Tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) para tuberías

La PWHT es un proceso de calentamiento y enfriamiento diseñado para mejorar las propiedades mecánicas de los materiales soldados y aliviar la tensión residual, al tiempo que se reducen los defectos relacionados con la soldadura.

Las normas PWHT son cada vez más demandadas por diversas industrias, especialmente para tuberías y recipientes a presión.

La PWHT local suele completarse con calefactores de resistencia eléctrica diseñados para aplicaciones de calefacción de tuberías. Estas unidades autoaisladas ofrecen temperaturas específicas y controladas para satisfacer la demanda de calefacción de las comunidades locales.

Resistencia a la corrosión

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) es un proceso controlado de calentamiento y enfriamiento que mejora las propiedades mecánicas de los componentes o estructuras soldadas mediante el alivio de las tensiones residuales, la disminución del riesgo, la reducción de los defectos causados por las soldaduras, el alivio de las tensiones residuales, el alivio de las tensiones residuales y la disminución de los defectos relacionados con las soldaduras. La PWHT puede ser necesaria en recipientes y sistemas de tuberías que contengan recipientes a presión, así como en equipos de centrales nucleares, para cumplir las estrictas normas reglamentarias.

La PWHT es un método eficaz para prevenir el agrietamiento por corrosión bajo tensión ambiental, que actúa disminuyendo la susceptibilidad de las soldaduras al agrietamiento al aumentar su resistencia a la corrosión y su dureza. Además, este proceso aumenta la tenacidad del material base y su ductilidad hasta niveles adecuados para el diseño estructural.

Un tratamiento térmico de soldadura (PWHT) deficiente puede dar lugar a tensiones internas que provoquen fallos dentro de la región soldada, agravados con tensiones de carga que superen sus límites de diseño y provoquen fallos o fracturas frágiles. Un PWHT deficiente o negligente puede provocar el fallo de la soldadura y los subsiguientes fallos y fracturas de la misma.

La PWHT local suele realizarse mediante calentamiento por resistencia eléctrica. Un calentador de resistencia aislado, adaptado específicamente al diámetro de la tubería, consta de bobinas calentadas individualmente con corrientes de alta frecuencia para alcanzar las temperaturas deseadas. Para supervisar y registrar este proceso, también hay un sistema de control con luces indicadoras y registrador, así como un dispositivo potenciómetro para seleccionar el porcentaje de potencia de entrada a las bobinas.

Fuerza

La experiencia adquirida a lo largo del tiempo ha demostrado que los materiales para tuberías P-4 y P-5 utilizados en aplicaciones nucleares son, en general, satisfactorios, y los resultados parecen depender principalmente de factores relacionados con el grosor de la pared y no con el diámetro de la tubería. Desafortunadamente, sin embargo, estas tuberías no cumplen los criterios para soportar una condición de restricción elástica en una soldadura o zona afectada por el calor (HAZ).

El análisis de las restricciones de los códigos actuales indica que la PWHT posterior a la soldadura podría eliminarse para muchos programas de tuberías estándar sin incurrir en resultados perjudiciales, reduciendo tanto los costes como los tiempos de parada en estos sistemas.

Los análisis han demostrado que, a medida que aumenta el diámetro para cualquier espesor de pared, las tensiones residuales de soldadura disminuyen progresivamente, al igual que su región de influencia dentro de la sección transversal de un tubo. Esto va acompañado de una disminución de la rigidez, lo que da lugar a un comportamiento más flexible dentro de esta región y hace que su comportamiento mecánico sea similar al de las placas planas.

Las tasas de crecimiento de grietas por fatiga dependen tanto de las cargas aplicadas como de las propiedades del material; por lo tanto, es difícil señalar un beneficio específico de la PWHT en el rendimiento a fatiga. Sin embargo, el PWHT puede reducir significativamente las tensiones residuales máximas cerca de las soldaduras, lo que afecta significativamente a la relación de tensiones y, por tanto, a la tasa de crecimiento de grietas por fatiga.

Durabilidad

El PWHT consume mucha energía, lo que contribuye a las emisiones de gases de efecto invernadero y a los problemas medioambientales. Los múltiples ciclos de PWHT también podrían debilitar significativamente los materiales de las tuberías, reduciendo la fiabilidad de los equipos y la vida útil, lo que crea otra cuestión compleja que requiere una cuidadosa consideración antes de tomar cualquier decisión.

El tratamiento térmico postsoldadura (PWHT) es un proceso diseñado para mejorar las propiedades mecánicas de los componentes y estructuras soldadas mediante el aumento de la resistencia, la dureza y la elasticidad frente a los defectos relacionados con la soldadura, como el agrietamiento por corrosión bajo tensión. Además, el PWHT ayuda a reducir las tensiones residuales generadas durante los procesos de soldadura.

Los requisitos para la PWHT se establecen en varias secciones del Código y normalmente se centran en su composición microestructural y las limitaciones de espesor. Una iniciativa del EPRI ha determinado que la relajación de estas normas podría suponer un importante ahorro de costes para las empresas de servicios públicos, tanto desde el punto de vista financiero como operativo.

Sin embargo, el análisis revela que las tensiones residuales de soldadura influyen menos en las secciones transversales de las tuberías a medida que aumenta el diámetro para cualquier espesor de pared, lo que sugiere que el requisito de PWHT puede reducirse sin afectar negativamente a los sistemas de tuberías de las aplicaciones nucleares.

Fiabilidad

Las tuberías de la industria del petróleo y el gas, las centrales nucleares y otras aplicaciones de tuberías requieren estrictas normas de fiabilidad. La PWHT garantiza que las uniones soldadas puedan soportar altas presiones, entornos inducidos por la corrosión y fatiga térmica; muchas normas del sector, como la Sección VIII de ASME, la exigen para determinados materiales con el fin de cumplir estos estrictos criterios.

La PWHT altera la microestructura de las soldaduras, ablandando su estructura y aliviando las tensiones. Esto puede reducir las tensiones residuales cerca de las soldaduras u otras discontinuidades que podrían contribuir a fallos de soldadura o grietas durante el servicio, al tiempo que ralentiza el crecimiento de grietas de fatiga mediante la reducción de los niveles máximos de tensión residual o la alteración de las relaciones de tensión.

La resistencia a la fatiga de los materiales depende de su solidez, resistencia a la corrosión, ductilidad y tenacidad, cualidades que la PWHT puede aumentar significativamente. Aunque varios códigos de tuberías difieren en cuanto a qué diámetro o espesor de pared están exentos de los requisitos de PWHT, estas incoherencias parecen deberse más a las prácticas típicas y a las diferentes interpretaciones de los datos técnicos que a las diferencias en las consideraciones de diseño (12).