Tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) y tratamiento térmico previo (PWHT)

Las pruebas PWHT son un elemento esencial de la garantía de calidad en industrias como la del petróleo y el gas y la de generación de energía, ya que proporcionan una mayor resistencia a la fatiga térmica y mejoran la fiabilidad.

El coste y la experiencia son dos obstáculos importantes a la hora de fabricar recipientes a presión y sistemas de tuberías, como los que se muestran en la Tabla 1. Las divergencias entre las normas de fabricación de recipientes a presión y tuberías pueden dificultar mucho cualquier intento de racionalización. Las divergencias entre las normas de fabricación de recipientes a presión y tuberías pueden dificultar cualquier intento de racionalización.

Tratamiento térmico de soldaduras

El tratamiento térmico posterior a la soldadura, comúnmente denominado alivio de tensiones, sirve tanto para reducir como para redistribuir las tensiones residuales causadas por la soldadura. El proceso consiste en calentar la soldadura a una temperatura exacta antes de enfriarla lentamente para evitar la reintroducción de nuevas tensiones; su temperatura y duración exactas vendrán determinadas por los códigos aplicables.

La PWHT también utiliza temperaturas más elevadas que inducen cambios metalúrgicos como el revenido, la precipitación y el envejecimiento que ayudan a aumentar la resistencia de la soldadura mediante la inducción de procesos de revenido, precipitación y envejecimiento que ayudan a reducir la dureza, mejorar la ductilidad y minimizar los riesgos de fractura frágil en algunos materiales. Este proceso ayuda a reducir la dureza al tiempo que mejora la ductilidad y disminuye los riesgos de fractura en estos materiales.

Los ensayos PWHT son esenciales en muchos sectores y aplicaciones, como centrales nucleares, oleoductos y gasoductos y recipientes a presión. La PWHT es un elemento esencial de la puesta a punto para garantizar que las soldaduras de estos equipos críticos puedan soportar las altas temperaturas, presiones y entornos corrosivos en los que van a funcionar.

Para obtener resultados precisos y repetibles, es fundamental utilizar sistemas de calentamiento por resistencia controlables combinados con termopares para supervisar las temperaturas de la soldadura de forma precisa y constante. También debe controlarse el tiempo de inmersión para minimizar los gradientes térmicos en la soldadura y no desplazar las tensiones residuales existentes. El precalentamiento también debe ajustarse en función del tipo y el grosor del material que se esté tratando para obtener la máxima eficacia.

Tratamiento térmico previo

El tratamiento térmico es una operación costosa y larga que se utiliza para mejorar la resistencia, la tenacidad, la resistencia a la corrosión y las tensiones residuales de los componentes soldados. Se especifica como parte de muchos códigos y normas de aplicación de la soldadura, y el tratamiento térmico previo es otro procedimiento esencial que reduce el riesgo de fisuración durante los procesos de soldadura.

Se puede colocar un precalentador de soldadura, normalmente fabricado con calentadores de esteras cerámicas o tiras de calentadores eléctricos, dentro de la zona de soldadura o junto a ella, y calentarlo de acuerdo con un perfil de temperatura específico. Las temperaturas de precalentamiento se controlan electrónicamente mediante un controlador electrónico que incorpora termopares y capacidades de registro de datos.

Para determinar una temperatura de precalentamiento ideal, deben tenerse en cuenta muchos factores, incluidos los requisitos del código, la química del metal base, el espesor de la sección, el nivel de restricción, la temperatura ambiente y el contenido de hidrógeno difusible del metal de aportación. Para evitar el agrietamiento de los cordones de soldadura durante los procesos de soldadura y las combinaciones de espesores de sección. No obstante, lo ideal es superar el valor mínimo para no incumplir los requisitos de seguridad para determinados procesos de soldadura de metales base y combinaciones de espesores de sección.

Por ejemplo, en el caso de las soldaduras a tope ASTM A572-Gr50 que requieren un tratamiento térmico posterior local de al menos 5 cm alrededor de la soldadura, es necesario un tratamiento térmico posterior local para garantizar que las temperaturas de precalentamiento sean suficientes para evitar el agrietamiento durante la soldadura y para reducir el agrietamiento relacionado con el hidrógeno expulsando el hidrógeno remanente de la soldadura inmediatamente después de soldar.

Tratamiento post-calefacción

El tratamiento térmico es un proceso de fabricación que consiste en calentar y enfriar cuidadosamente metales y aleaciones para alterar su microestructura, lo que influye directamente en sus propiedades mecánicas y, en ocasiones, aumenta considerablemente su resistencia y tenacidad.

Aunque el postcalentamiento puede incluirse en un procedimiento de soldadura, su finalidad suele ser especificada por el cliente y puede o no estar exigida por el código. Los requisitos del cliente suelen dictar la temperatura y la duración del remojo. Cuando se estipula como requisito del código, el periodo debe abarcar tanto el metal de soldadura como el metal base de ambos lados; la temperatura debe permanecer por debajo de la temperatura crítica inferior y después debe producirse un enfriamiento controlado.

Algunos aceros de baja aleación, como los materiales templados por enfriamiento rápido que se encuentran en entornos de ZAT, requieren un tratamiento térmico posterior a la soldadura para conseguir una microestructura adecuada en cuanto a resistencia y tenacidad. No sólo lo exigen los requisitos del código, sino que también es una práctica de seguridad importante para evitar el agrietamiento por hidrógeno en el futuro.

Los tratadores térmicos que trabajan con este tipo de materiales suelen preferir el recocido por disolución al recocido de enfriamiento rápido, ya que permite temperaturas más elevadas que ayudan a evitar la formación de fases o partículas dañinas que se formarían de otro modo en el recocido de enfriamiento rápido.

Exenciones

Dado que el tratamiento PWHT puede ser costoso, la exención de su requisito en la fabricación es una preocupación importante. Determinar qué umbral de espesor requiere PWHT puede ser un reto con grandes ensamblajes de acero que utilizan materiales resistentes; algunas normas de fabricación y códigos de inspección ahora lo estipulan como tratamiento PWHT requerido de soldaduras que superan este umbral de espesor.

Este artículo evalúa y contrasta diversos códigos de fabricación (principalmente normas sobre tuberías y recipientes a presión) en relación con los requisitos de PWHT a partir de un determinado espesor, los requisitos de las pruebas de tenacidad (prueba Charpy), así como las posibles posibilidades de racionalización entre las normas BS 2633 [25], ASME VIII y ASME B31.1 y B31.3.

Los resultados indican que, aunque existen algunas similitudes entre los diversos códigos de fabricación considerados, la alineación por grupos de materiales no parece un enfoque adecuado para alcanzar cierto grado de racionalización. Además, es necesario poner en marcha programas de pruebas para eliminar algunas de las anomalías observadas en este ámbito de los requisitos de los códigos de fabricación, algo que se tratará con más detalle en la segunda parte de este artículo.