Tratamento Térmico no Local de Soldas em Tubos de Hastelloy: Por Que o TRP Local Raramente É Necessário e Quando É Obrigatório

Tratamento Térmico no Local de Soldas em Tubos de Hastelloy: Por Que o TRP Local Raramente É Necessário e Quando É Obrigatório

Se você já trabalhou com tubos de aço carbono ou aço de baixa liga, sabe que o tratamento térmico pós-soldagem (TRP) é rotineiro – alivia tensões residuais, revene microestruturas duras e previne trincas por hidrogênio. Portanto, ao passar para o Hastelloy (C-276, C-22, B-3, etc.), você pode supor que o TRP é igualmente importante. Não é.

De fato, o TRP local de soldas em tubos de Hastelloy no campo raramente é necessário – e, se for feito incorretamente, pode realmente prejudicar a resistência à corrosão da liga. No entanto, existem circunstâncias específicas e incomuns nas quais o tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) torna-se obrigatório. Este artigo explica por que o Hastelloy geralmente dispensa o PWHT, quando ele não pode ser evitado e como realizar corretamente o tratamento térmico local no campo.

Por que as soldas em Hastelloy normalmente não exigem PWHT

Diferentemente dos aços ferríticos e martensíticos, ligas de níquel com solução sólida, como o Hastelloy C-276, não sofrem transformação de fase ao esfriar. Elas não apresentam preocupações relacionadas à temperabilidade e não são suscetíveis à fissuração induzida por hidrogênio (exceto em condições ácidas muito específicas). Mais importante ainda:

• Nenhuma formação de martensita – O resfriamento rápido após a soldagem não produz uma estrutura frágil e sensível à fissuração.

• Alta ductilidade na condição como soldada – O metal de solda e a zona afetada termicamente (ZAT) do C-276, devidamente soldados, apresentam alongamentos de 20–30%.

• A sensitização por carbonetos não é o mesmo fenômeno – Embora o aço inoxidável da série 300 exija tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) para evitar a precipitação de carbonetos de cromo, a liga Hastelloy C-276 possui baixo teor de carbono (≤0,01 %) e forma carbonetos menos prejudiciais. Sua sensibilização (fase mu) ocorre na faixa de 600–1000 °C, mas um PWHT de alívio de tensões exigiria o reaquecimento nessa faixa — justamente o que se deseja evitar.

Ponto-chave: Realizar um PWHT de alívio de tensões na liga C-276 a 500–700 °C, na verdade, causar promoveria a precipitação da fase mu e reduziria a resistência à corrosão. A liga foi projetada para ser utilizada no estado solubilizado ou como soldada.

Aceitação Normativa da Hastelloy Como Soldada

• ASME B31.3 (Tubulações de Processo) – A Tabela 331.1.1 lista os materiais que exigem PWHT com base na espessura e no número do grupo. A liga Hastelloy C-276 (grupo 45) não apresenta requisito obrigatório de PWHT independentemente da espessura da parede, salvo se as condições de serviço (por exemplo, serviço letal) ou o proprietário assim o exigirem.

• ASME Seção VIII Div. 1 – Nenhuma PWHT obrigatória para ligas austeníticas e de níquel (UHA‑34). No entanto, se o material tiver sido conformado a frio durante a fabricação, pode ser necessário um recozimento de solução para restaurar as propriedades.

Quando a PWHT (ou o recozimento de solução) é realmente exigida?

Há cinco cenários em que o tratamento térmico das soldas de tubos de Hastelloy torna-se obrigatório. Observe que a maioria envolve recozimento completo de solução , e não simples alívio de tensões.

1. Conformação a frio severa (dobragem, expansão) sem recozimento subsequente

Se um tubo de Hastelloy for dobrado a frio com um raio pequeno (deformação > 10–15%), a região deformada a frio pode apresentar ductilidade reduzida e dureza aumentada. Os códigos podem exigir um recozimento completo de solução após a conformação a frio.

Exemplo: A norma ASME B31.3, parágrafo 332.2.2, estabelece que deformações superiores a 5% em ligas de níquel, decorrentes de conformação a frio, podem exigir tratamento térmico para restaurar as propriedades. Para o Hastelloy, recomenda-se recozimento de solução a 1120–1180 °C seguido de têmpera em água.

2. Serviço letal ou serviço cíclico severo

Algumas especificações dos proprietários exigem o tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) para todas as soldas de vasos de pressão e tubulações, independentemente do material, quando o fluido for letal (por exemplo, fosgênio, HF). Nesses casos, o objetivo é eliminar qualquer tensão residual de tração que possa contribuir para a fissuração por corrosão sob tensão (SCC). Embora o Hastelloy seja altamente resistente à SCC, os proprietários ainda podem exigir um PWHT de alívio de tensões – porém isso é raro e deve ser qualificado.

3. Soldas entre Metais Dissimilares (Hastelloy e Aço Carbono)

Ao soldar Hastelloy a aço carbono utilizando um metal de adição à base de níquel (por exemplo, ERNiCrMo‑4), o lado do aço carbono apresenta uma zona afetada pelo calor que pode ficar dura e suscetível à fissuração por hidrogênio. O PWHT do aço carbono (normalmente 620–650 °C) é obrigatório caso a espessura do aço exceda os limites estabelecidos pelos códigos. Contudo, essa temperatura encontra-se na faixa perigosa para o Hastelloy (precipitação da fase mu). A solução: aplicar um pWHT localizado que aquece apenas o lado de aço carbono, mantendo o Hastelloy abaixo de 400 °C – uma técnica difícil, mas possível.

4. Algumas ligas da família Hastelloy – B-3 e B-2

O Hastelloy B-3 (UNS N10675) é uma liga de níquel-molibdênio destinada a ácidos redutores. É mais propenso à precipitação de carbonetos e ao ataque intergranular do que o C-276. Para o B-3, o fabricante (Haynes International) recomenda recozimento em solução após a soldagem para máxima resistência à corrosão, especialmente em serviços químicos agressivos. O tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) no campo para o B-3 raramente é viável, portanto a maior parte da soldagem de B-3 é realizada em oficinas, onde é possível o recozimento completo em forno.

5. Prevalência de normas ou especificações do cliente

Ocasionalmente, um engenheiro ou cliente irá ordenar PWHT para todas as soldas de alto liga ou liga de níquel por uma abundância de precaução. Se tal aparecer no caderno de especificações do projecto, deve seguir o seu exemplo mas deve dar uma justificação técnica. Se a HTP é inevitável, deve realizar um procedimento qualificado que evite a sensibilização (ver secção seguinte).

O perigo da PWHT convencional em Hastelloy

O alívio de tensões convencional (por exemplo, aquecimento a 600650°C e arrefecimento lento) é prejudiciais para a maioria das notas Hastelloy. Os efeitos:

Resumo: Se você aplicar uma patamar de 620 °C em uma solda de Hastelloy C-276, reduzirá sua resistência à corrosão por picos do PREN ~60 para PREN ~30 – tornando-a não melhor do que o aço inoxidável 316L.

Execução correta do PWHT local – o caso raro

Se for absolutamente necessário executar o PWHT (por exemplo, em uma junta soldada de metais dissimilares ou por exigência do proprietário), siga rigorosamente estas diretrizes para evitar danos ao Hastelloy.

Etapa 1 – Determinar a temperatura exigida para o PWHT

• Para alívio de tensões apenas (não é uma têmpera completa) – Manter a temperatura abaixo de 400 °C . Isso não tem efeito sobre as tensões residuais, mas também não provoca precipitação prejudicial. Algumas normas aceitam esse tratamento como "alívio de tensões em baixa temperatura".

• Para recozimento completo de solução – Aquecer a 1120–1180 °C, manter nessa temperatura por 1 hora a cada 25 mm de espessura e, em seguida, resfriar bruscamente em água. Esse procedimento raramente é viável no campo devido à necessidade de um forno ou de uma grande bobina de indução com sistema de resfriamento.

Para soldas dissimilares (Hastelloy com aço carbono), o aço carbono requer 620–650 °C. É necessário proteger o Hastelloy mediante:

• Utilizando um faixa de gradiente – aquecendo apenas o lado do aço enquanto se resfria o lado do Hastelloy com água ou ar comprimido.

• Manter a temperatura do Hastelloy sempre abaixo de 400 °C.

• Monitoramento com pelo menos quatro termopares (dois em cada lado da solda).

Etapa 2 – Utilizar Equipamentos Adequados de Aquecimento e Resfriamento

• Aquecimento: O aquecimento por indução fornece controle preciso e localizado. O aquecimento por resistência (almofadas cerâmicas) também é aceitável, desde que seja possível manter os gradientes de temperatura.

• Refrigerador: Para a têmpera em solução, é necessário o resfriamento por imersão em água — impossível na maioria das soldas realizadas em campo. Para a alívio de tensões abaixo de 400 °C, o resfriamento ao ar é adequado.

Etapa 3 – Qualificação por Ensaio de Corrosão

Antes de realizar a TPI de campo em uma solda de produção, qualifique o procedimento em uma amostra-teste. Realize o ensaio ASTM G28 Método A (ensaio com sulfato férrico–ácido sulfúrico) nas amostras na condição como soldada e após a TPI. Critério de aceitação: taxa de corrosão ≤ 0,5 mm/ano. Se a amostra submetida à TPI não atender ao critério, esse procedimento não poderá ser utilizado.

Etapa 4 – Documentar Tudo

Registre os gráficos tempo–temperatura, as posições dos termopares, o método de resfriamento e os resultados dos ensaios de corrosão. Essa documentação é obrigatória para conformidade com os códigos aplicáveis.

Orientação Prática: Quando Recusar a TPI

Se um cliente ou inspetor solicitar a TPI (Tratamento Térmico Pós-Soldagem) de uma solda em tubo de Hastelloy C‑276, faça estas perguntas:

1. Qual é a cláusula específica do código que exige a TPI? (A ASME B31.3 não a exige. A ASME Seção VIII também não a exige para ligas de níquel com solução sólida.)

2. Qual é o benefício pretendido? (Alívio de tensões residuais? O Hastelloy apresenta alta resistência à corrosão sob tensão (CST). Trincas por hidrogênio? Não representa risco com processos de soldagem de baixo hidrogênio.)

3. Você sabe que o alívio convencional de tensões (600 °C) provocará a formação da fase mu e comprometerá a resistência à corrosão?

4. O cliente aceitará um alívio de tensões em baixa temperatura (< 400 °C), sem benefício algum, ou uma têmpera completa (≥ 1120 °C) com resfriamento em água – o que é impraticável no campo?

Em quase todos os casos, a resposta correta é: Nenhuma TPI exigida. Utilize o procedimento de soldagem qualificado na condição como soldado.

Tabela: Requisitos de Tratamento Térmico para as Principais Ligas Hastelloy

Resumo: Fluxograma de Decisão para Tratamento Térmico no Campo

Início: Soldagem de tubo de Hastelloy no campo.

Pergunta 1: O serviço é letal, sujeito a ciclos severos ou a especificação do proprietário exige tratamento térmico pós-soldagem (PWHT)?

• Não → Prosseguir na condição como soldado. Concluído.

• Sim → Ir para a Questão 2.

Pergunta 2: A têmpera completa em solução (≥1120 °C + resfriamento em água) é viável no campo?

• Sim (por exemplo, forno de indução portátil com anel de resfriamento) → Realizar têmpera em solução qualificada. Ensaio conforme ASTM G28.

• Não → Negociar com o proprietário para aceitar a condição como soldado ou uma "redução de tensões" em baixa temperatura (<400 °C), com o entendimento de que tal tratamento não oferece benefício algum.

Pergunta 3: A solda é uma junta de metais dissimilares (Hastelloy com aço carbono), na qual o lado de aço requer tratamento térmico pós-soldagem (PWHT)?

• Sim → Utilizar aquecimento por gradiente para manter o Hastelloy abaixo de 400 °C enquanto se aquece o aço a 620–650 °C. Qualificar com termopares.

• Não → Retorne ao estado como soldado.

Última Palavra

As soldas em tubos de Hastelloy estão entre as mais tolerantes da indústria — não exigem tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) para alívio de tensões, e, de fato, o PWHT convencional a 600–900 °C destrói sua resistência à corrosão. O único tratamento térmico adequado para essa família de ligas é uma têmpera completa em solução acima de 1100 °C seguida de têmpera rápida, o que raramente é viável no campo.

Se lhe for solicitado executar um PWHT em Hastelloy C-276 ou C-22, questione o requisito de forma educada, mas firme. Apresente as evidências técnicas. Nos raros casos em que o tratamento térmico é inevitável (B-3, trabalho a frio severo ou determinação do proprietário), qualifique o procedimento com ensaios de corrosão e utilize um controle rigoroso de temperatura para evitar a faixa perigosa de precipitação.