Soldadura de titanio: blindaje, parámetros y control del color de soldadura
Aug 12, 2025
Por qué la soldadura de titanio exige un control especial
El titanio es químicamente muy activo a temperaturas elevadas. A temperatura ambiente está protegido por una película de óxido pasiva estable, pero una vez que el metal se calienta por encima de aproximadamente 400 grados comienza a absorber oxígeno, nitrógeno, hidrógeno y carbono de la atmósfera a un ritmo que aumenta abruptamente con la temperatura. En el baño fundido, la afinidad es lo suficientemente fuerte como para que el metal de titanio desprotegido se oxide y se nitrure en cuestión de segundos.
Este comportamiento es el motivo por el que la soldadura de titanio se rige por el control de la atmósfera y no sólo por la técnica del arco. El titanio también tiene una baja conductividad térmica, por lo que el calor del arco permanece concentrado cerca de la soldadura, y un coeficiente de expansión térmica relativamente bajo, que limita la distorsión y ayuda a producir uniones limpias y sólidas cuando el blindaje es adecuado.
Cómo los elementos intersticiales cambian las propiedades de la soldadura
| Elemento | Efecto sobre la soldadura | Medida de control |
|---|---|---|
| Oxígeno | Solución sólida intersticial, distorsión reticular, mayor resistencia y dureza pero menor ductilidad y tenacidad | Gas de protección de alta-pureza, protección posterior, purga en el lado de la raíz |
| Nitrógeno | Efecto fortalecedor similar con rápida pérdida de plasticidad; Las soldaduras ricas en nitrógeno-se vuelven doradas y luego azules | Elimine la entrada de aire, controle la pureza del gas en la antorcha |
| Hidrógeno | Fuerte caída en la resistencia al impacto, formación de hidruros, fragilidad de las articulaciones. | Desengrasar completamente, limitar el hidrógeno en el metal de aporte y base. |
| Carbón | Fortalecimiento a niveles bajos, carburos duros y frágiles y agrietamiento por encima del límite de solubilidad | Retire el aceite y la grasa, tape el carbón en el límite de grado. |
Debido a que el oxígeno y el nitrógeno aumentan la dureza al tiempo que destruyen la tenacidad, la apariencia de la soldadura es un indicador práctico del proceso: un cambio de color de plata a dorado, de azul a gris rastrea la cantidad de contaminación absorbida. La mayoría de los grados de titanio limitan el carbono a un máximo de 0,10%, y los grados de pureza-comerciales comunes se mantienen a un máximo de 0,08%, por lo que la pieza de trabajo y el alambre de relleno deben estar libres de aceite y compuesto de marcado antes de soldar.
Gas de protección y protección de arrastre
El blindaje de la antorcha por sí solo no es suficiente para el titanio. El baño de soldadura está protegido por el gas del soplete, pero el cordón solidificado y la zona adyacente afectada por el calor-permanecen por encima del umbral de contaminación durante varios segundos después de que ha pasado el arco. Deben permanecer bajo gas inerte hasta que se enfríen.
Utilice argón con una pureza del 99,99 % o superior como gas de soplete, gas de arrastre y gas de respaldo o de purga.
Coloque un protector posterior que siga al soplete y cubra la zona afectada por el cordón y el calor-en ambos lados.
Purgue el interior de las juntas de tuberías y recipientes hasta que el oxígeno residual esté en el rango bajo de partes por millón.
Verifique el punto de rocío y el caudal en la salida y evite las turbulencias que atraen aire hacia el protector.
Nunca permita que se rompa el arco con el electrodo aún caliente y expuesto; El post-flujo debe continuar después de que se extinga el arco.
Preparación y limpieza de juntas antes de soldar
La limpieza no es opcional. Las incrustaciones de óxido, el líquido de corte, las huellas dactilares, la tinta de los marcadores y las virutas de mecanizado introducen carbono, hidrógeno u oxígeno en la soldadura.
Prepare los biseles de soldadura mecanizando en lugar de esmerilando, de modo que no queden partículas abrasivas ni contaminación incrustada en la cara de la junta.
Desengrase con un disolvente adecuado, luego retire la capa de óxido con un cepillo de alambre de acero inoxidable o una limpieza con ácido y seque.
Manipule las juntas preparadas únicamente con guantes limpios; No utilice las mismas herramientas que se han utilizado en acero al carbono.
Mantenga el alambre de relleno en su embalaje original hasta inmediatamente antes de usarlo y límpielo antes de alimentarlo.
El metal de aportación se selecciona de la clasificación AWS A5.16, por ejemplo ERTi-2 para metal base Grado 2 o ERTi-5 para Ti-6Al-4V, y debe coincidir con el grado del metal base y con la resistencia y ductilidad requeridas de la junta.
Parámetros de soldadura y práctica del arco
El titanio normalmente se suelda mediante soldadura por arco de tungsteno con gas con electrodo negativo de corriente continua, o mediante procesos de arco de plasma, haz de electrones o láser para trabajos de producción. Las reglas esenciales son consistentes en todos ellos: bajo aporte de calor, sin tejido, sin variación excesiva de la velocidad de desplazamiento y blindaje continuo.
| Práctica | Recomendación |
|---|---|
| Inicio del arco | Utilice inicio de arco de alta-frecuencia; Nunca inicie el arco en la pieza de trabajo fuera de la junta. |
| soldadura por puntos | Evite donde sea posible o haga puntos de penetración total-que serán consumidos por la soldadura final. |
| Posición de soldadura | Posición hacia abajo o plana donde el diseño de la articulación lo permita. |
| Entrada de calor | Mantenido bajo, con cuentas y tejido mínimo. |
| Temperatura entre pasadas | Se permite caer antes de que se deposite el siguiente pase. |
| Electrodo | Tungsteno toriado o ceriado, correctamente molido y no contaminado por el contacto con la piscina. |
Los impactos de arco, las salpicaduras y los cambios abruptos en la velocidad de desplazamiento crean contaminación local o solidificación desigual. Cuando sea necesario reposicionar una unión, la soldadura parcialmente terminada aún debe protegerse hasta que se haya enfriado por debajo del umbral de oxidación.
Post-Tratamiento térmico de soldadura y aceptación del color de soldadura
Se debe evitar el tratamiento térmico posterior-a la soldadura siempre que el diseño lo permita, porque cualquier ciclo térmico aumenta el riesgo de mayor contaminación y crecimiento del grano. Si se requiere alivio de tensión, la temperatura generalmente se mantiene por debajo de aproximadamente 650 grados y la atmósfera del horno debe ser vacío o gas inerte de alta-pureza. La pieza de trabajo debe estar limpia antes de ingresar al horno, ya que el aceite residual se descompondrá y depositará carbón.
El color de la soldadura es el criterio de aceptación estándar de primera línea-en las fabricaciones de titanio. La secuencia va desde el blanco-plateado, que significa sin oxidación, pasando por el pajizo claro, luego el pajizo profundo y el azul, hasta el gris o el blanco, que significa oxidación intensa. Las soldaduras de plata y paja clara indican un blindaje aceptable. Se puede tolerar paja profunda para tareas no-críticas. Las superficies azules y grises indican una soldadura contaminada, dura y quebradiza, y dichas uniones normalmente se eliminan y se vuelven a soldar en lugar de aceptarse.
Las comprobaciones de soporte incluyen la dureza transversal a través de la soldadura y la zona afectada por el calor-, pruebas de flexión, examen radiográfico o penetrante de la junta terminada y, para equipos a presión, la prueba de presión requerida por el código de construcción aplicable.
Preguntas frecuentes
P: ¿Por qué es tan importante el color de la soldadura de titanio?
El color refleja oxidación: la plata significa un blindaje correcto, el oro o la paja muestran una ligera oxidación y el azul o el gris indican una fuerte contaminación con ductilidad y dureza reducidas.
P: ¿Qué pureza del gas protector se necesita para la soldadura de titanio?
Se utiliza argón con una pureza del 99,99 % o superior para el soplete, el gas de arrastre y de respaldo, con el interior de la junta purgado hasta un nivel de oxígeno residual muy bajo.
P: ¿Deben rectificarse o mecanizarse los biseles de soldadura de titanio?
Los biseles se mecanizan, no se rectifican, para que las partículas abrasivas y la contaminación incrustada no entren en la junta.
P: ¿Es necesario un tratamiento térmico posterior-a la soldadura en el titanio?
Se evita cuando la aplicación lo permite; cuando se especifica alivio de tensión, la temperatura normalmente se mantiene por debajo de aproximadamente 650 grados en vacío o atmósfera inerte.
P: ¿Qué metal de aportación se utiliza para Ti-6Al-4V?
El relleno ERTi-5 según la clasificación AWS A5.16 coincide con el metal base Ti-6Al-4V, mientras que las juntas sin alear de Grado 2 normalmente usan ERTi-2.
P: ¿Qué sucede si el titanio absorbe hidrógeno durante la soldadura?
La resistencia al impacto cae bruscamente y la formación de hidruros fragiliza la unión, por lo que se imponen límites de hidrógeno y un desengrasado completo antes de soldar.
