El tratamiento térmico posterior a la soldadura ( PWHT ) es un proceso controlado en el que un material que ha sido soldado se recalienta a una temperatura inferior a su temperatura crítica de transformación más baja y luego se mantiene a esa temperatura durante un período de tiempo específico. [1] A menudo se hace referencia a él como cualquier tratamiento térmico realizado después de la soldadura; sin embargo, dentro de las industrias del petróleo, el gas, la petroquímica y la nuclear , tiene un significado específico. Los códigos de la industria, como los códigos de tuberías y recipientes a presión de ASME , a menudo requieren la realización obligatoria de PWHT en ciertos materiales para garantizar un diseño seguro con propiedades mecánicas y metalúrgicas óptimas . [2] [3]
La necesidad de PWHT se debe principalmente a las tensiones residuales y los cambios microestructurales que ocurren después de que se ha completado la soldadura. [2] Durante el proceso de soldadura, se experimenta un alto gradiente de temperatura entre el metal de soldadura y el material original. A medida que la soldadura se enfría, se forma una tensión residual . [2] Para materiales más gruesos, estas tensiones pueden alcanzar un nivel inaceptable y superar las tensiones de diseño. Por lo tanto, la pieza se calienta a una temperatura específica durante una cantidad de tiempo determinada para reducir estas tensiones a un nivel aceptable. [1] Además de las tensiones residuales, se producen cambios microestructurales debido a las altas temperaturas inducidas por el proceso de soldadura. [1] Estos cambios pueden aumentar la dureza del material y reducir la tenacidad y la ductilidad . El uso de PWHT puede ayudar a reducir cualquier aumento de los niveles de dureza y mejorar la tenacidad y la ductilidad a niveles aceptables para el diseño. [1]
Los requisitos especificados en los distintos códigos de tuberías y recipientes a presión se deben principalmente a la composición química y al espesor del material. [1] Los códigos como la Sección VIII de ASME y la B31.3 de ASME requieren que un material específico sea tratado térmicamente después de la soldadura si supera un espesor determinado. [1] Los códigos también requieren un tratamiento térmico posterior a la soldadura basado únicamente en la composición microestructural del material. [1] Una consideración final para decidir la necesidad de un tratamiento térmico posterior a la soldadura se basa en el servicio previsto de los componentes, como uno con susceptibilidad al agrietamiento por corrosión bajo tensión . En tales casos, el tratamiento térmico posterior a la soldadura es obligatorio independientemente del espesor. [4]
La velocidad de calentamiento, los tiempos y temperaturas de mantenimiento y la velocidad de enfriamiento son variables importantes que deben controlarse y monitorearse con precisión, o es posible que no se logren los efectos deseados. [3] Cuando la PWHT es obligatoria según un código industrial determinado, se especificarán los requisitos para estas variables. [3] [4] [5]
La velocidad de calentamiento cuando se realiza el PWHT se basa generalmente en el espesor del componente y está especificada por los códigos vigentes. [1] [6] Si la velocidad de calentamiento no se realiza correctamente, ya sea por calentar demasiado rápido o de manera desigual, los gradientes de temperatura dentro del componente pueden volverse perjudiciales para el componente. Como resultado, pueden producirse grietas por tensión y pueden formarse tensiones residuales no creadas previamente cuando el componente se enfría a temperaturas ambiente. [4]
La temperatura y el tiempo de mantenimiento dependen del material y el espesor respectivamente. [4] [6] En cuanto al espesor del material, se necesitan tiempos de mantenimiento más largos para materiales más gruesos. [4] Esto es para permitir que el material alcance una condición estable donde la distribución y los niveles de tensiones se vuelvan más uniformes y disminuyan. [2] [6] La temperatura de mantenimiento especificada es una que esté a una temperatura lo suficientemente alta para aliviar los altos niveles de tensión residual, pero que aún esté por debajo de la temperatura de transformación inferior. [1] [2] Además de la reducción de la tensión, las altas temperaturas de mantenimiento por debajo de la temperatura de transformación permiten transformaciones microestructurales, reduciendo así la dureza y mejorando la ductilidad. [6] Se debe tener mucho cuidado de no calentar el componente por encima de la temperatura de transformación inferior, ya que pueden producirse efectos metalúrgicos perjudiciales y propiedades mecánicas deterioradas. [6] Además, la temperatura de mantenimiento no debe ser mayor que la temperatura de templado original a menos que se realicen pruebas mecánicas posteriores. Mantener por encima de la temperatura de templado original puede reducir la resistencia del material por debajo de los mínimos requeridos por ASME . [4]
Al igual que con la velocidad de calentamiento, la velocidad de enfriamiento debe controlarse, a fin de evitar gradientes de temperatura perjudiciales que podrían causar grietas o introducir nuevas tensiones durante el enfriamiento. [4] Además de esto, las velocidades de enfriamiento rápidas pueden aumentar la dureza, lo que puede aumentar la susceptibilidad a una fractura frágil. [7]
Los termopares se suelen conectar al componente sometido a PWHT para comprobar y garantizar que las tasas de calentamiento, las temperaturas de mantenimiento y las tasas de enfriamiento cumplan con las especificaciones del código. Normalmente se utiliza un software informático junto con los termopares para controlar las variables mencionadas anteriormente y proporcionar documentación de que el PWHT se realizó correctamente. [5] [8]