Tratamiento térmico local posterior a la soldadura (PWHT)

El PWHT local puede ser un método eficaz para mitigar las tensiones residuales de soldadura en recipientes a presión de gran tamaño cuando el PWHT en horno no es viable; sin embargo, encontrar un criterio de cálculo universal para la anchura de la banda de calor auxiliar en las normas actuales sobre PWHT local puede resultar complicado.

Tras aplicar un tratamiento PWHT local a una torre atmosférica de gran tamaño, se comparan las tensiones residuales en sus estructuras axiales y circunferenciales antes y después del PWHT, y se simulan los efectos de un ancho adicional de HB.

Coste

El tratamiento térmico local posterior a la soldadura (PWHT) es un método eficaz para mitigar las tensiones residuales provocadas por la soldadura en recipientes a presión de gran y muy gran tamaño. Se puede emplear cuando el PWHT en horno resulta poco práctico para componentes grandes, como cordones de soldadura en sistemas de tuberías o aquellos instalados en el sitio, aunque se debe realizar una planificación cuidadosa para garantizar una distribución uniforme del ancho de la banda calentada y la velocidad del tratamiento térmico; un calentamiento desigual o velocidades de tratamiento demasiado rápidas podrían producir gradientes de temperatura perjudiciales que aumentan las tensiones residuales cuando el componente se enfría.

Debido a sus grandes diámetros y longitudes, los procedimientos actuales de PWHT local prescritos en los códigos y normas pueden resultar difíciles de aplicar en la zona de soldadura de los recipientes de gran tamaño. En este artículo se presenta un método de PWHT local basado en el calentamiento primario-secundario que ha demostrado su eficacia para reducir las tensiones residuales inducidas por la soldadura y mitigar el riesgo de agrietamiento por corrosión bajo tensión dentro de la zona de soldadura. Se llevaron a cabo análisis experimentales y de elementos finitos en una soldadura de acero inoxidable AISI 316L para evaluar el éxito de esta técnica.

Aparato

El tratamiento térmico local posterior a la soldadura (PWHT) se utiliza para reducir las tensiones residuales en las estructuras soldadas. Este proceso resulta especialmente útil cuando no es viable introducir todos los componentes a la vez en un horno, como en el caso de los recipientes a presión de gran tamaño o las tuberías ultralargas. El PWHT puede resultar más costoso que la fabricación sin tratamiento térmico, pero contribuye a prolongar la vida útil de las estructuras. Sin embargo, para que sea eficaz, las velocidades de calentamiento deben controlarse cuidadosamente a fin de no exceder el límite elástico, lo que provocaría la formación de nuevas tensiones residuales en los ensamblajes soldados.

La forma más eficaz de llevar a cabo el PWHT local consiste en utilizar calentadores cerámicos flexibles tipo lámina que se pueden disponer de manera flexible, recubiertos con aislamiento térmico para evitar la transmisión de calor a las superficies adyacentes y conectados a una fuente de alimentación eléctrica programada para ajustar sus temperaturas de acuerdo con historiales predefinidos; estos calentadores pueden supervisarse mediante termopares colocados en los elementos de destino y controlarse automáticamente.

Como parte del proceso de tratamiento térmico, los componentes requieren un soporte adecuado por parte de su entorno. Para ello, deben colocarse estratégicamente unos soportes con la forma adecuada; su separación dependerá de su tamaño, forma y grosor, lo que garantiza que no se produzcan deformaciones durante el tratamiento.

Tiempo

El tiempo necesario para completar el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) depende del número de unidades de calentamiento utilizadas. Por ejemplo, cinco piezas soldadas que requieran PWHT pueden necesitar hasta 25 horas con una sola unidad de calentamiento, ya que deben someterse a varios ciclos de calentamiento durante el proceso. Sin embargo, al aumentar o disminuir el número de unidades de calentamiento utilizadas, es posible reducir considerablemente la duración del tratamiento.

El recocido local post-soldadura (PWHT) se utiliza para templar y relajar las tensiones residuales de soldadura; sin embargo, su eficacia depende de los niveles iniciales de tensiones residuales de soldadura. Por lo tanto, antes de llevarlo a cabo, es fundamental tener en cuenta la distribución inicial de tensiones; la anchura de las fuentes de calentamiento auxiliares del PWHT local puede alterar significativamente esta distribución de tensiones.

El ancho adecuado de la zona de calentamiento auxiliar para el PWHT local debe ser igual o ligeramente inferior a la tensión de tracción máxima en la placa base, y el gradiente de temperatura debe limitarse en consecuencia; este valor puede determinarse comparando la resistencia máxima a la tracción de la pieza soldada con el gradiente de temperatura en el PWHT local; 3Rt sería un valor límite adecuado en aquellos casos en que el espesor de la pieza supere los 30 mm.

Temperatura

El tratamiento térmico local posterior a la soldadura solo debe utilizarse cuando no sea viable introducir todos los componentes en un horno, como en el caso del tratamiento de recipientes a presión de gran tamaño o tuberías extremadamente largas. Se debe tener especial cuidado para garantizar que las velocidades de calentamiento y enfriamiento se mantengan constantes y precisas, y que se alcance una temperatura uniforme en todo el espesor del componente. Un calentamiento desigual puede dar lugar a gradientes de temperatura peligrosos que generen tensiones residuales superiores al límite elástico, lo que provocaría fallas, la pérdida de integridad mecánica o la rotura del equipo en funcionamiento.

Mediante el uso del tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) local, es posible reducir significativamente las tensiones circunferenciales y axiales de las placas de espesor variable; sin embargo, no existe un criterio de cálculo uniforme para establecer el ancho de una zona de calentamiento auxiliar —lo que da lugar a resultados dispares en la eliminación de la deformación residual tras el tratamiento PWHT—, por lo que es necesario determinar un ancho ideal. Para hacerlo de manera efectiva en placas de espesor desigual, es vital establecer un ancho adecuado para el PWHT en placas con espesores de pared diferentes utilizando cilindros soldados a tope de gran diámetro con espesores de pared diferentes. En este estudio se analizó el efecto de diversos criterios en los resultados de reducción de la deformación residual, así como en los resultados de eliminación de tensiones axiales residuales mediante PWHT local en uniones soldadas a tope formadas por cilindros soldados a tope de gran diámetro unidos entre sí, utilizando PWHT en cilindros soldados a tope de gran diámetro unidos entre sí mediante PWHT local en cilindros soldados a tope de gran diámetro con espesores de pared diferentes. Esta investigación estudió los efectos de diferentes criterios sobre los resultados de la deformación residual y la eliminación de tensiones tras el PWHT local en cilindros soldados a tope de gran diámetro unidos entre sí, utilizando el PWHT de juntas de soldadura a tope de cilindros soldados a tope de gran diámetro con espesores de pared diferentes de cilindros soldados a tope de gran diámetro con espesores de pared diferentes mediante PWHT local cuando se aplica en juntas de cilindros soldados a tope de gran diámetro con espesores de pared diferentes, uniones soldadas a tope de cilindros soldados a tope de gran diámetro; los resultados se evaluaron luego cuando se aplicó el PWHT local en cilindros soldados a tope de gran diámetro con espesores de pared diferentes; tratamiento combinado de PWHT cuando se aplicó el PWHT local en uniones soldadas a tope; tratamientos de PWHT local en cilindros soldados a tope de gran diámetro-soldados a tope con espesores de pared diferentes con espesores de pared diferentes con espesores de pared diferentes con PWHT local en cilindros soldados a tope con espesores de pared diferentes utilizando uniones soldadas a tope con espesores de pared diferentes se redujo mediante soldadura a tope a través de PWHT cuando-soldadura a tope soldadura a tope soldadura a tope soldadura a tope uniones de soldadura a tope utilizando PWHT local de uniones de soldadura a tope soldadas a tope soldadas a tope soldadas a tope soldadas a tope soldadas a tope soldadas a tope soldadas a tope uniones de soldadura a tope fueron soldadas a-soldados a tope soldados a tope soldadura a tope después de tratamientos locales de PWHT de juntas de soldadura a tope de gran diámetro de cilindros soldados a tope de gran diámetro con diferentes espesores de pared con PWHT local utilizando soldaduras a tope con cilindros de espesores de pared diferentes de cilindros soldados a tope soldados a tope soldados a tope utilizando PWHT cuando cilindros soldados a tope utilizando espesores de pared diferentes a tope-soldadas con uniones de soldadura a tope utilizando soldadura a tope, técnica de soldadura, PW local, soldadas, cilindros soldados a tope, soldadura a tope en uniones de soldadura a tope, uniones soldadas a tope a uniones de soldadura a tope, técnica de soldadura a tope al soldar a tope en soldadura a tope utilizando uniones de soldadura a tope, soldadas a tope, de gran diámetro, soldadura a tope, con proceso de soldadura a tope utilizando tratamiento PWHT local debido a PW local