Requisitos del tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) para tubos de acero al carbono

Muchos proyectos de tuberías de acero al carbono pueden eludir el PWHT aprovechando la tolerancia de la norma BS 2633 y códigos similares de espesores de hasta 19 mm sin PWHT para aceros de baja aleación con menor contenido de carbono; estos requisitos suelen cumplir o superar los establecidos por los códigos estadounidenses; sin embargo, la norma BS 2633 estipula un requisito de precalentamiento más elevado.

Procedimientos de soldadura

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT, por sus siglas en inglés) no es sólo un paso más del procedimiento: es un proceso integral de ingeniería que afecta directamente a la integridad de los equipos, la seguridad de los trabajadores y el rendimiento a largo plazo. El PWHT reduce las tensiones residuales al tiempo que refina las microestructuras para prevenir el agrietamiento por corrosión bajo tensión y evitarlo por completo.

La PWHT consiste en calentar la soldadura a una temperatura elevada durante un periodo prolongado, lo que permite que su matriz metálica absorba y redistribuya las tensiones internas para reducir el riesgo de fractura frágil, mejorar la tenacidad y la ductilidad y evitar los daños por hidrógeno.

Para alcanzar niveles óptimos de PWHT, los procedimientos de soldadura deben incluir medidas tanto para el precalentamiento como para el tratamiento térmico posterior a la soldadura, incluyendo la selección de los tipos y temperaturas de precalentamiento adecuados, así como la supervisión de las temperaturas de calentamiento/retención y la aplicación de medidas de control de calidad.

La PWHT por sí sola puede no ser suficiente para reducir la dureza y aumentar la ductilidad del material utilizado en la soldadura; puede ser necesario llevar a cabo procesos adicionales por personal de soldadura altamente cualificado.

Precalentamiento

En una investigación reciente se desarrolló un método experimental y analítico de precalentamiento durante la soldadura de reparación de varias pasadas utilizando cámaras de termovisión y análisis de transferencia de calor; ambos métodos demostraron ser precisos.

Desde la edición de 2014 de ASME B31.3, las tuberías gruesas de acero al carbono están exentas de PWHT siempre que se precalienten por encima de la temperatura austenítica crítica y las soldaduras se realicen mediante procesos de soldadura multipaso, una diferencia importante respecto a los requisitos anteriores.

Aunque estas nuevas exenciones pueden ayudar a ahorrar dinero, conllevan riesgos que deben considerarse cuidadosamente antes de elegirlas. Estas soldaduras podrían sufrir corrosión y problemas de servicio; además, la falta de requisitos de PWHT podría dar lugar a un diseño inadecuado que hiciera necesario volver a soldar en algunos casos; se recomienda el precalentamiento para evitarlo.

Tratamiento térmico postsoldadura

El tratamiento térmico postsoldadura (PWHT) consiste en calentar las soldaduras a una temperatura específica durante un breve periodo de tiempo y luego enfriarlas lentamente, lo que ayuda a aliviar la tensión y aumentar la tenacidad de las soldaduras. Sin embargo, el PWHT debe realizarse con cuidado para evitar el exceso o la falta de templado, que debilita las propiedades del material.

La PWHT consiste en calentar la soldadura a temperaturas de entre 550 y 625 grados Celsius durante aproximadamente una hora por pulgada de espesor, lo que cambia su microestructura de austenítica a martensita maclada equiaxial y altera sus propiedades mecánicas aumentando la tenacidad y disminuyendo la dureza.

La PWHT puede ser necesaria en ciertos casos de soldaduras estructurales; sin embargo, en otros no lo es. ASME B31.1 y B31.3 permiten limitar los espesores de pared de los tubos de acero C-Mn utilizados en recipientes a presión, sistemas de tuberías y tanques de almacenamiento sin PWHT posterior a la soldadura, siempre que se utilice soldadura multipasos y se apliquen medidas de precalentamiento.

Cualificaciones

La Tabla 331.1.3 proporciona detalles de las modificaciones significativas realizadas en 2014 a los requisitos PWHT para tuberías de proceso de acero al carbono que estaban sujetas a mediciones PWHT, en respuesta a las preocupaciones de que las exenciones anteriores del límite de espesor PWHT pueden haber sido demasiado restrictivas o excesivamente conservadoras.

Los ensayos patrocinados por el EPRI (Ref. 1) demostraron que los materiales P No 4 sufrían fluctuaciones drásticas de dureza y tenacidad a medida que aumentaba la temperatura de tratamiento térmico, especialmente en las uniones de materiales distintos entre los materiales P No 1 y P No 4.

Las modificaciones de 2014 a la norma B31.3 permiten que todos los materiales de acero al carbono incluidos en el grupo de materiales P n.º 1 y todos los espesores de control y tipos de soldadura queden exentos del tratamiento térmico posterior a la soldadura si se utiliza un precalentamiento de al menos 95 ºC antes de la soldadura. Este enfoque es similar al que recomienda la norma británica BS 2633; sin embargo, un inspector de ensayos no destructivos debe seguir verificando que todos los procesos cumplen los requisitos del Código.