Requisitos de tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) de ASME B31.3

Los códigos de diseño actuales de las industrias de tuberías y recipientes a presión difieren considerablemente en sus requisitos de tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT), y algunos parecen justificables mientras que otros parecen marginales desde un punto de vista técnico.

Las pruebas patrocinadas por el EPRI sugieren que el requisito de PWHT para los materiales P No 4 debería reducirse, y este documento pretende apoyar ese cambio dentro de B31.1, B31.3 y otras Secciones del Código.

Temperatura de precalentamiento

La temperatura de precalentamiento es la temperatura mínima en el metal base de una soldadura o, para operaciones de soldadura de varias pasadas, entre cada pasada de soldadura. Debe permanecer constante durante toda la operación al menos una distancia igual al espesor máximo de la pieza; sus especificaciones figuran en las EPS (véase 3.6 para las limitaciones de las EPS precalificadas y la tabla 4.5 para las restricciones de las variables esenciales).

El precalentamiento de aceros simples al carbono o de baja aleación requiere una cuidadosa regulación de la temperatura para evitar el sobrecalentamiento, ya que un aumento de la temperatura de precalentamiento podría reducir la resistencia y la dureza, mientras que una temperatura demasiado baja podría disminuir la tenacidad y la ductilidad en comparación con su estado original.

En el caso de los aceros de aleación compleja, es crucial que la temperatura de precalentamiento se fije de forma que se consiga la transformación y la orientación cristalográfica dentro del metal base. Para hacerlo correctamente es necesario calcular con precisión los gradientes de temperatura dentro de la zona de soldadura.

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) es esencial para el diseño y la construcción de recipientes a presión y tuberías de acero de baja aleación soldados entre sí durante los procesos de montaje, con el fin de ablandar su metal, reducir las tensiones residuales, aumentar la ductilidad y evitar el agrietamiento por hidrógeno. Este tratamiento térmico tiene además otras ventajas: ablanda el metal al tiempo que reduce las tensiones residuales y aumenta la ductilidad, además de ayudar a evitar por completo el agrietamiento por hidrógeno.

Límites de grosor

El Código de base ofrece una amplia gama de tensiones longitudinales admisibles para las tuberías, así como la opción de aumentarlas para cargas ocasionales. Las propiedades de fluencia del material en función del tiempo sirven como factor limitante. También debe aplicarse un factor de calidad del material en el caso del hierro fundido y los materiales no dúctiles.

En casos de cargas ocasionales, la SL se limita a 90% del límite elástico a temperatura más un factor de reducción de la resistencia. Esto permite a los diseñadores emplear niveles de tensión más elevados que los que permitirían los códigos básicos, garantizando al mismo tiempo la seguridad frente a aumentos repentinos de la carga debidos a terremotos.

Por otro lado, el Código base estipula que los factores de intensificación de tensiones se limiten a 1,33 veces la tensión básica admisible para cargas sostenidas y ocasionales; sin embargo, esto deja ciertas cuestiones, como la aplicación de estos factores, a debate entre ingenieros y programadores de programas de análisis de tensiones.

En los sistemas de tuberías a temperatura elevada, la longitud de la luz viene determinada por factores como el esfuerzo longitudinal primario, el momento flector y los esfuerzos cortantes. Una ecuación que incluya estos componentes nos permite calcular estos límites tanto para soportes simplemente apoyados como para soportes fijos.

Exenciones

Como en cualquier industria, cumplir las normas y la documentación puede ser un reto, pero el cumplimiento y la documentación exhaustiva son fundamentales para proteger tanto a los empleados como a los clientes. Esto es especialmente importante en sectores muy regulados, como las centrales eléctricas, la fabricación de productos químicos o la minería, donde deben cumplirse normas estrictas para garantizar entornos de trabajo seguros.

La norma ASME B31.3 se ha revisado recientemente para proporcionar descripciones más precisas de los procedimientos de examen, inspección y ensayo de los sistemas de tuberías de proceso. Las revisiones incluyeron la actualización de las definiciones de construcción, lote designado, presión de ajuste de la presión de horneado de hidrógeno posterior a la soldadura de tuberías soldadas combinadas (COW); se aclararon los requisitos de muestreo progresivo y se aumentó la base de las tensiones admisibles de 0,67 veces el límite elástico hasta 0,80 veces el límite elástico.

La tabla 331.1.3 también se ha modificado para eximir a algunas tuberías de los requisitos obligatorios de PWHT en función del material y el número de grupo, el espesor de control, el tipo de soldadura y la temperatura de precalentamiento.

Ejemplo: La tubería de acero al carbono que ha sido soldada utilizando el procedimiento y material de soldadura del grupo P-No 1 puede estar exenta de tratamiento térmico posterior a la soldadura si se somete a una temperatura de precalentamiento de 95degC o superior; esta excepción también se aplica para el material de soldadura clasificado como Servicio de fluidos a temperatura elevada.

Tiempo de precalentamiento

ASME B31.3 es un conjunto de normas exhaustivas que cubren diversos aspectos de los sistemas de tuberías de proceso. Este documento incluye información sobre materiales, accesorios, técnicas de construcción de juntas y pruebas. ASME B31.3 se ha convertido en una norma industrial utilizada para garantizar la seguridad e integridad de los sistemas de tuberías en muchos sectores diferentes.

La edición de 2014 de ASME B31.3 incluye varias actualizaciones importantes, como los requisitos revisados de precalentamiento, un aumento de la presión máxima de diseño para sistemas de tuberías de energía y más información sobre los procedimientos de inspección y ensayo. Además, ahora pueden utilizarse programas de certificación centrales nacionales o internacionales en lugar del propio programa de certificación central de ASNT; mientras que se añadieron criterios de aceptación específicos para exámenes con partículas magnéticas y líquidos penetrantes con presión de hidrostato reducida mientras se comprueba si hay fugas, así como cálculos simplificados de cálculos de presión de hidrostato.

Esta sección del código impone unos requisitos mínimos de espesor de pared para las tuberías a presión utilizadas en el servicio de fluidos a temperatura elevada y especifica su tensión máxima admisible, que se determina multiplicando la tensión admisible por el límite elástico del material. Además, se proporcionan normas para calcular las tensiones longitudinales y las variaciones de tensión máximas permitidas, con disposiciones para determinar las propiedades de fatiga mediante análisis de curvas S/N o métodos de análisis de mecánica de fractura más exhaustivos. Por último, una vez terminadas las soldaduras y montado el sistema de tuberías, éste debe someterse a una prueba de presión mediante técnicas de prueba hidrostática o penumática (más información en el apartado 8.4).