Domina la Soldadura de Titanio: Proceso Comprobado 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 podía realizarse en cámaras selladas.

Es un metal reactivo que puede contaminarse por gases atmosféricos. Pero soldar titanio en realidad no es tan difícil como muchos soldadores piensan. Solo necesitas mantener un apantallamiento de gas adecuado durante la soldadura, el resto es muy similar a soldar otros tipos de metales.

Soldadura de Titanio

El titanio y sus aleaciones se sueldan más a menudo con arco de tungsteno con gas (GTA o TIG) y arco metálico con gas (GMA o MIG). Resistencia, arco de plasma, haz de electrones y soldadura por fricción también se usan en titanio en menor medida. Todos estos procesos ofrecen ventajas para situaciones específicas.

El titanio y la mayoría de las aleaciones de titanio son fácilmente soldables, usando varios procesos de soldadura. Las soldaduras hechas correctamente en condición de soldadas son dúctiles y, en la mayoría de entornos, son tan resistentes a la corrosión como el metal base. Las soldaduras incorrectas, por otro lado, podrían ser frágiles y menos resistentes a la corrosión comparadas con el metal base.

Las técnicas y equipo usados en soldadura de titanio son similares a los requeridos para otros materiales de alto rendimiento, como acero inoxidable o aleaciones base de níquel. El titanio, sin embargo, exige mayor atención a la limpieza y al uso de apantallamiento 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 afectadas por calor calientes y el lado de la raíz de las soldaduras de titanio deben estar apantalladas hasta que las temperaturas caigan por debajo de 800 °F (427 °C).

El titanio reacciona fácilmente con aire, humedad, grasa, suciedad, refractarios y la mayoría de otros metales para formar compuestos frágiles. La reacción del titanio con gases y fundentes hace que procesos de soldadura comunes como soldadura por gas, arco metálico protegido, arco con núcleo de fundente y soldadura por arco sumergido sean inadecuados.

Del mismo modo, soldar titanio a la mayoría de metales disímiles no es factible, porque el titanio forma compuestos frágiles con la mayoría de otros metales; sin embargo, el titanio puede soldarse a circonio, tantalio y niobio.

A pesar de las precauciones que deben tomarse, muchos fabricantes están soldando rutinaria y económicamente titanio, haciendo soldaduras sanas y dúctiles a tasas comparables a muchos otros materiales de alto rendimiento.

Uno de los beneficios importantes de soldar grados comercialmente puros de titanio es que son más de 99% titanio puro y no hay preocupación por segregación. Lo mismo es cierto para el alambre o varilla de soldadura en grados comercialmente puros.

Entorno de Soldadura

La mayoría de la soldadura de titanio hoy se hace en talleres de fabricación abiertos, aunque la soldadura en cámara todavía se practica en base limitada. La soldadura en campo es común. Dondequiera que se haga la soldadura, un ambiente limpio es necesario para soldar titanio.

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

Preparación de la Soldadura

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

• Limpia la superficie del titanio para eliminar cualquier impureza y quitar cualquier aceite, grasa o suciedad. Es mejor usar productos químicos diseñados específicamente para titanio. Recuerda que cuanto más limpio esté el titanio, más fuerte será tu soldadura creada.
• Para eliminar los contaminantes, puedes usar un limpiador a vapor o una solución diluida de hidróxido de sodio.
• Usa un soplador de aire caliente pequeño para asegurar que no quede humedad en la superficie. Sin embargo, asegúrate de no usarlo en ningún solvente inflamable.
• Asegúrate de que todas las piezas de soldadura también estén limpias y secas.
• Nunca uses ninguna solución de limpieza a base de cloro en titanio.
• Incluso tus manos pueden ser una fuente de contaminación. Pero ten en cuenta que los guantes de goma pueden contener cloro, así que opta por guantes de plástico o algodón.
• Antes de iniciar el arco, asegúrate de que los solventes que usaste para limpiar la superficie se hayan evaporado completamente, ya que usualmente tienen un punto de inflamación bajo.

Elegir un Gas de Apantallamiento

Dado que el titanio reacciona fácilmente con aire, aceite, suciedad, humedad y otros metales para formar compuestos frágiles, usar el gas de apantallamiento correcto es esencial cuando buscas asegurar que termines con una soldadura fuerte. Generalmente, la mayoría de los soldadores usan Argón 99.999% puro para el proceso. Solo Argón y Helio realmente puros proporcionan protección óptima de la atmósfera.

Cuando compres el gas de apantallamiento para tu proyecto de soldadura, asegúrate de obtener este gas solo de proveedores confiables. Incluso si el Argón es ligeramente menos puro de lo requerido, puede resultar en decoloración. Terminarás con una soldadura teñida de amarillo, lo cual no es algo que quieras. Gas impuro o cobertura incompleta también pueden causar teñido azul y moteado.

Con titanio, necesitas asegurar que no solo el frente sino también el reverso estén protegidos de la atmósfera. Cualquier área afectada por calor tendrá una reacción adversa si entra en contacto con oxígeno.

Para piezas más pequeñas, puedes usar compartimentos cerrados hechos de cajas de guantes llenas de gas de apantallamiento. Incluso puedes usar cámaras de purga de gas de polietileno especialmente hechas combinadas con un monitor de purga. Con ellas, puedes verificar que la cámara tiene suficiente Argón para proporcionar protección óptima.

Si buscas tener un nivel ideal de cobertura mientras sueldas, aquí hay tres pasos que debes seguir:

• Apantallamiento Primario – usualmente está integrado en la antorcha de soldadura y proporciona la cobertura primaria necesaria para proteger el charco de soldadura fundido. Puedes usar una antorcha estándar refrigerada por agua equipada con copa cerámica y lentes de gas. Sugerimos que elijas una antorcha con copa más ancha para la mejor cobertura.
• Apantallamiento Secundario – Los escudos traseros proporcionan protección secundaria. Se adjuntan al final de la mayoría de antorchas de soldadura y garantizan que todas las áreas afectadas por calor se mantengan seguras de contaminación.
• Apantallamiento de Respaldo – Estos dispositivos se ven similares a los escudos traseros y sirven virtualmente la misma función. Son dispositivos de mano o se fijan en posición con cinta. Rara vez vienen preinstalados en la antorcha de soldadura.

Selección del Alambre de Aporte Correcto

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

Tu elección de alambre de aporte dependerá de las propiedades y la combinación de la unión. Para mejorar la ductilidad de la unión:

• Al soldar titanio sin alear de mayor resistencia, usa un metal de aporte que sea menor en resistencia a la fluencia de la base.
• Puedes usar material de aporte sin alear al soldar titanio de las clasificaciones Ti-5Al-2.5Sn y Ti-6Al-4V.
• Otra opción es 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, puedes usar cualquiera de los siguientes procedimientos de soldadura:

• Soldadura por haz de electrones (EBW)
• Soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW) o (TIG) Soldadura por Gas Inerte de Tungsteno
• Soldadura por resistencia (RW)
• Soldadura por haz láser (LBW)
• Soldadura por arco de plasma (PAW)
• Soldadura por arco metálico con gas (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 haz entra en contacto con las piezas de metal, genera calor intenso. Las dos placas se funden y fusionan para formar una unión sólida. Las industrias de producción aeroespacial y de aeronaves utilizan soldadura por haz de electrones debido a la durabilidad de las uniones producidas.

Puedes usar el procedimiento de soldadura por haz de electrones para placas que van desde 6 mm a 76 mm y más. El proceso produce soldaduras de alta calidad con bajos niveles de contaminación ya que el proceso tiene lugar en una atmósfera de alto vacío.

2. Gas Inerte de Tungsteno / GTAW

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

Es un proceso ampliamente usado para soldar titanio y sus aleaciones. Puedes usar TIG sin material de aporte para uniones a tope cuadradas en metales base hasta 2.5 mm de espesor. Para láminas más gruesas, necesitas 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 pasando una corriente controlada a través de las placas por un período controlado. Es común usar una cantidad significativa de presión para el procedimiento también. En este método, el calor está estrictamente restringido al área que necesita unirse.

Puedes usar 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 placas de acero al carbono o acero inoxidable.

4. Soldadura por Haz 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 fundido se enfría y solidifica, resulta en una soldadura firme y duradera.

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

Aunque tanto el haz láser como el haz de electrones son procedimientos de soldadura por fusión, el alcance del primero es más restringido. No puedes usar eficientemente el proceso en placas de titanio 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 usa un arco entre un electrodo de tungsteno y la pieza de trabajo. Es adecuada para usar en casi todas las clasificaciones de titanio y funciona bien incluso en láminas más gruesas de metal. Usando la técnica de ojo de cerradura, también puedes usarla en una placa de un solo pase hasta 13 mm de espesor.

6. Gas Inerte Metálico (MIG) / Soldadura por Arco Metálico con Gas (GMAW)

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

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

7. Soldadura por Fricción (FRW)

Como su nombre indica, el método usa fricción para unir dos piezas de metal. Es un proceso de soldadura en estado sólido en el que la unión resultante es tan fuerte como la base. Se usa ampliamente en varias industrias y es útil para unir tuberías, tubos o varillas. Funciona particularmente bien en situaciones donde puedes lograr limpieza de la unión sin el uso de medidas protectoras adicionales. Para más información haz clic en ¿Qué es la Soldadura por Fricción?

Video de Soldadura de Titanio