El tratamiento térmico es una operación que requiere mucho tiempo y es costosa. Puede afectar la resistencia y tenacidad de una junta soldada, su resistencia a la corrosión y el nivel de tensión residual, pero también es una operación obligatoria especificada en muchos códigos y normas de aplicación. Además, es una variable esencial en las especificaciones de calificación del procedimiento de soldadura.
Antes de discutir la gama de tratamientos térmicos a los que se puede someter un metal, es necesario definir claramente qué se entiende por los diversos términos utilizados para describir la gama de tratamientos térmicos que se pueden aplicar a una junta soldada. Estos términos a menudo se utilizan incorrectamente, especialmente por personas que no son especialistas; para un metalúrgico tienen significados muy precisos.
Tratamiento de Solución
Realizado a alta temperatura y diseñado para incorporar en solución elementos y compuestos que luego se retienen en solución enfriando rápidamente a partir de la temperatura de tratamiento de la solución. Esto se puede hacer para reducir la resistencia de la junta o para mejorar su resistencia a la corrosión. Con determinadas aleaciones puede ir seguido de un tratamiento térmico a temperatura más baja para reformar los precipitados de forma controlada (endurecimiento por envejecimiento o precipitación).
Recocido
Consiste en calentar un metal a una temperatura elevada, donde tiene lugar la recristalización y / o una transformación de fase, y luego enfriar lentamente, a menudo en el horno de tratamiento térmico. Esto se lleva a cabo a menudo para ablandar el metal después de que se haya endurecido, por ejemplo, mediante trabajo en frío; un recocido completo que da la más suave de las microestructuras. También da como resultado una reducción tanto del rendimiento como de la resistencia a la tracción y, en el caso de los aceros ferríticos, normalmente una reducción de la tenacidad.
Normalizando
Este es un tratamiento térmico que se realiza solo en aceros ferríticos. Consiste en calentar el acero a unos 30-50 ° C por encima de la temperatura de transformación superior (para un acero al carbono al 0,20%, esto sería alrededor de 910 ° C) y enfriar en aire en calma. Esto da como resultado una reducción del tamaño de grano y mejoras tanto en la resistencia como en la tenacidad.
Temple
Esto comprende un enfriamiento rápido desde una temperatura alta. Un acero ferrítico se calentaría por encima de la temperatura de transformación superior y se enfriaría en agua, aceite o chorro de aire para producir una martensita de grano fino de muy alta resistencia. Los aceros nunca se utilizan en estado templado, siempre se templan después de la operación de templado.
Templado
Un tratamiento térmico realizado sobre aceros ferríticos a una temperatura relativamente baja, por debajo de la temperatura de transformación más baja; en un acero al carbono estructural convencional, esto estaría en la región de 600-650 ° C. Reduce la dureza, disminuye la resistencia a la tracción y mejora la ductilidad y la tenacidad. La mayoría de los aceros normalizados se templan antes de soldar, todos los aceros templados se utilizan en estado templado y revenido.
Endurecimiento por envejecimiento o precipitación
Un tratamiento térmico a baja temperatura diseñado para producir el tamaño y la distribución correctos de los precipitados, aumentando así el rendimiento y la resistencia a la tracción. Generalmente va precedido de un tratamiento térmico en solución. Para el acero, la temperatura puede estar entre 450-740 grados C, una aleación de aluminio envejecería entre 100-200 ° C. Tiempos más largos y / o temperaturas más altas dan como resultado un aumento del tamaño del precipitado y una reducción tanto de la dureza como de la resistencia.
El alivio del estrés
Como sugiere el nombre, se trata de un tratamiento térmico diseñado para reducir las tensiones residuales producidas por la contracción de la soldadura. Se basa en el hecho de que, a medida que aumenta la temperatura del metal, el límite elástico disminuye, lo que permite que las tensiones residuales se redistribuyan por la fluencia de la soldadura y el metal base. El enfriamiento de la temperatura de alivio de tensión se controla para que no se produzcan gradientes térmicos dañinos.
Post calor
Un tratamiento térmico a baja temperatura que se lleva a cabo inmediatamente después de la finalización de la soldadura aumentando el precalentamiento en unos 100 ° C y manteniendo esta temperatura durante 3 o 4 horas. Esto ayuda a la difusión de cualquier hidrógeno en la soldadura o en las zonas afectadas por el calor fuera de la junta y reduce el riesgo de agrietamiento en frío inducido por hidrógeno. Se utiliza solo en aceros ferríticos, donde el agrietamiento en frío por hidrógeno es una preocupación importante, es decir, aceros muy sensibles al agrietamiento, juntas muy gruesas, etc.
Tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT)
Entonces, ¿Qué significa el término 'tratamiento térmico posterior a la soldadura'? Para algunos, es un término bastante vago que se utiliza para describir cualquier tratamiento térmico que se lleva a cabo cuando se completa la soldadura. Sin embargo, para otros, particularmente aquellos que trabajan de acuerdo con los códigos de recipientes a presión como BS PD 5500, EN 13445 o ASME VIII, tiene un significado muy preciso. Cuando un especialista habla de tratamiento térmico posterior a la soldadura, recocido, templado o alivio de tensiones, por lo tanto, es recomendable.
El tratamiento térmico posterior a la soldadura puede realizarse por una o más de tres razones fundamentales:
- Para lograr la estabilidad dimensional con el fin de mantener las tolerancias durante las operaciones de mecanizado o durante la remoción en servicio.
- Para producir estructuras metalúrgicas específicas para lograr las propiedades mecánicas requeridas.
- Para reducir el riesgo de problemas en servicio, como corrosión por tensión o fractura por fragilidad, reduciendo la tensión residual en el componente soldado.
El alivio del estrés
¿Por qué es necesario realizar un alivio del estrés? Es una operación costosa que requiere que parte o toda la parte soldado se caliente a una temperatura alta y puede causar cambios metalúrgicos indeseables en algunas aleaciones. Como se mencionó anteriormente, puede haber una o más razones. Las elevadas tensiones residuales bloqueadas en una junta soldada pueden provocar deformaciones fuera de las dimensiones aceptables cuando el artículo se mecaniza o cuando entra en servicio. Las altas tensiones residuales en los aceros al carbono y de baja aleación pueden aumentar el riesgo de fractura por fragilidad al proporcionar una fuerza impulsora para la propagación de grietas. Las tensiones residuales provocarán que se produzcan fisuras por corrosión bajo tensión en el entorno correcto, por ejemplo, aceros al carbono y de baja aleación en servicio cáustico o acero inoxidable expuesto a cloruros.
¿Qué causa estas elevadas tensiones residuales? La soldadura implica la deposición de metal fundido entre dos caras de metal base esencialmente frías. A medida que la junta se enfría, el metal de soldadura se contrae, pero el metal frío lo frena a cada lado; por tanto, la tensión residual en la junta aumenta a medida que desciende la temperatura. Cuando la tensión ha alcanzado un valor suficientemente alto (el límite elástico o el límite elástico a esa temperatura) el metal se deforma plásticamente por medio de un mecanismo de fluencia para que la tensión en la junta coincida con el límite elástico. A medida que la temperatura continúa bajando, el límite elástico aumenta, lo que impide la deformación, de modo que a temperatura ambiente la tensión residual suele ser igual a la resistencia de prueba (Fig. 1).
Para reducir este alto nivel de tensión residual, el componente se recalienta a una temperatura suficientemente alta. A medida que aumenta la temperatura, la resistencia a la prueba disminuye, lo que permite que se produzca la deformación y que disminuya la tensión residual hasta alcanzar un nivel aceptable. El componente se mantendría a esta temperatura (empapado) durante un período de tiempo hasta que se alcanzara una condición estable y luego se enfriaría de nuevo a temperatura ambiente. La tensión residual que queda en la junta es igual a la resistencia de prueba a la temperatura de remojo.
La Figura muestra que la tensión residual en un acero al carbono-manganeso cae de manera razonablemente constante desde la temperatura ambiente hasta alrededor de 600 grados C, pero que los aceros de alta resistencia resistentes a la fluencia deben estar por encima de 400 grados C antes de que la tensión residual comience a caer. El acero inoxidable apenas se ve afectado hasta que la temperatura supera los 500 grados C. Por lo tanto, existe un rango de temperaturas de remojo para las diversas aleaciones para lograr una reducción aceptable de la tensión residual sin afectar negativamente las propiedades mecánicas de la junta. En los aceros al carbono-manganeso, esta temperatura estará entre 550-620 grados C, en aceros resistentes a la fluencia en algún lugar entre 650-750 grados C y para aceros inoxidables entre 800-850 grados C.
Fuente: twi-global