Las aleaciones de titanio tienen baja densidad, alta relación resistencia-peso, buena resistencia a la corrosión, baja conductividad térmica, no toxicidad, no magnetismo y pueden soldarse. Se utilizan ampliamente en las industrias aeroespacial, de aviación, química, petrolera, energética, médica, de construcción y deportiva.
1. Características de la soldadura de titanio y aleaciones de titanio:
(1) Fragilidad causada por contaminación por impurezas:
Debido a la alta reactividad química del titanio, el ciclo térmico de soldadura puede hacer que el baño de soldadura, el metal de la zona de fusión por encima de 350 ℃ y la zona afectada por el calor reaccionen fácilmente con hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y contaminantes como aceite y humedad. , etc. presentes en el aire o en el material y el alambre de soldadura.
El titanio absorbe rápidamente hidrógeno por encima de 300°C, oxígeno por encima de 600°C y nitrógeno por encima de 700°C. Cuando contiene una gran cantidad de carbono, puede desarrollar una estructura de red de TiC frágil. Estas condiciones reducen significativamente la ductilidad y tenacidad del titanio y sus aleaciones, lo que resulta en un deterioro en el rendimiento de la unión soldada.
El color de la película de óxido formada sobre la superficie del titanio depende de la temperatura de producción.
Por debajo de 200 ℃, aparece de color blanco plateado; a 300°C se vuelve amarillo pálido; a 400°C se convierte en oro; a 500℃ y 600℃ presenta colores azul y morado, respectivamente; y de 700°C a 900°C, aparece en varios tonos de gris.
El color de la película de óxido se puede utilizar para determinar la temperatura del área desprotegida durante el proceso de soldadura.
(2) Degradación del rendimiento causada por la transformación de fase durante la soldadura:
Hay dos estructuras cristalinas de titanio: por encima de 882 ℃, tiene una estructura reticular cúbica centrada en el cuerpo conocida como β-titanio, y por debajo de 882 ℃, tiene una estructura reticular hexagonal compacta llamada α-titanio. El titanio utilizado para los buques contiene muy pocos elementos estabilizadores β y es principalmente aleaciones de hierro α.
Durante la soldadura a altas temperaturas, la soldadura y partes de la zona afectada por el calor se transforman en una estructura cristalina β, lo que lleva a una tendencia significativa al crecimiento del grano.
Como el titanio tiene un alto punto de fusión, una alta capacidad calorífica específica y una baja conductividad térmica, el tiempo de residencia a altas temperaturas durante la soldadura es aproximadamente de 3 a 4 veces más largo que el del acero.
Esto da como resultado una zona afectada por el calor de alta temperatura más amplia, lo que provoca un crecimiento notable de grano en la soldadura y en la zona afectada por el calor de alta temperatura, lo que lleva a una disminución significativa de la ductilidad.
Por lo tanto, al soldar titanio, generalmente es aconsejable utilizar un menor aporte de calor de soldadura y velocidades de enfriamiento más rápidas para reducir el tiempo de residencia a altas temperaturas, minimizar el grado de crecimiento del grano, disminuir el tamaño de la zona afectada por el calor a altas temperaturas y mitigar el disminución de la ductilidad.
(3) Se requiere protección con gas inerte en el área de soldadura:
A altas temperaturas, el titanio tiene una gran afinidad por el oxígeno del aire. Por lo tanto, es necesario utilizar protección con gas inerte por encima de 200°C para evitar la oxidación.
(4) Distorsión significativa de la soldadura:
El módulo de elasticidad del titanio es sólo la mitad que el del acero al carbono. Bajo el mismo voltaje de soldadura, la distorsión de la soldadura del titanio será el doble que la del acero al carbono.
Por lo tanto, al soldar titanio, generalmente se recomienda utilizar placas de respaldo y placas de sujeción para minimizar la distorsión de la soldadura.
(5) Propenso a la porosidad:
La porosidad es un defecto común en las soldaduras de titanio. Los poros que se forman durante la soldadura de titanio son principalmente poros de hidrógeno, pero también puede haber poros formados por gas CO.
(6) Potencial de agrietamiento:
Las impurezas como el azufre, el fósforo y el carbono del titanio tienen un punto de fusión bajo y un rango de temperatura de solidificación estrecho con el titanio en los límites de los granos.
Como resultado, la contracción de la soldadura durante la solidificación es pequeña y generalmente no se producen grietas térmicas en la soldadura. Las grietas en las soldaduras de titanio suelen ser grietas en frío inducidas por hidrógeno.
(7) Incompatibilidad con el acero para soldadura por fusión:
El hierro se disuelve en titanio en fracciones de masa muy bajas, que van desde sólo el 0,05% al 0,10%.
Por lo tanto, el titanio y el acero no se pueden soldar por fusión directamente.
2. Métodos de soldadura para titanio y aleaciones de titanio.
Los principales métodos de soldadura utilizados para el titanio y las aleaciones de titanio son la soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG), la soldadura con gas inerte de electrodo de fusión (MIG) y la soldadura por arco de plasma.
La soldadura fuerte se puede utilizar para soldar estructuras selladas que no soportan carga. La soldadura por explosión también se puede emplear para la soldadura compuesta de placas compuestas de titanio y acero.
3. Materiales de soldadura para titanio y aleaciones de titanio:
(1) Alambre de soldadura:
La selección de alambre de soldadura de titanio y aleación de titanio generalmente se basa en la combinación con el material base, pero también debe pasar la calificación de evaluación del proceso de soldadura.
Al elegir el alambre de soldadura, resulta difícil encontrar una combinación adecuada porque el contenido de impurezas del alambre solo se controla dentro de un límite superior. En la mayoría de los casos, no hay control sobre el límite inferior.
Además, cada lote de alambre de soldadura producido sólo garantiza la composición química, pero no las propiedades mecánicas después de la soldadura. Existe la posibilidad de que algunos lotes de producción de alambre de soldadura tengan un contenido de impurezas inusualmente bajo, lo que los convierte en productos calificados.
Sin embargo, su resistencia a la soldadura puede ser menor, lo que puede no cumplir con el requisito mínimo de resistencia a la tracción por debajo del estándar de estado recocido del material base.
En estos casos, es necesario cambiar a otro lote de producción de la misma marca de alambre de soldadura o incluso a un alambre de mayor calidad (como el puro industrial) para realizar una nueva evaluación del proceso hasta calificarlo antes de finalizar la selección del alambre de soldadura. cable.
Para el alambre de soldadura y el alambre de relleno utilizados en recipientes hechos de titanio y aleaciones de titanio, la composición química (análisis de la masa fundida) se puede encontrar en la Tabla 4-29.
Al realizar nuevas pruebas de composición química en muestras de alambre de soldadura terminado y alambre de relleno, las desviaciones permitidas para el análisis se pueden encontrar en la Tabla 4-30. Los tipos recomendados de alambre de soldadura y alambre de relleno para materiales de titanio comúnmente utilizados en contenedores se pueden encontrar en la Tabla 4-31.
Tabla 4-29 Composición química (análisis de fusión) de alambre de soldadura y alambre de relleno de titanio y aleación de titanio para contenedores.
| Modelo de alambre | Composición química (fracción de masa,%) | ||||||||||
| Componentes principales | Elementos de impureza | Elementos residuales | |||||||||
| Tú | Mes | No | P.D. | Fe | oh | W. | norte | h. | Soltero | Suma total | |
| ERTAIELI | Movimiento rápido del ojo. | – | – | – | ≤0,08 | 0,03~0,10 | ≤0,03 | ≤0,012 | ≤0,005 | ≤0,05 | ≤0,20 |
| ERTA2ELI | Movimiento rápido del ojo. | – | – | – | ≤0,12 | 0,08 ~ 0,16 | ≤0,03 | ≤0,015 | ≤0,008 | ≤0,05 | ≤0,20 |
| ERTA3ELI | Movimiento rápido del ojo. | – | – | – | ≤0,16 | 0,13~0,20 | ≤0,03 | ≤0,02 | ≤0,008 | ≤0,05 | ≤0,20 |
| ERTA4ELI | Movimiento rápido del ojo. | – | – | – | ≤0,25 | 0,18~0,32 | ≤0,03 | ≤0,025 | ≤0,008 | ≤0,05 | ≤0,20 |
| ERTA9 | Movimiento rápido del ojo. | – | – | 0,12-0,25 | ≤0,12 | 0,08 ~ 0,16 | ≤0,03 | ≤0,015 | ≤0,008 | ≤0,05 | ≤0,20 |
| ERTA10 | Movimiento rápido del ojo. | 0,2-0,4 | 0,6-0,9 | – | ≤0,15 | 0,08 ~ 0,16 | ≤0,03 | ≤0,015 | ≤0,008 | ≤0,05 | ≤0,20 |
Tabla 4-30: Análisis de la composición química y desviaciones permitidas de alambres de soldadura y alambres de relleno de titanio y aleaciones de titanio acabados
| Elementos componentes | Composición química (fracción de masa,%) | |||||||||||
| Mes | No | P.D. | Fe | oh | W. | norte | h | Elemento residual individual | ||||
| ≤0,20 | ≤0,30 | ≤0,10 | 0,10~0,15 | ≤0,25 | ||||||||
| Desviaciones permitidas | ±0,03 | ±0,03 | ±0,02 | +0.05 | +0.10 | +0.02 | ±0,02 | +0.03 | +0.01 | +0.01 | +0.002 | +0.02 |
Tabla 4-31: Modelos recomendados de alambre y alambre de relleno para materiales de titanio comúnmente utilizados en contenedores
| Grado de titanio | Modelos de hilos y hilos de relleno |
| tai | ERTAIELI |
| TA2 | ERTA2ELI |
| TA3 | ERTA3ELI |
| TA4 | ERTA4ELI |
| TA9 | ERTA9 |
| TA10 | ERTA10 |
(2) Gas de protección:
El gas argón se utiliza comúnmente como gas protector para soldar aleaciones de hierro y titanio. La pureza del gas argón (fracción en volumen) no debe ser inferior al 99,99%.
Las fracciones en volumen de otros componentes del gas deben ser las siguientes: oxígeno inferior al 0,002 %, nitrógeno inferior al 0,005 %, hidrógeno inferior al 0,002 % y contenido de humedad inferior a 0,001 mg/L. La presión en la bombona de gas no debe ser inferior a 0,5 MPa.
Durante el uso, el aire del sistema de gas de protección, como mangueras de gas, sopletes y máscaras de soldadura, debe sustituirse por gas limpio. Como gas de protección también se puede utilizar gas helio o una mezcla de gas argón y helio.
(3) Electrodo de tungsteno:
Los electrodos de tungsteno comúnmente utilizados son electrodos de tungsteno puro y electrodos de tungsteno ceriados. Los electrodos de tungsteno ceriados contienen óxido de cerio como impureza (fracción de masa no superior al 0,1%).
Los electrodos de tungsteno ceriados tienen una función de trabajo de baja emisión de electrones, alta estabilidad química, alta densidad de corriente permitida, sin radioactividad y mejor rendimiento que los electrodos de tungsteno puro. Son electrodos de tungsteno muy utilizados en la actualidad.
4. Preparación previa a la soldadura
(1) Limpieza previa a la soldadura:
Antes de soldar titanio y sus aleaciones se debe limpiar cuidadosamente la superficie para eliminar óxidos, nitruros, aceites, humedad, etc. Generalmente se utiliza el decapado ácido o el pulido con muela o papel de lija.
Para piezas que son difíciles de pelar, como soldaduras longitudinales, soldaduras de esquinas de contenedores y soldadura de tubos y placas en intercambiadores de calor, los lados del chaflán se pueden pulir con una muela abrasiva o papel de lija, y se debe tener cuidado al limpiarlos. la arena y el polvo restante.
Para soldar alambres, cabezales, juntas de dilatación y otras piezas que no son fáciles de lijar, se debe realizar un decapado ácido antes de soldar y luego enjuagar con agua limpia.
Si no es posible decapar, se puede utilizar un raspador de aleación dura. Después del proceso de limpieza anterior, el área de soldadura debe limpiarse con solventes como acetona o alcohol anhidro antes de soldar y no debe tocarse con las manos para evitar la recontaminación. Si se produce una recontaminación, se debe limpiar y lavar nuevamente.
(2) Fabricación de Otros Dispositivos de Protección en la Zona de Soldadura:
Al soldar titanio y aleaciones de titanio, la boquilla de la pistola de soldar protege el baño de soldadura, la máscara de soldadura protege la parte frontal de la junta soldada durante el enfriamiento y la placa posterior protege la parte posterior de la junta soldada.
La pistola de soldar utilizada para soldar titanio y aleaciones de titanio es diferente de la utilizada para soldar aluminio o acero inoxidable y generalmente emplea una boquilla de gran diámetro.
Para la soldadura manual, el diámetro de la boquilla suele ser de 14 a 20 mm, mientras que para la soldadura automática es de 16 a 22 mm. La máscara de soldadura puede proteger la soldadura y la zona afectada por el calor por encima de 400°C.
La forma y el tamaño de la máscara de soldadura deben determinarse en función de factores como el espesor de la pieza de trabajo, el método de enfriamiento, la corriente de soldadura y la forma de la soldadura. La máscara de soldar debe moverse junto con la pistola de soldar sobre la zona de soldadura.
Se pueden usar placas de respaldo de cobre en la parte posterior de la soldadura para acelerar el enfriamiento y aislar el aire. También se puede soplar gas protector a través de la placa de respaldo de cobre, o se puede aplicar una máscara de soldadura en la parte posterior de la soldadura, acompañando el proceso de soldadura.
