Soldabilidad de la tubería de acero de aleación ASTM A335

Por qué la tubería de aleación A335 necesita un procedimiento de soldadura controlado

ASTM A335 cubre tuberías de acero de aleación ferrítica sin costura para servicio a alta temperatura. Los grados P5, P9, P11, P22 y P91 se clasifican por su contenido de cromo y molibdeno y se seleccionan por su resistencia a la fluencia y al ataque de hidrógeno a alta temperatura en tuberías de refinerías, petroquímicas y centrales eléctricas. Los elementos de aleación que ofrecen este rendimiento a temperatura elevada también aumentan la templabilidad, por lo que la zona de una soldadura afectada por el calor puede endurecerse bruscamente y perder dureza cuando no se controlan la entrada de calor, el precalentamiento y la velocidad de enfriamiento. Por lo tanto, la soldabilidad de la tubería A335 se logra mediante un procedimiento de soldadura calificado y no únicamente mediante la selección del metal de aportación.

Requisitos de tracción de los grados comunes A335

El cromo proporciona resistencia a la oxidación y a la corrosión en caliente, el molibdeno proporciona refuerzo en solución sólida y resistencia a la fluencia, y las adiciones de vanadio y niobio en P91 le dan a ese grado un límite elástico y de tracción mínimo notablemente más alto que los grados de 1,25Cr a 2,25Cr. Debido a que la resistencia se desarrolla a través del equilibrio de la aleación y las condiciones del tratamiento térmico, la unión soldada tiene que reproducir tanto la química como la microestructura de la tubería principal.

Selección del proceso de soldadura y metal de aportación

Para los grados 1,25Cr y 2,25Cr, es una práctica establecida la soldadura por arco de tungsteno con gas con un electrodo ER80S-B2 o ER80S-B2L para la raíz y el paso en caliente, seguida de la soldadura por arco metálico protegido con electrodos E8018-B2 o E8015-B2. La clasificación B2 coincide estrechamente con la composición del metal base y responde de manera predecible al tratamiento térmico posterior a la soldadura. Para los grados 9Cr-1Mo-V como P91, se utilizan consumibles coincidentes del tipo ER90S-B9 y E9015-B9, y se registran el gas de protección, la velocidad de desplazamiento y la entrada de calor para que la unión se pueda repetir exactamente.

Cuando el tratamiento térmico posterior a la soldadura no sea práctico, por ejemplo en algunas soldaduras en sitio o en uniones diferentes, se puede seleccionar en su lugar un electrodo austenítico del tipo E309Mo-16. Las uniones austeníticas de este tipo se evalúan para determinar el desajuste de expansión térmica y las condiciones de servicio de una conexión de metal diferente, y el procedimiento se califica por separado. La limpieza de la cara de la junta, los electrodos secos y el gas protector seco son esenciales, porque la humedad es la principal fuente de hidrógeno difusible en esta familia de materiales.

Precalentamiento, temperatura entre pasadas y tratamiento térmico posterior a la soldadura

El precalentamiento elimina la humedad de la superficie y reduce la velocidad de enfriamiento de la junta. Las prácticas típicas de esta familia son un mínimo de aproximadamente 150 grados C para el grado 1,25 Cr y 200 grados C o más para los grados 2,25 Cr y 9 Cr, con una temperatura entre pasadas normalmente mantenida por debajo de aproximadamente 300 grados C para evitar el crecimiento del grano y la pérdida de dureza. Se aplica calentamiento sobre una banda generosa a ambos lados de la junta para que toda la sección alcance temperatura.

Después de la soldadura, el tratamiento térmico posterior a la soldadura normalmente se lleva a cabo en el rango de 700 a 760 grados C, con la banda exacta establecida por el código de construcción vigente junto con el grado y el espesor de la pared. El tratamiento templa la zona endurecida afectada por el calor, restaura la dureza y alivia las tensiones residuales. Se utilizan velocidades de calentamiento y enfriamiento controladas y se colocan termopares para confirmar que toda la circunferencia ha alcanzado la temperatura de mantenimiento durante el tiempo requerido.

Defectos a Vigilar y Puntos de Inspección

Agrietamiento inducido por hidrógeno en la zona afectada por el calor, evitado mediante precalentamiento, consumibles secos y una temperatura adecuada entre pasadas.

Recalentamiento del craqueo en los grados 2,25Cr y 9Cr, gestionado mediante entrada de calor controlada y temperatura de tratamiento térmico correcta.

Falta de fusión y penetración incompleta, controladas por la preparación de la junta, el ajuste y la técnica del soldador en lugar de solo por el aporte de calor.

Dureza excesiva, verificada mediante un estudio de dureza de la soldadura con una aceptación comúnmente establecida en 250 HV10 o menos en la zona afectada por el calor.

Zonas blandas o sobretempladas causadas por un calentamiento desigual durante el tratamiento térmico, que se evitan mediante la correcta colocación y aislamiento del termopar.

Se aplica un examen radiográfico o ultrasónico a la junta terminada, y cada soldadura es rastreable hasta la especificación del procedimiento de soldadura calificado y los registros de desempeño del soldador para el proceso utilizado.

Preguntas frecuentes

P: ¿Se pueden soldar tuberías ASTM A335 P11 sin precalentar?
No. La composición de 1,25Cr-0,5Mo se endurece en la zona afectada por el calor, por lo que se utiliza un precalentamiento controlado de aproximadamente 150 grados C o más junto con el procedimiento calificado.

P: ¿Qué metal de aportación se utiliza para la tubería A335 P22?
Los grados 2,25Cr-1Mo normalmente se sueldan con ER80S-B2 o ER80S-B2L para la raíz y E8018-B2 o E8015-B2 para relleno y tapa, que coincide con el metal base y responde de manera predecible al tratamiento térmico.

P: ¿Siempre se requiere un tratamiento térmico posterior a la soldadura?
Se requiere para la mayoría de las juntas de 1,25Cr a 9Cr por encima de los umbrales de espesor del código de construcción vigente, y siempre se aplica cuando el servicio exige dureza y tenacidad controladas en la zona afectada por el calor.

P: ¿Qué sucede si se suelda una tubería A335 sin control entre pasadas?
Una temperatura excesiva entre pasadas engrosa la microestructura, reduce la tenacidad y puede hacer que sea imposible alcanzar los resultados requeridos de impacto o dureza, por lo que la temperatura entre pasadas se mide y registra durante la soldadura.

P: ¿En qué se diferencia una soldadura P91 de una soldadura P22?
P91 es un grado 9Cr-1Mo-V-Nb con mayor rendimiento mínimo y resistencia a la tracción, por lo que utiliza consumibles de 9Cr compatibles, un control más estricto de la entrada de calor y una banda de tratamiento térmico estrechamente especificada en comparación con el grado 2,25Cr.

P: ¿Cómo se confirma la calidad de la soldadura en tuberías de aleación?
Mediante examen radiográfico o ultrasónico de la unión completa, mediante un estudio de dureza de la zona afectada por el calor y mediante la revisión de la calificación del procedimiento de soldadura y los registros del soldador.