Tratamiento térmico post-soldadura: pros y contras

El método más común para eliminar tensiones residuales es el templado a alta temperatura, es decir, calentar las piezas soldadas a una determinada temperatura y mantenerlas durante un tiempo determinado en un horno de tratamiento térmico.

Al reducir el límite elástico del material a alta temperatura, se produce flujo plástico en áreas con alta tensión interna, la deformación elástica disminuye gradualmente y la deformación plástica aumenta gradualmente, reduciendo así la tensión.

1. Selección del método de tratamiento térmico.

El efecto del tratamiento térmico posterior a la soldadura sobre la resistencia a la tracción y el límite de fluencia de los metales está relacionado con la temperatura y el tiempo de retención del tratamiento térmico. La resistencia al impacto del metal de soldadura después del tratamiento térmico varía según los diferentes tipos de acero.

Generalmente, se selecciona un solo revenido a alta temperatura o normalización más revenido a alta temperatura para el tratamiento térmico posterior a la soldadura. Para las juntas de soldadura con gas, se utiliza un tratamiento térmico de normalización y revenido a alta temperatura porque los granos en la soldadura y la zona afectada por el calor de la soldadura con gas son gruesos y deben refinarse mediante normalización.

Sin embargo, un solo tratamiento de normalización no puede eliminar la tensión residual, por lo que se requiere un templado a alta temperatura para eliminar la tensión. El templado intermedio simple sólo es adecuado para la soldadura de montaje de grandes contenedores de acero con bajo contenido de carbono habituales en la obra, con el objetivo de eliminar parcialmente las tensiones residuales y eliminar el hidrógeno.

En la mayoría de los casos, se selecciona un único templado de alta temperatura. El calentamiento y el enfriamiento durante el tratamiento térmico no deben ser demasiado rápidos y las paredes interior y exterior deben calentarse de manera uniforme.

2. Métodos de tratamiento térmico utilizados para recipientes a presión.

Hay dos tipos de métodos de tratamiento térmico utilizados para recipientes a presión: uno es el tratamiento térmico para mejorar las propiedades mecánicas y el otro es el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT).

En términos generales, PWHT es un tratamiento térmico que se realiza sobre la zona soldada o componentes soldados después de soldar la pieza.

El contenido específico incluye recocido con alivio de tensiones, recocido completo, tratamiento con solución sólida, normalización, normalización más templado, revenido, alivio de tensiones a baja temperatura, tratamiento por precipitación, etc.

En sentido estricto, PWHT solo se refiere al recocido sin tensión, que calienta de manera uniforme y suficiente el área soldada y las piezas relacionadas por debajo de la temperatura de transición de fase metálica para mejorar el rendimiento del área soldada y eliminar los efectos nocivos de la tensión residual de la soldadura. seguido de un enfriamiento uniforme.

En muchos casos, el tratamiento térmico analizado para PWHT es esencialmente un recocido para aliviar tensiones después de la soldadura.

3. Objetivos del Tratamiento Térmico Post-Soldadura

(1) Relaje la tensión residual de la soldadura.

(2) Estabilizar la forma y el tamaño de la estructura, reducir la distorsión.

(3) Mejorar el rendimiento del metal base y uniones soldadas, incluyendo:

• El. Mejora la plasticidad del metal de soldadura.
• B. Reducir la dureza de la zona afectada por el calor.
• w. Mejora la resistencia a las fracturas.
• d. Mejora la resistencia a la fatiga.
• Es. Restaurar o mejorar el límite elástico reducido durante el conformado en frío.

(4) Mejorar la resistencia a la corrosión bajo tensión.

(5) Liberar más gases nocivos, especialmente hidrógeno, en el metal de soldadura para evitar un agrietamiento retardado.

4. Evaluación de la necesidad de PWHT

Se debe especificar claramente en el diseño si se requiere un tratamiento térmico posterior a la soldadura para los recipientes a presión, y las normas actuales de diseño de recipientes a presión tienen requisitos al respecto.

El área soldada de un recipiente a presión tiene una tensión residual significativa y los efectos adversos de la tensión residual sólo se manifiestan bajo ciertas condiciones. Cuando la tensión residual se combina con el hidrógeno en la soldadura, provocará el endurecimiento de la zona afectada por el calor, lo que provocará la aparición de agrietamiento en frío y agrietamiento retardado.

La tensión estática existente en la soldadura o la tensión de carga dinámica durante la operación combinada con la corrosión del medio pueden causar grietas por corrosión bajo tensión, conocidas como SCC.

La tensión residual de la soldadura y el endurecimiento martensítico causado por la soldadura son factores importantes en la generación de fisuras por corrosión bajo tensión.

Los resultados de la investigación mostraron que el principal efecto de la deformación y la tensión residual en los materiales metálicos es transformar la corrosión uniforme en corrosión localizada, es decir, corrosión intergranular o transgranular. Está claro que tanto el agrietamiento por corrosión como la corrosión intergranular ocurren en medios con ciertas características para ese metal específico.

En presencia de tensión residual, dependiendo de la diferente composición, concentración y temperatura del medio corrosivo, así como de las diferencias en la composición, estructura, estado de la superficie y estado de tensión entre el metal base y el área soldada, la naturaleza del daño por corrosión podría cambiar.

Se debe determinar si se requiere tratamiento térmico posterior a la soldadura para recipientes a presión soldados considerando el propósito y el tamaño del recipiente (especialmente el espesor del panel de pared), el rendimiento de los materiales utilizados y las condiciones de trabajo. Si ocurre alguna de las siguientes situaciones, se debe considerar el tratamiento térmico posterior a la soldadura:

• Buques que trabajan en condiciones adversas, como aquellos con riesgo de fractura frágil a bajas temperaturas, buques de paredes gruesas sometidos a cargas pesadas y alternadas.
• Recipientes a presión soldados con espesor superior a un determinado límite, incluyendo calderas, recipientes a presión petroquímicos, etc., que cuentan con reglamentaciones y normas específicas.
• Recipientes a presión con altos requisitos de estabilidad dimensional.
• Jarrones fabricados en acero con alta tendencia a endurecerse.
• Recipientes a presión con riesgo de agrietamiento por corrosión bajo tensión.
• Otros recipientes a presión con regulaciones, especificaciones y dibujos específicos.

En los recipientes a presión de acero soldados se generan tensiones residuales que alcanzan el límite elástico en las proximidades del cordón de soldadura. La generación de esta tensión está relacionada con la transformación de la estructura que contiene austenita.

Muchos investigadores han señalado que un proceso de templado a 650°C puede eliminar eficazmente la tensión residual después de soldar recipientes a presión de acero.

Al mismo tiempo, se cree que sin un tratamiento térmico adecuado posterior a la soldadura no se puede obtener una unión soldada resistente a la corrosión.

En general, se cree que el tratamiento térmico para aliviar tensiones se refiere al proceso en el que la pieza soldada se calienta a 500-650 °C y luego se enfría lentamente. La reducción de la tensión se debe a la fluencia a alta temperatura, que comienza a 450°C en acero al carbono y 550°C en acero que contiene molibdeno.

Cuanto mayor sea la temperatura, más fácil será eliminar el estrés. Sin embargo, una vez que se excede la temperatura de templado original del acero, la resistencia del acero disminuirá. Por lo tanto, es necesario controlar la temperatura y el tiempo en el tratamiento térmico para aliviar el estrés.

Sin embargo, en la tensión interna de la soldadura, la tensión de tracción y la tensión de compresión siempre coexisten, y la tensión elástica y la deformación existen simultáneamente.

A medida que aumenta la temperatura del acero, el límite elástico disminuye y la deformación elástica original se convierte en deformación plástica, lo que resulta en una relajación de la tensión.

Cuanto mayor sea la temperatura de calentamiento, más completamente se podrán eliminar las tensiones internas. Sin embargo, cuando la temperatura es demasiado alta, la superficie del acero se oxidará gravemente.

Además, para la temperatura PWHT de los aceros templados y revenidos, el principio debe ser no exceder la temperatura de revenido original del acero, generalmente unos 30 grados más baja que la temperatura de revenido original del acero.

De lo contrario, el material perderá su efecto templado y su resistencia y tenacidad a la fractura disminuirán. Este punto debería recibir especial atención por parte de los trabajadores de tratamientos térmicos.

Cuanto mayor sea la temperatura del tratamiento térmico posterior a la soldadura para aliviar la tensión, mayor será el grado de ablandamiento del acero, generalmente calentado a la temperatura de recristalización del acero, y se podrá eliminar la tensión interna. La temperatura de recristalización está estrechamente relacionada con la temperatura de fusión.

Generalmente, la temperatura de recristalización K = 0,4X la temperatura de fusión (K). Cuanto más cercana esté la temperatura del tratamiento térmico a la temperatura de recristalización, más eficaz será el alivio de la tensión residual.

4. Consideración de la eficacia general del PWHT

El tratamiento térmico posterior a la soldadura no siempre es ventajoso. Generalmente, el tratamiento térmico posterior a la soldadura es beneficioso para mitigar la tensión residual y solo se realiza en los casos en que son necesarios requisitos estrictos para el agrietamiento por corrosión bajo tensión.

Sin embargo, la prueba de resistencia al impacto de las muestras muestra que el tratamiento térmico posterior a la soldadura es perjudicial para mejorar la tenacidad del metal de soldadura y la zona afectada por el calor, y en ocasiones pueden ocurrir grietas intergranulares dentro del rango de engrosamiento del grano del área afectada por el calor. .

Además, PWHT se basa en la disminución de la resistencia del material a altas temperaturas para lograr el alivio de la tensión. Por tanto, durante PWHT, la estructura puede perder rigidez.

Para estructuras que adoptan PWHT total o parcial, se debe considerar la capacidad de carga de la unión soldada a altas temperaturas antes del tratamiento térmico.

Por lo tanto, al considerar si se debe realizar un tratamiento térmico posterior a la soldadura, se deben comparar exhaustivamente tanto las ventajas como las desventajas del tratamiento térmico.

Desde una perspectiva de desempeño estructural, hay aspectos que pueden mejorar el desempeño y aspectos que pueden reducirlo. Se deben emitir juicios razonables basados ​​en una consideración integral de ambos aspectos.