El proceso de soldadura puede generar tensiones internas en los materiales debido al calentamiento y enfriamiento desigual. Estas tensiones pueden comprometer la integridad y durabilidad de las estructuras soldadas, lo que hace que el alivio de tensiones post-soldadura sea un paso crítico en la fabricación y reparación de componentes metálicos. En este artículo, discutiremos la importancia del alivio de tensiones post-soldadura, sus métodos y cómo aplicarlo correctamente para garantizar una estructura soldada de alta calidad.
¿Por qué es necesario el alivio de tensiones post-soldadura?
La soldadura produce tensiones residuales en la zona afectada por el calor (ZAC) y en la zona de fusión del material base. Estas tensiones, si no se tratan adecuadamente, pueden tener efectos perjudiciales en la vida útil y el rendimiento de las estructuras soldadas:
- Reducción de la resistencia: Las tensiones residuales pueden disminuir la resistencia general de la unión soldada, aumentando la probabilidad de fallas prematuras.
- Deformación: Las tensiones internas pueden causar deformaciones en el material base, lo que dificulta la alineación y montaje de componentes.
- Fisuras: Las tensiones residuales pueden generar fisuras en la ZAC o en la soldadura, lo que compromete la integridad estructural.
- Corrosión: Las tensiones internas pueden acelerar la corrosión en la ZAC, disminuyendo la vida útil de la unión soldada.
Métodos de alivio de tensiones post-soldadura
Existen varios métodos para aliviar las tensiones residuales después de la soldadura. Los más comunes son:
- Tratamiento térmico post-soldadura (PWHT): Este método implica calentar la pieza soldada a una temperatura específica, mantenerla durante un tiempo determinado y luego enfriarla lentamente a temperatura ambiente. El PWHT reduce las tensiones residuales y mejora la resistencia al impacto y la ductilidad de la soldadura y la ZAC.
- Vibración: La aplicación de vibraciones mecánicas controladas puede ayudar a redistribuir y reducir las tensiones residuales en la estructura soldada.
- Martilleo: El martilleo manual o mecánico en la ZAC y la soldadura puede inducir tensiones compresivas y ayudar a aliviar las tensiones residuales.
- Corte por relieve: Este método implica realizar cortes estratégicos en la pieza soldada para permitir la redistribución de las tensiones residuales y luego volver a soldar los cortes.
Alivio de Tensiones Post-Soldadura
El alivio de tensión en la soldadura es un proceso de tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) que se utiliza para aliviar las tensiones residuales producidas por el enfriamiento rápido después de la soldadura en el componente soldado.
La soldadura es un proceso que a menudo puede generar altos niveles de tensión en la pieza soldada. Esto se debe al hecho de que durante la soldadura, la pieza se calienta a una temperatura alta y luego se enfría rápidamente. Esto puede crear tensiones en la pieza que pueden provocar grietas u otros problemas.
Una forma de aliviar estas tensiones es usar un proceso de enfriamiento controlado en el horno. Esto implica el calentamiento y enfriamiento controlados de la parte soldada a una temperatura particular y luego mantenerla a esta temperatura durante un período de tiempo específico, llamado tiempo de espera.
¿Por qué se requiere el tratamiento térmico para aliviar el estrés (PWHT)?
PWHT es un proceso importante para garantizar la calidad de las uniones soldadas y puede ayudar a mejorar el rendimiento y la vida útil del producto terminado. En muchos casos, también se puede utilizar para evitar el agrietamiento y otros problemas que pueden ocurrir debido a los altos niveles de tensión en el material.
El tratamiento térmico de alivio de tensión es un proceso en el que el metal se calienta a una temperatura específica y luego se enfría a un ritmo controlado. Se usa comúnmente en piezas que son propensas a agrietarse por tensión o distorsionarse.
El tratamiento térmico para aliviar el estrés se utiliza para:
- Mejorar la ductilidad,
- Aliviar las tensiones internas,
- Alivie las tensiones residuales y
- Refinar la estructura granular de los metales.
- Evita cambios dimensionales en los metales.
- Mejorar la resistencia a la fatiga de los metales.
Uno de los beneficios del tratamiento térmico de alivio de tensión es que puede ayudar a prevenir cambios dimensionales en los metales. Cuando los metales se calientan, se expanden y cuando se enfrían, se contraen.
Esta expansión y contracción térmica puede hacer que las piezas se deformen o distorsionen. Al aliviar las tensiones internas en los metales, podemos ayudar a minimizar estos cambios dimensionales.
Métodos para aliviar el estrés en la soldadura
Existen varios métodos que se pueden utilizar para aliviar la tensión de una pieza soldada (Alivio de tensión en la soldadura). Los tres métodos más comunes para aliviar el estrés en la soldadura son:
- El alivio del estrés por tratamiento térmico también se denomina tratamiento térmico SR,
- Granallado, y
- Alivio del estrés por vibración, también conocido como VSR.
1. Alivio del estrés por tratamiento térmico
El mejor método para aliviar las tensiones es recocer las soldaduras. Desafortunadamente, esto solo se puede lograr en hornos que normalmente difícilmente pueden acomodar componentes/estructuras soldadas de cualquier importancia.
El tratamiento de alivio de tensiones, por lo tanto, es obligatorio solo para artículos esenciales, como tambores de calderas y recipientes de alta presión. En algunos casos, este tratamiento térmico puede provocar deformaciones.
El tratamiento de alivio de tensión que se suele dar a los componentes soldados depende de la composición del material. La siguiente tabla enumera los rangos de temperatura utilizados para el tratamiento térmico posterior a la soldadura para aliviar el estrés de varios tipos de materiales. (Referencia ASME B31.3, Tabla 331.1.1 ).
La energía para PWHT puede ser de petróleo, propano o gas natural o electricidad. El calor se puede aplicar localmente o los componentes soldados se pueden encerrar completamente en un horno.
Las temperaturas PWHT , generalmente en el rango de 540 a 815°C, reducen las tensiones internas y ayudan a suavizar las áreas endurecidas en la ZAT . El trabajo se calienta a una temperatura determinada, se mantiene a la temperatura seleccionada durante un tiempo de remojo apropiado y luego se deja enfriar, tanto el calentamiento como el enfriamiento se someten a un gradiente de temperatura controlado, como 100-200 °C por hora para espesores de hasta 25 mm. y tasas más lentas para placas más gruesas, según el código que se siga.
El calor localizado se puede aplicar usando almohadillas aislantes flexibles y calentadores eléctricos para los dedos. Estos están disponibles en una variedad de formas con los elementos aislados con perlas de cerámica y alimentados desde la fuente de alimentación de soldadura o un transformador auxiliar a 60-80 voltios. Las almohadillas se conectan en paralelo según sea necesario y se cubren con material aislante para conservar el calor.
2. Alivio del estrés mediante granallado
El granallado es un proceso que se puede utilizar para aliviar la tensión en los metales. Se trata de disparar pequeños tiros a la superficie metálica. Este proceso puede aumentar la vida de fatiga del metal hasta tres veces. También se puede utilizar para mejorar el rendimiento de las uniones soldadas.
El impacto de las bolas de metal crea pequeñas muescas en la superficie del objeto de metal. Estas muescas ayudan a aliviar la tensión en el objeto de metal y lo hacen más fuerte.
El granallado es una forma efectiva de aliviar la tensión en los objetos metálicos. El proceso es simple y no requiere mucho equipo. También es relativamente económico.
3. Alivio del estrés por vibración Alivio del estrés
El alivio de tensión vibratoria (VSR) es un método basado en resonancia para aliviar la tensión residual y estabilizar metales. Este es un método no térmico, por lo tanto, no hay distorsión ni cambio en la resistencia a la tracción.
La energía se introduce en el componente, para aliviar la tensión, por medio de vibraciones de baja frecuencia (10 a 220 ciclos/segundo) y de alta amplitud, y se puede aplicar con éxito a piezas que pesan desde kg hasta equipos que pesan hasta 150 toneladas.
Para las fabricaciones soldadas, se puede aliviar la tensión durante la soldadura, lo que es muy útil para prevenir la acumulación de tensión residual que puede provocar el agrietamiento de la soldadura o la distorsión de algunas secciones.
