Nuestra empresa, junto con otras, realiza con frecuencia tareas de soldadura y fabricación con aleaciones de titanio y otros metales no férreos. Al principio, para completar con éxito las tareas de producción, busqué información, consulté a expertos y soldadores experimentados, y aprendí combinando el estudio y la práctica.
Al final, conseguimos pedidos de soldadura y fabricación de aleaciones de titanio.
Posteriormente, participé en múltiples soldadura de aleación proyectos, aprendiendo continuamente y adquiriendo un conocimiento más profundo de la soldadura de aleaciones de titanio. También he resumido algunas experiencias que pueden servir de referencia para futuras aleación de titanio soldadura.
Los métodos de soldadura más utilizados para el titanio y las aleaciones de titanio son los siguientes soldadura por arco de argónEntre ellas, la soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG) es la más utilizada. Por lo tanto, elegimos Soldadura TIG.
A la hora de seleccionar el alambre de soldadura, es necesario asegurarse de que el contenido de impurezas nocivas sea lo más bajo posible, cumpliendo al mismo tiempo 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 a la del material base.
Más tarde, para ahorrar material, cortamos los restos del material base en tiras estrechas y las utilizamos como alambre de soldadura, lo que también dio buenos resultados.
La soldadura de aleaciones de titanio es propensa a la formación de poros de hidrógeno y, en ocasiones, de poros 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.
Realizamos 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 vacío. recocido tratamiento para garantizar que el contenido de hidrógeno y oxígeno no superaba los límites especificados.
Cuando el grosor de la chapa de aleación de titanio es inferior a 3,2 mm, se utiliza gas argón puro para el blindaje. Dado que el lote de pedidos que recibimos consistía principalmente en chapas finas con un grosor de 2 mm, utilizamos gas argón puro para el blindaje, con un requisito de pureza de ≥99,99%.
El contenido de oxígeno debe ser inferior a 0,002%, el contenido de nitrógeno inferior a 0,005%, el contenido de hidrógeno inferior a 0,002%, el contenido de humedad inferior a 0,001mg/L, y la humedad relativa ≤5%.
Además, para espesores de chapa superiores a 3,2 mm, el argón-helio gas protector puede utilizarse para aumentar la profundidad de penetración, mejorar la potencia calorífica del arco y aumentar la productividad de la soldadura. La relación argón-helio es de 25% de argón y 75% de helio.
En primer lugar, se realiza una limpieza mecánica para eliminar la suciedad y las incrustaciones de óxido de la zona de soldadura mediante corte, chorro de arena, granallado o cepillado con 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 la pieza soldada y del hilo de soldadura.
A continuación, se lleva a cabo un proceso de decapado utilizando HNO3 mezclado con HF (10:1) para eliminar los óxidos hasta conseguir un brillo metálico blanco plateado.
Tras el decapado, se enjuaga a fondo con agua corriente y, a continuación, se limpia con acetona o alcohol la superficie del alambre y la zona de soldadura antes de soldar.
Por último, en las zonas en las que no es posible el decapado con ácido, se realiza un raspado con un raspador de aleación dura para eliminar aproximadamente 0,025 mm del superficie metálica entre 15 y 20 mm de la ranura y el borde de la junta.
Aunque el titanio y las aleaciones de titanio tienen pocas impurezas de azufre y fósforo, aún pueden desarrollar grietas por tensión y grietas frías cuando no están debidamente protegidos.
Además, el titanio se oxida fácilmente a altas temperaturas durante la soldadura. Si el metal de soldadura y la zona próxima a la soldadura a alta temperatura, ya sea en la parte delantera o trasera, no se protegen eficazmente, son propensos a la contaminación por impurezas como el aire, lo que provoca una mayor fragilización.
Las pruebas experimentales han demostrado que el refuerzo de la protección con gas en la zona de soldadura puede mejorar la estructura de la soldadura y evitar la formación de grietas. Utilizamos los siguientes métodos para la protección:
En primer lugar, se fabricó un dispositivo de protección local giratorio. Creamos un dispositivo de protección local con un tamaño de "cortina" de 15 mm×20 mm, que gira con respecto a la pieza de trabajo durante la soldadura. La separación entre la pieza de trabajo y la superficie giratoria de la "cortina" debe ser lo más pequeña posible, generalmente ≤0,5 mm.
En segundo lugar, el uso de una campana de apantallamiento. Fabricamos una cubierta de blindaje de 1 mm de grosor con placas de cobre puro. La campana tiene una anchura de 20-40 mm y una longitud de 80-120 mm. El principio es que el flujo de gas entra por el tubo de entrada y se distribuye uniformemente por una fila de pequeños orificios o ranuras en el tubo de distribución antes de ser soplado hacia arriba.
La cubierta exterior de la campana refleja el flujo de gas hacia abajo y, tras pasar por varias capas de malla fina de alambre de cobre, se distribuye uniformemente sobre la pieza soldada. El principal requisito para la campana es que el gas protector que fluye hacia el exterior se distribuya uniformemente en un flujo laminar en lugar de turbulento. La transición interior de la campana debe ser suave, con un mínimo de esquinas muertas. Durante la soldadura, la campana se coloca contra la parte posterior de la zona de soldadura y se mueve junto con la antorcha de soldadura.
Por último, la protección de la cara posterior. Durante la soldadura, la temperatura en la parte trasera de la cordón de soldadura también supera los 400°C, por lo que también requiere protección. Por ello, fabricamos una placa de respaldo de cobre que puede suministrar gas protector. La placa de respaldo se coloca en la parte posterior del cordón de soldadura para aislarlo del aire y acelerar el enfriamiento en la zona de soldadura.
Cuando la estructura de la pieza es compleja y resulta difícil implantar campanas de protección o protección trasera, puede utilizarse el método de soldadura en una caja con evacuación por vacío y llenado con gas argón. De este modo se garantiza que la pieza se suelda en una atmósfera inerte con protección general contra gases.
La soldadura de titanio con gas inerte de tungsteno (TIG) no tiene requisitos especiales para el fuente de potencia de soldadura.
Generalmente, una soldadora de corriente continua con una característica externa de caída pronunciada puede cumplir los requisitos. Para la soldadura utilizamos la soldadura TIG de polaridad recta de corriente continua.
Debido al menor módulo elástico del titanio en comparación con el acero, la deformación durante el soldadura de titanio es aproximadamente el doble bajo la misma tensión aplicada.
Por lo tanto, durante la soldadura, utilizamos placas y abrazaderas de titanio para fijar firmemente la pieza de trabajo y evitar y reducir la deformación de la soldadura.
Esto también reduce el tiempo de permanencia del metal en la zona de alta temperatura y la anchura de la zona sobrecalentada, mejorando la calidad de la unión.
Como soldábamos chapas finas y la posibilidad de fisuración era relativamente baja, y teniendo en cuenta la cuestión de la deformación, no tomamos medidas de precalentamiento. Sin embargo, para soldar chapas gruesas, un enfriamiento rápido puede provocar fácilmente grietas en frío.
Por lo tanto, es necesario reducir el aporte de calor durante la soldadura y también precalentar adecuadamente antes de soldar para ralentizar la velocidad de enfriamiento después de la soldadura, previniendo la formación de microestructuras inestables en la unión y evitando la fragilización. El sitio temperatura de precalentamiento suele rondar los 200°C.
El espaciado uniforme de las soldaduras se consigue utilizando fijaciones y calzos de ajuste para evitar desalineaciones. Es importante no posicionar soldaduras en intersecciones o zonas de alta concentración de tensiones. Cualquier película de óxido negro u otros defectos (como porosidad o grietas) generados durante las soldaduras de posicionamiento deben eliminarse rápidamente.
La corriente de soldadura debe ajustarse para garantizar que no se sobrecaliente y evitar la formación de estructuras endurecidas. Es preferible utilizar un aporte térmico inferior para evitar el engrosamiento del grano y mejorar la ductilidad de la unión soldada. Además, a menor calor de soldadura La entrada de corriente reduce el tiempo que el baño de fusión permanece en estado líquido y ayuda a reducir la porosidad. Para soldar aleación de titanio de 2 mm de espesor mediante soldadura TIG con corriente continua de polaridad recta, la corriente de soldadura se establece entre 80-100A.
La tensión del arco afecta principalmente a la anchura del cordón de soldadura y viene determinada por la longitud del arco. El aumento de la longitud del arco puede disminuir la eficacia de la protección de gas. En general, la longitud del arco debe controlarse para que esté entre 1 y 5 mm. La forma y el tamaño del electrodo de wolframio, así como el diámetro y la velocidad de avance del alambre de relleno, deben ajustarse en consecuencia.
Los electrodos de cerio tungsteno se utilizan habitualmente para soldadura de titanio aleaciones. Los electrodos de tungsteno cerio tienen un arco fino y concentrado, lo que mejora la densidad de corriente en 5-8%, reduce la tasa de quemado y tiene una vida útil más larga.
Cuando se utiliza corriente continua, la tensión del cátodo se reduce en 10%, lo que facilita la iniciación del arco. Los electrodos de tungsteno cerio tampoco son radiactivos. La forma y el tamaño del electrodo de tungsteno afectan a la estabilidad del arco.
La punta del electrodo debe afilarse antes de su uso, y el grado de afilado depende del diámetro del hilo de aportación y de la corriente de soldadura. Para soldar chapas finas y utilizar corrientes de soldadura bajas, es preferible un electrodo de tungsteno de menor diámetro con la punta más afilada para facilitar el encendido y la estabilidad.
Para soldar aleación de titanio de 2 mm de espesor, se utiliza un electrodo de tungsteno con un diámetro de 1,6 mm, un diámetro de punta de 0,8 mm y un ángulo de cono de 35°. La punta del electrodo de tungsteno debe perfilarse adecuadamente con una muela abrasiva dura y luego limpiarse.
La pistola y la boquilla utilizadas para soldar aleaciones de titanio difieren de las utilizadas para soldar aluminio o acero inoxidable. Suelen utilizarse boquillas principales de mayor diámetro para proteger el baño de soldadura.
El caudal de gas y el diámetro de la boquilla deben ajustarse para lograr un rendimiento óptimo. Si hay salpicaduras excesivas en la boquilla, ésta debe limpiarse o sustituirse oportunamente. El caudal de gas viene determinado principalmente por el diámetro de la boquilla y también influye la corriente de soldadura.
El caudal de gas suele ser de 0,8-1,2 veces el diámetro de la boquilla. En este caso, con un diámetro de boquilla de 10 mm, el caudal de gas se fija en 8-12 L/min.
La longitud de extensión del electrodo de wolframio suele ser 1-2 veces su diámetro y también se ve influida por la forma de la unión soldada. Para las soldaduras en ángulo, se utiliza una longitud de extensión ligeramente mayor (3-4 mm) para que el electrodo de tungsteno alcance la raíz de la unión y permita una mejor visibilidad del baño de soldadura. Para las soldaduras a tope, la longitud de extensión del electrodo de tungsteno es ligeramente más corta (2-3 mm) para lograr una protección óptima.
Tras determinar la corriente de soldadura, el velocidad de soldadura determina la cantidad de energía aportada por unidad de longitud del cordón de soldadura, o el aporte de calor de soldadura. Aumentar la velocidad de soldadura reduce la profundidad y la anchura del cordón. zona de fusiónmientras que al disminuir la velocidad aumentan.
Por lo tanto, para mantener un determinado factor de forma de la soldadura, la corriente y la velocidad de soldadura deben ajustarse simultáneamente. Para una corriente de soldadura de 80-100A, la velocidad de soldadura se establece en 150-200mm/min.
Hay dos tipos de soldadura pistolas: refrigeradas por aire y refrigeradas por agua. Las pistolas refrigeradas por aire se utilizan para corrientes bajas (generalmente inferiores a 150 A) y dependen del flujo de gas protector para su refrigeración. En este caso, se utiliza una pistola refrigerada por aire.
Esto implica comprobar si los circuitos de agua, gas y electricidad del equipo funcionan correctamente, si la calidad de ensamblaje de la pieza cumple los requisitos, si se ha realizado correctamente la limpieza previa a la soldadura, si se ha preparado el electrodo de wolframio y si se han ajustado adecuadamente los parámetros de soldadura.
Tras pulsar el botón de inicio de la pistola de soldar, la máquina de soldar empieza a funcionar. En primer lugar se inicia el flujo de gas, seguido de la iniciación del arco. Durante la iniciación del arco, se debe prestar atención al control de la distancia entre el electrodo de tungsteno y la pieza de trabajo para evitar la inclusión de tungsteno.
El método más fiable consiste en inclinar la pistola de soldar, dejando que la boquilla entre en contacto con la superficie de la pieza y acercar gradualmente el electrodo hasta que se forme el arco.
Para soldadura planaLa antorcha suele estar inclinada entre 70° y 75° con respecto al plano horizontal, mientras que el alambre de relleno está inclinado 20°.
En la soldadura solapada, la antorcha se inclina 20° hacia la junta solapada, mientras que las demás direcciones permanecen invariables. En la soldadura vertical, la antorcha se desplaza de abajo hacia arriba, manteniendo el eje de la antorcha casi perpendicular al alambre de aportación. El hilo de aportación se alimenta desde arriba con un ángulo de 15° respecto al plano de la pieza.
El alambre de relleno debe introducirse lentamente en el borde anterior del baño de fusión una vez que se ha formado, en lugar de hacerlo directamente en el centro del baño.
El alambre fino puede alimentarse de forma continua, mientras que el alambre más grueso debe alimentarse de forma intermitente con un ligero movimiento de vaivén. Sin embargo, el alambre no debe salir de la zona de protección de gas argón para evitar la oxidación del alambre caliente.
El alambre de relleno no debe tocar el electrodo de tungsteno y no debe perturbar el flujo de gas argón. Si se utiliza un alambre de relleno excesivamente grueso o se alimenta el alambre con demasiada rapidez, pueden entrar gotas grandes en el baño, lo que provoca un descenso repentino de la temperatura del baño de soldadura y un aumento de la viscosidad del metal fundido, lo que afecta negativamente a la penetración y a la formación del cordón.
En primer lugar, la formación de doble cara:
Al realizar una soldadura por el revés, el soldador puede observar el estado del baño de fusión para determinar si ha penetrado a través de la junta. En un estado normal, el metal del baño de fusión gira. Si la protección de gas es inadecuada o la corriente de soldadura es demasiado baja, no habrá rotación.
Cuando las gotas de metal de aportación se añaden al baño de fusión, la superficie del baño se eleva y, a medida que el calor del arco se transfiere hacia abajo, el metal base se funde. Cuando se alcanza la penetración completa, la gravedad hace que el baño de fusión se hunda, lo que provoca una disminución del nivel de la superficie y una expansión del área. Si no hay hundimiento, indica una penetración incompleta.
Si hay un hundimiento excesivo o una depresión, indica que ha habido una soldadura en la parte trasera.
En segundo lugar, la oscilación:
En el caso de las placas TC4 de 2 mm, la oscilación de la pistola de soldar es mínima. Las dos placas deben estar bien alineadas para garantizar una fusión adecuada. Al final de la soldadura, se forma un cráter más grande, que es propenso a agrietarse. Se recomienda rellenar el cráter con alambre de relleno.
Al detener la soldadura, el objetivo principal es evitar la aparición de cráteres y la pérdida prematura de protección. Por lo tanto, debe añadirse alambre de relleno adicional al final de la soldadura para rellenar el cráter antes de detener el avance del alambre.
La mayoría de las máquinas de soldadura TIG están equipadas con un dispositivo automático de decaimiento de corriente, que reduce gradualmente la corriente de soldadura a cero, permitiendo un enfriamiento gradual para evitar el agrietamiento del cráter. Si no hay dispositivo de decaimiento de corriente, la pistola de soldar puede levantarse gradualmente y luego apagarse.
En este punto, la pistola de soldar debe permanecer en el extremo de la soldadura durante 3-15 segundos hasta que el electrodo de tungsteno y el metal fundido del baño se hayan enfriado antes de detener el flujo de gas y alejar la pistola de soldar.
Como es delgada soldadura de chapasPara juzgar la calidad de la soldadura, nos basamos principalmente en el aspecto del cordón de soldadura y el color del metal soldado.
Las pruebas de rendimiento mecánico de las soldaduras de aleaciones de titanio han demostrado que los diferentes colores de la superficie de la soldadura corresponden a diferentes propiedades mecánicas.
Colores de las soldaduras de aleación de titanio:
Seleccionando el método de soldadura correcto, adoptando parámetros de soldaduray aplicando las medidas de proceso adecuadas, pudimos cumplir los requisitos de diseño y completar con éxito toda la tarea de producción.
Gracias a esta práctica, hemos adquirido una valiosa experiencia en la soldadura de aleaciones de titanio, que servirá de base para futuros proyectos emprendidos por nuestra empresa.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
ES 
EN 
DE 
RU 