Ah, titanio. El santo grial de los metales. Ligero, resistente a la corrosión y extremadamente fuerte. Pero ninguna de estas características excepcionales vale la pena si resulta difícil incorporarse a él. Casi todo lo que nos rodea es un producto de soldadura, de una forma u otra, por lo que cualquier metal que deseemos utilizar debe tener una buena soldabilidad. Afortunadamente, el titanio es uno de esos metales.
Este artículo le enseñará cómo soldar titanio como un profesional. Abróchese el cinturón porque estamos a punto de llevarlo a una aventura de aprendizaje que puede llevarlo a reparar costosas piezas de titanio para la industria aeroespacial, marina y otras industrias de alto valor.
Soldar titanio no es difícil si sabes lo que estás haciendo. Sin embargo, existen múltiples áreas cruciales en las que podría quedarse corto y estropear una pieza costosa. Por lo tanto, recomendamos encarecidamente investigar este material y adquirir la mayor experiencia posible antes de intentar soldar algo costoso como un tubo de escape de Lamborghini.
Sistema de escape de titanio Lamborghini Aventador SVJ
Fuente: https://www.lamborghini-talk.com/threads/lamborghini-aventador-svj-titanium-exhaust-system.226504/
Propiedades del titanio y desafíos de la soldadura
El titanio es casi un 50% más ligero que el acero inoxidable pero más del doble de resistente. Por lo tanto, tiene una relación fuerza-peso casi cuatro veces mejor. Sin embargo, el titanio tiene un punto de fusión de aproximadamente 1670 °C (3035 °F), mientras que el acero inoxidable se funde a aproximadamente 1450 °C (2642 °F). Por lo tanto, es posible que necesites más amperios para que el charco funcione.
Al igual que el aluminio y muchos otros metales no ferrosos, el titanio tiene una gran afinidad por el oxígeno. Cuando se deja a temperatura ambiente, el titanio creará una fina película de óxido de titanio en su superficie. Esta capa de óxido es un factor positivo porque evita una reactividad adicional, pero dificulta la soldadura. El titanio se oxida rápidamente cuando se calienta por encima de 650°C (1200°F). Por lo tanto, es imperativo proporcionar una cobertura excepcional de gas de protección para obtener la máxima calidad de soldadura.
Fotografía transversal de una película de óxido anódico.
Fuente: https://www.hellonaturalliving.com/titanium-dioxide-is-it-safe-or-should-you-avoid-it/
El titanio es muy susceptible a la contaminación. Si se introduce oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, carbono u otros elementos en la soldadura, el titanio se volverá quebradizo. Sin embargo, los diferentes grados de titanio disponible comercialmente contienen cantidades variables de impurezas como resultado del procesamiento industrial del titanio. Aún así, no querrás agregar impurezas adicionales porque eso debilitará la soldadura.
La mayor presencia de contaminantes en el baño de soldadura reduce la ductilidad del titanio y puede provocar grietas en el metal de soldadura. Por ejemplo, si el oxígeno se recoge a un nivel alto, la soldadura puede experimentar grietas transversales a lo largo de la cara de la soldadura o la zona afectada por el calor (HAZ).
Fuente: http://www.difference.minaprem.com/joining/difference-between-weld-metal-and-heat-affected-zone-haz/
Reconocer la oxidación grave del titanio
Al igual que el acero inoxidable, el titanio le indicará si se oxidó demasiado durante el proceso de soldadura. Sin embargo, el titanio tiene reglas diferentes a las del acero inoxidable. Las superficies de soldadura y HAZ cambiarán de color, desde plateado, amarillo pajizo, azul y blanco. Estos colores indican el nivel de óxidos de titanio que se formaron como resultado de la soldadura.
Aquí hay una breve guía de colores para reconocer la calidad de la soldadura de titanio:
Plata
Color paja
Azul
Blanco
Óxidos bajos
Óxidos aceptables
Es probable que la soldadura esté demasiado oxidada.
La soldadura no es aceptable
Ahora quizás te estés preguntando: “Espera un momento… ¿El plateado es genial, pero el blanco es malo?”
Así es. A diferencia del acero inoxidable, los óxidos de la superficie del titanio no se vuelven negros en la inaceptable etapa final del óxido de soldadura. En cambio, la acumulación de óxido de titanio que es excesivamente blanca es una señal clara de que la soldadura recogió demasiados óxidos y probablemente sea débil y poco confiable.
Foto de @nqnweld
Sin embargo, aquí hay una nota importante:
¡El hecho de que la soldadura esté libre de óxido superficial no significa que sea segura para aplicaciones críticas! Esta es sólo una forma visual sencilla de evaluar la calidad de la soldadura. Pero el titanio puede captar fácilmente oxígeno y otros contaminantes en las profundidades del metal de soldadura. Por lo tanto, no debes confiar únicamente en la confirmación visual.
Tabla de inspección de calidad del color de soldadura de titanio
Cuadro de criterios de aceptación basado en el color después de que la soldadura se haya enfriado.
Fuente: https://weldinganswers.com/how-to-weld-titanium/
Notas de seguridad importantes sobre el titanio
El polvo de titanio es inflamable. ¡Y puede arder espontáneamente! Por lo tanto, asegúrese de no tener ningún artículo inflamable cerca del área de trabajo antes de esmerilar o dar forma a las juntas de titanio. Además, barra el polvo de titanio del área de trabajo antes de soldar para evitar que chispas enciendan el polvo y las virutas de titanio.
¡No utilices agua para combatir las llamas inducidas por el titanio porque puede explotar! En su lugar, asegúrese de tener un trabajo Extintor de incendios clase D. Están diseñados para combatir incendios provocados por metales combustibles como el sodio, el magnesio y, por supuesto, el titanio.
Propósito previsto del extintor de incendios
Fuente: https://www.mysafetysign.com/Types-of-Fire-Extitainingers
Cómo preparar titanio para soldar
¡Preparar la junta de titanio para soldar es crucial para una soldadura exitosa! Debes limpiar perfectamente el metal y darle forma a la junta sin manchar el material.
Use guantes de nitrilo para evitar que la humedad y los aceites de la piel contaminen la junta soldada. Sí, para lograr una calidad absoluta de las articulaciones, el titanio requiere evitar el contacto de la piel con la articulación. Nunca se puede estar demasiado limpio con este material.
Utilice acetona o metiletilcetona y un paño nuevo, limpio y sin pelusa para limpiar la junta de titanio de aceites, grasas, polvo y otros hidrocarburos.
Utilice acetona y un paño limpio y sin pelusa para limpiar la junta de titanio.
Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=Vy6qk7aZy_4
NO utilice fluorocarbono clorado (CFC) ni otros cloruros para limpiar el titanio. Pueden provocar grietas por corrosión bajo tensión después de que la pieza soldada se calienta por encima de 430 °C (800 °F) durante la soldadura.
Corrosión bajo tensión
Fuente: https://en.wikipedia.org/wiki/Stress_corrosion_cracking
A continuación, debe eliminar la capa de óxido de titanio que se formó naturalmente en la superficie. Puedes usar una lima o un cepillo de alambre de acero inoxidable si se trata de una junta pequeña, o usar una muela de aleta o una muela abrasiva para titanio. Sin embargo, si utilizas un molinillo, evita concentrar demasiada presión en una zona y muele lentamente para evitar la acumulación de calor localizada. Limpie la junta nuevamente después de pulir el óxido de titanio.
Si utiliza fresas de carburo, cepillos de acero inoxidable y otras herramientas, asegúrese de que estén dedicadas únicamente al titanio. Las inclusiones de acero al carbono y otros metales pueden contaminar el titanio y debilitar la soldadura.
Limpie también el alambre de metal de aportación de titanio de los óxidos. Pronto llegaremos a la selección del alambre, pero tenga en cuenta que el alambre también puede oxidarse e introducir óxido de titanio en el baño de soldadura. También se recomienda recortar el extremo del alambre de relleno justo antes de soldar para exponer el titanio puro que se encuentra debajo al comienzo de la soldadura.
Purgando la soldadura
Dado que el titanio es muy reactivo con el oxígeno y susceptible a la contaminación por hidrógeno y nitrógeno, debe purgar la parte inferior de la soldadura con un gas no reactivo como el argón. Si bien el gas protector del proceso de soldadura MIG o TIG protegerá la soldadura desde arriba, la parte posterior de la soldadura se oxidará, perderá resistencia a la corrosión y se volverá quebradiza a menos que purgue el aire y lo reemplace con argón. Purgar la soldadura es especialmente importante al unir tuberías de titanio.
Puedes hacer una solución de purga casera tapando ambos lados de la tubería con cinta adhesiva. Luego, haga un agujero en un extremo y pase una manguera de gas argón a través de él para forzar el aire al exterior y reemplazar la atmósfera interior con argón. Por supuesto, existen productos comerciales para la purga profesional de tuberías, pero es posible que puedas conseguir una buena purga con un poco de bricolaje.
Purgando la soldadura
Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=Vy6qk7aZy_4
Aquí hay un consejo profesional de purga para usted: si tiene varias uniones en un sistema de tuberías de titanio, como el sistema de tubos de escape de una motocicleta o un automóvil deportivo, pegue con cinta adhesiva las uniones en la parte inferior y mantenga sueltas las uniones superiores. El argón es más pesado que el aire, por lo que conviene empujarlo a través del sistema desde el punto más bajo del sistema de tuberías hasta el punto más alto.
Selección del proceso de soldadura
Recomendamos encarecidamente seguir la soldadura por arco de tungsteno con gas, también conocida como TIG, para soldar titanio. El proceso de soldadura TIG proporciona una precisión excelente y le permite dirigir cuidadosamente el gas protector mediante una configuración de copa ancha y lente de gas.
También se puede soldar titanio con MIG, pero no mucha gente lo hace. Sin embargo, es menos probable que consiga la misma calidad de soldadura que con el proceso de soldadura TIG. El proceso de soldadura MIG produce demasiado calor y salpicaduras para el titanio y puede provocar una contaminación excesiva por impurezas en la atmósfera del arco. Dado que las gotas de metal de aportación de titanio fundido son pequeñas cuando se suelda MIG y vuelan a través del arco hacia la unión, existe una mayor probabilidad de que se oxiden y se contaminen a temperaturas tan altas y volúmenes de material tan bajos.
El proceso de soldadura TIG está universalmente aceptado como la mejor forma de unir titanio. NO se recomienda la soldadura con fundente ni la soldadura con oxicombustible para soldar titanio o aleaciones de titanio.
Soldadura Tig Titanio
Fuente: https://industrialmetalservice.com/resources/welding-titanium-the-challenges-of-proper-shielding/
Soldadura TIG Titanio
El proceso de soldadura con gas inerte de tungsteno utiliza un electrodo de tungsteno no consumible para transferir un gas protector eléctrico y inerte para proteger el charco de soldadura de la contaminación atmosférica.
Debe utilizar la polaridad de soldadura TIG de electrodo de corriente continua negativa (DCEN) para soldar titanio. Si bien es necesario usar AC TIG para soldar aluminio o magnesio, el titanio no requiere salida AC TIG.
Polaridad de soldadura TIG de electrodo de corriente continua negativa (DCEN)
Fuente: https://www.jasic.co.uk/post/what-are-the-differences-between-tig-dc-and-tig-ac
Sin embargo, tampoco querrás utilizar cualquier soldador TIG de CC simple. Su máquina TIG debe estar equipada con un arranque de arco de alta frecuencia para evitar que el electrodo de tungsteno contamine el titanio. Además, la soldadura TIG pulsada es una característica bienvenida para evitar el aporte excesivo de calor y mejorar la penetración de la soldadura. Una soldadora como la YesWelder YWT-200DC admite todas las características beneficiosas, incluido el soporte del pedal, pero mantiene un precio económico porque no está sobrecargada por AC TIG.
Soldadora TIG por puntos YesWelder YWT-200DC Lift TIG
Al soldar titanio con TIG, notará que su baño de soldadura se comporta de manera bastante similar al acero inoxidable o las aleaciones de níquel. Entonces, si has tenido experiencias previas con esos materiales, no tendrás muchos problemas.
Sin embargo, el titanio requiere protección adicional con gas protector. Por lo tanto, debe asegurarse de que no haya corrientes de aire en el área donde está soldando. Además, probablemente sea mejor utilizar lentes de gas para titanio debido a que la cobertura del gas protector es más consistente. También debe utilizar una boquilla/taza grande para evitar que las piezas calentadas entren en contacto con el aire. Una copa TIG más grande proporcionará una cobertura de gas de protección más amplia y protegerá mejor el titanio sensible y calentado.
Copa Tig más grande
Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=UolR5eiVKQQ
La soldadura TIG de titanio funciona mejor cuando se realiza en posición plana. La soldadura vertical o fuera de posición puede afectar negativamente a la cobertura del gas de protección, lo que puede tener consecuencias devastadoras para el titanio.
Selección del gas de protección
Para soldar titanio con TIG, recomendamos utilizar 100% argón. Pero también puedes agregar helio a la mezcla. Aún así, el helio es innecesario para el titanio y es más caro que el argón. Por lo tanto, no hay muchas razones para desviarse del gas protector favorito de los soldadores: el argón puro.
Es extremadamente importante conseguir un tanque de gas protector de argón de alta calidad. Cuanto mayor sea la pureza del tanque de argón, mejor será la soldadura. Muchos soldadores experimentan decoloración (oxidación) de la soldadura cuando sueldan titanio y parece que no pueden encontrar al culpable. Si el tanque de gasolina tiene aire y humedad en su interior, puede experimentar óxidos de soldadura. La única solución a este problema es conseguir un tanque de argón de mejor calidad.
Soldadura de titanio con 100% argón.
Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=x7_leMg1G9A
Normalmente, el gas protector argón para soldar aluminio debe tener al menos un 99,995 por ciento de pureza con menos de 20 partes por millón (PPM) de oxígeno y un punto de rocío superior a -76 grados F. Algunas aplicaciones incluso requieren una pureza de argón del 99,999 por ciento.
Selección de electrodos de tungsteno
La mayoría de los soldadores utilizan electrodos de tungsteno torio y lantano para soldar titanio. Sin embargo, también puede usar tungsteno ceriado si suelda secciones delgadas a bajo amperaje; el tungsteno ceriado gris funciona bien para aplicaciones de bajo amperaje en todos los ámbitos.
Muele el electrodo de tungsteno con fuerza hasta llegar a un punto, pero ten cuidado de no tocar el titanio en ningún momento. El tungsteno puntiagudo puede erosionar y contaminar el baño de soldadura y causar fragilidad. La extensión del electrodo de tungsteno debe ser lo más limitada posible, pero tampoco debe comprometer la visibilidad del baño de soldadura.
Selección del metal de aportación
Debe esforzarse por hacer coincidir la aleación del metal de aportación con la aleación de titanio que está soldando. Para soldar titanio comercialmente puro, utilice metal de aportación de titanio sin alear porque puede tolerar bien la contaminación atmosférica, sin una pérdida significativa de ductilidad del metal de soldadura. También puede utilizar alambre de relleno de titanio sin alear para soldar algunas aleaciones especiales de titanio para mejorar la ductilidad con cierta pérdida de resistencia, pero esto requiere un enfoque muy dedicado. Consulte al ingeniero si suelda aleaciones especiales como titanio base alfa.
La American Welding Society especifica metales de aportación para titanio en la especificación AWS A5.16/A5.16M:2007 para electrodos y varillas de soldadura de titanio y aleaciones de titanio.
Algunos de los alambres de relleno de titanio más comunes son ERTi-2, ERTi-3 y ERTi-4. Pero hay muchos otros metales de aportación de titanio y cada uno tiene una composición química ligeramente diferente, adecuada para la aleación de titanio que está soldando.
Soldadura de escapes exóticos de titanio con relleno de titanio ERTi-2.
Foto de @tashwelds
Flujo de gas de protección posterior a la soldadura
Es fundamental mantener un flujo de gas protector después de la soldadura hasta que la soldadura se haya enfriado por debajo de 430 °C (800 °F) para evitar una rápida oxidación de la soldadura. Puede intentar hacer una soldadura corta en una pieza de desecho sin proporcionar un flujo de gas de protección posterior y ver qué tan rápido la soldadura comenzará a oxidarse.
Utilice un flujo de gas posterior a la soldadura de al menos 20 s. A veces es posible que incluso necesites más, dependiendo del grosor del titanio. Si su soldador no admite una configuración más alta que los 20 segundos para postflujo, presione ligeramente el pedal TIG para iniciar un pequeño arco durante solo una fracción de segundo mientras sostiene el soplete sobre la soldadura completa y el soldador suelte otros 20 segundos de gas.
Soldadura TIG de tubo de titanio para escapes de supercoches
Foto de @weldtube (cortos de YouTube)
A veces también es necesario utilizar un dispositivo de gas de protección posterior. Esto le permite proteger el cordón de soldadura a medida que avanza a lo largo de la unión. Sin embargo, esto no siempre es necesario para la soldadura manual. Generalmente se utiliza para la soldadura rápida y automatizada de titanio.
Conclusión
El titanio no es un material complejo de soldar si se dominan correctamente los conceptos básicos. Si se queda con algo de esta guía, que sea la necesidad de máxima limpieza y protección con gas protector de la atmósfera. Simplemente clavar estos dos te convertiría en un soldador de titanio diez veces mejor que un novato que no haya soldado este material antes.
Escape de titanio Porsche 992
Foto de @flowgarage.escapamentos (IG)
🧐Cómo soldar titanio: preguntas frecuentes
¿Cómo reconocer la oxidación severa del titanio?
Las superficies de soldadura y HAZ cambiarán de color, desde plateado, amarillo pajizo, azul y blanco. Estos colores indican el nivel de óxidos de titanio que se formaron como resultado de la soldadura.
¿Qué es la selección del proceso de soldadura de titanio?
Recomendamos encarecidamente seguir la soldadura por arco de tungsteno con gas, también conocida como TIG, para soldar titanio. El proceso de soldadura TIG proporciona una precisión excelente y le permite dirigir cuidadosamente el gas protector mediante una configuración de copa ancha y lente de gas.
¿Qué es la selección del gas protector de titanio?
Para soldar titanio con TIG, recomendamos utilizar 100% argón. Es extremadamente importante conseguir un tanque de gas protector de argón de alta calidad. Cuanto mayor sea la pureza del tanque de argón, mejor será la soldadura.