Espesor requerido para el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) en ASME VIII Div 1 y PD 5500

Los códigos de fabricación actuales para los materiales P-4 y P-5A varían considerablemente en sus criterios de espesor para la exención de la PWHT; también existen otras variaciones.

En términos generales, los aceros estructurales utilizados para puentes y edificios pueden estar exentos de PWHT siempre que sus límites de espesor cumplan los requisitos de tenacidad a la fractura. Los códigos de recipientes a presión y tuberías suelen especificar requisitos diferentes en lo que respecta a la exención de PWHT.

Procedimientos de soldadura

El tratamiento térmico postsoldadura (PWHT) de secciones gruesas de soldaduras depende de su material y del procedimiento de soldadura utilizado. El PWHT aborda las tensiones residuales creadas por velocidades de enfriamiento desiguales que provocan distorsiones y grietas en las soldaduras; el PWHT reduce estas tensiones a niveles que cumplen los requisitos de tenacidad, mejorando tanto la estabilidad dimensional como el rendimiento de estas soldaduras.

Los códigos de diseño actuales para tuberías y recipientes a presión suelen especificar PWHT para soldaduras que superan un espesor determinado, a menudo relacionado con valores de tenacidad de referencia basados en la absorción de energía Charpy. Aunque los requisitos de PWHT no siempre pueden reducirse de forma racional, un enfoque podría consistir en asegurarse de que WPS y PQR califican adecuadamente las técnicas de soldadura utilizadas.

Los procesos de PWHT varían en función del material y la configuración de la soldadura; en términos generales, consisten en calentar las soldaduras a una temperatura de inmersión establecida por las especificaciones del proyecto o los parámetros del método de soldadura, y mantenerla a este nivel durante un tiempo acordado (normalmente una hora por pulgada de espesor de soldadura). Un control preciso es fundamental y todas las soldaduras deben inspeccionarse meticulosamente después de la PWHT.

Precaliente

La temperatura de precalentamiento es un componente integral en el control de la cantidad de hidrógeno introducido en el metal de soldadura recién depositado, y el aumento de la resistencia contra el agrietamiento causado por tensiones residuales.

Las variables relacionadas tanto con el material como con los consumibles de soldadura afectan a los requisitos de precalentamiento, como el contenido de carbono. Las soldaduras con mayor contenido de carbono requieren un precalentamiento adicional que las soldaduras con menor contenido de carbono; su temperatura también debe controlarse de cerca para evitar un sobrecalentamiento que podría causar distorsiones o defectos en la unión soldada.

Se han desarrollado varios métodos para calcular la temperatura de precalentamiento adecuada. Uno de ellos, conocido como técnica de control del hidrógeno, utiliza un parámetro de composición de carbono equivalente y una ecuación basada en los niveles de hidrógeno difusible en los metales de aportación para obtener valores de índice de susceptibilidad que permitan determinar los requisitos mínimos de temperatura de precalentamiento. Desgraciadamente, estas técnicas no siempre funcionan en la práctica; por ejemplo, cuando se utilizan para soldar empalmes a tope en secciones grandes, los requisitos de la norma AWS D1.1-96 pueden no proporcionar un precalentamiento suficiente para evitar el agrietamiento.

Tratamiento térmico posterior a la soldadura

El tratamiento térmico postsoldadura (PWHT), comúnmente conocido como alivio de tensiones, consiste en calentar partes de un componente soldado por encima de su límite elástico durante un periodo prolongado. Esto altera su microestructura al tiempo que reduce los niveles de tensiones residuales que podrían causar daños bajo carga.

La PWHT no reduce eficazmente las tensiones residuales a cero; incluso con ciclos térmicos cuidadosos, las tensiones residuales pueden seguir superando 30% el límite elástico del material tratado.

Las tensiones de tracción siguen teniendo la capacidad de afectar a las tasas de crecimiento de grietas por fatiga y a la trayectoria y forma de la formación de grietas. Sus magnitudes exactas dependen de las características del material, la temperatura de PWHT, la duración del tiempo de remojo, el calentamiento controlado, así como los caballetes de soporte que se adaptan a sus dimensiones con el fin de garantizar gradientes de calentamiento consistentes a través de los componentes soldados y eliminar los choques térmicos.

Exenciones

Los aceros utilizados en aplicaciones de tuberías de energía/proceso se beneficiarían de estar exentos de PWHT en un rango de espesores más amplio, como alinear los requisitos de espesores límite en varios códigos que los cubren (por ejemplo, ASME VIII Div 1 y PD 5500). Desgraciadamente, esta tarea puede resultar desalentadora, ya que existen variaciones en la composición química y los niveles de tenacidad entre los distintos grados, y no se ha establecido un valor absoluto para los espesores límite de absorción de energía de impacto Charpy.

Las exenciones actuales de la PWHT obligatoria vienen determinadas por factores como el contenido de carbono, la soldabilidad y la temperatura de funcionamiento. La investigación realizada a lo largo del tiempo ha puesto de manifiesto que estos requisitos se establecieron originalmente sobre la base de buenas prácticas de ingeniería, pero ya no son adecuados. Se sugiere que el espesor mínimo de la pared se fije en 0,625 pulgadas, sin tener en cuenta el contenido de carbono o el diámetro de la soldadura, lo que proporcionaría una base más adecuada para aplicar el enfoque de la Curva Maestra a la tenacidad a la fractura.