Reducir el requisito de espesor PWHT según ASME B31 3

1. Espesor del material

Tanto las industrias petroquímicas como los generadores de energía han manifestado su interés en reducir el número de piezas soldadas que requieren tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT). Debido a su costo y a los posibles problemas de interrupción del servicio en las centrales nucleares, varios suscriptores del EPRI sugirieron que valdría la pena examinar los requisitos y exenciones actuales y determinar si una flexibilización sería factible desde el punto de vista técnico.

Los investigadores han llegado a la conclusión de que los requisitos del PWHT tienden a basarse más en las prácticas de la industria que en consideraciones metalúrgicas y estructurales específicas a la hora de establecer dichos requisitos, mientras que puede haber una inconsistencia significativa entre las secciones específicas del Código que rigen las exclusiones del PWHT. Como resultado de estas observaciones, podría ser posible flexibilizar los requisitos existentes para aplicaciones en el sector nuclear; sin embargo, primero debe realizarse una revisión cuidadosa para garantizar que se logre una resistencia adecuada a las grietas y el alivio de tensiones residuales mediante el tratamiento de PWHT.

2. Tratamiento térmico

Las piezas soldadas de tuberías que se someten a tratamientos de recocido post-soldadura (PWHT) a altas temperaturas pueden resultar costosas de operar, y los costos de las paradas de las centrales nucleares pueden ser considerables; por lo tanto, lo ideal sería que el mayor número posible de piezas soldadas se sometiera a dichos tratamientos, ya que esto podría reducir significativamente los costos de las paradas.

Varios códigos, entre ellos la Sección III del Código de Buques de B&P y algunos códigos petroquímicos, exigen un tratamiento térmico posterior a la soldadura cuando el espesor de la pieza soldada supera un límite establecido; por lo general, este límite está relacionado con los requisitos de tenacidad, medidos mediante la energía de Charpy. En este artículo se analiza si existen diferencias en los requisitos de exención entre los diversos códigos vigentes y, de ser así, en qué aspectos; a continuación, proponemos opciones de racionalización como posibles soluciones.

Los estudios sobre los requisitos de PWHT demuestran que estos tienden a reflejar las prácticas tradicionales de las industrias, más que consideraciones metalúrgicas o estructurales específicas. A modo de ejemplo, para las piezas soldadas fabricadas con aceros CR-Mn, el umbral mínimo de espesor establecido por la norma ASME B31.3 “Tuberías de energía” y los 40 mm fijados por la norma EEMUA 158 podrían flexibilizarse sin perjudicar la integridad estructural de las piezas soldadas; esto reduciría sustancialmente los costos del PWHT y generaría un ahorro considerable en los servicios de soldadura.

3. Procedimiento de soldadura

Los tratamientos térmicos previos y posteriores a la soldadura son componentes esenciales para lograr soldaduras resistentes, seguras y que cumplan con las normas. El precalentamiento consiste en calentar el material base antes de la soldadura con el fin de reducir los gradientes térmicos y prevenir las grietas inducidas por hidrógeno; los tratamientos térmicos posteriores a la soldadura (PWHT) aplican un calentamiento controlado después de la soldadura para aliviar las tensiones residuales y mejorar las propiedades del material.

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) ayuda a reducir la tensión y, al mismo tiempo, mejora la ductilidad y la resistencia para prolongar la vida útil de los componentes, de acuerdo con los requisitos de la Sección VIII de la ASME para el acero al carbono con espesores superiores a 38 mm o para aleaciones propensas a agrietarse. En estos casos, es obligatorio.

Los métodos de calentamiento por resistencia o por inducción ofrecen resultados más rápidos y precisos que sus contrapartes de resistencia. Las esteras calefactoras de cerámica, las bobinas de inducción o los hornos de gas o eléctricos pueden ser adecuados. Es posible que puedas prescindir del precalentamiento si utilizas materiales de menos de 25 mm, pero verifica primero los requisitos de la normativa. Los aceros inoxidables austeníticos, por lo general, no requieren tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) debido a su excelente resistencia a la corrosión y ductilidad; sin embargo, pueden ser necesarios tratamientos de envejecimiento o de solubilización para restaurar la tenacidad; otros materiales utilizados en aplicaciones nucleares podrían necesitar un proceso adicional de tratamiento térmico de alivio de tensiones y templado antes de su uso final.

4. Espesor de control

Los usuarios de acero en los sectores petroquímico y de generación de energía pueden considerar que los requisitos de exención de las normas B31.3 y BS 2633 ofrecen una oportunidad para reducir los requisitos de tratamiento térmico posterior a la soldadura; sin embargo, cuando se comparan con los requisitos para el acero al carbono-manganeso, como los establecidos por las normas B31.1, PD 5500, EEMUA 158 para estructuras marítimas, etc., esta conciliación podría no ser posible.

La Tabla 1 ilustra que, para cumplir con estas exenciones, el espesor requerido podría ser de tan solo 14 mm para soldaduras simples con buenos detalles y velocidades de deformación cuasiestáticas; probablemente sería mucho menor en condiciones de soldadura más agresivas con concentraciones de tensión graves y concentraciones de tensión graves. Además, los requisitos de tenacidad a la fractura no abordan los requisitos de tenacidad de la zona afectada por la soldadura (HAZ), y esta área merece una mayor consideración basada en un enfoque derivado de la mecánica de la fractura para cumplir con dichos requisitos de tenacidad.