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P: al hacer ensayos con líquidos penetrantes (PT, por sus siglas en inglés) de aceros inoxidables, muchos códigos y especificaciones establecen que los materiales penetrantes sean libres de sulfuros, cloruros y fluoruros. ¿Por qué esto es importante y qué significa?

R: estos contaminantes pueden llevar a diversos problemas de agrietamiento y corrosión en aceros inoxidables austeníticos y dúplex.

Códigos, estándares y especificaciones

AWS D1.6, Structural Welding Code — Stainless Steel (Código de soldadura estructural – Acero inoxidable), incluye en el párrafo 8.14.4, “Para detectar discontinuidades que están abiertas hasta la superficie, puede usarse el ensayo PT, siempre y cuando sea adecuado para acero inoxidable. Para PT deben usarse los métodos estándar establecidos en ASTM E165” (Ref. 1). ¿Qué significa “adecuado para acero inoxidable”?

AWS D10.4, Guide for Welding Austenitic Stainless Steel Piping and Tubing (Guía para soldadura de conductos y tubos de acero inoxidable austenítico), establece que debe tenerse cuidado al remover materiales de aceros inoxidables austeníticos que contengan cualquier forma de sulfuro, especialmente si el elemento soldado se va a tratar térmicamente o si va a estar en uso a alta temperatura. El sulfuro puede contaminar la superficie y afectar seriamente la resistencia a la corrosión y a la escamación, y causar agrietamiento intergranular (Ref. 2).

Este estándar además aborda que probablemente los peores contaminantes son los cloruros y los fluoruros, los cuales pueden causar picadura fuerte y agrietamiento por corrosión bajo tensión de aceros inoxidables austeníticos. Éste identifica fuentes comunes de cloruros y fluoruros como pinturas y marcadores, solventes clorados, agua del ensayo a presión hidráulica y aceites de maquinado o corte. Éstos necesitan removerse por completo mediante solventes no clorados y agua destilada.

D10.4 además identifica otros contaminantes que deben removerse, que incluyen penetrantes líquidos usados para inspección y compuestos de marcado líquidos. Establece que debido a que los cloruros pueden picar o causar el agrietamiento del acero inoxidable austenítico, deben emplearse penetrantes y limpiadores libres de cloruros.

ASTM E165, Standard Practice for Liquid Penetrant Testing for General Industry (Práctica estándar para ensayo por líquido penetrante para la industria en general), también aborda esto estableciendo en 9.1.1 que al usar materiales penetrantes en aceros inoxidables austeníticos, es importante considerar el restringir ciertas impurezas, como por ejemplo sulfuro y halógenos. Establece que estas impurezas pueden causar fragilidad cáustica o corrosión, especialmente a temperaturas elevadas (Ref. 3).

Los procedimientos de ensayo con líquidos penetrantes para aplicaciones ASME se encuentran en ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section V, Nondestructive Examination (Código de calderas y contenedores a presión, sección V, ensayo no destructivo). El artículo 6 sobre ensayo con líquidos penetrantes de este código aborda el control de contaminantes en el párrafo T-641 y requiere que el usuario obtenga certificación de contenido de contaminantes para todos los materiales líquidos penetrantes usados en aceros inoxidables austeníticos o dúplex. El apéndice II de este artículo requiere que todos los líquidos penetrantes usados en estos materiales se analicen en cuanto a su contenido de cloruros y fluoruros, estipulando que el contenido total de cloruros y fluoruros no debe exceder 0.1% en peso (Ref. 4).

Agrietamiento en caliente de soldadura

Los aceros inoxidables austeníticos son susceptibles a agrietamiento en caliente de soldadura (vea la Fig. 1), especialmente cuando el metal base o metal de relleno contiene niveles elevados de sulfuro en una microestructura de soldadura austenítica. La mayoría de las especificaciones de materiales limitan el contenido máximo de sulfuro a 0.030% en peso. Incluso AWS D1.6 en el párrafo 1.4.1 y en el apéndice G2 trata problemas con la soldadura de aceros inoxidables que contienen sulfuro debido a este problema de agrietamiento en caliente (Ref. 1). El sulfuro residual que queda después del ensayo penetrante (o proveniente de otras fuentes) podría producir agrietamiento en caliente si se hace soldadura subsecuente.

Agrietamiento por corrosión bajo tensión

Los aceros inoxidables austeníticos son propensos a agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC, por sus siglas en inglés), especialmente en ambientes con cloruros o fluoruros. El agrietamiento por corrosión bajo tensión ocurre cuando la aleación es sometida simultáneamente a esfuerzo de tensión y a un medio corrosivo específico, que incluye cloruros, bajo condiciones propicias de temperatura, composición de material y microestructura. La figura 2 ilustra el agrietamiento SCC por cloruro en una soldadura de acero inoxidable austenítico y en la zona afectada por el calor. La picadura y la corrosión en hendiduras en presencia de cloruros es otro problema. Los cloruros y fluoruros que quedan del ensayo con líquidos penetrantes podrían llevar a agrietamiento SCC en la soldadura, en la zona afectada por el calor o en el metal base. Por lo tanto, es imperativo que los materiales de ensayo con líquidos penetrantes estén libres de cloruros y fluoruros.

Otras fuentes de sulfuro, cloruros o fluoruros

Otras fuentes de sulfuro, cloruros o fluoruros incluyen marcadores o crayones indicadores de temperatura para medir las temperaturas de precalentamiento o entre pasadas; el agua usada para enfriamiento de las soldaduras de acero inoxidable austenítico; el agua usada para ensayo a presión hidráulica (especialmente cuando se agregan cloruros para evitar corrosión inducida por microbios del agua estancada); y solventes de limpieza.

Resumen

¿Qué significa realmente libre de sulfuro o cloruro? La sección V de ASME limita los niveles de cloruro y fluoruro a 0.1% máximo en materiales penetrantes para aceros inoxidables. Los límites de especificación típicos para soluciones para ensayo PT son 300 ppm de cloruros o sulfuro.

Para ensayo con líquidos penetrantes de aceros inoxidables, así como para otras operaciones, es imperativo evitar la contaminación con sulfuro, cloruros y fluoruros que podría llevar a agrietamiento en caliente, agrietamiento por corrosión bajo tensión y otros problemas. Es importante seguir todos los requerimientos de códigos y especificaciones para evitar estos problemas – algunos de los cuales podrían no ocurrir hasta que el sistema ya está en operación.

Un dato curioso es que no hay un material realmente libre de cloruro o sulfuro; siempre hay ciertos niveles mínimos. Es por esto que se han impuesto límites máximos de composición.

Referencias

1. AWS D1.6/D1.6M:2017-AMD1, Structural Welding Code — Stainless Steel, pp. 2, 143, 267-268. Miami, Fla.: American Welding Society.

2. AWS D10.4M/D10.4:2023, Guide for Welding Austenitic Stainless Steel Piping and Tubing, pp. 35-36. Miami, Fla.: American Welding Society.

3. ASTM E165/E165M-23, Standard Practice for Liquid Penetrant Testing for General Industry, p. 7. West Conshohocken, Pa.: ASTM International.

4. ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section V, Nondestructive Examination, pp. 220, 226. New York, N.Y.: American Society of Mechanical Engineers.

5. American Welding Society. Welding Handbook. 2011 Materials and Applications, Part 1, Ninth Edition, Volume 4, p. 313. Miami, Fla.: American Welding Society.

RICHARD D. CAMPBELL, PhD, P.E., es miembro de Bechtel y especialista técnico en soldadura de Bechtel Corp., Houston, Tex. Es expresidente del Subcomité D1K sobre Acero Inoxidable y miembro de varios comités de la AWS. Puede enviar sus preguntas a Richard D. Campbell c/o Welding Journal, 8669 NW 36 St., #130, Miami, FL 33166-6672 o al correo electrónico WeldingSol@aol.com.