Las aleaciones de titanio se utilizan ampliamente en la industria aeroespacial, la construcción naval, los dispositivos médicos y otros campos debido a su alta resistencia, baja densidad y excelente resistencia a la corrosión. Sin embargo, la soldadura de aleaciones de titanio es propensa a sufrir grietas y otros defectos, que afectan gravemente la calidad de la soldadura y las propiedades estructurales. Para resolver este problema de forma sistemática, es necesario llevar a cabo un control integral desde diversos aspectos como la protección del proceso, el control térmico, la combinación de materiales y el pretratamiento de la soldadura.
Implementar estrictamente el proceso de protección de soldadura.
La aleación de titanio tiene una alta actividad contra el oxígeno, el nitrógeno, el hidrógeno y otros gases a altas temperaturas, y estos elementos formarán óxidos, nitruros e hidruros frágiles al invadir la soldadura, lo que provocará una disminución de la tenacidad plástica de la unión e inducirá grietas. Por tanto, todo el proceso de soldadura debe realizarse bajo la protección de un gas inerte:
- Protección local: se utilizan boquillas de pistola de soldadura de gran-diámetro para garantizar que el gas argón cubra el baño de soldadura y las zonas adyacentes-afectadas por el calor, y el flujo de aire debe ser suave y uniforme para evitar turbulencias que provoquen enredos de aire.
-Protección trasera: después de soldar, utilice una campana de corte para continuar con la protección con argón hasta que la temperatura de la soldadura y la zona-afectada por el calor caigan por debajo de 200 grados para evitar la oxidación a alta-temperatura.
-Protección trasera: para soldaduras a tope en placas medianas y pesadas, se deben instalar cojines de aire o protección de argón en la parte posterior para garantizar que el área de formación de doble-cara esté libre de contaminación.
La pureza del gas protector debe ser mayor o igual al 99,99%, el punto de rocío debe ser inferior a -50 grados y el caudal de aire en el área protegida debe controlarse estrictamente.
Implementar el control del proceso térmico de soldadura.
La aleación de titanio tiene una baja conductividad térmica y la acumulación de calor de soldadura puede causar fácilmente granos gruesos en la zona afectada por el calor-y aumentar la tendencia a agrietarse. La entrada de calor de soldadura y la velocidad de enfriamiento deben controlarse mediante enfriamiento forzado:
-Placa de respaldo de cobre-enfriada por agua: se coloca una placa de respaldo de cobre con un disipador de enfriamiento en la parte posterior de la soldadura para acelerar la exportación de calor y limitar el tiempo de residencia a alta temperatura.
-Controle la temperatura entre capas: al soldar varias capas y varias pasadas, la temperatura entre capas debe controlarse por debajo de 150 grados para evitar la formación de tejido sobrecalentado.
- Parámetros de soldadura optimizados: se utiliza un bajo aporte de calor para reducir el ancho de la zona-afectada por el calor y al mismo tiempo garantizar la penetración.
Selección razonable de materiales y métodos de soldadura.
Coincidencia de material de soldadura
La composición del alambre de soldadura debe ser consistente o similar a la del metal base, y se deben preferir grados iguales como ER Ti-6Al-4V. Para uniones que requieren alta tenacidad, se puede usar una resistencia ligeramente menor y mejor plasticidad para mejorar la resistencia al agrietamiento.
Selección del método de soldadura.
-Soldadura con gas inerte de tungsteno (GTAW/TIG): adecuada para placas delgadas, medianas y pesadas, con arco estable y soldaduras de alta-calidad fáciles de lograr. Se recomienda la soldadura TIG pulsada para reducir aún más el aporte de calor.
-Soldadura por arco de plasma (PAW): adecuada para chapas medianas y pesadas, con fuente de calor concentrada y alta eficiencia de soldadura. Si se utiliza una mezcla de argón-hidrógeno, el contenido de hidrógeno debe controlarse estrictamente dentro de menos o igual al 5% para evitar grietas causadas por el hidrógeno.
-Soldadura por láser/haz de electrones: adecuada para componentes de precisión, con una zona estrecha-afectada por el calor y poca deformación, pero con un alto coste de equipo, que debe realizarse bajo alto vacío o atmósfera protectora.
Mejorar la preparación previa-a la soldadura y el control del proceso
Limpieza y tratamiento de articulaciones.
Antes de soldar, la superficie de la junta y el alambre de soldadura deben eliminarse completamente de la superficie de las incrustaciones de óxido, grasa, humedad y otros contaminantes. Se recomiendan los siguientes pasos:
- Limpieza mecánica: Utilice un cepillo de alambre de acero inoxidable o una fresa para eliminar la película de óxido;
- Limpieza química: decapado con solución de ácido nítrico + ácido fluorhídrico, luego enjuague con agua desionizada y secado;
- Acetona o alcohol desnatado.
Después de la limpieza, la soldadura debe completarse dentro de las 4 horas siguientes para evitar contaminación secundaria.
Inspección de montaje y protección de gas.
El espacio de montaje debe controlarse estrictamente, generalmente no más de 0,5 mm. Antes de soldar, se pre-descarga gas para garantizar que el gas protector cubra el área de soldadura y que el flujo de aire sea uniforme. Se pueden utilizar pruebas de humo o detectores de oxígeno para verificar el efecto de protección.
Control del entorno de soldadura
La soldadura debe realizarse en un área especial limpia y sin viento, con una humedad relativa controlada por debajo del 60% para evitar que la humedad ambiental ingrese al área del arco.
Inspección y tratamiento post-soldadura
Se recomiendan la inspección visual, la prueba de penetrantes (PT) o la inspección por rayos X (RT), y se pueden complementar las pruebas ultrasónicas (UT) para componentes importantes. Si es necesario, se realiza un recocido sin tensión-después de la soldadura, la temperatura de recocido generalmente es de 550 a 650 grados y el enfriamiento por aire después del aislamiento debe realizarse bajo vacío o protección con argón.
La clave de la calidad de la soldadura de titanio radica en el control de todo el proceso: desde la limpieza previa-a la soldadura, la protección del gas, la gestión del aporte de calor hasta la selección del método, las especificaciones del proceso deben cumplirse estrictamente. Mediante el diseño y el control sistemáticos del proceso, se puede reducir significativamente la tendencia a producir grietas en la soldadura y se pueden obtener uniones soldadas confiables de aleación de titanio para satisfacer las necesidades de la fabricación de equipos de alta-.