Como soldar titânio:processo e técnicas

O titânio é considerado um metal exótico devido ao seu baixo peso, boa resistência e resistência à corrosão. No entanto, no passado, acreditava-se que a soldagem adequada de titânio pode ser realizada apenas em câmaras seladas.

É um metal reativo que pode ser contaminado por gases atmosféricos. Mas soldar titânio não é tão difícil quanto muitos soldadores pensam. Você só precisa manter a proteção adequada do gás durante a soldagem, o resto é muito semelhante à soldagem de outros tipos de metais.

Soldagem de titânio

Titânio e suas ligas são mais frequentemente soldados com os processos de soldagem a arco de gás tungstênio (GTA ou TIG) e gás metal-arco (GMA ou MIG). Resistência, arco de plasma, feixe de elétrons e soldagem por fricção também são usados ​​em titânio de forma limitada. Todos esses processos oferecem vantagens para situações específicas.

O titânio e a maioria das ligas de titânio são facilmente soldáveis, usando vários processos de soldagem. Soldas feitas corretamente na condição de solda são dúcteis e, na maioria dos ambientes, são tão resistentes à corrosão quanto o metal base. Soldas inadequadas, por outro lado, podem ser fragilizadas e menos resistentes à corrosão em comparação com o metal base.

As técnicas e equipamentos utilizados na soldagem de titânio são semelhantes aos necessários para outros materiais de alto desempenho, como aço inoxidável ou ligas à base de níquel. O titânio, no entanto, exige maior atenção à limpeza e ao uso de proteção auxiliar de gás inerte do que esses materiais.

O metal de solda de titânio fundido deve ser totalmente protegido da contaminação pelo ar. Além disso, as zonas quentes afetadas pelo calor e o lado da raiz das soldas de titânio devem ser protegidos até que as temperaturas caiam abaixo de 800°F (427°C).

O titânio reage prontamente com o ar, umidade, graxa, sujeira, refratários e a maioria dos outros metais para formar compostos frágeis. A reação do titânio com gases e fluxos torna inadequados os processos de soldagem comuns, como soldagem a gás, arco de metal blindado, arco fluxado e soldagem a arco submerso.

Da mesma forma, soldar titânio na maioria dos metais diferentes não é viável, porque o titânio forma compostos frágeis com a maioria dos outros metais; no entanto, o titânio pode ser soldado ao zircônio, tântalo e nióbio.

Apesar das precauções que precisam ser tomadas, muitos fabricantes estão soldando titânio de forma rotineira e econômica, fazendo soldas sólidas e dúcteis a taxas comparáveis ​​a muitos outros materiais de alto desempenho.

Um dos benefícios importantes de soldar os graus comercialmente puros de titânio é que eles são mais de 99% de titânio puro e não há preocupação com a segregação. O mesmo se aplica ao fio ou vareta de solda em graus comercialmente puros.

Ambiente de soldagem

A maioria da soldagem de titânio hoje é feita na oficina de fabricação aberta, embora a soldagem de câmara ainda seja praticada de forma limitada. A soldagem em campo é comum. Onde quer que a soldagem seja feita, é necessário um ambiente limpo para soldar o titânio.

Uma área separada, especificamente reservada para a soldagem de titânio, ajuda a fazer soldas de qualidade. Esta área deve ser mantida limpa e isolada de operações que produzam sujeira, como esmerilhamento, corte com maçarico e pintura. Além disso, a área de soldagem deve estar livre de correntes de ar e a umidade deve ser controlada.

Preparação de solda

Um dos fatores mais importantes na determinação de uma solda de titânio de qualidade é a preparação adequada da solda.

• Limpe a superfície do titânio para eliminar quaisquer impurezas e remover qualquer óleo, graxa ou sujeira. É melhor usar produtos químicos projetados especificamente para titânio. Lembre-se de que quanto mais limpo for o titânio, mais forte será a solda criada.
• Para remover os contaminantes, você pode usar um limpador a vapor ou uma solução diluída de hidróxido de sódio.
• Use um pequeno soprador de ar quente para garantir que não haja umidade na superfície. No entanto, certifique-se de não usá-lo em solventes inflamáveis.
• Certifique-se de que todas as peças de soldagem também estejam limpas e secas.
• Nunca use qualquer solução de limpeza à base de cloro em titânio.
• Até suas mãos podem ser uma fonte de contaminação. Mas lembre-se de que as luvas de borracha podem conter cloro, portanto, opte por luvas de plástico ou algodão.
• Antes de atingir o arco, certifique-se de que os solventes que você estava usando para limpar a superfície tenham evaporado completamente, pois geralmente têm um ponto de fulgor baixo.

Escolha um gás de proteção

Como o titânio reage prontamente com ar, óleo, sujeira, umidade e outros metais para formar compostos frágeis, usar o gás de proteção correto é essencial quando você deseja garantir uma solda forte. Normalmente, a maioria dos soldadores usa 99,999% de argônio puro para o processo. Apenas Argônio e Hélio realmente puros fornecem proteção ideal da atmosfera.

Ao comprar o gás de proteção para o seu projeto de soldagem, certifique-se de obter esse gás apenas de fornecedores confiáveis. Mesmo que o argônio seja um pouco menos puro do que o necessário, pode resultar em descoloração. Você vai acabar com uma solda amarelada, o que não é algo que você quer que aconteça. Gás impuro ou cobertura incompleta também podem causar manchas e manchas azuis.

Com o titânio, você precisa garantir que não apenas a frente, mas também a parte de trás seja mantida protegida da atmosfera. Qualquer área afetada pelo calor terá uma reação adversa se entrar em contato com o oxigênio.

Para peças menores, você pode usar compartimentos fechados feitos de porta-luvas que são preenchidos com gás de proteção. Você pode até usar câmaras de gás de purga de polietileno especialmente feitas combinadas com um monitor de purga. Com eles, você pode verificar se a câmara possui Argônio suficiente para fornecer proteção ideal.

Se você deseja ter um nível ideal de cobertura durante a soldagem, aqui estão três etapas que você precisa seguir:

• Blindagem primária – geralmente é embutido na tocha de solda e fornece cobertura primária necessária para proteger a poça de solda derretida. Você pode usar uma tocha padrão refrigerada a água equipada com um copo de cerâmica e lentes de gás. Sugerimos que você escolha uma tocha com um copo mais largo para obter a melhor cobertura.
• Blindagem Secundária – Blindagens à direita fornecem proteção secundária. Eles são fixados na extremidade da maioria das tochas de soldagem e garantem que todas as áreas afetadas pelo calor sejam mantidas protegidas contra contaminação.
• Proteção de backup – Esses dispositivos são semelhantes aos escudos de arrasto e servem praticamente a mesma função. Eles são dispositivos portáteis ou são fixados na posição com fita adesiva. Eles raramente vêm pré-ajustados na tocha de soldagem.

Selecionando o fio de preenchimento correto

Ao escolher o metal de adição para soldar titânio e suas ligas, sugerimos que você escolha um arame de adição que mantenha principalmente as mesmas propriedades do material base. Você também pode selecionar um fio categorizado em um nível de resistência um grau abaixo do metal base. Em algumas situações, o soldador pode até usar uma categoria diferente de fio de enchimento.

A escolha do fio de enchimento dependerá das propriedades e da combinação da junta. Para melhorar a ductilidade conjunta:

• Ao soldar titânio não ligado de maior resistência, use um metal de adição com menor resistência ao escoamento da base.
• Você pode usar material de enchimento não ligado ao soldar titânio das classificações Ti-5A1-2.5Sn e Ti-6A1-4V.
• Outra opção é o metal de adição com porcentagens mais baixas de oxigênio, nitrogênio, hidrogênio, carbono e outros conteúdos de liga do que o metal base.

Processos de soldagem utilizáveis

Ao soldar titânio e ligas de titânio, você pode usar qualquer um dos seguintes procedimentos de soldagem:

• Soldagem por feixe de elétrons (EBW)
• Soldagem a arco de gás-tungstênio (GTAW) ou (TIG) soldagem a gás inerte de tungstênio
• Soldagem por resistência (RW)
• Soldagem por feixe de laser (LBW)
• Soldagem a arco de plasma (PAW)
• Soldagem a arco gás-metal (GMAW) ou (MIG) gás inerte de metal
• Soldagem por fricção (FRW)

1. Soldagem por feixe de elétrons

Este é um processo de fusão que utiliza um feixe de elétrons de alta velocidade para unir dois metais. Quando o feixe entra em contato com as peças metálicas, gera calor intenso. As duas placas derretem e se fundem para formar uma junta sólida. As indústrias aeroespaciais e de produção de aeronaves utilizam a soldagem por feixe de elétrons devido à durabilidade das juntas produzidas.

Você pode usar o procedimento de soldagem por feixe de elétrons para chapas que variam de 6 mm a 76 mm e mais. O processo produz soldas de alta qualidade com baixos níveis de contaminação, pois o processo ocorre em uma atmosfera de alto vácuo.

2. Gás inerte de tungstênio/GTAW

Os processos de soldagem TIG ou GTA utilizam um eletrodo de tungstênio não consumível que transfere corrente para o arco de soldagem. O gás de proteção é usado para proteger a poça de solda de contaminação externa, que pode resultar em soldas fracas e de baixa qualidade. No processo, você precisa de um metal de adição ou fio para a junta de solda.

É um processo amplamente utilizado para soldagem de titânio e suas ligas. Você pode usar TIG sem material de enchimento para juntas quadradas em metais básicos de até 2,5 mm de espessura. Para chapas mais grossas, você precisa usar um metal de adição para garantir que a junta de solda resultante seja durável.

3. Soldagem por resistência (RW)

A soldagem por resistência é um procedimento termoelétrico. Ele une dois pedaços de metal passando uma corrente controlada através das placas por um período controlado. É comum usar uma quantidade significativa de pressão para o procedimento também. Neste método, o calor é estritamente restrito à área que precisa ser unida.

Você pode usar a soldagem por resistência para unir titânio e suas ligas para soldas a ponto ou contínuas. É particularmente útil quando se trata de soldar titânio com outros metais como aço carbono ou chapas de aço inoxidável.

4. Soldagem por feixe de laser (LBW)

Este é outro processo de soldagem por fusão que une duas peças de metal por meio de um laser. Ele aquece a interseção entre as duas placas, que se fundem e se fundem, formando a junta. Uma vez que a poça de solda derretida esfria e solidifica, resulta em uma solda firme e durável.

Os soldadores agora preferem cada vez mais a soldagem por feixe de laser para titânio, pois elimina a necessidade de uma câmara de vácuo. No entanto, o uso de gás de proteção ainda é obrigatório, pois o risco de contaminação permanece.

Embora um feixe de laser e um feixe de elétrons sejam procedimentos de soldagem por fusão, o escopo do primeiro é mais restrito. Você não pode usar o processo com eficiência em placas de titânio com mais de 13 mm de espessura.

5. Soldagem a arco de plasma (PAW)

A soldagem a arco de plasma é semelhante à TIG, pois também usa um arco entre um eletrodo de tungstênio e a peça de trabalho. É adequado para uso em quase todas as classificações de titânio e funciona bem mesmo em chapas de metal mais espessas. Usando a técnica do buraco da fechadura, você também pode usá-lo em uma placa de uma passagem de até 13 mm de espessura.

6. Metal Inert Gas (MIG)/Gás-Metal Arc Soldagem (GMAW)

A soldagem MIG usa um fio de metal de adição sólido que é continuamente aquecido e alimentado por meio de uma pistola de soldagem. O processo garante o uso de gás de proteção para proteger a poça de solda contra contaminação. Muitos soldadores preferem GMAW por suas altas taxas de deposição de metal e produtividade.

Você também pode usar o processo para soldas de titânio em chapas com mais de três 3 mm de espessura. Usando a técnica de corrente pulsada, você pode produzir soldas de alta qualidade. O método se mostra menos dispendioso do que outros, especialmente para uso em placas de titânio com mais de 13 mm de espessura.

7. Soldagem por Fricção (FRW)

Como o nome indica, o método usa fricção para unir duas peças de metal. É um processo de solda em estado sólido no qual a junta resultante é tão forte quanto a base. É amplamente utilizado em várias indústrias e é útil para unir tubos, tubos ou hastes. Ele funciona particularmente bem em situações em que você pode obter a limpeza das juntas sem o uso de medidas de proteção adicionais. Para mais informações clique em O que é Soldagem por Fricção?

Vídeo de soldagem de titânio