El titanio es un material fascinante y versátil que se utiliza en una amplia variedad de industrias, desde la aeroespacial hasta la odontología. Su ligereza, resistencia a la corrosión y capacidad para soportar temperaturas extremas lo convierten en una elección perfecta para aplicaciones de alto rendimiento. Pero, ¿sabías que soldar titanio puede ser todo un desafío? En este artículo, exploraremos el proceso de soldadura con TIG (Tungsten Inert Gas) y descubriremos los secretos para obtener uniones duraderas y de alta calidad en este metal precioso. ¡Prepárate para sumergirte en el mundo de la soldadura de titanio!
¿Qué es el titanio y por qué es importante para los soldadores?
El titanio es un metal de transición de color blanco plateado, fuerte y resistente a la corrosión, conocido por su alta relación resistencia-peso. En comparación con el acero inoxidable, el titanio es un metal igualmente fuerte pero más liviano y, al mismo tiempo, ofrece una resistencia a la corrosión superior que el aluminio.
Sus propiedades ventajosas lo convierten en un material ideal para su uso en la industria aeroespacial, de tecnología médica y otras industrias. El titanio tiene buena soldabilidad y se puede unir mediante diversas técnicas de soldadura, incluida la soldadura TIG (soldadura con gas inerte de tungsteno).
¿Es difícil soldar titanio con TIG?
La respuesta correcta es tanto sí como no. El titanio tiene propiedades similares al acero inoxidable o al aluminio, por lo que se requiere un enfoque similar al soldar. Esto incluye el retrolavado y la eliminación de la capa de óxido antes de soldar. Entonces, si está familiarizado con la soldadura TIG de aluminio o acero inoxidable, puede soldar titanio con TIG fácilmente.
Sin embargo, debido a sus propiedades, el titanio puede resultar difícil de soldar mediante soldadura TIG. El titanio es un metal altamente reactivo, lo que significa que reacciona con el oxígeno y el nitrógeno de la atmósfera cuando se expone al calor. Si se maneja incorrectamente, esto puede provocar porosidad y grietas en la junta soldada. Por lo tanto, la limpieza de todo el proceso de soldadura, incluidas las piezas, el tungsteno, los alrededores y el blindaje, es fundamental para el éxito del proceso de soldadura de titanio.
Por eso mucha gente elige la soldadura TIG, pero también existen alternativas como la soldadura por haz de electrones, la soldadura por resistencia, la soldadura por fricción, la soldadura por rayo láser, la soldadura por arco de plasma o simplemente se puede soldar titanio MIG. Dado que nuestro tema es la soldadura TIG, nos centraremos más en la soldadura TIG exitosa en titanio, tubos de titanio u otras piezas.
Así se suelda titanio con TIG
La soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG) o soldadura por arco de tungsteno con gas es un proceso de soldadura popular para unir aleaciones de titanio debido a su alta exactitud, precisión y repetibilidad. Para soldar titanio con TIG, necesitará equipo de soldadura especializado, incluido un soldador TIG, electrodos de tungsteno toriado al 2 %, gas protector de argón puro de alta pureza y metal de aportación.
El primer paso y el más importante es preparar las superficies para soldar. Las superficies se limpian con un desengrasante o un cepillo de alambre. Asegúrese de que todo esté limpio, incluido el área circundante, el alambre de relleno y el tungsteno, y que el baño de soldadura fundida esté adecuadamente protegido.
El siguiente paso en la soldadura TIG de titanio es configurar la máquina de soldar TIG. La corriente debe ajustarse en función del espesor del material a soldar, normalmente entre 50 y 250 amperios.
El quemador requiere un arranque de alta frecuencia para evitar inclusiones. Una buena práctica es prefluir durante 2 a 5 segundos para garantizar que el gas protector cubra y proteja adecuadamente el área de soldadura. Estas condiciones incluyen tanto la soldadura como la eliminación.
A medida que avanza a lo largo de la junta, es importante sumergirse periódicamente en el charco de metal de aportación que se forma para garantizar que permanezca lo suficientemente profundo para una fusión adecuada. No retire el alambre de relleno de la zona protegida por el gas protector, de lo contrario existe riesgo de contaminación del baño de soldadura. Si esto sucede, deténgase, corte o pellizque la parte superior y comience de nuevo.
Agregue de 20 a 25 segundos de postflujo para permitir que el baño de soldadura se enfríe bajo la protección del gas protector.
Una vez que haya completado la soldadura, deberá dejar que se enfríe antes de inspeccionarla en busca de signos de grietas u otros defectos. Las soldaduras fallidas son muy frágiles y pueden romperse con las manos. Otro signo de una mala soldadura es el color, pero explicaremos las partes individuales de una soldadura exitosa más adelante en el texto.
¿Por qué es tan importante la limpieza al soldar titanio con TIG?
La limpieza es fundamental al soldar titanio con TIG. Los estudios muestran que incluso pequeños rastros de oxígeno pueden reducir la resistencia de una soldadura hasta en un 20% antes de que comience la soldadura del titanio, ya que reacciona a los contaminantes en el baño de soldadura.
Asimismo, los estudios han demostrado que las soldaduras que contenían un 0,4 % de nitrógeno tenían una tenacidad a la fractura del titanio en caliente hasta un 50 % menor que las soldaduras que contenían un 0,1 % de nitrógeno. Por lo tanto, es importante minimizar toda contaminación al soldar titanio con TIG para evitar defectos de soldadura.
Los contaminantes, los óxidos de la superficie y/o los contaminantes de la atmósfera circundante pueden provocar porosidad, agrietamiento y una reducción de la fuerza de unión y la tenacidad a la fractura. Para limpiar y preparar adecuadamente las piezas para la soldadura TIG de titanio, se debe limpiar la unión de aceites o grasas con un solvente o desengrasante antes de soldar.
Cualquier capa de óxido en la superficie del titanio debe eliminarse mediante un proceso mecánico como esmerilado o lijado. Los óxidos tienen un punto de fusión más alto que el metal base y, por tanto, pueden afectar las propiedades de la soldadura. Por eso es importante quitarlos antes de soldar. Para una eliminación adecuada del óxido, se debe utilizar un cepillo especial de acero inoxidable, una lima de carburo y una herramienta de desbarbado de carburo (por ejemplo, fresas de carburo).
Después de la limpieza, las conexiones deben conservarse cuidadosamente hasta el proceso de soldadura. Debe minimizar la manipulación y asegurarse de comenzar a soldar lo antes posible después de la limpieza. Cuando no se esté trabajando en las soldaduras, se deben cubrir con papel o plástico para evitar la acumulación de contaminantes.
Proteger la costura de soldadura de titanio
Además de la limpieza, el blindaje es esencial cuando se suelda titanio con TIG para proteger el baño de soldadura de la contaminación. El gas protector utilizado en la soldadura TIG de titanio depende de la aplicación, pero los más utilizados son el argón o el helio. A diferencia de otros metales o de la soldadura MIG, el titanio requiere una protección integral con gas argón para evitar la absorción de óxidos que provocan contaminación y debilitan la soldadura. La cobertura completa se logra mediante el uso de múltiples capas de blindaje, que incluyen:
- Blindaje primario incluye argón o mezcla de argón/helio que sale del soplete de soldadura. La copa grande es necesaria para garantizar una protección adecuada de todo el charco de soldadura fundida. La lente de gas garantiza un flujo de gas inerte uniforme y sin turbulencias.
- Blindaje secundario es proporcionada por escudos posteriores. Los protectores de arrastre generalmente se fabrican específicamente para un soplete específico y protegen el metal de soldadura de titanio solidificado y las zonas asociadas afectadas por el calor hasta que la temperatura alcanza los 800 °F (427 °C) o menos.
- Blindaje trasero Esto se hace usando un gas adicional, generalmente argón, que se dirige hacia la parte posterior del área de soldadura y lejos del charco de metal fundido. Esto mantiene los contaminantes fuera de la zona de soldadura, previene la oxidación y ayuda a garantizar una unión soldada fuerte y duradera.
El caudal de gas también debe ajustarse según el tamaño del área de soldadura. Normalmente, se recomienda un caudal de 15 a 20 pies cúbicos por hora (CFH). Además, se debe tener cuidado de que no queden huecos en la capa de gas protector de la zona de soldadura.
Máquina de soldadura TIG para soldadura de titanio.
El soldador TIG más eficaz para titanio es aquel con una corriente de salida máxima de al menos 200 amperios y una longitud de arco de soldadura estable. También debe tener un rango de corriente ajustable, arranque de alta frecuencia y capacidades de control de frecuencia de pulso y pulso.
La soldadura TIG de titanio requiere polaridad de corriente continua (DCEN), que es más común en máquinas TIG de tipo inversor y transformador. La función de pulso puede ayudarle a minimizar el aporte de calor y reducir la acumulación de calor en el área de soldadura, lo que da como resultado una soldadura de mayor calidad con menos distorsión y porosidad. El ajuste remoto de la corriente mediante un pedal o un control manual puede proporcionar un mayor control sobre la entrada de calor al área de soldadura y permitir una mayor precisión al soldar materiales delgados.
¿Cuál es la mejor varilla de relleno para titanio?
El mejor metal de aportación para la soldadura de titanio es un metal de aportación de titanio que cumpla con AWS A5.16-70. Las varillas de relleno de titanio vienen en varios grados, incluidos ERTi-1, ERTi-2 y ERTi-5. El grado utilizado depende del material base que se está soldando, ya que cada grado tiene diferentes propiedades mecánicas que los hacen más compatibles con ciertos materiales base.
Por ejemplo, ERTi-1 es más adecuado para soldar aleaciones de titanio puras y más blandas, como Grado 1 o Grado 2, mientras que ERTi-5 es más adecuado para aleaciones de mayor resistencia, como Grado 4 o Grado 5.
La elección del tungsteno
Cuando se suelda titanio con TIG torizado Electrodos o electrodos de tungsteno con 1,30 por ciento a 1,70 por ciento de lantano son usados. Sin embargo, para algunas aplicaciones específicas de tubos y tuberías de titanio, el dos por ciento certificado Los electrodos de tungsteno son una mejor opción. El tungsteno debe esmerilarse hasta un punto de 1/16 de pulgada o menos para <90 amperios; 3/32 de pulgada para 90-200 amperios; y tungsteno de 1/8 de pulgada para soldar más de 200 amperios.
Como el resto del proceso, la soldadura TIG de titanio requiere tungsteno limpio. Por lo tanto, es imprescindible comprobar la punta después de cada soldadura y volver a afilarla si es necesario o si está contaminada.
Tecnología de soldadura
Una vez que haya preparado las piezas de titanio y haya obtenido el equipo de soldadura necesario, es hora de comenzar a soldar titanio. Asegúrese de ajustar el amperaje de su soldador de acuerdo con las recomendaciones del fabricante. Demasiado poco calor dará como resultado una penetración insuficiente y una fusión deficiente, mientras que demasiado calor puede causar distorsión y quemaduras en la soldadura.
Comience el blindaje con argón o una mezcla de 75/25% Ar/He antes de iniciar un arco para garantizar que la soldadura esté protegida antes de que las piezas comiencen a derretirse.
De manera similar, extienda el tiempo de posflujo para garantizar que el titanio esté bien protegido mientras se enfría una vez completada la soldadura. Por lo general, no es necesario precalentar, pero puedes aumentar la temperatura a 150 °F (66 °C) si sospechas que hay humedad.
La clave para una soldadura TIG de titanio exitosa es la consistencia. El arco sobre titanio fino sin metal de aportación debe corresponder aproximadamente al diámetro del electrodo. Cuando se utiliza metal de aportación para piezas más gruesas, la longitud máxima del arco debe ser aproximadamente 1 1/2 veces el diámetro del electrodo. Asegúrese de insertar el cable en el charco de manera uniforme y continua. La inmersión intermitente provoca turbulencias y puede provocar contaminación.
Comprobación de los resultados de la soldadura: color de titanio después de la soldadura
Cuando se suelda titanio con TIG, el color de la soldadura puede dar una buena indicación de la calidad de la misma. Una costura correctamente soldada aparece de color gris plateado y cualquier diferencia puede ser un signo de contaminación y mal blindaje. Las soldaduras de titanio de plata, paja y marrón son generalmente aceptables. Cuando se trata de azules, verdes, grises y finalmente blancos, estas soldaduras son inaceptables. Como no se pueden reparar, tendrás que cortarlos y empezar de nuevo.
La inspección visual también puede incluir la verificación de defectos como porosidad, quemaduras o penetración inadecuada. Son fáciles de detectar y los agujeros o las soldaduras desiguales nunca son señal de una buena soldadura. En aplicaciones industriales, las soldaduras pueden someterse a diversas pruebas no destructivas y ensayos destructivos.
Tratamiento post-soldadura
El titanio normalmente no requiere tratamiento térmico previo o posterior a la soldadura. Sin embargo, es posible que se requiera recocido o alivio de tensiones para determinadas aplicaciones. Estos mejoran la ductilidad y trabajabilidad de las soldaduras y reducen el riesgo de grietas y deformaciones. La mayoría de los grados de titanio generalmente se alivian de tensión a aproximadamente 538 °C (1000 °F) durante 45 minutos y se recocen a 704 °C (1300 °F) durante dos horas. Para estos procesos no se requiere ningún equipo especial, pero se puede utilizar una atmósfera ligeramente oxidante.
Consejos para una soldadura TIG exitosa de titanio
- Recuerde limpiar las piezas, metal de aportación y electrodo de tungsteno.
- Corte el extremo del relleno de titanio para exponer el titanio puro antes de soldar.
- Revisar el gas de protección en busca de fugas o defectos que puedan contaminar la soldadura con oxígeno o humedad.
- Asegúrese de que se utilice un blindaje adecuado
- Deje que fluya previamente de 2 a 5 segundos antes de soldar para garantizar la protección adecuada de la junta.
- Utilice arranque por arco de alta frecuencia para evitar la contaminación del tungsteno.
- Mantenga siempre el metal de aportación dentro de la envoltura del gas protector. Si deja de soldar o el metal de aportación se contamina, fíjelo y comience de nuevo.
- Después de soldar, permita que el gas protector fluya sobre la soldadura durante 20 a 25 segundos para proteger la costura mientras se enfría por debajo del umbral de contaminación.
- El tratamiento térmico previo y posterior a la soldadura no suele ser necesario, pero puedes utilizarlo en determinadas situaciones.
Pensamientos finales
La soldadura TIG de titanio es un proceso simple pero gratificante. Para soldarlo con éxito, puede utilizar el mismo método que para soldar acero o aleaciones de níquel, pero aún necesita el equipo, el conocimiento y la experiencia adecuados. Si sigue los pasos descritos en nuestro artículo, podrá lograr resultados exitosos.
Mediante una cuidadosa selección del material de relleno y los parámetros de soldadura, un diseño de unión adecuado para la aplicación prevista y un tratamiento térmico adecuado posterior a la soldadura, el titanio se puede soldar de forma fácil y segura. Con el enfoque correcto y los recursos de nuestro blog u organizaciones como la American Welding Society, ¡cualquiera puede fabricar titanio con éxito!
Recursos:
Preguntas frecuentes sobre la soldadura de titanio con TIG
¿Qué es la soldadura TIG?
La soldadura TIG, también conocida como Gas Tungsten Arc Welding (GTAW), es un proceso de soldadura que utiliza un electrodo de tungsteno no consumible para crear la unión entre dos metales. Se emplea un gas inerte, generalmente argón, para proteger el área de soldadura de la contaminación atmosférica. Este método es ampliamente utilizado para soldar titanio debido a sus beneficios y propiedades únicas.
¿Por qué se utiliza la soldadura TIG para unir titanio?
El titanio es un material altamente reactivo que tiende a unirse con oxígeno, nitrógeno y otros elementos cuando se expone al aire. La soldadura TIG permite unir titanio sin comprometer su integridad química, ya que utiliza un gas inerte para proteger la zona de soldadura. Además, la soldadura TIG ofrece una mayor precisión y control en comparación con otros métodos de soldadura, lo que la convierte en la elección ideal para trabajar con titanio.
¿Cuáles son las ventajas de soldar titanio con TIG?
La soldadura de titanio con TIG ofrece varias ventajas significativas:
- Alta calidad de soldadura: La soldadura TIG garantiza una alta calidad de soldadura con una menor posibilidad de defectos.
- Baja tasa de fusión: El TIG genera un calor concentrado en el arco, minimizando la zona afectada por el calor y reduciendo la deformación de las piezas soldadas.
- Control total: Este método permite un control preciso de la temperatura y velocidad de la soldadura, lo que resulta en una unión fuerte y precisa.
- Compatibilidad con varios metales: Además de titanio, la soldadura TIG se puede utilizar para unir una amplia gama de metales, incluyendo acero inoxidable, cobre y aluminio.
¿Cuáles son las precauciones necesarias al soldar titanio con TIG?
Al soldar titanio con TIG, es importante tomar algunas precauciones para asegurar resultados óptimos:
- Utilizar una cámara de soldadura o trabajar en un ambiente libre de contaminantes para evitar que el titanio se oxide al entrar en contacto con el aire.
- Asegurarse de utilizar los parámetros de soldadura apropiados, como la corriente, el gas y la velocidad de avance de la antorcha TIG, para obtener una soldadura de calidad.
- Mantener una limpieza adecuada de la superficie antes de soldar para evitar la presencia de impurezas y garantizar una unión fuerte.
- Tener en cuenta la sensibilidad del titanio al calor excesivo, evitando que se sobrecaliente durante el proceso de soldadura.
Referencias externas:
Aquí hay algunas fuentes adicionales donde puedes encontrar más información sobre la soldadura de titanio con TIG: