En la fabricación de acero estructural, la calidad de la soldadura afecta directamente la resistencia, durabilidad y seguridad de la estructura final. Para componentes estructurales críticos, aceros aleados, placas de acero gruesas y uniones soldadas altamente restringidas, el precalentamiento adecuado antes de la soldadura y el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) pueden desempeñar un papel importante en el control del agrietamiento, la reducción de la tensión residual y la mejora del rendimiento general de las uniones soldadas.

1. ¿Por qué es importante precalentar antes de soldar?

El precalentamiento se refiere a calentar el metal base alrededor del área de soldadura a una temperatura específica antes de que comience la soldadura. La temperatura de precalentamiento requerida depende de factores como la calidad del acero, el carbono equivalente, el espesor del material, los consumibles de soldadura, la sujeción de las juntas, el proceso de soldadura y la temperatura ambiente.

Los principales beneficios del precalentamiento incluyen:

Reducir el riesgo de craqueo inducido por hidrógeno

El precalentamiento reduce la velocidad de enfriamiento de la soldadura y la zona afectada por el calor (HAZ). Esto le da al hidrógeno difusible más tiempo para escapar de la junta soldada y reduce la formación de microestructuras duras y quebradizas.

Como resultado, se puede reducir significativamente el riesgo de craqueo inducido por hidrógeno y craqueo en frío.

Reducir el estrés residual de la soldadura

Durante la soldadura, el acero cerca de la soldadura se calienta rápidamente mientras que el material circundante permanece relativamente frío. Esta diferencia de temperatura crea gradientes térmicos, deformaciones y tensiones residuales.

Un precalentamiento adecuado reduce la diferencia de temperatura entre el área soldada y el acero circundante, lo que permite que la unión soldada se enfríe de manera más gradual y uniforme.

Esto ayuda a reducir la tensión de soldadura y minimiza la posibilidad de agrietamiento y distorsión.

Reducir los efectos de restricción de las articulaciones

Las uniones soldadas muy restringidas son más susceptibles a agrietarse porque la contracción durante el enfriamiento no puede ocurrir libremente.

El precalentamiento puede reducir la gravedad de la contracción térmica y es particularmente útil para placas gruesas, uniones complejas y conexiones muy restringidas.

En muchos casos, aumentar la temperatura de precalentamiento adecuada puede ayudar a reducir la probabilidad de que se produzcan grietas en la soldadura.

2. ¿Cómo se debe determinar la temperatura de precalentamiento?

La selección de temperaturas de precalentamiento y entre pasadas no debe basarse únicamente en el espesor del material.

Se deben considerar varios factores, entre ellos:

• Grado de acero y composición química.

• Equivalente de carbono

• Espesor de la placa

• Consumibles de soldadura

• Proceso de soldadura

• Configuración conjunta

• Restricción estructural

• Temperatura ambiente

• Entrada de calor

• Códigos de soldadura aplicables y especificaciones del proyecto.

El calentamiento uniforme es igualmente importante.

La temperatura de precalentamiento debe ser razonablemente uniforme en todo el espesor del acero y a lo largo del área de soldadura. El calentamiento desigual puede crear estrés térmico adicional en lugar de reducirlo.

Para el precalentamiento local, el área calentada debe extenderse lo suficiente más allá de ambos lados de la soldadura para garantizar una distribución de temperatura estable y uniforme.

El ancho y la temperatura exactos del calentamiento siempre deben seguir la especificación del procedimiento de soldadura ( WPS ) aplicable, los requisitos de ingeniería y los estándares de soldadura relevantes.

3. ¿Por qué es importante el tratamiento térmico posterior a la soldadura?

El tratamiento térmico posterior a la soldadura se realiza después de la soldadura para controlar la tensión residual, reducir el contenido de hidrógeno y mejorar la microestructura y las propiedades mecánicas de las uniones soldadas.

Dependiendo del grado del acero, el espesor, las condiciones de servicio y las especificaciones de soldadura, el tratamiento térmico posterior a la soldadura puede proporcionar varios beneficios.

Eliminación de hidrógeno

Después de soldar, puede quedar hidrógeno difusible en el metal de soldadura y en la zona afectada por el calor.

Para ciertos aceros y uniones soldadas críticas, se puede aplicar un tratamiento de eliminación de hidrógeno a baja temperatura controlada poco después de la soldadura.

Calentar la junta soldada durante un período específico puede acelerar la difusión y liberación de hidrógeno, reduciendo así el riesgo de craqueo retardado por hidrógeno.

La temperatura real y el tiempo de mantenimiento deben determinarse según el grado del acero, el procedimiento de soldadura, el espesor de la junta y las normas aplicables.

Reducción del estrés residual de la soldadura

La soldadura provoca calentamiento y enfriamiento altamente localizados. Debido a que el componente soldado está restringido por el material circundante y la geometría de la junta, las tensiones residuales permanecen en la estructura después de la soldadura.

Una tensión residual excesiva puede contribuir a:

• Deformación de soldadura

• Concentración de estrés

• Rendimiento de fatiga reducido

• Mayor riesgo de agrietamiento

• inestabilidad dimensional

El tratamiento térmico para aliviar tensiones calienta el componente soldado a una temperatura controlada y lo mantiene durante un período específico, permitiendo que las tensiones internas se redistribuyan y relajen.

Dependiendo del tamaño del componente y de los requisitos del proyecto, el tratamiento térmico se puede realizar en todo el componente o localmente alrededor de la junta soldada.

Mejora de la microestructura de soldadura

Algunos aceros aleados y aceros de alta resistencia pueden desarrollar microestructuras endurecidas o quebradizas en la zona afectada por el calor después de la soldadura.

Si estas microestructuras permanecen juntas con una alta tensión residual e hidrógeno, la unión soldada puede volverse más susceptible a agrietarse o fallar por fragilidad.

Un tratamiento térmico adecuado puede ayudar a mejorar la estructura metalúrgica de la unión soldada y puede mejorar:

• Tenacidad

• Ductilidad

• Estabilidad dimensional

• Resistencia al agrietamiento

• Rendimiento mecánico general

4. Proceso general de precalentamiento y tratamiento térmico posterior a la soldadura

Un proceso típico de control de calidad de soldadura puede incluir:

Identificación de materiales → Revisión del procedimiento de soldadura → Precalentamiento → Inspección de temperatura → Soldadura → Control de temperatura entre pasadas → Inspección de soldadura → Eliminación de hidrógeno o PWHT cuando sea necesario → Inspección final

El control de la temperatura debe controlarse durante todo el proceso de soldadura utilizando equipos de medición adecuados.

Para proyectos críticos de estructuras de acero, el procedimiento de soldadura, la temperatura de precalentamiento, la temperatura entre pasadas y los requisitos de tratamiento posterior a la soldadura deben definirse claramente en el WPS aprobado y en la documentación de calidad del proyecto.

5. ¿Se requiere precalentamiento y PWHT para cada estructura de acero?

No.

No todas las estructuras de acero soldadas requieren precalentamiento o tratamiento térmico posterior a la soldadura.

La necesidad de estos procesos depende de factores como:

• Grado de material de acero

• Equivalente de carbono

• Espesor de la placa

• Importancia estructural

• Restricción conjunta

• Proceso de soldadura

• Condiciones de servicio

• Normas internacionales aplicables

• Requisitos de ingeniería específicos del proyecto

Para componentes ordinarios de acero al carbono con secciones relativamente delgadas y baja restricción de las juntas, es posible que no se requiera un tratamiento térmico extenso.

Sin embargo, para placas gruesas, aceros de alta resistencia, aceros aleados, elementos críticos de carga o uniones soldadas muy restringidas, el control de la temperatura se vuelve mucho más importante.

Conclusión

El precalentamiento y el tratamiento térmico posterior a la soldadura no son simplemente procedimientos de soldadura adicionales. Cuando lo requieren el material, el diseño de la junta, el procedimiento de soldadura o las especificaciones de ingeniería, son medidas importantes de control de calidad para mejorar la confiabilidad de las juntas soldadas de acero estructural.

El control adecuado de la temperatura puede ayudar a reducir el agrietamiento inducido por el hidrógeno, controlar las velocidades de enfriamiento, reducir la tensión residual, minimizar la distorsión y mejorar la dureza y el rendimiento general de las conexiones soldadas.

En ZSJH STEEL , los parámetros de soldadura se controlan de acuerdo con los procedimientos de fabricación aprobados, las especificaciones del proyecto, los requisitos de materiales y los estándares de calidad aplicables. Desde la preparación del material y la soldadura hasta la inspección, el tratamiento de superficies y la entrega final, brindamos servicios integrados de fabricación de acero estructural para proyectos industriales y comerciales en todo el mundo.

¿Busca un socio confiable en la fabricación de acero estructural?

Envíenos sus dibujos, especificaciones técnicas o requisitos del proyecto. Nuestro equipo de ingeniería y producción puede brindar soporte personalizado para la fabricación de estructuras de acero, soldadura, inspección de calidad, empaque, entrega para exportación y orientación sobre instalación.