Análisis de la causa de la grieta inducida por hidrógeno en una tubería de acero LSAW

Las tuberías de acero LSAW (soldadura longitudinal por arco sumergido), sometidas a condiciones y entornos variables a lo largo del tiempo, pueden sufrir daños debido a defectos intrínsecos y factores de tensión cambiantes. Una de las formas de daño más críticas es el craqueo inducido por hidrógeno (HIC). Esto ocurre cuando los tubos de acero soldados que contienen hidrógeno se agrietan bajo la influencia de tensiones aplicadas o residuales. El craqueo inducido por hidrógeno es causado por la difusión de hidrógeno en la matriz metálica, donde forma una solución sólida o hidruros metálicos, lo que provoca fracturas frágiles. Este fenómeno supone un riesgo importante para la integridad estructural de los tubos de acero.

Mecanismo de craqueo inducido por hidrógeno

El proceso de craqueo inducido por hidrógeno es impulsado principalmente por átomos de hidrógeno que ingresan a la estructura metálica, lo que puede ocurrir durante el contacto con el hidrógeno o mediante una reacción de corrosión catódica. Una vez dentro del tejido metálico de la tubería, estos átomos de hidrógeno hacen que el material se vuelva quebradizo, aunque es posible que el material no pierda inmediatamente su ductilidad ni comience a agrietarse. El tratamiento térmico adecuado de la tubería soldada, ya sea en línea o fuera de línea, puede expulsar el hidrógeno del material, restaurando la resistencia original de la tubería y reduciendo el riesgo de grietas.

Formación de hidruros metálicos

En las tuberías de acero LSAW, el agrietamiento inducido por hidrógeno a menudo ocurre cuando los átomos de hidrógeno se difunden en la tubería y forman hidruros frágiles. Estos hidruros aumentan significativamente la sensibilidad del material a las concentraciones de tensión, haciéndolo más propenso a agrietarse. Los hidruros escamosos, en particular, son muy susceptibles a fallas inducidas por tensiones, lo que lleva al agrietamiento inducido por hidrógeno.

Una característica de este tipo de agrietamiento es el período de latencia antes de que aparezcan las grietas bajo tensión aplicada. El craqueo inducido por hidrógeno no ocurre inmediatamente sino que se manifiesta después de algún tiempo. La duración de este período de latencia es independiente de la magnitud de la tensión aplicada, pero disminuye a medida que aumenta la concentración de hidrógeno dentro de la tubería. El retraso en el craqueo indica el tiempo necesario para que el hidrógeno se difunda a regiones críticas cercanas a la grieta y alcance la concentración necesaria para iniciar el craqueo.

Propagación de grietas y concentración de tensiones

La interacción entre el hidrógeno y las dislocaciones en la estructura de acero conduce a la propagación intermitente de grietas. Inicialmente se produce una deformación plástica, seguida de la difusión de hidrógeno en los defectos causados por la deformación. Esto conduce a un endurecimiento parcial de las uniones soldadas, lo que permite que las grietas se propaguen aún más y, en última instancia, resulten en grietas inducidas por hidrógeno.

Este proceso explica por qué las grietas inducidas por el hidrógeno suelen aparecer después de un período de exposición a tensiones y no inmediatamente después del contacto con el hidrógeno. El ciclo de difusión de hidrógeno, formación de hidruros y propagación de grietas crea una falla retardada pero inevitable de la tubería, particularmente en condiciones de alta tensión o presión, como las que se encuentran en aplicaciones subterráneas. En algunos casos, pueden aparecer grietas días o semanas después de la exposición.

Conclusión

El craqueo inducido por hidrógeno en tuberías de acero LSAW es un proceso complejo impulsado por la difusión de hidrógeno, la concentración de tensiones y la formación de hidruros metálicos. Si bien un tratamiento térmico adecuado puede mitigar este riesgo al eliminar el hidrógeno del material, el agrietamiento inducido por hidrógeno sigue siendo una fuente potencial de daño, particularmente en ambientes de alto estrés. Comprender este proceso es crucial para prevenir fallas en las tuberías y garantizar la confiabilidad a largo plazo en aplicaciones de infraestructura críticas.