción, deben utilizarse técnicas adecuadas de entrelazado y pasada de raíz. Éstas ayudan a distribuir el calor de manera uniforme y, al mismo tiempo, garantizan la correcta unión de la soldadura y el metal base.

Para producir soldaduras de alta calidad, la soldadura del acero al carbono requiere tratamientos térmicos previos y posteriores. El tratamiento térmico de precalentamiento, comúnmente denominado precalentamiento, aplica calor controlado antes de la soldadura para reducir los gradientes térmicos y las fisuras inducidas por el hidrógeno en la zona del arco de soldadura (HAZ). El tratamiento térmico posterior a la soldadura (o tratamiento térmico posterior) se utiliza después de la soldadura como medida de cuidado posterior para aliviar las tensiones residuales, endurecer las zonas y aumentar la resistencia mecánica.

La sección VIII Div. 1 de ASME y sus tablas UCS-56-1 a UCS-56-11 detallan los requisitos para el precalentamiento y el tratamiento térmico posterior a la soldadura de los aceros al carbono de acuerdo con la sección IX de ASME; en concreto, estas tablas proporcionan los datos del ciclo de calentamiento necesarios para el PWHT en función de su categoría de número P o número Gr. según la lista de ASME; también incluyen notas relativas a exenciones o posibles tratamientos sustitutivos.