¿Cómo se realiza la soldadura fuerte de titanio con aluminio, acero, cobre o cerámica?

Soldadura fuerte de titanio con aluminio

Las estructuras de aluminio y titanio combinan un bajo coste, una elevada resistencia específica y resistencia a la corrosión, pero su incompatibilidad física genera tensiones residuales y compuestos intermetálicos de TiAl frágiles. El material de relleno debe humedecer ambas caras, rellenar el espacio libre y favorecer una reacción multicomponente que limite la formación de TiAl.

Se han utilizado los materiales de relleno Al30Ag10Cu, Al10Cu8Sn y Al10Si1Mg para soldar al vacío titanio puro con aluminio puro a una temperatura de entre 600 y 620 °C. En sus interfaces se forma TiAl₃ con Ag₂Al o CuAl₂, o bien Ti₇Al₅Si₁₂. El material de aportación de Al-Si-Mg produjo la mayor resistencia al cizallamiento registrada en esta comparación: 70 MPa. La adición de La y Pr al Al8,4Si20Cu10Ge permitió la soldadura fuerte al vacío en horno de Ti-6Al-4V con aluminio 6061 a 530 °C y aumentó la resistencia a la tracción hasta los 51 MPa.

Soldadura fuerte de titanio con acero inoxidable

Utiliza vacío o argón para evitar la captación de gases y la oxidación. El carbono, el cromo y el níquel del acero inoxidable pueden reaccionar con el titanio para formar compuestos de TiC, TiCr y TiNi. Selecciona un material de aportación con una temperatura inferior a la de transformación del titanio y evita adiciones excesivas que favorezcan la formación de fases frágiles. En el caso del Ti-6Al-4V con el acero inoxidable 304, el BNi7 mostró la mejor humectabilidad entre el 40Ti-20Zr-20Cu-20Ni, el Ag-5Pd, el BNi2 y el BNi7; además, un mayor contenido de Ni limitó el crecimiento de la fase beta. En aire, el material de aportación de plata con fundente de CuCl-AgCl más una pequeña adición de LiF puede mejorar la humectabilidad.

Soldadura fuerte de titanio con cobre

La soldadura fuerte al vacío de Ti-6Al-4V con bronce al cromo QCr0,8 utilizando AgCu28 produce soluciones sólidas de Ag y Cu, además de compuestos intermetálicos de CuTi. A 890 °C durante 10 minutos, la resistencia al cizallamiento máxima registrada fue de 449 MPa. El material de aportación de Ti-Ni-Zr-Cu permite unir Ti-6Al-4V de pared delgada a cobre libre de oxígeno TU2; un recubrimiento de níquel de 10-20 μm puede limitar la disolución del titanio. La soldadura por brasado dirige el calor hacia el lado del cobre, que tiene un punto de fusión más bajo, para limitar la fusión del titanio y la formación de TiCu.

Soldadura fuerte de titanio con cerámica

La cerámica resiste el calor, el desgaste y la corrosión, pero es difícil de moldear y tiene poca tenacidad. La soldadura fuerte permite unirla a estructuras de titanio resistentes, aunque hay que resolver dos problemas: la escasa humectabilidad metalúrgica causada por enlaces iónicos o covalentes, y la tensión residual provocada por la incompatibilidad en la dilatación térmica. Se puede premetalizar la cerámica o añadir un elemento de relleno activo, y reducir la tensión mediante un refuerzo de baja expansión, una capa intermedia o el diseño de la geometría de la unión.

Los rellenos activos de Ag-Cu-Ti y Ag-Ti son habituales. El Ag-Cu-Ti humedece eficazmente la cerámica a temperaturas de entre 850 y 1.000 °C y puede unir ambos sustratos; por encima de los 1.000 °C, su capacidad para humedecer la cerámica disminuye notablemente.