Solda de titânio

Introdução à soldagem de titânio

As ligas de titânio são amplamente utilizadas na indústria aeroespacial, dispositivos médicos, sistemas de exaustão automotivos, equipamentos químicos e outros campos devido à sua excelente relação resistência-peso, excelente resistência à corrosão e boa biocompatibilidade. A soldagem de titânio, como a tecnologia central no processo de fabricação de ligas de titânio, afeta diretamente a integridade estrutural e o desempenho do produto. Como o titânio é extremamente sensível ao oxigênio e ao nitrogênio, o processo de soldagem deve ser realizado sob a proteção de gás inerte de alta pureza para garantir a qualidade da solda e as propriedades do material.

Escolher o método e o equipamento de soldagem corretos é a chave para obter uma soldagem de titânio eficiente e precisa. Quer se trate de soldagem manual ou produção automatizada, a tecnologia de soldagem de titânio exige que o operador tenha conhecimento profissional e rica experiência e esteja equipado com equipamentos avançados de soldagem e ferramentas auxiliares.

Dificuldades na soldagem de ligas de titânio

As ligas de titânio são amplamente utilizadas nos campos aeroespacial, químico, médico e de fabricação de ponta devido à sua excelente relação resistência-peso, resistência à corrosão e desempenho em altas temperaturas. No entanto, o processo de soldagem de ligas de titânio enfrenta muitos desafios técnicos, especialmente no controle da qualidade da soldagem e do desempenho estrutural. A seguir estão as dificuldades mais comuns na soldagem de ligas de titânio:

Oxidação a alta temperatura e poluição por gases

O titânio reage facilmente com oxigênio, nitrogênio, hidrogênio e outros gases em altas temperaturas para formar uma camada quebradiça, o que faz com que a solda se torne quebradiça, descolorida ou até mesmo falhe. Se o gás de proteção for impuro ou a área de solda for exposta ao ar durante a soldagem, geralmente ocorre descoloração azul, roxa, cinza ou mesmo branca - este é um sinal típico de oxidação da solda. Portanto, controlar a pureza e a cobertura da atmosfera de blindagem é uma das etapas fundamentais para garantir a qualidade da solda.

Fissuras térmicas e deformação articular

A liga de titânio tem um pequeno coeficiente de expansão linear e baixa condutividade térmica. Durante a soldagem, o calor é concentrado e a velocidade de resfriamento é rápida, o que pode facilmente causar estresse térmico e rachaduras na solda e na zona afetada pelo calor. Especialmente na soldagem de placas e tubos de paredes finas, é muito provável que ocorra deformação da soldagem devido ao superaquecimento local ou resfriamento irregular.

Alterações na estrutura metalográfica da solda

Os ciclos térmicos de soldagem podem facilmente levar ao engrossamento da zona de solda da liga de titânio, especialmente ligas de titânio α+β (como Ti-6Al-4V), que produzirão fases duras e quebradiças devido à transformação da estrutura pós-soldagem, reduzindo a tenacidade e o desempenho de fadiga da estrutura. Para vasos de pressão ou componentes de aviação que precisam servir por um longo tempo, o controle metalográfico da solda é particularmente crítico.

Barreiras de soldagem de metal diferentes

A soldagem direta entre titânio e outros metais, como aço, aço inoxidável e alumínio, tende a gerar uma camada composta intermetálica quebradiça, o que leva à deterioração das propriedades mecânicas da junta. Essas conexões metálicas diferentes geralmente requerem a introdução de materiais de transição intermediários ou o uso de técnicas especiais de soldagem, como soldagem explosiva, soldagem a laser e soldagem por difusão para obter uma ligação confiável.

Requisitos de preparação e limpeza antes da soldagem

No processo de soldagem de liga de titânio, a qualidade da preparação preliminar determina diretamente o sucesso ou o fracasso da soldagem. Mesmo que sejam usados equipamentos de soldagem avançados e parâmetros de processo razoáveis, se o pré-tratamento não estiver em vigor, ele ainda causará defeitos como contaminação da solda, poros e até inclusões de escória, afetando o desempenho estrutural geral. A seguir está o processo de preparação que deve ser seguido rigorosamente antes da soldagem:

Limpeza da área de soldagem

As ligas de titânio são extremamente sensíveis à poluição. Antes da soldagem, óleo, umidade, incrustações de óxido e outras impurezas na área de soldagem e pelo menos 25 mm ao redor dela devem ser removidos:

Limpeza mecânica

Escova de aço inoxidável, lixa ou ferramenta de torno sem óleo podem ser usadas para moagem para garantir que não haja filme de óxido visível na superfície.

Limpeza química

Agente de limpeza sem cloro ou etanol anidro é frequentemente usado para limpar a área de soldagem e mantê-la seca.

Requisitos de luvas e ferramentas

Os operadores devem usar luvas de nitrilo sem pó e todas as ferramentas e acessórios de contato com titânio devem estar limpos e sem graxa para evitar contaminação.

Preparação de arame de solda e material de enchimento

O fio de solda ou eletrodo usado deve corresponder ao material de base e garantir que esteja limpo, seco e livre de óleo. Geralmente, é recomendado usar fio de solda de titânio especial (como ER Ti-2, ER Ti-5) e limpá-lo com etanol anidro antes de usar.

Inspeção do sistema de proteção de gás

Ao usar argônio ou hélio como gás de proteção, certifique-se de que a pureza do gás seja ≥99.99% e evite usar gás reciclado ou gás industrial de baixa pureza. O gás de proteção deve ser ventilado por 20 a 30 segundos antes da soldagem para esgotar o ar residual no sistema e verificar se não há vazamento na tubulação de suprimento de gás.

Processo de pré-instalação e fixação pontual

Para grandes estruturas de titânio ou peças de titânio de paredes finas, a soldagem por pontos ou o posicionamento do acessório devem ser usados antes da soldagem para garantir a precisão da montagem da junta e evitar flutuações na qualidade da solda devido a lacunas ou desalinhamento da montagem.

Métodos comuns de soldagem de liga de titânio

A escolha do método de soldagem de liga de titânio depende de fatores como tamanho da peça, requisitos de qualidade da solda, eficiência de produção e meio ambiente. A seguir estão várias soluções de tecnologia de soldagem que são amplamente utilizadas e comprovadamente confiáveis na indústria:

Soldagem TIG (Soldagem a Gás Inerte de Tungstênio)

A soldagem TIG é o método de soldagem mais comumente usado para ligas de titânio, especialmente para chapas finas, tubos e locais com altos requisitos de solda. Este método é realizado sob a proteção de gás argônio de alta pureza, com qualidade de solda estável e pequena deformação, e é especialmente adequado para tarefas de soldagem de precisão, como tubos de escape de titânio, componentes aeroespaciais e implantes médicos.

Com a ajuda de equipamentos especiais, como o TIG 200 de titânio e o sistema de controle de pedal TIG, a intensidade da corrente e a forma da poça fundida podem ser ajustadas com precisão para melhorar a controlabilidade e a consistência da formação.

Soldagem a laser

A soldagem a laser é conhecida por sua alta densidade de energia e zona afetada pelo calor extremamente pequena, e é adequada para soldar microdispositivos e peças estruturais com requisitos rígidos de deformação. Suas características sem contato, de alta velocidade e precisas o tornam adequado para linhas de produção automatizadas, como microeletrônica, equipamentos médicos e outros campos.

A tecnologia laser também pode ser aplicada a cenários de soldagem de metal diferentes, como a conexão de precisão de titânio com aço inoxidável ou alumínio. O crescimento da camada de reação da interface pode ser efetivamente controlado otimizando os parâmetros.

Soldagem MIG (soldagem a gás inerte de metal)

A soldagem MIG é adequada para conexão de grande área de peças estruturais de titânio de paredes espessas e tem alta eficiência de deposição, mas tem requisitos extremamente altos para o campo de fluxo de gás de proteção e controle de processo.

Se o processo for estável e a proteção do gás for boa, a soldagem MIG também pode ser usada como um dos meios auxiliares para a produção em massa de ligas de titânio.

Soldagem por feixe de elétrons a vácuo

É adequado para conectar peças de liga de titânio com requisitos de alta precisão e alta densidade, como componentes de motores de aeronaves, equipamentos aeroespaciais, etc.

A soldagem por feixe de elétrons a vácuo é concluída em um ambiente de vácuo, evitando a interferência de impurezas no ar. Os defeitos internos da solda são extremamente baixos, mas o custo é alto e os requisitos do equipamento são altos. É frequentemente usado em campos de manufatura de ponta.

Soluções de soldagem diferentes para ligas de titânio e metais comuns

A soldagem diferente de ligas de titânio e outros metais (como aço inoxidável, alumínio, aço carbono, etc.) enfrenta desafios metalúrgicos significativos. Como o titânio forma facilmente compostos intermetálicos quebradiços com outros elementos metálicos (como Fe e Al) em altas temperaturas, a soldagem por fusão direta geralmente resulta em baixa resistência da junta e alta tendência a trincas. Resolver esse problema requer o uso combinado de vários processos avançados de soldagem e métodos de projeto estrutural.

Soldagem de camada de transição intermediária

Ao adicionar metais de transição como molibdênio, níquel e cobre como camada intermediária, a reação direta entre titânio e outros metais é efetivamente isolada para evitar a formação de compostos quebradiços. Esta tecnologia é adequada para combinações como titânio-aço e titânio-aço inoxidável, e é frequentemente usada na fabricação de vasos de pressão e trocadores de calor.

Soldagem explosiva (composição explosiva)

A alta pressão instantânea gerada pela onda de explosão é usada para promover o contato da interface metálica, formando uma ligação metalúrgica em um estado sem fusão. É amplamente utilizado na fabricação de materiais estruturais compostos, como placas compostas de titânio-aço.

Soldagem por difusão

A ligação por difusão atômica é obtida por meio de pressão de longo prazo em um ambiente de vácuo de alta temperatura. É adequado para ocasiões com requisitos extremamente altos de integridade estrutural e densidade de solda, como cápsulas espaciais, componentes de troca de calor, etc.

Soldagem assistida por laser

As características de alta precisão e baixa entrada de calor da soldagem a laser a tornam vantajosa na soldagem de metais diferentes, como titânio e aço inoxidável, titânio e alumínio, etc. Ao controlar o foco e os parâmetros do laser, a espessura da camada de reação pode ser controlada com precisão.

Brasagem e soldadura a frio

Adequado para conectar pequenos dispositivos de precisão, como componentes eletrônicos, cateteres médicos, etc. A brasagem geralmente combina uma fina folha de metal ou pó para obter a conexão em temperatura média; A soldagem a frio é adequada para interfaces de contato flexíveis.

Titânio para aço inoxidável

Comumente usado para equipamentos químicos e médicos, adequado para soldagem de camada intermediária, laser ou difusão.

Titânio para alumínio

Ideal para estruturas leves e trocadores de calor; soldagem por explosão, brasagem ou soldagem por pressão a frio recomendada.

Titânio para aço

Comumente usado em painéis e suportes compostos, conectados por meio de compósito explosivo ou tecnologia de camada intermediária.

Controle de qualidade e precauções na soldagem de ligas de titânio

O controle de qualidade é crítico durante a soldagem de liga de titânio. Como o titânio é altamente sensível a gases como oxigênio e nitrogênio, qualquer pequeno erro operacional pode causar fragilização da solda, descoloração ou resistência reduzida. A seguir estão os principais pontos de controle para garantir a qualidade da soldagem:

Preparação de limpeza e soldagem

A superfície de titânio deve estar completamente limpa de óleo, camada de óxido e resíduos de impressões digitais. Recomenda-se o uso de agente de limpeza sem cloro e moagem mecânica e, em seguida, limpe com um pano sem poeira. O fio de solda e a superfície da peça de trabalho devem ser mantidos limpos para evitar a introdução de contaminantes na solda.

Dica: A poluição é o principal fator causador de defeitos de soldagem. Antes da soldagem, a operação deve ser realizada em um espaço limpo e fechado, tanto quanto possível.

Tampa protetora de gás

Use argônio de alta pureza (pureza ≥ 99,999%) como gás de proteção e certifique-se de que a área de soldagem esteja sempre coberta por argônio antes do resfriamento, incluindo a parte de trás da solda (proteção traseira). Ao soldar TIG, um difusor de gás específico de titânio ou um sistema de arrasto traseiro da tocha deve ser usado para evitar descoloração e oxidação da solda.

Seleção de material de enchimento de soldagem

A soldagem de liga de titânio deve usar metais de adição que correspondam ou sejam compatíveis com o material original. Os fios de enchimento comuns incluem ERTi-2, ERTi-5, ERTi-23, etc. Ao selecionar, o tipo de material original, os requisitos estruturais e o ambiente de uso devem ser considerados de forma abrangente para evitar falhas causadas por incompatibilidade de resistência ou concentração de tensão.

Consistência operacional e estabilidade do processo

Garantir a estabilidade da corrente de soldagem, tensão e velocidade de soldagem e fazer ajustes finos por meio de controles de pedal (como pedais TIG) pode efetivamente melhorar a consistência da soldagem. Sistemas automatizados ou mecanizados também podem fornecer qualidade de soldagem mais estável na produção em massa.

Cor de soldagem e julgamento de solda

A cor da solda é um importante indicador de aparência para julgar a qualidade da soldagem de liga de titânio. O branco prateado a amarelo dourado geralmente indica gás de proteção suficiente e bom controle do processo de soldagem, enquanto as cores roxo, cinza ou escuro azuladas podem indicar oxidação excessiva ou falha de proteção. Essa mudança de cor reflete se o processo de soldagem está contaminado por oxigênio, nitrogênio e outros elementos do ar.

Como o titânio é extremamente sensível à atmosfera em altas temperaturas, a cor da solda se torna um dos principais critérios para julgar rapidamente se a soldagem é qualificada no local. Embora a cor da solda não possa refletir totalmente a resistência da soldagem ou defeitos internos, na operação real, é o primeiro ponto de verificação para garantir a eficácia da proteção da soldagem.

Padrões de referência: AWS D17.1 e AMS 2801 têm graus claros para cores de solda de titânio e podem ser usados como referência para qualidade de produção.

Equipamento de soldagem de liga de titânio e exibição de recursos de processo

Estamos equipados com um sistema completo de processo de soldagem de liga de titânio e equipamentos avançados, cobrindo uma variedade de métodos comuns de soldagem, incluindo soldagem TIG, soldagem a laser, soldagem por difusão, etc., que podem atender a várias necessidades, desde amostras únicas até produção em massa.

Equipamento e configuração de soldagem de titânio TIG

Utilizamos sistemas de soldagem TIG otimizados para materiais de titânio. O equipamento representativo inclui Titanium TIG 200 e outros modelos de controle de pulso de alta frequência, com os seguintes recursos:

• Desempenho de partida de arco de baixa corrente estável, adequado para soldagem de precisão
• Regulação dinâmica de corrente com pedal TIG
• Equipado com sistema de resfriamento de água eficiente e proteção de reboque de gás inerte para evitar oxidação na zona afetada pelo calor

Sistema de soldagem a laser

A estação de soldagem a laser suporta soldagem de alta densidade de energia e é adequada para soldar componentes de micro titânio ou peças compostas de metal diferentes:

• Equipado com plataforma servo de alta precisão e sistema de focagem de feixe
• Obtenha operação automatizada de baixa deformação e alta consistência
• Especialmente adequado para soldagem a laser de interfaces de titânio e aço inoxidável

Soldagem especial e processos auxiliares

Também temos os seguintes recursos especiais de tecnologia de soldagem e conexão

Soldagem por difusão e soldagem por explosão

Para painéis compostos ou estruturas metálicas diferentes

Soldagem de proteção do ambiente de vácuo

Adequado para controle de qualidade de soldagem de componentes-chave

Pequenos processos de brasagem e soldagem a frio

Adequado para componentes de precisão e fabricação de amostras

Todos os equipamentos são equipados com um sistema de monitoramento de processo e podem fornecer registro de parâmetros de soldagem, certificação de terceiros e recursos de rastreabilidade de processo para garantir que o processo de soldagem seja controlável e os resultados sejam confiáveis.

Suporte de personalização de soldagem de calcário e vantagens de serviço

Como fornecedor profissional de material de liga de titânio, a Chalcotitanium não apenas fornece produtos de titânio de vários graus e especificações, mas também possui recursos de serviço de suporte para apoiar os clientes no processamento de soldagem e fabricação de produtos acabados. Desde a seleção de materiais, análise de adequação de soldagem até a correspondência de recursos de processamento cooperativo, estamos comprometidos em ajudar os clientes a obter aplicações de soldagem de liga de titânio eficientes e de alta qualidade.

Seleção de material de titânio e sugestões de adaptação de soldagem

• Fornecer matérias-primas de liga de titânio adequadas para diferentes métodos de soldagem, como TIG, laser, soldagem por difusão, soldagem por explosão, etc.
• Recomendar tipos de materiais de titânio adequados, estados e métodos de tratamento de superfície de acordo com a estrutura do produto do cliente e os requisitos do processo de soldagem
• Podemos fornecer fio de titânio, haste de titânio e outros materiais de suporte para soldagem para garantir a consistência do material e compatibilidade de solda

Assistência no processamento de produtos acabados e integração de recursos técnicos

• Suporta prova de amostras de pequenos lotes, desenvolvimento de peças de soldagem personalizadas e outros modelos de cooperação de projetos
• Fornecer sugestões de adaptação do processo de soldagem de acordo com a indústria de aplicação (como química, médica, aviação)

Consultoria técnica e suporte a projetos de longo prazo

Fornecemos serviços de consultoria técnica relacionados à soldagem de ligas de titânio, cobrindo problemas comuns, como controle de trincas de soldagem, resposta à deformação térmica e melhoria da qualidade da solda. Ao mesmo tempo, para projetos de grande volume ou alto padrão, podemos cooperar com os clientes para realizar preparações preliminares, como adaptação do padrão de material e verificação do desempenho de soldagem, e apoiar o desenvolvimento personalizado de soluções especiais de materiais de titânio para processos especiais (como soldagem explosiva, brasagem, etc.). Entre em contato conosco para aconselhamento profissional e suporte material para ajudá-lo a avançar com eficiência em seu projeto de soldagem de liga de titânio.