Soldadura de titanio

Soldadura de titanio

El titanio comercialmente puro y la mayoría de las aleaciones de titanio son fácilmente soldables mediante varios procesos de soldeo que se usan en la actualidad. El método más común para unir el titanio es el proceso de arco de gas tungsteno (GTAW, por sus siglas en inglés) y, en segundo lugar, el proceso de gas arco metal (GMAW, por sus siglas en inglés). Otros pueden ser el de haz de electrones y, más recientemente, la soldadura por láser, así como también procesos de estado sólido como la soldadura por fricción y la unión por difusión. El titanio y sus aleaciones también pueden unirse por soldadura de resistencia y soldadura fuerte.

Las técnicas para soldar titanio se parecen a las empleadas con las aleaciones de níquel y aceros inoxidables. Para lograr buenas soldaduras de titanio, el mayor énfasis debe ponerse en la limpieza de la superficie y el correcto uso de la protección de gas inerte. El titanio fundido reacciona rápidamente con el oxígeno, el nitrógeno y el hidrógeno, por lo que la exposición a estos elementos en el aire o en contaminantes de la superficie durante el soldeo puede afectar negativamente a las propiedades metálicas de las soldaduras del titanio. Como consecuencia, ciertos procesos de soldadura como el de arco eléctrico con electrodo revestido, el de electrodo tubular autoprotegido y el de arco sumergido no son adecuados para soldar titanio. Además, el titanio no puede soldarse a la mayoría de los otros metales debido a la formación de componentes metálicos fragilizadores que llevan al agrietamiento de la soldadura.

Entorno de soldadura

Mientras que la soldadura del titanio en cámara o cajas de guantes todavía se utiliza en la actualidad, la gran mayoría de las soldaduras se hacen en aire usando protección de gas inerte. El argón es el gas preferido para soldar aunque se usan ocasionalmente mezclas de argón y helio si se desea más calor y mayor penetración de la soldadura. Se usan suministros eléctricos para soldaduras convencionales tanto para arco de gas tungsteno como para gas arco metal. La soldadura por arco de gas tungsteno se hace usando polaridad directa de CC (DCSP, por sus siglas en inglés) mientras que para el gas arco metal se usa la polaridad inversa (DCRP, por sus siglas en inglés).

Protección de gas inerte

Un requisito esencial para soldar titanio por arco de manera exitosa es contar con la protección adecuada de gas inerte. Se debe poner atención para asegurar que la protección de atmósfera inerte se mantenga hasta que la temperatura del metal de soldeo se enfríe por debajo de 426°C (800°F). Esto se logra manteniendo tres corrientes de gas separadas durante el soldeo. La primera o principal corriente de gas de protección se emite desde el soplete y protege la poza fundida y las superficies adyacentes. La protección de gas secundaria o retrasada protege el metal de soldadura solidificado y la zona afectada por el calor durante el enfriamiento. La tercera protección, o de respaldo, protege la soldadura por la parte inferior durante la soldadura y el enfriamiento. Se usan diversas técnicas para suministrar estas protecciones retrasadas y de respaldo. Abajo se muestra un ejemplo de la estructura de la protección retrasada de un soplete típico. La protección de respaldo puede ser de muchas formas. Una que se usa comúnmente para soldaduras longitudinales es una barra de soporte de cobre con salidas de gas que sirven para reducir el calor y como fuente de gas de protección. La complejidad de las configuraciones de las piezas a soldar y ciertas circunstancias de compra y de campo hacen que sea necesario cierto ingenio para crear los medios de protección de respaldo. Ello suele tomar la forma de cerramientos de láminas de plástico o aluminio, o "tiendas", pegadas con cinta a la parte posterior de la soldadura e inundadas con gas inerte.

Preparación de las uniones de soldadura

Los diseños de las uniones de soldadura de titanio son similares a los de los otros metales, y la preparación de los bordes se hace comúnmente mediante mecanizado o desbaste. Antes de soldar, es esencial que las superficies de las uniones de soldadura estén libres de toda contaminación y que permanezcan limpias durante toda la operación de soldadura. Los mismos requisitos se aplican cuando se usan electrodos como material de relleno. Contaminantes tales como el aceite, la grasa y las huellas digitales deben quitarse con limpiadores detergentes o solventes no clorados. Los óxidos de superficie ligeros pueden eliminarse mediante decapado ácido mientras que los óxidos más pesados pueden requerir de granallado seguido de decapado.

Evaluación de la calidad de la soldadura

Una buena medida de la calidad de las soldaduras es su color. Cuando son de color plateado brillante, eso indica que la protección de soldadura es satisfactoria y que se han tenido en cuenta las temperaturas de interpaso de soldadura apropiadas. Cualquier decoloración de la soldadura debería ser motivo de detención del proceso de soldeo y corrección del problema. La decoloración de color pajizo claro puede eliminarse mediante cepillado con un cepillo limpio de acero inoxidable y se puede continuar con el soldeo. La presencia de óxido azul oscuro u óxido blanco pulverulento en la soldadura indica una purga gravemente deficiente. Debe detenerse el soldeo, determinarse la causa, eliminar por completo la soldadura cubierta de óxido y volver a soldar.

Para la soldadura terminada, se utiliza normalmente la examinación no destructiva por penetrante líquido, radiografía o ultrasonido, respetando una especificación de soldeo adecuada. Al comienzo del soldeo, es aconsejable evaluar la calidad de la soldadura mediante pruebas mecánicas. Esto con frecuencia toma la forma de pruebas de plegado de la soldadura, a veces acompañadas de pruebas de tracción.

Soldeo por resistencia

Los procesos de soldeo por puntos y longitudinal para el titanio son similares a los utilizados para otros metales. La protección de gas inerte que se requiere en el soldeo por arco no se requiere, por lo general, en este caso. Es posible hacer soldaduras satisfactorias con cierta cantidad de combinaciones de corriente, tiempo de soldadura y esfuerzo de los electrodos. Una buena regla para seguir es comenzar con las condiciones de soldeo que se han establecido para espesores similares de aceros inoxidables y ajustar la corriente, el tiempo o el esfuerzo según se necesite. Como en el caso de la soldadura por arco, las superficies a unir deben estar limpias. Antes de iniciar una serie de producción de soldeo longitudinal o por puntos, se debe evaluar la calidad de la soldadura mediante pruebas de cizallamiento por tensión de las primeras soldaduras.