Tratamiento térmico posterior a la soldadura

La soldadura puede dar lugar a altos niveles de tensión residual que, combinados con las tensiones de carga, superan el límite elástico del material y provocan una mayor deformación del mismo. Para minimizar estos niveles de tensión y disminuir los impactos negativos del tratamiento térmico posterior a la soldadura, debe realizarse un tratamiento térmico posterior a la soldadura como parte de su proceso de tratamiento térmico posterior a la soldadura.

Los códigos y especificaciones industriales suelen imponer el tratamiento PWHT en materiales específicos cuando las condiciones de servicio lo permiten; esta práctica es frecuente en los sectores del petróleo y el gas, petroquímico y nuclear.

Reducción de las tensiones residuales

Las tensiones residuales resultantes de la soldadura pueden debilitar significativamente los equipos, aumentando su susceptibilidad a las grietas por corrosión bajo tensión. El proceso PWHT reduce estas tensiones para ayudar a evitar estos daños; esto se consigue calentando todas las estructuras a una temperatura de transformación crítica más baja durante un periodo de tiempo prolongado, calentando todo como una unidad integrada.

El Pwht no es comparable a los procesos de normalizado o recocido utilizados para mejorar las propiedades mecánicas modificando las características microestructurales; sin embargo, al igual que estos tratamientos térmicos, ayuda a reducir y redistribuir las tensiones residuales creadas durante los procesos de soldadura.

En general, una temperatura pico más alta y un tiempo de inmersión más largo conducen a una mayor reducción de las tensiones residuales. No obstante, es importante recordar que unas temperaturas máximas excesivamente altas pueden deformar los componentes; para salvaguardar su forma durante el proceso de pwht, es aconsejable colocar caballetes de apoyo a intervalos regulares en el interior del recipiente.

En este estudio, investigamos el efecto de la entrada de potencia de los diodos en el alivio de las tensiones residuales en puentes de acero inoxidable 316L soldados por láser. Nuestros resultados demostraron que un proceso de tratamiento de calentamiento de agua por plasma in situ redujo significativamente las tensiones residuales en comparación con los puentes de control; parecía más estrechamente ligado a la temperatura pico alcanzada que al tiempo de residencia a esa temperatura, como se esperaba de los mecanismos de alivio de tensiones como la aniquilación de dislocaciones y la fluencia.

Mayor resistencia

A altas temperaturas, la soldadura altera la microestructura del acero aumentando la dureza y disminuyendo la tenacidad y la ductilidad, lo que puede causar problemas cuando se utiliza en aplicaciones con altos niveles de tensión cíclica, como recipientes a presión y tuberías. La PWHT puede ayudar a mitigar estos problemas reduciendo la dureza de las soldaduras al tiempo que devuelve la tenacidad y ductilidad más cercanas a las especificaciones de diseño; además, homogeneiza su microestructura para reducir las concentraciones de tensión y evitar fracturas en las soldaduras.

Un enfoque habitual para evaluar si las soldaduras requieren PWHT es realizar un análisis de mecánica de la fractura. Esto implica establecer relaciones entre los niveles de tensión aplicada y residual, los tamaños de los defectos que podrían escapar a la detección durante la inspección, las propiedades del material (tenacidad a la fractura y límite elástico) y los niveles de tensión para calcular los niveles mínimos de tenacidad necesarios para evitar el fallo bajo carga.

Sin embargo, este enfoque puede resultar a veces ineficaz; los resultados pueden depender en gran medida de las circunstancias exactas en las que se produce la soldadura. Por lo tanto, para obtener resultados precisos y reproducibles es vital utilizar una geometría de soldadura bien definida con un material de aporte adecuado para lograr soldaduras precisas.

La PWHT requiere que las soldaduras se apoyen adecuadamente durante los procesos de calentamiento y enfriamiento para minimizar la distorsión, lo que puede lograrse utilizando caballetes conformados específicamente para adaptarse a los componentes y colocados a intervalos regulares a lo largo de su longitud. Para garantizar un soporte adecuado durante estos procesos, deben utilizarse soportes fabricados con materiales con un coeficiente de expansión térmica similar para que no se desplacen durante estos ciclos de calentamiento/enfriamiento.

Mayor ductilidad

El tratamiento térmico postsoldadura (PWHT) es un proceso esencial que reduce las tensiones residuales y altera la microestructura del metal de soldadura para aumentar la tenacidad, la ductilidad y la resistencia frente a condiciones de carga dinámicas. Sin embargo, cuando se realiza de forma inadecuada, el PWHT puede aumentar aún más los niveles de tensiones residuales y disminuir las propiedades mecánicas de la estructura tratada.

Los procesos PWHT pueden minimizar estos impactos negativos garantizando que los materiales se calientan a sus temperaturas ideales durante un tiempo adecuado y luego se enfrían rápidamente, eliminando los gradientes térmicos excesivos que aumentan el riesgo de agrietamiento por corrosión bajo tensión en un entorno oxidante.

Los expertos debaten mucho sobre si en el futuro sería posible producir con seguridad grandes volúmenes de biomasa como combustible para coches eléctricos. La realidad de tales afirmaciones aún no se conoce con certeza. Aunque la mayor parte de la investigación sobre la PWHT de los metales de soldadura HSS se ha centrado en el alambre macizo, sigue habiendo pocos conocimientos sobre los efectos de las diferentes temperaturas y tiempos de mantenimiento de la PWHT en las soldaduras creadas con alambres tubulares metálicos. El objetivo de este estudio era investigar cómo la PWHT a diferentes temperaturas y tiempos de mantenimiento afecta a la microestructura y a las propiedades mecánicas de las soldaduras producidas con electrodos de NiTi con alma metálica. Para lograr este objetivo, se llevaron a cabo análisis SEM en muestras de soldadura expuestas a diferentes temperaturas PWHT durante varios tiempos, mientras que el análisis de la fracción de área de carburo se empleó en estos especímenes para analizar cualquier cambio en la microestructura o la dureza causada por estos tiempos PWHT variables.

Fractura frágil reducida

El tratamiento PWHT (Pressure Wash Heating Treatment) garantiza que las juntas de las estructuras soldadas, como tuberías y recipientes a presión, puedan soportar altas presiones y entornos corrosivos, y ayuda a reducir el riesgo de fractura frágil. Por ello, el PWHT se ha convertido en una práctica habitual en la industria del petróleo y el gas y en la normativa reguladora de las centrales nucleares; además, protege los reactores nucleares contra la fatiga térmica protegiendo las juntas soldadas con el tratamiento PWHT.

Se utilizó Crackwise 3 para evaluar si el C-Mn y el acero de baja aleación pueden soportar la fractura frágil sin PWHT mediante la realización de varios cálculos basados en defectos de rotura de superficie semielíptica, con la tenacidad a la fractura requerida del material calculada utilizando su valor máximo en relación con el espesor (K mat ). La Curva Maestra se correlaciona con la resistencia contra el colapso plástico de los frentes de grieta; por lo tanto, los componentes más gruesos probablemente requerirían valores de tenacidad más altos, ya que habría una mayor probabilidad de regiones de la muestra con valores de tenacidad reducidos durante el inicio del colapso plástico.

Los cálculos han revelado que el uso de PWHT para reducir la fractura frágil de componentes de acero C-Mn/baja aleación puede disminuir significativamente los índices de fractura frágil debido a la reducción de los niveles de tensión residual, la mejora de la microestructura y el templado de regiones potencialmente frágiles. Esta reducción puede producirse incluso en componentes muy gruesos debido a los menores niveles de tensión residual y a la mejora de la microestructura, junto con el templado de las regiones duras potencialmente frágiles.