¿Qué es el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) o el alivio de tensiones?

Tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) o alivio de tensión

El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT), o también llamado alivio de tensión (SR), es un método para reducir y redistribuir las tensiones residuales en el material que se han introducido mediante la soldadura.

El tratamiento térmico posterior a la soldadura es un proceso controlado en el que un componente soldado (material soldado) se recalienta en un horno o en un dispositivo de calentamiento localizado a una temperatura por debajo de su temperatura de transformación crítica más baja (AC1), y luego se mantiene a esa temperatura durante un tiempo especificado. cantidad de tiempo. A esto le sigue un enfriamiento lento y controlado en el horno.

¿Por qué se requiere el tratamiento térmico posterior a la soldadura o PWHT?

El desarrollo de tensiones residuales que se acercan o incluso superan el límite elástico es posible cuando se sueldan secciones gruesas. Para ciertos sectores industriales, p. Ej. Petroquímica, Química, Petróleo y Gas, etc. La existencia de tensiones residuales de esta magnitud es completamente inaceptable. Con equipos a presión que operan a 200 ° C y por debajo de una variedad de mecanismos de agrietamiento por corrosión bajo tensión bajo el término general “agrietamiento ambiental” se vuelven frecuentes.
También hay que considerar el problema de la fatiga y el efecto que tienen las tensiones de tracción residuales a ese respecto.

Efecto del tratamiento térmico posterior a la soldadura o PWHT en el material

Efecto templador del PWHT

El tratamiento térmico posterior a la soldadura generalmente dará como resultado una modificación de la microestructura tanto del metal de soldadura como de la zona afectada por el calor. Con la excepción de los materiales 9Cr1Mo y 12Cr1MoV, la microestructura de todos los demás materiales debe contener una mezcla de ferrita y hierro o carburo de aleación. El efecto del tratamiento térmico posterior a la soldadura a corto plazo (1 a 2 horas) sobre el carburo es generalmente beneficioso, mientras que los tiempos más largos dan como resultado una reducción de la tenacidad debido a los efectos de esferoidización . La microestructura normal para el padre, la soldadura y HAZ para los materiales 9Cr1Mo y 12Cr1MoV es martensita, y el tratamiento térmico posterior a la soldadura es absolutamente esencial en estos materiales para templar la fase de martensita.

Efecto de PWHT sobre las propiedades mecánicas

Generalmente, los siguientes son los efectos del tratamiento térmico posterior a la soldadura en comparación con la condición de soldado en un material:
1. La resistencia a la fluencia se reduce ligeramente, el efecto disminuye con bastante rapidez con el tiempo.
2. Se reduce la resistencia a la tracción.
3. Se aumenta la ductilidad.
4. Se reducen los niveles de dureza.
5. La tenacidad se reduce ligeramente en tiempos cortos pero el efecto puede ser significativo en tiempos más largos.

Efecto de PWHT en las propiedades de fluencia

Para material resistente a la fluencia, se requiere un tratamiento térmico posterior a la soldadura para desarrollar completamente la resistencia a la fluencia. Esto es especialmente cierto para componentes más gruesos como encabezados. Ha habido una tendencia en los últimos años a permitir la renuncia a la etapa de tratamiento térmico posterior a la soldadura para materiales más delgados que se usan típicamente para bobinas de recalentadores y recalentadores en la industria de generación de energía, pero se deben cumplir una variedad de condiciones.

Beneficios del tratamiento térmico posterior a la soldadura o alivio de tensión (SR)

1. Mejora de la difusión de hidrógeno fuera del metal de soldadura
2. Ablandamiento de la zona afectada por el calor y así mejorando la tenacidad (aunque no la tenacidad del metal de soldadura)
3. Mejora de la estabilidad dimensional durante el mecanizado.
4. Mejora de la ductilidad.
5. Mejora de la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión.
6. Reducir los efectos del trabajo en frío.

Diferencia entre postcalentamiento y revivir el estrés

¿Qué es el postcalentamiento?

  • El agrietamiento inducido por hidrógeno (HIC) a  menudo ocurre cuando altos niveles de hidrógeno ambiental penetran en un material durante la soldadura. Al calentar el material después de la soldadura, es posible difundir el hidrógeno del área soldada, evitando así el agrietamiento inducido por el hidrógeno. Este proceso se conoce como postcalentamiento y debe comenzar inmediatamente después de que se complete la soldadura. en lugar de dejar que se enfríe a temperatura ambiente, el material debe calentarse a una temperatura predefinida según el tipo de material y el grosor del material. Debe mantenerse a esta temperatura durante varias horas dependiendo del grosor del material, lo que permite que el hidrógeno se difunda. A medida que el calentamiento se realiza después de la soldadura, se denomina calentamiento posterior en la soldadura.

Aliviar el estrés

  • Cuando se completa la soldadura, debido al efecto de los ciclos térmicos de soldadura en el material, el proceso de soldadura puede dejar tensiones residuales elevadas en el material, lo que puede conducir a un mayor potencial de corrosión por tensión y agrietamiento inducido por hidrógeno. PWHT se puede utilizar para liberar estas tensiones residuales y reducir este potencial. Este proceso implica calentar el material a una temperatura específica y luego enfriarlo gradualmente, lo que se conoce como alivio de estrés.

Cómo realizar el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT)

La mayoría de los requisitos para el tratamiento térmico posterior a la soldadura se pueden encontrar en la Norma de fabricación con la que se construye el recipiente u otras partes estructurales. Por ejemplo, AWS D1.1 para piezas estructurales, ASME Sección VIII para recipientes a presión y ASME B31.3 para Tuberías. Se utilizan diferentes técnicas para realizar el PWHT como se explica más adelante en esta publicación.

Horno fijo PWHT

Este método es tradicional y bien conocido por la mayoría de las personas en la industria de la fabricación. Un
horno fijo generalmente consta de una caja rectangular hecha de materiales resistentes al calor en la que se incrustan elementos de resistencia eléctrica. Las puertas se abren en cada extremo y un bogie móvil permite cargar y descargar la carga. Hornos como estos a menudo son capaces de calentar a 1200 ° C y pueden normalizar y recocer así como aliviar la tensión. Algunos hornos funcionan con gas, con dos o incluso cuatro boquillas en cada extremo.
Los hornos fijos tienden a ser grandes y costosos de operar. A menudo tienen termopares fijos que miden la temperatura de la atmósfera del horno y no la
temperatura del artículo que se está tratando térmicamente. Esto suele ser satisfactorio hasta alrededor de 300 ° C, pero más allá, los termopares unidos físicamente al artículo deben hacerse cargo tanto del control de temperatura como de la medición de temperatura. Los hornos como estos deben estar equipados con controladores / registradores de temperatura correctamente calibrados con al menos 12 puntos de registro. Se debe tener cuidado al enfriar después del tratamiento térmico posterior a la soldadura. La mayoría de los códigos de fabricación especifican una velocidad controlada de enfriamiento hasta que se alcanza una cierta temperatura (típicamente 300 – 400 ° C dependiendo del espesor), por lo que es normal controlar el enfriamiento en
el horno antes de abrir las puertas.

Horno temporal

Estos se construyen a medida alrededor de un recipiente, en lugar de transportar un recipiente a un horno fijo. La idea es minimizar el espacio de aire entre el recipiente y las paredes del horno, y permiten un calentamiento y enfriamiento más rápidos. La estructura básica del horno debe ser una tubería resistente a la fluencia (si las tuberías se van a reutilizar continuamente) con materiales resistentes al calor adheridos a ellas. El calentamiento puede ser mediante esteras calefactoras resistentes colocadas sobre un piso de concreto o mediante quemadores de gas colocados en cada extremo. En el caso de los quemadores de gas, se debe tener cuidado para evitar el impacto directo de la llama en el recipiente. El control de temperatura se realiza nuevamente a través de un registrador / controlador de 12 puntos, pero generalmente no se usan termopares de atmósfera. Se aplican las mismas restricciones de velocidad de calentamiento y enfriamiento que con los hornos fijos.

PWHT usando disparo interno

Los recipientes de dimensiones adecuadas y disposición de las aberturas se pueden tratar térmicamente después de la soldadura mediante combustión de gas a través de boquillas o conductos de personas. Los accesos son lo suficientemente grandes para acomodar los quemadores de gas, pero se debe tener cuidado con el diámetro y la posición de las boquillas y se debe buscar la opinión de un experto. También se debe tener cuidado de colocar placas deflectoras dentro del recipiente y frente a los puntos de entrada del quemador para evitar el impacto directo de la llama en la carcasa. No es aconsejable post-soldar los recipientes de tratamiento térmico que contienen partes internas de esta manera.
El exterior del recipiente debe estar completamente revestido de material aislante y, nuevamente, se recomienda un registrador de temperatura de al menos 12 puntos.

PWHT usando calefacción local o PWHT localizado

Las costuras de soldadura circunferenciales se pueden tratar térmicamente después de la soldadura calentando una banda alrededor de la soldadura. Aunque no se indica específicamente, dicho calentamiento se limita esencialmente al calentamiento por resistencia o por inducción, principalmente debido a los controles requeridos en el ancho de banda calentado, el ancho del aislamiento y los requisitos de medición de temperatura. El uso de quemadores de gas y otros métodos debe documentarse cuidadosamente, proponerse al Cliente y aceptarse antes de ser contemplado para su uso.


Las restricciones típicas sobre el ancho de la banda calentada en AS 4458 y EN 13445
implican el uso de una fórmula, es decir. 5 (Rt s ) ½
donde la soldadura está en el centro y:
R = radio interior de la carcasa, en mm
t s = espesor nominal de la carcasa, en mm


Esto significa que con un recipiente de, digamos, 2 metros de diámetro interior y 50 mm de espesor de pared,
el ancho mínimo de la banda calentada sería:
5 x (1000 x 50) ½ = 1118 mm
o 560 mm a cada lado de la soldadura.

Además de esto, se recomienda que el ancho de la banda aislada sea de 10 (Rts) ½, que
en el ejemplo anterior sería 2236 mm. Esto es para asegurar que el gradiente de temperatura de la parte próxima a la banda calentada no sea dañino. Puede haber otras restricciones o fórmulas diferentes involucradas, y se debe verificar el Código correspondiente.

Tratamiento térmico parcial posterior a la soldadura

Hay ocasiones, por ejemplo, con recipientes muy largos, en los que todo el recipiente no
cabe en un horno fijo. Esto ha sido contemplado en la mayoría de las normas, y está permitido post-soldar la sección de tratamiento térmico del recipiente primero, luego dar la vuelta al recipiente y tratar térmicamente la sección restante. Al igual que con la calefacción local, en este caso también existen restricciones sobre el grado de superposición y el gradiente de temperatura longitudinal.
Generalmente, hay mejores formas de post-soldar los recipientes de tratamiento térmico que usar este método parcial.

Tasas de calefacción y refrigeración en PWHT

Estos se especifican en la mayoría de los Estándares de construcción y son razonablemente similares. Por ejemplo, según la sección Ⅲ NX-4623 de ASME, por encima de 800 ° F (425 ℃) la tasa de calentamiento y enfriamiento en cualquier intervalo de una hora no debe exceder 400 ° F (222 ℃) dividido por el espesor máximo en pulgadas del material ser tratado térmicamente, pero no debe exceder los 400 ° F (222 ℃) y no debe ser inferior a 100 ° F (56 ℃) en un intervalo de una hora.

Según ASME Sec VIII Div. 1 código de tasa de calentamiento / enfriamiento que se menciona en UCS56 como a continuación ”Las tasas de calentamiento y enfriamiento no necesitan ser inferiores a 56 ° C / h. Sin embargo, en todos los casos, la consideración de cámaras cerradas y estructuras complejas puede indicar una tasa reducida de calentamiento y enfriamiento para evitar daños estructurales debido a un gradiente térmico excesivo ”.