El titanio es un metal altamente reactivo con propiedades químicas únicas. Muestra una fuerte afinidad por el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno y otros gases, especialmente a altas temperaturas.
Esta propiedad es particularmente pronunciada durante el proceso de soldadura de titanio, donde la fuerza de esta capacidad aumenta con la temperatura.
La experiencia ha demostrado que si no se controla la absorción y disolución de gases como oxígeno, hidrógeno, nitrógeno y otros durante la soldadura, esto puede plantear desafíos importantes para el proceso de soldadura de juntas de titanio.
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1. Prefacio
La soldadura de titanio es un método de soldadura de uso frecuente. El control de calidad de la soldadura en el proceso de soldadura de titanio tiene un impacto significativo en el color de la soldadura resultante.
Debido a la naturaleza visual del color de la soldadura de titanio, el estudio de la correlación entre el color de la costura de soldadura de titanio y la calidad de la soldadura es muy importante.
En este artículo, nuestro objetivo es explorar la relación entre la calidad de la soldadura de titanio y el color de la costura de soldadura de titanio basándose en nuestra extensa investigación sobre control de calidad y tecnología de soldadura de titanio, así como en nuestra experiencia práctica en el campo. Esperamos que este artículo pueda contribuir a futuras investigaciones en esta área.
2. Efecto de las características del titanio en la soldadura de titanio.
1. Efecto del oxígeno y el nitrógeno.
La fusión intersticial de oxígeno sólido y nitrógeno dentro del titanio puede distorsionar su estructura reticular, lo que resulta en una mayor resistencia a la fluencia, resistencia y dureza, al tiempo que disminuye su plasticidad y tenacidad.
Se recomienda evitar la presencia de oxígeno y nitrógeno durante la soldadura, ya que pueden tener efectos desfavorables.
2. Efecto del hidrógeno
Agregar hidrógeno al metal de soldadura de titanio disminuirá significativamente su resistencia al impacto y al mismo tiempo reducirá ligeramente su plasticidad. Además, la presencia de hidruro puede provocar fragilidad en la articulación.
3. Impacto del carbono
A temperatura ambiente, el carbono se disuelve en titanio en forma de vacantes, lo que aumenta la resistencia y disminuye la plasticidad, pero su efecto no es tan pronunciado como el del oxígeno y el nitrógeno.
Si el contenido de carbono excede su solubilidad, se forma TiC duro y quebradizo que se distribuye en una red, lo que lo hace propenso a agrietarse.
La norma nacional especifica que el contenido de carbono en la aleación de titanio no debe exceder el 0,1%.
Durante la soldadura, la contaminación por aceite en la pieza de trabajo y en el alambre de soldadura puede aumentar el contenido de carbono. Por tanto, es fundamental limpiar las superficies antes de soldar.
3. Análisis de soldabilidad del titanio.
El titanio es conocido por su excelente soldabilidad. Su baja conductividad térmica (0,041 Cal/℃ · cm · s) le permite fundirse sólo dentro del rango de combustión del arco y presentar buena fluidez.
Además, con un pequeño coeficiente de expansión térmica (8,6 × 10-6/℃, mucho menor que el del acero al carbono), la soldabilidad del metal titanio mejora enormemente.
4. Relación entre el color de la soldadura y la calidad de la soldadura de titanio.
1. Mecanismos de cambio de color y generación de defectos en tubos soldados de titanio y aleaciones de titanio.
Los defectos de soldadura de tubos de titanio y aleaciones de titanio y sus mecanismos de generación son los siguientes.
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Al soldar tubos de titanio, la pistola de soldadura por arco de argón crea una capa de retención de gas argón que sólo protege el charco de soldadura de los efectos nocivos del aire. Sin embargo, esta capa no proporciona ninguna protección a la soldadura solidificada ni a las áreas adyacentes que están cercanas al estado de alta temperatura.
Sin embargo, la soldadura del tubo de titanio y las áreas circundantes en este estado todavía tiene una gran capacidad para absorber nitrógeno y oxígeno del aire. Este proceso de absorción comienza a 400 ℃ para el oxígeno y 600 ℃ para el nitrógeno, ya que el aire se compone principalmente de nitrógeno y oxígeno.
A medida que aumenta el nivel de oxidación, el color de la soldadura del tubo de titanio cambia y la plasticidad de la soldadura disminuye.
- Blanco plateado (sin oxidación);
- Amarillo dorado (TiO, el titanio comienza a absorber hidrógeno a aproximadamente 250 ℃. Está ligeramente oxidado);
- Azul (la oxidación del Ti2O 3 es ligeramente intensa);
- Gris (la oxidación del TiO 2 es grave).
2. La calidad de la soldadura de titanio se puede juzgar por el color de la superficie de la soldadura de titanio.
La siguiente figura muestra pruebas para diferentes colores y durezas de soldaduras de titanio.
(1) Los experimentos han demostrado que la dureza de la soldadura aumenta a medida que el color de la soldadura se intensifica, lo que indica un aumento en el grado de oxidación de la soldadura. En el mismo sector, la dureza del metal titanio también aumenta, pero las sustancias nocivas como el oxígeno y el nitrógeno en la soldadura también tienden a aumentar, lo que conduce a una reducción significativa de la calidad de la soldadura.
(2) La soldabilidad del titanio está estrechamente relacionada con sus propiedades químicas y físicas, siendo el factor clave su vulnerabilidad a la contaminación atmosférica a altas temperaturas debido a su alta actividad. Los granos de titanio se hinchan cuando se calientan y, después de enfriarse, la unión soldada puede formar una fase quebradiza.
El titanio tiene un punto de fusión muy alto de 1668 ± 10 ℃, lo que requiere más energía que el acero para soldar. Además, el titanio es químicamente más activo e interactúa más fácilmente con el oxígeno y el hidrógeno que el acero, lo que resulta en una rápida combinación a temperaturas superiores a 600 ℃.
A una temperatura de 100 ℃, se absorbe una gran cantidad de hidrógeno (H) y oxígeno (O), y el titanio tiene la capacidad de disolver H a una velocidad decenas de miles de veces mayor que la del acero. Esto genera hidruro de titanio, que reduce significativamente la tenacidad.
Las impurezas gaseosas aumentan la tendencia al agrietamiento en frío y al agrietamiento retardado, así como la sensibilidad a las entalladuras. Por lo tanto, la pureza del argón utilizado para soldar no debe ser inferior al 99,99%, la humedad no debe exceder el 0,039% y el contenido de hidrógeno del alambre de soldadura debe ser inferior al 0,002%.
El coeficiente de transferencia de calor del titanio es la mitad que el del acero. La transformación de α a β ocurre a 882 ℃. Cuanto mayor sea la temperatura, más rápido crecerá el grano β, lo que provocará un deterioro significativo del rendimiento. Por lo tanto, la temperatura debe controlarse estrictamente, especialmente el tiempo de residencia a alta temperatura en el ciclo térmico de soldadura.
Al soldar titanio no se producen grietas intergranulares ni en caliente, pero puede haber problemas de porosidad, especialmente al soldar aleaciones α+β.
5. Precauciones para la soldadura de titanio.
Según la investigación anterior, se deben observar los siguientes problemas al soldar metal de titanio:
1) Durante la soldadura de titanio, es esencial proteger estrictamente el área de soldadura y el área de alta temperatura después de la soldadura para evitar que entre aire y afecte gravemente la calidad de la soldadura. Por tanto, es necesario utilizar argón puro al 99,99% y una funda protectora a la derecha.
2) La ranura de soldadura debe mecanizarse y no se permiten métodos de rectificado.
3) Se debe evitar la soldadura por puntos y en su lugar se debe utilizar el arranque por arco de alta frecuencia.
4) Se recomienda evitar tratamientos térmicos post-soldadura. Sin embargo, si es necesario, la temperatura del tratamiento térmico no debe exceder los 650 ℃.
6. Conclusión
El control de calidad de la soldadura de titanio tiene un impacto significativo en el color de la soldadura resultante. Además, el color de la soldadura de titanio también puede servir como indicador de la calidad general de la soldadura.
Por tanto, existe una relación crucial entre ambos.
