Tratamiento térmico en campo de las soldaduras de tuberías de Hastelloy: por qué el tratamiento térmico post-soldadura local rara vez es necesario y cuándo es obligatorio

Tratamiento térmico en campo de las soldaduras de tuberías de Hastelloy: por qué el tratamiento térmico post-soldadura local rara vez es necesario y cuándo es obligatorio

Si ha trabajado con tuberías de acero al carbono o acero de baja aleación, sabe que el tratamiento térmico posterior a la soldadura (TRP) es una práctica habitual: alivia las tensiones residuales, revene microestructuras duras y evita la fisuración por hidrógeno. Por tanto, al pasar a utilizar Hastelloy (C-276, C-22, B-3, etc.), podría suponer que el TRP es igualmente importante. No lo es.

De hecho, el TRP local de las soldaduras de tuberías de Hastelloy en campo rara vez es necesario – y, si se realiza de forma incorrecta, puede dañar realmente la resistencia a la corrosión de la aleación. Sin embargo, existen circunstancias específicas y poco comunes en las que el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) se vuelve obligatorio. Este artículo explica por qué, por lo general, el Hastelloy evita el PWHT, cuándo no se puede evitar y cómo realizar correctamente el tratamiento térmico local en campo.

Por qué las soldaduras de Hastelloy normalmente no requieren PWHT

A diferencia de los aceros ferríticos y martensíticos, las aleaciones de níquel con solución sólida, como el Hastelloy C-276, no experimentan una transformación de fase al enfriarse. No presentan problemas de templabilidad ni son propensas a la fisuración inducida por hidrógeno (excepto en condiciones agresivas muy específicas, como ambientes sulfurosos). Más importante aún:

• No se forma martensita – El enfriamiento rápido tras la soldadura no produce una estructura frágil y sensible a la fisuración.

• Alta ductilidad en estado como soldado – El metal de soldadura y la zona afectada térmicamente (ZAT) del C-276 correctamente soldado presentan alargamientos del 20–30 %.

• La sensibilización por carburos no es lo mismo – Aunque el acero inoxidable de la serie 300 requiere un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) para evitar la precipitación de carburos de cromo, el Hastelloy C‑276 tiene bajo contenido de carbono (≤ 0,01 %) y forma carburos menos dañinos. Su sensibilización (fase mu) ocurre a temperaturas entre 600 y 1000 °C, pero un PWHT de alivio de tensiones requeriría recalentar el material dentro de ese rango, lo cual es precisamente lo que se desea evitar.

Punto clave: Realizar un PWHT de alivio de tensiones en el C‑276 a una temperatura de 500–700 °C, de hecho, causa de la muerte promovería la precipitación de la fase mu y reduciría la resistencia a la corrosión. Esta aleación está diseñada para utilizarse en estado solubilizado o en estado tal como se soldó.

Aceptación normativa del Hastelloy tal como se soldó

• ASME B31.3 (Tuberías para procesos) – La tabla 331.1.1 enumera los materiales que requieren PWHT según su espesor y su número de grupo. El Hastelloy C‑276 (grupo 45) no tiene requisito obligatorio de PWHT independientemente del espesor de pared, salvo que las condiciones de servicio (por ejemplo, servicio letal) o el propietario lo especifiquen.

• ASME Sección VIII Div. 1 – No se requiere un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) obligatorio para aleaciones austeníticas y de níquel (UHA‑34). Sin embargo, si el material fue deformado en frío durante la fabricación, puede ser necesario un recocido de solución para restaurar sus propiedades.

¿Cuándo se requiere realmente un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) o un recocido de solución?

Existen cinco escenarios en los que el tratamiento térmico de las soldaduras de tuberías de Hastelloy se vuelve obligatorio. Obsérvese que la mayoría implican un recocido de solución completo , y no un simple alivio de tensiones.

1. Deformación en frío severa (doblado, expansión) sin recocido posterior

Si una tubería de Hastelloy se dobla en frío con un radio reducido (deformación > 10–15 %), la zona deformada en frío puede presentar menor ductilidad y mayor dureza. Los códigos pueden exigir un recocido de solución completo tras la deformación en frío.

Ejemplo: ASME B31.3, párrafo 332.2.2, establece que las deformaciones en frío superiores al 5 % en aleaciones de níquel pueden requerir un tratamiento térmico para restaurar las propiedades. Para Hastelloy, aplicar un recocido de solución a 1120–1180 °C seguido de enfriamiento por inmersión en agua.

2. Servicio letal o servicio cíclico severo

Algunas especificaciones del propietario exigen un tratamiento térmico post-soldadura (PWHT) para todas las soldaduras de recipientes a presión y tuberías, independientemente del material, cuando el fluido es letal (por ejemplo, fosgeno, HF). En estos casos, el objetivo es eliminar cualquier tensión residual de tracción que pudiera contribuir a la corrosión por tensión (SCC). Aunque el Hastelloy presenta una alta resistencia a la SCC, los propietarios pueden seguir exigiendo un PWHT de alivio de tensiones; sin embargo, esto es poco frecuente y debe ser debidamente calificado.

3. Soldaduras entre metales disímiles (Hastelloy y acero al carbono)

Al soldar Hastelloy con acero al carbono mediante un material de aporte a base de níquel (por ejemplo, ERNiCrMo‑4), el lado del acero al carbono presenta una zona afectada térmicamente que puede volverse dura y susceptible a la fisuración por hidrógeno. Se requiere un tratamiento térmico post-soldadura (PWHT) del acero al carbono (típicamente entre 620 y 650 °C) si el espesor del acero supera los límites establecidos por el código. No obstante, esta temperatura se encuentra dentro del rango peligroso para el Hastelloy (precipitación de la fase mu). La solución consiste en aplicar un pWHT localizado que calienta únicamente el lado de acero al carbono, manteniendo el Hastelloy por debajo de 400 °C: una técnica difícil, pero posible.

4. Algunas aleaciones dentro de la familia Hastelloy: B‑3 y B‑2

Hastelloy B‑3 (UNS N10675) es una aleación de níquel-molibdeno para ambientes ácidos reductores. Es más propensa a la precipitación de carburos y al ataque intergranular que la C‑276. Para la B‑3, el fabricante (Haynes International) recomienda recocido en solución tras la soldadura para lograr una resistencia máxima a la corrosión, especialmente en servicios químicos agresivos. El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) in situ de la B‑3 rara vez es práctico, por lo que la mayor parte de la soldadura de B‑3 se realiza en talleres, donde es posible realizar un recocido completo en horno.

5. Prevalencia de los códigos o las especificaciones del cliente

Ocasionalmente, un ingeniero o cliente ordenará PWHT para todas las soldaduras de aleación alta o aleación de níquel por precaución. Si esto aparece en el pliego de condiciones de su proyecto, debe seguirlo pero debe rechazarlo con una justificación técnica. Si la PWHT es inevitable, debe realizar un procedimiento cualificado que evite la sensibilización (ver sección siguiente).

El peligro de las PWHT convencionales en Hastelloy

El alivio de tensión convencional (por ejemplo, calentamiento a 600650°C y enfriamiento lento) es perjudiciales a la mayoría de las calificaciones Hastelloy. Los efectos:

Conclusión: Si aplica un mantenimiento a 620 °C en una soldadura de Hastelloy C-276, reducirá su resistencia a la picadura desde un PREN de aproximadamente 60 hasta un PREN de aproximadamente 30, lo que la dejará sin mejoras frente al acero inoxidable 316L.

Realización correcta del PWHT local: el caso poco frecuente

Si debe realizar un PWHT (por ejemplo, para una soldadura entre metales disímiles o por exigencia del propietario), siga estas pautas estrictas para evitar dañar el Hastelloy.

Paso 1: Determinar la temperatura requerida para el PWHT

• Para alivio de tensiones únicamente (no es un recocido completo de solución) – Mantener la temperatura por debajo de 400 °C . Esto no tiene efecto sobre las tensiones residuales, pero tampoco provoca precipitaciones perjudiciales. Algunos códigos aceptan este tratamiento como «alivio de tensiones a baja temperatura».

• Para un recocido de solución completo – Calentar a 1120–1180 °C, mantener a esa temperatura durante 1 hora por cada 25 mm de espesor y luego templar en agua. Este procedimiento rara vez es posible en campo debido a la necesidad de un horno o una bobina de inducción grande con sistema de temple.

Para soldaduras disímiles (Hastelloy con acero al carbono), el acero al carbono requiere 620–650 °C. Debe protegerse el Hastelloy mediante:

• El uso de un banda de gradiente – calentando únicamente el lado del acero mientras se enfría el lado del Hastelloy con agua o aire comprimido.

• Mantener la temperatura del Hastelloy por debajo de 400 °C en todo momento.

• Supervisión con al menos cuatro termopares (dos en cada lado de la soldadura).

Paso 2 – Utilizar equipos adecuados de calentamiento y enfriamiento

• Calefacción: El calentamiento por inducción proporciona un control preciso y localizado. El calentamiento por resistencia (almohadillas cerámicas) también es aceptable si se pueden mantener los gradientes de temperatura.

• Enfriamiento: Para el recocido de solución, se requiere enfriamiento brusco con agua, lo cual resulta imposible en la mayoría de las soldaduras realizadas en campo. Para la eliminación de tensiones a temperaturas inferiores a 400 °C, el enfriamiento al aire es suficiente.

Paso 3 – Cualificación mediante ensayos de corrosión

Antes de aplicar el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) en campo sobre una soldadura de producción, debe cualificarse el procedimiento en una probeta. Realice el ensayo ASTM G28 Método A (ensayo con sulfato férrico–ácido sulfúrico) sobre las muestras soldadas sin tratamiento y tras el PWHT. Criterio de aceptación: tasa de corrosión ≤ 0,5 mm/año. Si la muestra sometida a PWHT no cumple este criterio, dicho procedimiento no podrá utilizarse.

Paso 4 – Documentar todo

Registre las curvas tiempo–temperatura, las ubicaciones de los termopares, el método de enfriamiento y los resultados de los ensayos de corrosión. Esta documentación es obligatoria para cumplir con los requisitos normativos.

Orientación práctica: cuándo decir «no» al PWHT

Si un cliente o inspector solicita el tratamiento térmico post-soldadura (PWHT) de una soldadura de tubería de Hastelloy C‑276, formule estas preguntas:

1. ¿Cuál es el apartado específico del código que exige el PWHT? (ASME B31.3 no lo exige. Tampoco lo exige ASME Sección VIII para aleaciones de níquel con solución sólida.)

2. ¿Cuál es el beneficio previsto? (¿Alivio de tensiones residuales? El Hastelloy presenta una alta resistencia a la corrosión por tensión (SCC). ¿Agrietamiento por hidrógeno? No constituye un riesgo con soldadura de bajo contenido de hidrógeno.)

3. ¿Sabe que el alivio convencional de tensiones (600 °C) provocará la formación de la fase mu y degradará la resistencia a la corrosión?

4. ¿Aceptará el cliente un alivio de tensiones a baja temperatura (< 400 °C) sin beneficio alguno, o un recocido completo (≥ 1120 °C) con enfriamiento brusco en agua —lo cual resulta poco práctico en obra?

En casi todos los casos, la respuesta correcta es: No se requiere PWHT. Utilice el procedimiento de soldadura calificado tal como se soldó.

Tabla: Requisitos de tratamiento térmico para grados comunes de Hastelloy

Resumen: Flujo de decisiones para el tratamiento térmico en campo

Inicio: Soldadura de tubería de Hastelloy en campo.

Pregunta 1: ¿Es el servicio letal, cíclico severo o exige la especificación del propietario un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT)?

• No → Proceder tal como se soldó. Finalizado.

• Sí → Pasar a la Pregunta 2.

Pregunta 2: ¿Es práctico realizar en campo un recocido completo en solución (≥1120 °C + enfriamiento brusco en agua)?

• Sí (por ejemplo, horno de inducción portátil con anillo de enfriamiento) → Realizar el recocido en solución calificado. Ensayar según ASTM G28.

• No → Negociar con el propietario la aceptación de la soldadura tal como se realizó o de un alivio de tensiones a baja temperatura (<400 °C), con la comprensión de que este último no aporta beneficio alguno.

Pregunta 3: ¿Es la soldadura una unión de metales disímiles (Hastelloy con acero al carbono) en la que el lado de acero requiere PWHT?

• Sí → Utilizar calentamiento gradual para mantener el Hastelloy por debajo de 400 °C mientras se calienta el acero a 620–650 °C. Calificar mediante termopares.

• No → Volver al estado tras soldadura.

Palabra Final

Las soldaduras de tuberías de Hastelloy son algunas de las más tolerantes del sector: no requieren un tratamiento térmico post-soldadura (PWHT) para la relajación de tensiones y, de hecho, el PWHT convencional a 600–900 °C destruye su resistencia a la corrosión. El único tratamiento térmico adecuado para esta familia de aleaciones es un recocido completo en solución por encima de 1100 °C seguido de una rápida temple, lo cual rara vez es factible en campo.

Si se le solicita realizar un PWHT en Hastelloy C‑276 o C‑22, cuestione el requisito con cortesía pero firmeza y proporcione la evidencia técnica correspondiente. En los casos excepcionales en que el tratamiento térmico sea inevitable (B‑3, trabajo en frío severo o exigencia del propietario), califique el procedimiento mediante ensayos de corrosión y utilice un control estricto de la temperatura para evitar el rango peligroso de precipitación.