¿Cómo se realiza la soldadura fuerte del titanio y las aleaciones de titanio?

El titanio puro es titanio alfa, con una red cristalina hexagonal compacta por debajo de los 882,5 °C, y titanio beta, con una red cristalina cúbica centrada en el cuerpo entre los 882,5 °C y los 1.668 °C. El comportamiento ante la soldadura fuerte depende del equilibrio de fases y del tratamiento térmico. Las aleaciones alfa son estables, resistentes a la corrosión y se sueldan fácilmente; las aleaciones alfa-beta ofrecen propiedades equilibradas; las aleaciones beta son más propensas a la segregación y a la inestabilidad térmica.

Características clave de la soldadura fuerte

1. Es necesario eliminar una capa de óxido resistente y estable y proteger la superficie limpia hasta que finalice la soldadura fuerte.
2. El titanio calentado absorbe oxígeno, hidrógeno y nitrógeno, lo que reduce drásticamente su ductilidad y tenacidad; utilice vacío o gas inerte seco.
3. El calentamiento a temperaturas cercanas o superiores a la temperatura de transformación de alfa a beta puede provocar el crecimiento de granos beta y la formación de alfa-prime en forma de aguja al enfriarse rápidamente.
4. El titanio reacciona con muchos materiales de aportación. Esto mejora la humectabilidad, pero puede disolver el metal base o dar lugar a compuestos intermetálicos frágiles.

Familias de metales de aportación

Metales de aportación a base de plata, paladio, aluminio y titanio

Los rellenos de plata fueron los primeros sistemas utilizados de forma generalizada para componentes de titanio a temperaturas inferiores a unos 540 °C. Las adiciones de cobre reducen la humectabilidad a medida que aumenta su concentración; una adición de 0,2–0,51 TP33T de litio puede mejorarla. El litio también reduce la temperatura de fusión y ayuda a eliminar las películas de óxido y nitruro. Las aleaciones de Ag-Cu con un contenido de Cu superior a unos 151 TP33T pueden formar compuestos intermetálicos frágiles; el Ni, junto con una pequeña adición de Li, puede mejorar la resistencia y la tenacidad de la unión.

El paladio mejora la humectabilidad y la resistencia a altas temperaturas, ya que es mutuamente soluble con el titanio y con muchos componentes habituales de los materiales de aportación. Los materiales de relleno a base de aluminio resultan útiles cuando la soldadura fuerte debe mantenerse cerca de una temperatura de envejecimiento. Los materiales de relleno a base de titanio utilizan Ni, Cu, Zr, Be u otros estabilizadores beta para reducir la temperatura de fusión. Ofrecen uniones resistentes y resistentes a la corrosión, pero pueden disolver de forma agresiva el material de base fino o formar capas de difusión frágiles.

Metales de aportación amorfos y control del proceso

Los materiales de relleno de titanio amorfo se funden a una temperatura de entre 840 y 900 °C, a menudo al menos 40 °C por debajo del punto de transición beta de las aleaciones de titanio habituales. Su forma uniforme de lámina de 30 a 50 μm proporciona una buena humectación, fluidez y consistencia de la junta.

Desengrasar y eliminar el óxido mediante chorro de arena o una limpieza ácida adecuada. Realizar la soldadura fuerte en argón o al vacío, utilizando calentamiento por inducción o en horno. El calentamiento rápido y los tiempos de mantenimiento cortos limitan la formación de capas de reacción interfaciales; no obstante, la temperatura y el tiempo deben permitir que el metal de aportación llene completamente el espacio de la junta.