Ambos grados se sueldan bien con TIG, pero la soldadura de titanio de grado 2 y grado 5 no requiere el mismo esfuerzo. El titanio comercialmente puro de grado 2 se suelda fácilmente, con un amplio rango de parámetros de proceso y alta tolerancia a la contaminación. El grado 5 (Ti-6Al-4V) solo se suelda con un control estricto del aporte térmico, una protección inerte rigurosa y, generalmente, un tratamiento térmico posterior a la soldadura.
Un supervisor de mantenimiento de una planta química aprendió esta diferencia por las malas. Cotizó un colector de agua de mar de grado 5 porque la ficha técnica indicaba "aleación más resistente", y luego vio cómo su equipo de soldadura tenía problemas con el control del color, el retrabajo y una muestra agrietada que no superó la prueba de flexión. Cuando el departamento de ingeniería reespecificó la línea en grado 2 con material de aporte ERTi-2, las soldaduras salieron plateadas en la primera pasada y el colector ha estado funcionando durante tres años sin fallas.
En esta guía, analizamos en detalle la soldadura de titanio de grado 2 frente a grado 5 : qué grado se suelda con mayor facilidad y por qué, qué material de aporte especificar, cómo proteger y soldar cada grado, cómo soldarlos entre sí y cómo inspeccionar la soldadura final. Al finalizar, sabrá exactamente qué debe incluir su procedimiento de soldadura.
Puntos Clave
- El grado 2 se suelda mucho más fácilmente que el grado 5. Es titanio alfa monofásico con un rango de soldadura más amplio, una elongación de aproximadamente el 20 % y una conductividad térmica entre 2 y 3 veces mayor, por lo que tolera una mayor variación de calor y protección térmica.
- El grado 5 (Ti-6Al-4V) es soldable, pero su procesamiento es exigente. Requiere una protección gaseosa meticulosa, un aporte térmico controlado, temperaturas entre pasadas cercanas a los 150-200 °C y, por lo general, un tratamiento térmico posterior a la soldadura para restaurar la ductilidad.
- Seleccione el material de aporte adecuado para el metal base: ERTi-2 para grado 2 y ERTi-5 para grado 5. Para soldar de grado 2 a grado 5, siga el lado más débil y utilice ERTi-2.
- El titanio reacciona con el aire por encima de los 426 °C (800 °F), por lo que cada soldadura necesita protección con soplete, una pantalla posterior y purga posterior con argón de alta pureza (99.995 % o superior).
- El color de la soldadura es un indicador de calidad. Un color plateado brillante o pajizo claro significa un blindaje adecuado; si es azul, morado, gris o blanco, significa contaminación y que se requiere retrabajo.
¿Se puede soldar titanio de grado 2 y grado 5?
Sí. Tanto el titanio de grado 2 como el de grado 5 son soldables, y pueden soldarse entre sí como grados diferentes. Las diferencias radican en la dificultad y el control del proceso, no en si el material se puede unir o no.
- El grado 2 se suelda fácilmente. El titanio comercialmente puro (CP) es el grado más tolerante de la familia, razón por la cual predomina en la fabricación soldada para aplicaciones químicas, marinas y de intercambiadores de calor.
- Soldaduras de grado 5 con un control más estricto. La aleación Ti-6Al-4V produce soldaduras resistentes, pero solo cuando el procedimiento es riguroso.
- Se ha comprobado la compatibilidad de uniones disímiles de grado 2 a grado 5. Los fabricantes aeroespaciales unen las láminas de grado 2 a los largueros de grado 5 como piezas soldadas a medida mediante soldadura por haz de electrones, láser y soldadura por puntos por resistencia, y la combinación también se puede soldar mediante TIG con material de aporte ERTi-2.
Un mito común afirma que el titanio no se puede soldar. La realidad es la contraria. El titanio se suelda de forma muy limpia cuando se protege del aire. Los fallos se deben a la contaminación, no al arco eléctrico. Una vez controlada la protección, ambos tipos de titanio se comportan de forma predecible.
¿Por qué la soldadura de titanio requiere protección?
El titanio es un metal extremadamente reactivo por encima de los 426 °C (800 °F). Reacciona con el oxígeno, el nitrógeno y el hidrógeno presentes en la atmósfera, y estas reacciones dañan la soldadura.
El producto más dañino es la capa alfa. El oxígeno es un potente estabilizador de la capa alfa, y cuando el titanio caliente lo absorbe, se forma una capa superficial dura y quebradiza llamada capa alfa. Esta capa tiene poca ductilidad y baja tenacidad a la fractura, y puede generar grietas por fatiga en una soldadura que, de otro modo, parecería correcta. El oxígeno se absorbe por encima de los 250 °C, el hidrógeno por encima de los 400 °C y el nitrógeno por encima de los 600 °C, por lo que la contaminación comienza a temperaturas muy inferiores a la de soldadura.
Estos intersticiales absorbidos distorsionan la red cristalina del titanio. Aumentan la dureza y la resistencia, pero reducen la plasticidad y la tenacidad. El hidrógeno también puede formar plaquetas frágiles de hidruro de titanio. Por estas razones, las soldaduras de titanio se realizan en una atmósfera completamente inerte, y la soldadura debe permanecer protegida hasta que se enfríe por debajo de los 425 °C aproximadamente.
El titanio también requiere menos calor que el acero. Se suelda a la temperatura más baja posible, lo que hace que la protección térmica sea aún más importante, ya que el margen de error es mínimo. Para obtener una visión más completa del comportamiento del titanio en toda la gama de grados, consulte nuestra tabla de grados de titanio y las guías de propiedades del titanio.
Titanio de grado 2 frente a grado 5: Comparación de soldabilidad
La tabla que aparece a continuación resume las diferencias entre ambos grados en cuanto a soldadura. Las diferencias físicas son el fundamento de todo lo demás que se explica en este artículo.
| Factor de soldadura | Grado 2 (CP Ti, R50400) | Grado 5 (Ti-6Al-4V, R56400) |
|---|---|---|
| tipo de grado | Comercialmente puro (alfa) | Aleación alfa-beta (6% Al, 4% V) |
| Soldabilidad relativa | Excelente ventana amplia | Buen y estricto control de procesos |
| Relleno típico (AWS A5.16) | ERTi-2 (UNS R50120) | ERTi-5 (UNS R56400) |
| Alargamiento | ~ 20% | ~ 10-14% |
| Conductividad térmica | 15-22 W/m·K | 6.5-7.2 W/m·K |
| Concentración de calor en la zona de soldadura | Baja (se propaga rápidamente) | Alto (concentrados) |
| Tolerancia a la contaminación | Más alto | Más Bajo |
| Posterior a la soldadura de tratamiento térmico | Generalmente no es necesario | Generalmente se requiere para soldaduras críticas o sometidas a cargas de fatiga. |
| Aplicaciones soldadas típicas | Procesamiento químico, agua de mar, intercambiadores de calor | Componentes aeroespaciales, portantes y cíclicos |
¿Por qué el grado 2 es el grado más fácil de soldar?
El titanio de grado 2 es titanio comercialmente puro, esencialmente alfa monofásico con aproximadamente un 99 % de titanio. Su resistencia está determinada por el oxígeno intersticial, no por los elementos de aleación, por lo que no se forman productos de transformación de fase beta en la soldadura durante el enfriamiento.
Esa simplicidad le confiere al Grado 2 dos ventajas prácticas. Primero, su mayor ductilidad, con una elongación de alrededor del 20 %, absorbe las tensiones de contracción de una soldadura en enfriamiento sin agrietarse. Segundo, su conductividad térmica, de aproximadamente 15-22 W/m·K, disipa el calor lejos de la junta, por lo que el baño de fusión y la zona afectada por el calor permanecen más pequeños y menos concentrados.
El resultado es un amplio rango de soldadura. Se toleran pequeñas variaciones en el amperaje, la velocidad de avance o la protección. Por ello, las tuberías de grado 2 se sueldan in situ en plantas químicas y desalinizadoras, a menudo con equipos TIG portátiles. Nuestra guía de titanio de grado 2 abarca todas las propiedades y aplicaciones del material.
Por qué el grado 5 (Ti-6Al-4V) exige un control más estricto
El grado 5 es una aleación alfa-beta reforzada con aproximadamente un 6 % de aluminio y un 4 % de vanadio. Esta composición química proporciona una resistencia aproximadamente tres veces mayor que la del grado 2, pero hace que la soldadura se comporte de manera diferente.
Al enfriarse, la zona de soldadura de una aleación alfa-beta puede formar microestructuras más duras y menos dúctiles. Además, la aleación de grado 5 conduce el calor a tan solo 6.5-7.2 W/m·K, un tercio del valor de la aleación de grado 2, por lo que el calor se concentra en la junta. Esta concentración aumenta el riesgo de sobrecalentamiento, crecimiento de grano y contaminación precisamente en la zona más difícil de proteger.
Por estas razones, la soldadura de grado 5 requiere un control meticuloso del proceso: superficies limpias, protección de alta pureza, aporte térmico controlado, temperaturas entre pasadas cercanas a 150-200 °C y, a menudo, un tratamiento térmico posterior a la soldadura. El metal de soldadura en sí tiene menor ductilidad que el metal base, razón por la cual se suele especificar el tratamiento térmico posterior a la soldadura. Si su diseño está limitado por la resistencia o la fatiga, la guía de titanio de grado 5 y nuestra comparación de resistencia entre grado 5 y grado 2 explican cuándo merece la pena la dificultad adicional.
Selección del metal de aportación: ERTi-2 frente a ERTi-5
La selección del material de aporte se rige por una regla fundamental: debe coincidir con el metal base para mantener la consistencia química de la soldadura. Las combinaciones estándar según la norma AWS A5.16 son sencillas.
| Metal base | Relleno compatible (AWS A5.16) | Servicio Típico |
|---|---|---|
| Grado 2 (titanio CP) | ERTi-2 (UNS R50120) | Servicios de protección contra la corrosión, fabricación química y naval. |
| Grado 5 (Ti-6Al-4V) | ERTi-5 (UNS R56400) | Soldaduras estructurales y aeroespaciales de alta resistencia |
| De segundo a quinto grado (diferentes) | ERTi-2 (regla del lado más débil) | Uniones soldadas a medida y uniones de transición |
ERTi-2 es un material de relleno de protección catódica de alta pureza con límites intersticiales estrictos. Ofrece buena soldabilidad, resistencia a la corrosión y un precio competitivo, lo que lo convierte en el material de relleno ideal para equipos soldados resistentes a la corrosión.
La aleación ERTi-5 conserva la composición química del material, con un contenido de aluminio de entre el 5.5 % y el 6.75 % y de vanadio de entre el 3.5 % y el 4.5 %. Es el estándar para soldaduras estructurales de alta resistencia y, al ser ligeramente más sensible durante el proceso de soldadura, requiere la misma disciplina que el metal base.
La regla del lado más débil para soldaduras de materiales diferentes
Al soldar materiales de grado 2 a grado 5, la resistencia de la unión depende del material más débil, que es el de grado 2. En la práctica, se recomienda utilizar el material de aporte ERTi-2 en lugar del ERTi-5, considerando el lado más débil. El uso de un material de aporte más resistente no mejora la resistencia de una unión limitada por el grado 2, sino que aumenta el costo y la sensibilidad.
Esto no es teórico. Los fabricantes aeroespaciales unen revestimientos de Grado 2 con largueros de Grado 5 para obtener piezas soldadas a medida, combinando la conformabilidad del Grado 2 con la resistencia del Grado 5. Tanto la soldadura por haz de electrones como la soldadura por láser de fibra están homologadas para estas uniones. Si va a unir ambos grados, verifique el procedimiento con el fabricante del material y homologarlo según la norma AWS D17.1 o ISO 15614-5 antes de la producción.
Soldadura TIG de titanio: parámetros y configuración de la protección
La soldadura por arco de tungsteno con gas, o TIG, es el proceso estándar para el titanio. La mayoría de las soldaduras de titanio utilizan polaridad de electrodo negativo de corriente continua (DCEN) con arranque de alta frecuencia, una lente de gas para un flujo de gas uniforme y una boquilla más grande que la que se usaría para el acero.
Protección: Antorcha, rastro y purga posterior
El titanio necesita una estrategia de protección de tres capas, ya que el metal permanece reactivo hasta que se enfría por debajo de los 425 °C aproximadamente.
- Protección de la linterna. Argón de alta pureza con un mínimo del 99.995 % (argón 4.6), siendo ideal para trabajos críticos el 99.999 % (argón 5.0). El caudal típico de la antorcha es de 15 a 20 CFH.
- Escudo trasero. El cordón de soldadura detrás de la antorcha permanece caliente y vulnerable. Una pantalla protectora extiende la cobertura de argón varios centímetros detrás de la antorcha para proteger el metal mientras se enfría.
- Purga de espalda. La raíz de la soldadura se oxida desde abajo si no está protegida. En el caso de tubos y tuberías, purgue el interior con argón y, para aplicaciones críticas, mantenga el oxígeno por debajo de 20 ppm hasta que la junta se enfríe.
Una vez que se detenga el arco, mantenga el flujo de gas durante al menos 10 segundos para que el metal caliente no quede expuesto al aire. La contaminación es fácil de producir y difícil de detectar. El aceite, las huellas dactilares, el alambre de relleno sucio, las mangueras de gas de goma que absorbieron humedad y las herramientas que alguna vez tocaron acero al carbono pueden provocar defectos. Utilice herramientas y alambre específicos y desengrasados exclusivamente para titanio.
Amperaje y temperatura entre pasos
El titanio se suelda en frío. Como guía inicial para la soldadura TIG manual en chapa fina:
| Espesor del material | Amperaje aproximado |
|---|---|
| 1.5 mm | 40 70-A |
| 3.0 mm | 90 130-A |
| 6.0 mm | 160 220-A |
Mantenga la temperatura entre pasadas a unos 150-200 °C o menos para controlar el crecimiento del grano en la zona afectada por el calor. Si fabrica equipos de titanio soldados para servicio anticorrosión y desea compararlos con los aceros inoxidables que procesamos, nuestro equipo de procesamiento personalizado puede ayudarle a evaluar alternativas.
Inspección del color de la soldadura: lo que su soldadura le está diciendo
El color de la soldadura es el control de calidad más rápido para el titanio. El color se desarrolla donde el metal estuvo expuesto a temperaturas superiores a los 450 °C, por lo que indica si el recubrimiento protegió la soldadura durante todo su ciclo de enfriamiento.
| Color de la soldadura | Significado | Acción: |
|---|---|---|
| Plata brillante | Blindaje adecuado | Aceptar |
| Pajizo claro / dorado claro | Contaminación menor | Generalmente aceptable |
| Azul claro | Cierta contaminación | Evaluar; a menudo aceptable en servicios no críticos |
| Azul oscuro / morado | contaminación por oxígeno o nitrógeno | Reelaborar o eliminar |
| Polvo gris/blanco | Contaminación severa, caso alfa | Quitar y volver a soldar |
Si una soldadura presenta un color azul oscuro, morado, gris o blanco, la protección falló y el metal se fragilizó. Lije o mecanice la zona afectada y vuelva a soldar con la cobertura de gas adecuada. Un color plateado o pajizo en una prueba confirma que la configuración de la protección es correcta antes de realizar soldaduras de producción.
Tratamiento térmico posterior a la soldadura: cuando el grado 5 lo necesita
El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT, por sus siglas en inglés) es donde más difieren en la práctica los grados 2 y 5.
Por lo general, el grado 2 no requiere tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) para su uso en condiciones de corrosión. La soldadura se enfría formando una estructura alfa dúctil, y la naturaleza tolerante del material permite que la mayoría de las fabricaciones pasen directamente de la soldadura al servicio o a la prueba hidrostática.
El grado 5 es diferente. La zona de soldadura del Ti-6Al-4V se enfría formando una estructura más dura y menos dúctil que el metal base, y las tensiones residuales de la soldadura pueden hacer que las uniones críticas o sometidas a fatiga sean vulnerables al agrietamiento. El alivio de tensiones o el recocido posterior a la soldadura restaura la ductilidad, alivia las tensiones residuales y mejora el comportamiento ante la fatiga. Por esta razón, los procedimientos de soldadura de grado 5 para componentes portantes casi siempre incluyen un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT).
Un taller de fabricación que conocemos aprendió esto cuando un lote de soportes de Ti-6Al-4V se agrietó en la soldadura durante las pruebas de resistencia. Las soldaduras se veían limpias y plateadas, pero el taller había omitido el tratamiento térmico posterior a la soldadura para ahorrar un día de producción. Un ciclo de recocido alivió la tensión residual y restauró la ductilidad, y los soportes, tras las nuevas pruebas, superaron la prueba. La lección quedó clara: con el grado 5, los pasos adicionales no son opcionales.
Aplicaciones soldadas: donde cada grado tiene ventaja
El grado que elija para un conjunto soldado debe coincidir con el modo de fallo que está protegiendo mediante el diseño.
- Elija el grado 2 para servicio de corrosión soldada. Las tuberías para procesos químicos, desalinización, instalaciones marinas e intercambiadores de calor se fabrican con acero de grado 2 debido a su fácil soldadura, resistencia a la corrosión y posibilidad de reparación in situ. Su soldabilidad mantiene bajos los costos de fabricación.
- Elija el grado 5 para obtener una buena resistencia a la soldadura y a la fatiga. Las estructuras aeroespaciales, los soportes de alta carga y los componentes cíclicos justifican la soldadura más estricta del Grado 5, ya que la aleación ofrece aproximadamente tres veces más resistencia con una densidad similar.
Antes de decidirte por un ensamblaje soldado, compara los precios de los dos grados , ya que el precio del material y la facilidad de fabricación suelen ser factores determinantes a la hora de elegir el grado.
Si su aplicación está sujeta a corrosión y está comparando el titanio con materiales soldados más económicos, el acero inoxidable 316L es la alternativa más común. DAPU suministra productos y tuberías de acero inoxidable 316 que cubren la mayoría de las aplicaciones de manejo de fluidos soldados a una fracción del costo del titanio.
¿No está seguro de si su conjunto soldado necesita titanio? Nuestro equipo de consultoría técnica ayuda a los ingenieros a comparar grados y materiales según las condiciones reales de servicio, no solo según el catálogo.
Preguntas frecuentes
¿Se puede soldar titanio de grado 2 a grado 5?
Sí. El titanio de grado 2 y grado 5 se puede soldar entre sí como grados diferentes. Para la soldadura TIG, utilice el material de aporte ERTi-2 y siga el lado más débil, ya que la unión no es más resistente que la del grado 2. Los fabricantes aeroespaciales también unen ambos grados mediante soldadura por haz de electrones y láser para obtener piezas soldadas a medida.
¿Qué grado de titanio es el más fácil de soldar?
El grado 2 es el más fácil de trabajar. Se trata de titanio comercialmente puro monofásico con un rango de soldadura más amplio, mayor ductilidad y una conductividad térmica aproximadamente 2-3 veces superior a la del grado 5. Tolera mayor variación en el aporte térmico y el apantallamiento que la aleación.
¿Es difícil soldar titanio?
El titanio no es difícil de soldar como el acero. Reacciona con el oxígeno, el nitrógeno y el hidrógeno por encima de los 426 °C, por lo que requiere una protección inerte completa con pantalla de soplete, pantalla de arrastre y purga posterior. Cuando la protección es correcta, el titanio se suelda limpiamente.
¿Qué material de aportación utilizas para soldar titanio?
Utilice el material de aporte que coincida con el metal base: ERTi-2 (AWS A5.16) para Grado 2 y ERTi-5 para Grado 5. Para una unión de Grado 2 a Grado 5, utilice ERTi-2 y siga el lado más débil, ya que la resistencia de la soldadura depende de la del metal base de Grado 2.
¿La soldadura debilita el titanio de grado 5?
La soldadura reduce la ductilidad en la zona de soldadura de grado 5, y la estructura resultante es más dura y menos resistente que el metal base. El tratamiento térmico posterior a la soldadura restaura la ductilidad, alivia las tensiones residuales y mejora el comportamiento ante la fatiga, razón por la cual se especifica para soldaduras críticas de grado 5.
¿El titanio de grado 5 necesita tratamiento térmico posterior a la soldadura?
El grado 5 generalmente requiere tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) para soldaduras sometidas a carga o fatiga, ya que la zona de soldadura se enfría formando una estructura más dura y menos dúctil con tensiones residuales. El grado 2 generalmente no requiere PWHT para aplicaciones en ambientes corrosivos.
¿Qué gas de protección se necesita para soldar titanio mediante TIG?
Utilice argón de alta pureza, de al menos 99.995 % e idealmente de 99.999 %. El titanio requiere protección con soplete, una pantalla posterior a la soldadura y purga posterior de la raíz de la soldadura, con flujo de gas continuo hasta que el metal se enfríe por debajo de unos 425 °C.
¿Por qué se pone azul una soldadura de titanio?
Una soldadura azul, morada o gris indica que la protección falló y que el metal caliente absorbió oxígeno o nitrógeno. Un color plateado brillante o pajizo claro indica una protección adecuada. Si la contaminación es de color azul oscuro, morado, gris o blanco, debe eliminarse y la soldadura debe rehacerse.
¿Se suelda de forma diferente el grado 2 que el grado 5?
La configuración del blindaje es la misma, pero el control no. El grado 2 permite un margen más amplio con mayor tolerancia a las variaciones de calor y blindaje. El grado 5 requiere un control de temperatura entre pasadas más bajo, un blindaje más estricto y, por lo general, un tratamiento térmico posterior a la soldadura.
¿Puede el acero inoxidable sustituir al titanio soldado en aplicaciones corrosivas?
A menudo, sí. Para aplicaciones con cloruros y productos químicos, donde el precio elevado del titanio es difícil de justificar, el acero inoxidable 316L se suelda con mucha más facilidad y cuesta mucho menos. Cuando se elige el titanio por su ligereza, resistencia a la fatiga o inmunidad a agentes químicos específicos, ningún acero inoxidable lo sustituye por completo.
Conclusión
La diferencia entre la soldadura de titanio de grado 2 y grado 5 radica en el control, no en la capacidad. Ambos grados se pueden soldar, pero el grado 2 es más tolerante y fácil de usar en campo, mientras que el grado 5 ofrece alta resistencia solo con una protección estricta, un aporte térmico controlado y, generalmente, un tratamiento térmico posterior a la soldadura.
La conclusión práctica es sencilla. Utilice acero de grado 2 con relleno ERTi-2 cuando la resistencia a la corrosión, la conformabilidad y la facilidad de fabricación sean factores determinantes en el diseño. Utilice acero de grado 5 con relleno ERTi-5 y un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) cualificado cuando la resistencia y la vida útil a la fatiga justifiquen el esfuerzo adicional. Al soldar ambos materiales, siga el lado más débil y utilice ERTi-2.
Para obtener ayuda en la selección del material y el procedimiento de soldadura adecuados para su proyecto, póngase en contacto con LIANYUNGANG DAPU METAL para recibir orientación sobre la selección de materiales o solicitar un presupuesto.
