1. Introducción
Nuestra empresa, junto con otras empresas, realiza frecuentemente tareas de soldadura y fabricación con aleaciones de titanio y otros metales no ferrosos. Inicialmente, para completar con éxito las tareas de producción, busqué información, consulté a expertos y soldadores experimentados y aprendí mediante una combinación de estudio y práctica.
Finalmente, cumplimos con éxito los pedidos de soldadura y fabricación de aleaciones de titanio.
Posteriormente, participé en varios proyectos de soldadura de aleaciones de titanio, aprendiendo y adquiriendo un conocimiento más profundo continuamente sobre la soldadura de aleaciones de titanio. También resumí algunas experiencias que pueden usarse como referencia para futuras soldaduras de aleaciones de titanio.
2. Mediciones del proceso de soldadura
(1) Selección adecuada del método de soldadura:
Los métodos de soldadura comúnmente utilizados para titanio y aleaciones de titanio incluyen la soldadura por arco de argón, la soldadura por arco sumergido y la soldadura por haz de electrones al vacío, entre los cuales la soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG) es la más utilizada. Por eso elegimos la soldadura TIG.
(2) Selección correcta del alambre de soldadura:
Al seleccionar el alambre de soldadura, es necesario asegurarse de que el contenido de impurezas nocivas sea lo más bajo posible y al mismo tiempo cumplir con los requisitos de plasticidad y resistencia de la soldadura.
Generalmente, el principio es utilizar alambre de soldadura con la misma composición que el material base. En nuestra soldadura real, utilizamos alambre de soldadura de aleación de titanio TA4 que tenía una composición similar al material base.
Posteriormente, para ahorrar material, cortamos los restos del material base en tiras estrechas y las utilizamos como alambre de soldadura, con lo que también se obtuvieron buenos resultados.
(3) Control estricto de la pureza del material:
La soldadura de aleaciones de titanio es propensa a la formación de poros de hidrógeno y, a veces, de monóxido de carbono. Para evitar la porosidad, es necesario controlar estrictamente el contenido de impurezas como hidrógeno, oxígeno y carbono en las materias primas.
Llevamos a cabo pruebas físicas y químicas tanto en el material base como en el alambre de soldadura, y el alambre de soldadura que utilizamos también se sometió a un tratamiento de recocido al vacío para garantizar que el contenido de hidrógeno y oxígeno no excediera los límites especificados.
(4) Gas protector:
Cuando el espesor de la lámina de aleación de titanio es inferior a 3,2 mm, se utiliza gas argón puro como protección. Como el lote de pedidos que recibimos consistía principalmente en láminas delgadas con un espesor de 2 mm, utilizamos gas argón puro como protección, con un requisito de pureza de ≥99,99 %.
El contenido de oxígeno debe ser inferior al 0,002 %, el contenido de nitrógeno inferior al 0,005 %, el contenido de hidrógeno inferior al 0,002 %, el contenido de humedad inferior a 0,001 mg/l y la humedad relativa ≤5 %.
Además, para espesores de lámina superiores a 3,2 mm, se puede utilizar gas protector argón-helio para aumentar la profundidad de penetración, mejorar la potencia térmica del arco y aumentar la productividad de la soldadura. La relación argón-helio es 25% argón y 75% helio.
(5) Preparación de la superficie:
En primer lugar se realiza una limpieza mecánica para eliminar la suciedad y las incrustaciones de óxido de la zona de soldadura mediante corte, arenado, granallado o cepillo de alambre.
En segundo lugar, la limpieza química se lleva a cabo utilizando disolventes como alcohol, acetona y tetracloruro de carbono para eliminar el aceite, el polvo y otros contaminantes de la superficie de soldadura y del alambre de soldadura.
Luego se realiza un proceso de decapado utilizando HNO3 mezclado con HF (10:1) para eliminar los óxidos hasta obtener un brillo metálico de color blanco plateado.
Después del decapado, se realiza un enjuague minucioso con agua corriente y luego se limpia la superficie del alambre de soldadura y el área de soldadura con acetona o alcohol antes de soldar.
Finalmente, el raspado se lleva a cabo en áreas donde el decapado con ácido no es posible, utilizando un raspador de aleación dura para eliminar aproximadamente 0,025 mm de la superficie metálica dentro de un rango de 15-20 mm desde la ranura y el borde de la junta.
(6) Refuerzo de las medidas de protección:
Aunque el titanio y las aleaciones de titanio tienen un bajo contenido de impurezas de azufre y fósforo, aún pueden desarrollar grietas por tensión y grietas por frío cuando no se protegen adecuadamente.
Además, el titanio se oxida fácilmente a altas temperaturas durante la soldadura. Si el metal de soldadura y la zona cercana a la soldadura de alta temperatura, ya sea en la parte delantera o trasera, no están protegidos eficazmente, estarán sujetos a contaminación por impurezas como el aire, lo que provocará una mayor fragilidad.
La evidencia experimental ha demostrado que fortalecer la protección con gas en el área de soldadura puede mejorar la estructura de la soldadura y prevenir la formación de grietas. Utilizamos los siguientes métodos de protección:
En primer lugar, se realizó un dispositivo de protección local giratorio. Creamos un dispositivo de protección local con un tamaño de “cortina” de 15 mm × 20 mm, que gira en relación con la pieza durante la soldadura. El espacio entre la pieza de trabajo y la superficie giratoria de la “cortina” debe ser lo más pequeño posible, generalmente ≤0,5 mm.
En segundo lugar, el uso de una funda protectora. Hicimos una capa protectora con un espesor de aproximadamente 1 mm utilizando placas de cobre puro. El capó tiene entre 20 y 40 mm de ancho y 80-120 mm de largo. El principio es que la corriente de gas ingresa a través del tubo de entrada y se distribuye uniformemente a través de una fila de pequeños orificios o hendiduras en el tubo de distribución antes de ser soplado hacia arriba.
La camisa exterior de la campana refleja el flujo de gas hacia abajo y, después de pasar a través de varias capas de fina malla de alambre de cobre, se distribuye uniformemente en la soldadura. El principal requisito para la campana es que el gas protector que sale se distribuya uniformemente en un flujo laminar y no en un flujo turbulento. La transición interna de la campana debe ser suave, con un mínimo de esquinas muertas. Durante la soldadura, la cubierta se coloca contra la parte trasera del área de soldadura y se mueve junto con el soplete.
Por último, protección de espalda. Durante la soldadura, la temperatura en la parte posterior del cordón de soldadura también supera los 400°C, por lo que también requiere protección. Por lo tanto, fabricamos una placa posterior de cobre que puede proporcionar gas de protección. La placa de respaldo se coloca en la parte posterior del cordón de soldadura para aislarlo del aire y acelerar el enfriamiento en el área de soldadura.
Cuando la estructura de la pieza es compleja y es difícil implementar cubiertas protectoras o protección trasera, se puede utilizar el método de soldadura en caja con evacuación al vacío y llenado con gas argón. Esto garantiza que la pieza de trabajo se suelde en una atmósfera inerte con protección general de gas.
