Tratamiento térmico posterior a la soldadura

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) es un proceso ampliamente practicado en los trabajos de fabricación y reparación sobre el terreno, que se utiliza para reducir la tensión residual con el fin de suavizar la dureza del material de soldadura y aumentar la resistencia.

Los requisitos de PWHT dependen tanto del material de la tubería como de los requisitos del código ASME; la tabla 331.1.1 proporciona los intervalos de temperatura de mantenimiento de PWHT aplicables a varios materiales en la cláusula 331.1.1.

Fuerza

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) es un proceso controlado de calentamiento y enfriamiento que se aplica a los componentes soldados para mejorar sus propiedades mecánicas y aliviar las tensiones residuales. El PWHT aumenta la resistencia y la dureza de los materiales soldados, reduce los defectos de soldadura y protege contra el agrietamiento asistido por el medio ambiente. La PWHT también promueve el movimiento de dislocaciones dentro de las estructuras cristalinas de los materiales soldados, lo que ayuda a aliviar las tensiones residuales y a reducir las concentraciones de tensiones. Las tuberías sometidas a tensiones ambientales suelen requerir PWHT; para un análisis detallado de los requisitos específicos de los distintos materiales de tuberías, consulte la cláusula 331.1.1 junto con las tablas 331.1.1, 331.1.2 y 331.1.3 de ASME B31.3.

Esta fotografía SEM muestra las diferencias en las superficies de fractura entre las muestras que han sido sometidas a tratamiento térmico y las que no. Las muestras tratadas térmicamente presentan superficies de fractura más lisas, mientras que las no tratadas revelan un modo de fractura frágil con patrones de río.

Dureza

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) es un proceso de recalentamiento y enfriamiento que se utiliza para aumentar la tenacidad de los materiales soldados, aliviar las tensiones residuales y reducir el riesgo de defectos de soldadura como las grietas. El PWHT es especialmente importante cuando la tubería está sometida a tensiones o esfuerzos ambientales, como en oleoductos/gasoductos o centrales nucleares; normas específicas como la Sección VIII de ASME estipulan con frecuencia requisitos de tratamiento térmico posterior a la soldadura para este tipo de aplicaciones de tuberías.

Los procesos PWHT suelen utilizar un perfil controlado de rampa de remojo a temperaturas inferiores a la temperatura de transformación inicial del material, para minimizar los posibles efectos secundarios negativos, como el agrietamiento por recalentamiento, la distorsión y la pérdida de tenacidad. Es fundamental que las velocidades de rampa/remojo y la temperatura de mantenimiento se gestionen eficazmente para lograr resultados de procesamiento satisfactorios.

Las imágenes SEM que aparecen a continuación comparan muestras de alambre de NiTi soldado sin y con tratamientos PWHT, estos últimos producen superficies de fractura más lisas sin patrones de río en sus superficies de fractura. Se ha comprobado que los tratamientos PWHT reducen significativamente la sensibilidad de los materiales a la fisuración asistida por el medio ambiente, al tiempo que aumentan su vida útil.

Resistencia a la corrosión

En condiciones de corrosión, las uniones soldadas pueden volverse quebradizas y fallar. La PWHT ayuda a mitigar este riesgo reduciendo los niveles de tensión en la región de la soldadura; además, mejora la resistencia frente a los daños por hidrógeno y otras formas de corrosión.

La PWHT es una técnica establecida para aumentar la durabilidad de las estructuras soldadas en plantas químicas, refinerías de petróleo y otras instalaciones industriales. Este proceso ayuda a minimizar el riesgo de fallo de las soldaduras y, al mismo tiempo, aumenta la resistencia del material mediante incrementos tanto de la resistencia a la tracción como del límite elástico. Además, la PWHT ayuda a prevenir el agrietamiento por corrosión bajo tensión, así como otras formas de corrosión en sus materiales.

Múltiples procesos de soldadura generan tensiones residuales en la zona de soldadura que superan los límites de diseño del material, provocando el crecimiento de grietas por fatiga. La PWHT puede reducir significativamente estas tensiones residuales y alterar las trayectorias/velocidades de propagación de las grietas.

Muchas soldaduras de tuberías requieren un tratamiento térmico de soldadura por plasma (PWHT). El PWHT puede reducir la susceptibilidad de las soldaduras a la degradación metalúrgica, aumentar la resistencia y la ductilidad e incrementar la resistencia a la corrosión en condiciones de corrosión agresiva. Desgraciadamente, la PWHT puede tener repercusiones negativas para la soldabilidad y el rendimiento en servicio; de ahí que sea crucial evaluar a fondo sus beneficios y costes antes de emprender este tratamiento. En este informe investigamos su origen y fundamento, así como los requisitos y exenciones actuales del PWHT en entornos de servicio nucleares.

Durabilidad

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (también denominado alivio de tensiones) es un proceso térmico diseñado para reducir el riesgo de fallo frágil causado por las tensiones residuales creadas durante los procesos de soldadura. Las tensiones residuales en las zonas soldadas pueden combinarse con tensiones de carga más allá de los límites de diseño del material y provocar agrietamiento, fatiga y, en última instancia, fallo frágil si no se controlan; el PWHT promueve el movimiento de dislocaciones dentro de las estructuras cristalinas para liberar estas tensiones y es necesario siempre que exista la posibilidad de agrietamiento asistido por el entorno en las uniones soldadas.

Los requisitos de PWHT se establecen en varios códigos reguladores, con condiciones que varían en función del material de una tubería y su número de Grupo. ASME B31.3 contiene normas PWHT obligatorias en función de la composición del material de la tubería; sin embargo, existen exenciones de las pruebas obligatorias si se construyen soldaduras realizadas con tuberías más gruesas construidas con materiales de soldadura específicos.

Los requisitos de PWHT en las tuberías de las centrales eléctricas se vuelven menos esenciales a medida que aumenta el diámetro de la tubería manteniendo constante el grosor de la pared, debido a la disminución de los valores de la tangente del ángulo entre el vector de tensión longitudinal y la dirección de la soldadura (theta "th"). De este modo, las tensiones residuales creadas durante la soldadura se convierten en un motivo de preocupación aún mayor en las tuberías de pared gruesa que en las de pared delgada.