Cómo soldar titanio:proceso y técnicas

El titanio se considera un metal exótico debido a su bajo peso, buena resistencia y resistencia a la corrosión. Sin embargo, en el pasado, se creía que la soldadura de titanio adecuada solo se podía realizar en cámaras selladas.

Es un metal reactivo que puede contaminarse con los gases atmosféricos. Pero soldar titanio en realidad no es tan difícil como muchos soldadores piensan. Solo necesita mantener una protección de gas adecuada durante la soldadura, el resto es muy similar a la soldadura de otros tipos de metales.

Titanio de soldadura

El titanio y sus aleaciones se sueldan con mayor frecuencia con los procesos de soldadura de arco de tungsteno con gas (GTA o TIG) y arco metálico con gas (GMA o MIG). La resistencia, el arco de plasma, el haz de electrones y la soldadura por fricción también se utilizan en titanio hasta cierto punto. Todos estos procesos ofrecen ventajas para situaciones específicas.

El titanio y la mayoría de las aleaciones de titanio se pueden soldar fácilmente mediante varios procesos de soldadura. Las soldaduras realizadas correctamente en la condición de soldadas son dúctiles y, en la mayoría de los entornos, son tan resistentes a la corrosión como el metal base. Las soldaduras incorrectas, por otro lado, pueden debilitarse y ser menos resistentes a la corrosión en comparación con el metal base.

Las técnicas y los equipos utilizados para soldar titanio son similares a los que se requieren para otros materiales de alto rendimiento, como el acero inoxidable o las aleaciones con base de níquel. El titanio, sin embargo, exige una mayor atención a la limpieza y al uso de protección de gas inerte auxiliar que estos materiales.

El metal de soldadura de titanio fundido debe estar totalmente protegido de la contaminación por aire. Además, las zonas calientes afectadas por el calor y el lado de la raíz de las soldaduras de titanio deben protegerse hasta que las temperaturas desciendan por debajo de los 800 °F (427 °C).

El titanio reacciona fácilmente con el aire, la humedad, la grasa, la suciedad, los refractarios y la mayoría de los demás metales para formar compuestos quebradizos. La reacción del titanio con gases y fundentes hace que los procesos de soldadura comunes, como la soldadura con gas, el arco metálico protegido, el arco con núcleo fundente y la soldadura por arco sumergido, no sean adecuados.

Asimismo, la soldadura de titanio a la mayoría de los metales diferentes no es factible, porque el titanio forma compuestos quebradizos con la mayoría de los demás metales; sin embargo, el titanio se puede soldar a circonio, tantalio y niobio.

A pesar de las precauciones que deben tomarse, muchos fabricantes están soldando titanio de manera rutinaria y económica, logrando soldaduras sólidas y dúctiles a velocidades comparables con muchos otros materiales de alto rendimiento.

Uno de los beneficios importantes de soldar los grados comercialmente puros de titanio es que tienen más del 99% de titanio puro y no hay preocupación por la segregación. Lo mismo se aplica al alambre o varilla de soldadura en grados comercialmente puros.

Entorno de soldadura

La mayor parte de la soldadura de titanio en la actualidad se realiza en el taller de fabricación abierto, aunque la soldadura de cámara todavía se practica de forma limitada. La soldadura de campo es común. Dondequiera que se realice la soldadura, es necesario un ambiente limpio para soldar titanio.

Un área separada, reservada específicamente para la soldadura de titanio, ayuda a realizar soldaduras de calidad. Esta área debe mantenerse limpia y debe estar aislada de las operaciones que produzcan suciedad, como esmerilado, corte con soplete y pintura. Además, el área de soldadura debe estar libre de corrientes de aire y debe controlarse la humedad.

Preparación de soldadura

Uno de los factores más importantes para determinar una soldadura de titanio de calidad es la preparación adecuada de la soldadura.

• Limpie la superficie del titanio para eliminar cualquier impureza y eliminar cualquier aceite, grasa o suciedad. Lo mejor es utilizar productos químicos diseñados específicamente para el titanio. Recuerde que cuanto más limpio esté el titanio, más fuerte será la soldadura creada.
• Para eliminar los contaminantes, puede usar un limpiador a vapor o una solución diluida de hidróxido de sodio.
• Use un pequeño soplador de aire caliente para asegurarse de que no quede humedad en la superficie. Sin embargo, asegúrese de no usarlo en ningún solvente inflamable.
• Asegúrese de que todas las piezas soldadas también estén limpias y secas.
• Nunca use una solución de limpieza a base de cloro en el titanio.
• Hasta sus manos pueden ser una fuente de contaminación. Pero tenga en cuenta que los guantes de goma pueden contener cloro, así que opte por guantes de plástico o algodón.
• Antes de encender el arco, asegúrese de que los solventes que estaba usando para limpiar la superficie se hayan evaporado por completo, ya que generalmente tienen un punto de inflamación bajo.

Elija un gas de protección

Dado que el titanio reacciona fácilmente con el aire, el aceite, la suciedad, la humedad y otros metales para formar compuestos quebradizos, es esencial usar el gas de protección adecuado cuando busca asegurarse de obtener una soldadura fuerte. Por lo general, la mayoría de los soldadores utilizan argón con una pureza del 99,999 % para el proceso. Solo el argón y el helio realmente puros proporcionan una protección óptima contra la atmósfera.

Cuando compre el gas de protección para su proyecto de soldadura, asegúrese de obtener este gas únicamente de proveedores confiables. Incluso si el argón es un poco menos puro de lo requerido, puede provocar decoloración. Terminarás con una soldadura amarillenta, que no es algo que quieras que suceda. El gas impuro o la cobertura incompleta también pueden causar tintes azules y manchas.

Con el titanio, debe asegurarse de que no solo el frente sino también la parte posterior se mantengan protegidos de la atmósfera. Cualquier área afectada por el calor tendrá una reacción adversa si entra en contacto con el oxígeno.

Para piezas más pequeñas, puede usar compartimentos cerrados hechos de cajas de guantes llenas de gas de protección. Incluso puede utilizar cámaras de gas de purga de polietileno especialmente fabricadas combinadas con un monitor de purga. Con ellos, puedes verificar que la cámara tiene suficiente Argón para brindar una protección óptima.

Si busca tener un nivel ideal de cobertura mientras suelda, aquí hay tres pasos que debe seguir:

• Blindaje primario – por lo general, está integrado en la antorcha de soldadura y proporciona la cobertura principal necesaria para proteger el charco de soldadura fundida. Puede usar una antorcha estándar enfriada por agua que esté equipada con una copa de cerámica y lentes de gas. Le sugerimos que elija una linterna con una copa más ancha para una mejor cobertura.
• Blindaje secundario – Los escudos traseros brindan protección secundaria. Se adjuntan al extremo de la mayoría de las antorchas de soldadura y garantizan que todas las áreas afectadas por el calor se mantengan a salvo de la contaminación.
• Protección de respaldo – Estos dispositivos se parecen a los escudos de arrastre y cumplen prácticamente la misma función. Son dispositivos de mano o están pegados en su posición. Rara vez vienen preinstalados en el soplete de soldadura.

Selección del alambre de relleno adecuado

Al elegir el metal de aporte para soldar titanio y sus aleaciones, le sugerimos que elija un alambre de aporte que tenga principalmente las mismas propiedades que el material base. También puede seleccionar un cable que esté categorizado en un nivel de resistencia que esté un grado por debajo del metal base. En algunas situaciones, el soldador puede incluso usar una categoría diferente de alambre de relleno.

Su elección de alambre de relleno dependerá de las propiedades y la combinación de la junta. Para mejorar la ductilidad de las juntas:

• Cuando suelde titanio sin alear de mayor resistencia, use un metal de aporte que tenga una menor resistencia a la fluencia de la base.
• Puede utilizar material de relleno sin alear al soldar titanio de las clasificaciones Ti-5A1-2.5Sn y Ti-6A1-4V.
• Otra opción es el metal de aporte con porcentajes más bajos de oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, carbono y otros contenidos de aleación que el metal base.

Procesos de soldadura utilizables

Al soldar titanio y aleaciones de titanio, puede utilizar cualquiera de los siguientes procedimientos de soldadura:

• Soldadura por haz de electrones (EBW)
• Soldadura por arco de tungsteno y gas (GTAW) o soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG)
• Soldadura por resistencia (RW)
• Soldadura por rayo láser (LBW)
• Soldadura por arco de plasma (PAW)
• Soldadura por arco gas-metal (GMAW) o (MIG) Metal Inert Gas
• Soldadura por fricción (FRW)

1. Soldadura por haz de electrones

Este es un proceso de fusión que utiliza un haz de electrones de alta velocidad para unir dos metales. Cuando el rayo entra en contacto con las piezas de metal, genera un calor intenso. Las dos placas se derriten y fusionan para formar una unión sólida. Las industrias de producción aeroespacial y aeronáutica utilizan la soldadura por haz de electrones debido a la durabilidad de las uniones producidas.

Puede utilizar el procedimiento de soldadura por haz de electrones para placas de 6 mm a 76 mm y más. El proceso produce soldaduras de alta calidad con bajos niveles de contaminación ya que el proceso se lleva a cabo en una atmósfera de alto vacío.

2. Gas inerte de tungsteno/GTAW

Los procesos de soldadura TIG o GTA utilizan un electrodo de tungsteno no consumible que transfiere corriente al arco de soldadura. El gas protector se utiliza para proteger el charco de soldadura de la contaminación externa, lo que puede resultar en soldaduras débiles y de baja calidad. En el proceso, necesita un metal de aporte o alambre para la unión soldada.

Es un proceso muy utilizado para soldar titanio y sus aleaciones. Puede usar TIG sin material de relleno para juntas de ranura a tope cuadrada en metales base de hasta 2,5 mm de espesor. Para láminas más gruesas, debe usar un metal de aporte para garantizar que la unión de soldadura resultante sea duradera.

3. Soldadura por Resistencia (RW)

La soldadura por resistencia es un procedimiento termoeléctrico. Une dos piezas de metal haciendo pasar una corriente controlada a través de las placas durante un período controlado. También es común usar una cantidad significativa de presión para el procedimiento. En este método, el calor está estrictamente restringido al área que debe unirse.

Puede usar la soldadura por resistencia para unir titanio y sus aleaciones para soldaduras por puntos o continuas. Es particularmente útil cuando se trata de soldar titanio con otros metales como acero al carbono o placas de acero inoxidable.

4. Soldadura por rayo láser (LBW)

Este es otro proceso de soldadura por fusión que une dos piezas de metal mediante un láser. Calienta la intersección entre las dos placas, que se funden y fusionan, formando la unión. Una vez que el charco de soldadura fundida se enfría y se solidifica, da como resultado una soldadura firme y duradera.

Los soldadores ahora prefieren cada vez más la soldadura por rayo láser para el titanio, ya que elimina la necesidad de una cámara de vacío. Sin embargo, el uso de gas de protección sigue siendo obligatorio porque persiste el riesgo de contaminación.

Aunque tanto el rayo láser como el rayo de electrones son procedimientos de soldadura por fusión, el alcance del primero es más restringido. No puede usar el proceso de manera eficiente en placas de titanio de más de 13 mm de espesor.

5. Soldadura por arco de plasma (PAW)

La soldadura por arco de plasma es similar a TIG, ya que también utiliza un arco entre un electrodo de tungsteno y la pieza de trabajo. Es adecuado para su uso en casi todas las clasificaciones de titanio y funciona bien incluso en láminas de metal más gruesas. Con la técnica del ojo de cerradura, también puedes utilizarlo en una placa de una sola pasada de hasta 13 mm de espesor.

6. Gas inerte metálico (MIG)/soldadura por arco de gas-metal (GMAW)

La soldadura MIG utiliza un alambre de metal de aporte sólido que se calienta y alimenta continuamente a través de una pistola de soldadura. El proceso garantiza el uso de gas de protección para proteger el charco de soldadura de la contaminación. Muchos soldadores prefieren GMAW por sus altas tasas de deposición de metal y productividad.

También puede usar el proceso para soldaduras de titanio en placas que tienen más de 3 mm de espesor. Usando la técnica de corriente pulsada, puede producir soldaduras de alta calidad. El método resulta menos costoso que otros, especialmente para su uso en placas de titanio de más de 13 mm de espesor.

7. Soldadura por fricción (FRW)

Como su nombre lo indica, el método utiliza la fricción para unir dos piezas de metal. Es un proceso de soldadura de estado sólido en el que la junta resultante es tan fuerte como la base. Es ampliamente utilizado en diversas industrias y es útil para unir tuberías, tubos o varillas. Funciona particularmente bien en situaciones en las que puede lograr la limpieza de las juntas sin el uso de medidas de protección adicionales. Para obtener más información, haga clic en ¿Qué es la soldadura por fricción?

Vídeo de soldadura de titanio