Grados de tuberías de acero aleado y contexto de fabricación
Los aceros de aleación de cromo-molibdeno están especificados para temperaturas elevadas-y servicio corrosivo en plantas de generación de energía, refinación de petróleo y petroquímicas. Los grados comunes incluyen ASTM A335 P5 y P9 (5 y 9 por ciento de cromo), P11 y P22 (1,25 y 2,25 por ciento de cromo con molibdeno) y P91 (9 por ciento de cromo con molibdeno y vanadio para resistencia a la fluencia). La fabricación soldada de estos grados sigue los mismos fundamentos que el acero al carbono, pero con un control térmico más estricto, porque la templabilidad de las aleaciones hace que la zona afectada por el calor sea susceptible al agrietamiento inducido por el hidrógeno y a microestructuras duras y quebradizas.
Selección del proceso de soldadura
La soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW o TIG) se utiliza para el paso de raíz de líneas críticas y de diámetro pequeño-porque brinda control total de la penetración y una raíz limpia y libre de óxido-. Las pasadas de relleno y tapa se completan con soldadura por arco metálico protegido (SMAW), soldadura por arco metálico con gas (GMAW) o soldadura por arco con núcleo fundente (FCAW), según la posición y la productividad. La soldadura por arco sumergido (SAW) se utiliza para uniones longitudinales de tuberías soldadas por fusión eléctrica de gran-diámetro, donde se requiere una penetración profunda y una alta tasa de deposición. Los consumibles deben coincidir con el nivel de resistencia del metal base, por ejemplo, electrodos con bajo contenido de hidrógeno-de AWS A5.5, como E7018-A1 para carbono-molibdeno y E8018-B2 o E9018-B3 para grados de 1,25 y 2,25 por ciento de cromo.
Precalentamiento y control de temperatura entre pasadas
El precalentamiento reduce la velocidad de enfriamiento después de la soldadura, permite que el hidrógeno se difunda fuera de la unión y evita que se formen zonas martensíticas duras. Los rangos de precalentamiento típicos son de 150 a 250 grados C para P11 y P22, de 200 a 300 grados C para P5 y P9, y de 200 a 300 grados C para P91. La temperatura entre pasadas debe permanecer dentro del rango calificado, generalmente sin exceder los 350 grados C para P91, porque el calor excesivo entre pasadas degrada la resistencia a la fluencia de la soldadura. El precalentamiento se mide en el metal base a una distancia definida de la unión y se mantiene continuamente hasta que se completa la soldadura.
Post-Tratamiento térmico de soldadura
El tratamiento térmico pos-soldadura (PWHT) alivia las tensiones residuales, templa la zona afectada por el calor endurecido-y restaura la ductilidad y la tenacidad. El alivio de tensiones generalmente se realiza entre 600 y 760 grados C, según el grado, con un tiempo de retención de aproximadamente una hora por cada 25 mm de espesor de pared. PWHT es obligatorio para la mayoría de los grados de cromo-molibdeno antes de que la tubería entre en servicio y también reduce el riesgo de agrietamiento por corrosión bajo tensión-en ambientes corrosivos. Es necesario registrar la temperatura y controlar las velocidades de calentamiento y enfriamiento para evitar un nuevo endurecimiento o distorsión.
Soldadura de metales diferentes
Soldar aleaciones diferentes, como un componente P22 a una línea de acero inoxidable, requiere una selección cuidadosa del relleno para adaptarse a las diferencias en expansión térmica, resistencia y potencial de corrosión. Los rellenos a base de níquel- se utilizan comúnmente para unir juntas de acero al carbono y acero inoxidable porque toleran el desajuste del coeficiente de expansión térmica y evitan problemas de migración de carbono a la temperatura de servicio. Se deben seleccionar la preparación de juntas, el precalentamiento y PWHT para la combinación en lugar de cualquiera de los metales base solos, y los riesgos de corrosión galvánica se revisan durante la selección del material.
Prevención de defectos y pruebas no-destructivas
Los defectos de soldadura comunes en tuberías de acero aleado incluyen agrietamiento por hidrógeno, porosidad, inclusión de escoria y falta de fusión. La prevención comienza con una preparación limpia de las juntas, un aporte de calor controlado, consumibles con bajo-hidrógeno almacenados y manipulados correctamente, y un estricto cumplimiento de las especificaciones del procedimiento de soldadura calificado. Las pruebas no-destructivas siguen los requisitos del código: pruebas ultrasónicas (UT) y radiografía (RT) para la solidez interna, pruebas de tintes penetrantes (PT) o partículas magnéticas (MT) para defectos superficiales y estudios de dureza en toda la soldadura. La calificación del procedimiento de soldadura según ISO 15614-1 o ASME Sección IX, y la calificación del soldador, son requisitos previos para la soldadura de producción.
Preguntas frecuentes
¿Por qué es esencial el precalentamiento de las tuberías de acero aleado?El precalentamiento reduce la velocidad de enfriamiento de la soldadura y la zona-afectada por el calor, previene el agrietamiento inducido por el hidrógeno-y evita la formación de martensita dura y quebradiza en aceros al cromo-molibdeno.
¿A qué temperatura se realiza PWHT?Las temperaturas típicas de alivio de tensión-son de 600 a 760 grados C, según el grado y el código, y el tiempo de retención se basa en el espesor de la pared, generalmente una hora cada 25 mm.
¿Se puede utilizar la soldadura TIG para la soldadura completa de tuberías de aleación?Sí, para orificios pequeños y servicios críticos, toda la soldadura se puede completar con GTAW, aunque las pasadas de llenado y tapado a menudo se completan con SMAW o FCAW para aumentar la productividad.
¿Qué metal de aportación se utiliza para la tubería P22?Los rellenos de composición coincidente, como E9018-B3 (2,25Cr-1Mo), son estándar; para uniones diferentes al acero inoxidable o al carbono, se prefieren los rellenos a base de níquel.
¿Qué métodos END se aplican a las soldaduras de tuberías de aleación?Pruebas de radiografía o ultrasonido para determinar la solidez interna, además de pruebas de partículas magnéticas o tintes penetrantes para detectar defectos en la superficie y pruebas de dureza en la zona-afectada por el calor.
