Cómo preparar y soldar titanio y aleaciones de titanio

Para soldar titanio y aleaciones de titanio, primero hay que eliminar el óxido, el aceite, la humedad y cualquier otra impureza de la zona de la unión; a continuación, hay que proteger todo el metal que permanezca lo suficientemente caliente como para oxidarse. Los métodos que se tratan aquí son la soldadura por arco con gas y tungsteno y la soldadura por arco con gas y metal, seleccionando los sistemas de protección adecuados en función de la unión y el espesor de la pieza de trabajo.

Preparación del titanio y las aleaciones de titanio para la soldadura

Antes de soldar titanio o una aleación de titanio, es necesario limpiar a fondo la zona de la unión y sus alrededores para eliminar cualquier resto de aceite, suciedad, óxido y cascarilla, y las superficies deben mantenerse secas.

1. Eliminar la capa de óxido. La capa de óxido puede eliminarse con un cepillo de alambre de acero inoxidable o una lima, mediante chorro de vapor o granallado, o bien lijando con un disco de carburo de silicio. El decapado con ácido debe realizarse inmediatamente después de eliminar la capa de óxido para garantizar que la superficie quede libre de óxidos y grasa.
2. Desengrasa la superficie. Si hay incrustaciones, elimínelas antes de desengrasar; si no hay incrustaciones, basta con el desengrasado. Se pueden utilizar disolventes adecuados en superficies contaminadas con aceite. Una solución de limpieza de uso habitual contiene ácido fluorhídrico 3% y ácido nítrico 35% por volumen. La pieza se sumerge a temperatura ambiente durante unos 10 minutos, se enjuaga para eliminar los restos de solución y se seca. Las piezas susceptibles a la corrosión bajo tensión deben enjuagarse tras el decapado con agua sin cloruro, en lugar de agua del grifo. Los guantes de goma pueden dejar plastificante en la pieza y, en consecuencia, provocar porosidad en la soldadura. Los bordes de las chapas recién cortadas también requieren este procedimiento de decapado, ya que los fragmentos de metal y las pequeñas grietas creadas durante el corte pueden favorecer la porosidad durante la soldadura.

Las piezas limpias deben soldarse inmediatamente. Si es necesario almacenarlas, colócalas en un recipiente con desecante o en una sala con humedad controlada. De lo contrario, vuelve a aplicar un tratamiento de decapado suave antes de soldarlas.

Elección de un método de soldadura

El titanio se oxida fácilmente en las zonas de soldadura a temperaturas superiores a 400 °C. Por lo tanto, todas las zonas que superen esta temperatura requieren protección con gas inerte durante la soldadura. La soldadura con oxiacetileno, la soldadura por arco con electrodo revestido, la soldadura por arco sumergido y la soldadura por electroescoria no son adecuadas para el titanio ni para las aleaciones de titanio.

Soldadura TIG (arco con electrodo de tungsteno)

La soldadura por arco con gas y tungsteno (GTAW o TIG) puede ser manual o automática. Según el entorno de soldadura, se puede clasificar en soldadura a cielo abierto y soldadura en cámara.

1. Soldadura abierta. En una configuración convencional se utiliza una boquilla de soplete de gran diámetro, un escudo de protección trasero y un dispositivo de gas de apoyo. El escudo de protección trasero y el dispositivo de gas de apoyo protegen el metal de soldadura a temperaturas superiores a 400 °C con argón o una mezcla de argón y nitrógeno, para evitar que se oxide.
2. Soldadura en cámara. Las estructuras soldadas complejas pueden resultar difíciles de proteger de forma eficaz a temperaturas superiores a 400 °C, por lo que pueden soldarse en el interior de una cámara rígida o flexible.
   1. Cámara rígida. Antes de soldar, se debe evacuar la cámara hasta alcanzar una presión de entre 1,3 y 13 Pa y, a continuación, llenarla con argón o una mezcla de argón y helio. El soplete puede ser relativamente sencillo, sin pantalla de protección trasera, y no se requiere ningún flujo adicional de gas de protección durante la soldadura.
   2. Cámara flexible. El aire puede eliminarse bien vaciando la cámara antes de la soldadura, bien plegándola repetidamente y purgándola con argón. Dado que la pureza del gas de protección es menor en una cámara flexible, se sigue utilizando un soplete convencional y la protección con gas debe mantenerse durante toda la soldadura.

Soldadura MIG (arco con electrodo consumible)

La soldadura por arco con gas y electrodo metálico (GMAW o MIG) se utiliza habitualmente para piezas de espesor medio y grueso. La transferencia por cortocircuito es adecuada para piezas de pared delgada, mientras que la transferencia por pulverización es adecuada para secciones de espesor medio y grueso.

En comparación con el GTAW, el GMAW presenta un mayor aporte de calor. Dado que se deposita más alambre de aportación, normalmente se requiere un ángulo de ranura mayor. En las piezas de 15-25 mm de espesor se suele utilizar una ranura en V simple de 90° o una ranura en I con un espacio de 1-2 mm y una pasada de soldadura a cada lado. El GMAW permite reducir el número de capas, disminuir la porosidad y reducir los costes de producción. Sigue siendo necesario un escudo protector tras la antorcha. Dado que la parte de la soldadura que supera los 400 °C es más larga que en el GTAW, el escudo protector también debe ser más largo y estar refrigerado por agua. La principal desventaja es una mayor formación de salpicaduras de soldadura.