1. Soldabilidad general de los materiales de titanio
Titanio comercialmente puro (CP) (GR.1/GR.2/GR.3)
El titanio CP ({0}}monofásico) tiene una excelente soldabilidad. Su bajo contenido de aleación minimiza la formación de fases intermetálicas frágiles durante la soldadura y su alta conductividad térmica (en relación con las aleaciones de titanio) ayuda a distribuir el calor de manera uniforme, reduciendo el sobrecalentamiento localizado. Los métodos de soldadura comunes (GTAW/TIG, PAW/soldadura por arco de plasma, LBW/soldadura por rayo láser) son todos aplicables y, con el blindaje adecuado, se pueden lograr uniones soldadas con alta integridad.
+ Aleaciones de titanio (p. ej., GR.5/Ti-6Al-4V)
GR.5 tiene una soldabilidad moderada. La presencia de aluminio (-estabilizador) y vanadio (-estabilizador) introduce desafíos como la segregación de fases y el engrosamiento del grano en la zona de soldadura. Sin embargo, aún se puede soldar de manera confiable con un estricto control del proceso (por ejemplo, bajo aporte de calor, blindaje preciso).
Aleaciones de titanio (p. ej., Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al)
Las aleaciones tienen buena soldabilidad debido a su fase -estable a temperatura ambiente y su menor sensibilidad al aporte de calor, pero se sueldan con menos frecuencia en aplicaciones industriales en comparación con el titanio CP y el GR.5.
2. Susceptibilidad al agrietamiento de las soldaduras de titanio
Falta de agrietamiento por solidificación
El titanio tiene un amplio rango de congelación, pero su metal de soldadura se solidifica en una sola-fase (o), evitando la formación de fases eutécticas de bajo-punto de fusión en los límites de los granos (la causa principal del agrietamiento por solidificación). Esto hace que el titanio sea inmune a las grietas por solidificación incluso con un alto aporte de calor.
Hidrógeno-Craqueo en frío inducido por hidrógeno (HICC)
Este es el tipo de fisura más común en las soldaduras de titanio. El hidrógeno puede ingresar a la soldadura y a la HAZ a través de la humedad en el gas de protección, el metal de aportación contaminado o el aire ambiente. A temperaturas inferiores a 250 grados (482 grados F), el hidrógeno se combina con el titanio para formar precipitados de hidruro frágil (TiH₂) a lo largo de los límites de los granos. Estos hidruros crean concentraciones de tensión, lo que provoca grietas en frío durante el enfriamiento posterior a la soldadura o el servicio posterior (especialmente bajo cargas de tracción). Tanto el titanio CP como el GR.5 son susceptibles al HICC si el blindaje es inadecuado.
Cracking por estrés
Las tensiones residuales de la soldadura (causadas por una expansión/contracción térmica desigual) pueden inducir fisuras por tensión en la ZAT, especialmente en el caso de componentes de sección gruesa-o soldaduras con alta restricción. La ZAC de GR.5 es propensa al engrosamiento del grano, lo que reduce la ductilidad y la hace más susceptible al agrietamiento por tensión bajo tensión de tracción residual.
3. Cambios en las propiedades mecánicas después de la soldadura.
Variaciones de fuerza
CP Titanio: El metal de soldadura y la HAZ del titanio CP suelen tener una resistencia ligeramente mayor que el BM pero una ductilidad menor. La ZAC sufre un engrosamiento del grano debido al calor de la soldadura, lo que aumenta la resistencia a la tracción entre un 5% y un 10% (p. ej., resistencia a la tracción GR.2 BM de 485 MPa versus resistencia de la unión soldada de 510 a 530 MPa), pero reduce el alargamiento entre un 10% y un 15% (de un 25% a un 20-22%).
Aleación de titanio GR.5: El metal de soldadura GR.5 as-soldado tiene una fase martensítica (formada por un enfriamiento rápido de la fase -durante la soldadura), que aumenta la resistencia a la tracción a ~1000 MPa (más alta que los 860 MPa del BM recocido) pero reduce drásticamente la ductilidad (el alargamiento cae del 12% al 5-8%). La HAZ de GR.5 experimenta un engrosamiento del grano y una transformación de fase, con un límite elástico que disminuye entre un 5% y un 10% en comparación con el BM debido a las microestructuras ablandadas.
Reducción de ductilidad y tenacidad
Para todos los grados de titanio, la soldadura provoca una caída significativa de la ductilidad y la tenacidad en la zona de soldadura. Los granos gruesos de la HAZ y la microestructura en desequilibrio del metal de soldadura (p. ej., martensita en GR.5) actúan como sitios de iniciación de grietas, lo que reduce la tenacidad a la fractura entre un 20 % y un 30 % (p. ej., tenacidad a la fractura del GR.5 BM de 60 MPa·m¹/² frente a la tenacidad de la unión soldada de 40–45 MPa·m¹/²). El alargamiento de la junta soldada del titanio CP disminuye entre un 20% y un 25% debido al engrosamiento del grano en la ZAT.
Degradación del rendimiento ante la fatiga
Las uniones soldadas son el eslabón más débil de la resistencia a la fatiga. La combinación de tensiones residuales, falta de homogeneidad microestructural y posibles porosidades/inclusiones reduce la resistencia a la fatiga de las soldaduras de titanio entre un 30 y un 50% en comparación con la BM. Por ejemplo, el GR.5 BM recocido tiene una resistencia a la fatiga de 10⁷-ciclos de 400 MPa, mientras que su resistencia a la fatiga de la unión soldada cae a 180-250 MPa. El tratamiento térmico posterior a la soldadura (p. ej., recocido con alivio de tensiones o recocido por recristalización) puede restaurar parcialmente el rendimiento ante la fatiga al reducir las tensiones residuales y refinar las microestructuras.
Cambios en la resistencia a la corrosión
Las soldaduras de titanio mal protegidas pueden tener contaminación de oxígeno/nitrógeno en la ZAT, lo que reduce la resistencia a la corrosión en medios agresivos (p. ej., agua de mar, ácidos). Sin embargo, con un blindaje completo la resistencia a la corrosión de la junta soldada es comparable a la del BM.
