Una placa revestida de titanio es una placa de acero con una capa de titanio unida metalúrgicamente a una de sus caras. La base de acero soporta la presión y las cargas estructurales; la capa de titanio, normalmente de solo unos milímetros, resiste el medio de proceso. El acero revestido de titanio (también llamado chapa plaqueada o placa bimetálica de titanio) ofrece la resistencia a la corrosión del titanio macizo en servicio con cloruros, agua de mar y ácidos oxidantes, a una fracción del coste del material, y se diseña y fabrica según ASME Sección VIII y EN 13445 como un recipiente de acero normal.
Por qué la placa revestida de titanio se fabrica por soldadura por explosión
El titanio no se puede soldar por fusión al acero. Al fundirse juntos, ambos metales forman compuestos intermetálicos frágiles de titanio y hierro (TiFe, TiFe2) que se agrietan bajo carga. Por eso el colaminado (roll bonding) y el recargue por soldadura no son viables para titanio sobre acero.
La soldadura por explosión resuelve el problema uniendo los metales en estado sólido: una detonación controlada proyecta el titanio contra el acero, el impacto limpia ambas superficies y las une en una fracción de milisegundo, sin zona fundida ni intermetálicos. Por eso el revestimiento por explosión es la vía estándar de fabricación de placas revestidas de titanio en todo el mundo. Shockwave realiza la unión dentro de cámaras de vacío, lo que minimiza la oxidación en la interfase y garantiza una unión uniforme de placa a placa.
Grados de titanio y materiales base
| Elemento | Elección habitual |
|---|---|
| Capa de titanio | Grado 1 (máxima conformabilidad), Grado 2 (el más habitual), Grado 7 y Grado 11 (aleados con paladio, para ácidos reductores y corrosión por rendijas), Grado 12 (aleado con Ni-Mo) |
| Especificación de la chapa de titanio | ASME SB-265 / ASTM B265 |
| Material base | SA516 Gr. 60/70, acero para recipientes a presión P265GH / P355, forjados SA266 o SA350 para placas tubulares |
| Especificación de la placa revestida | ASME SB-898 (placas revestidas de metales reactivos y refractarios) más la especificación del cliente |
| Formatos | Placas planas, discos, placas tubulares y discos para fondos; placas de hasta 60 m² y 50 toneladas métricas |
La lista completa de capas de revestimiento y materiales base que procesamos está en la página de combinaciones de materiales de placas revestidas.
Normas y ensayos
ASME SB-898 exige un ensayo de cizallamiento de la unión en cada placa revestida, con una resistencia mínima de 137,9 MPa (20 ksi), además de la inspección por ultrasonidos de la unión según un nivel de aceptación acordado. En Shockwave, cada placa de producción recibe además:
- Inspección automatizada por ultrasonidos phased array del 100 % de la superficie unida
- Ensayos de cizallamiento y de tracción en el espesor sobre un testigo marcado y trazado, también tras ciclos de PWHT simulados cuando se especifican
- Ensayos de doblado, PMI (XRF) y control de dureza
- Inspección por terceros y sociedades de clasificación bajo petición (LR, DNV, ABS y otras)
Tratamiento térmico y fabricación
Como el titanio y el acero reaccionan a alta temperatura, el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) de equipos revestidos de titanio está limitado en temperatura y tiempo. Conviene acordar el ciclo de PWHT con el fabricante de la placa revestida antes del pedido, para cualificar la unión en testigos que hayan pasado por el mismo ciclo.
Las virolas revestidas de titanio no se sueldan a espesor completo. El diseño de unión habitual es:
- Retirar la capa de titanio a lo largo de la junta y soldar la base de acero con un procedimiento normal de acero al carbono.
- Colocar una tira de relleno de titanio en el hueco y soldar encima una tira de cubrejuntas de titanio, solo sobre el revestimiento de titanio.
- Soldar el titanio con protección completa de gas inerte (protección de arrastre y por el reverso) para evitar la fragilización, y comprobar la estanqueidad de los cubrejuntas a través de orificios testigo.
Más detalles de las uniones en cómo soldar placas revestidas.
Dónde se utiliza la placa revestida de titanio
- Plantas de PTA y química: reactores, cristalizadores y columnas en procesos de ácido tereftálico purificado, cloro-álcali y otros procesos con cloruros o ácidos oxidantes
- Intercambiadores de calor: placas tubulares para intercambiadores refrigerados con agua de mar y condensadores de centrales eléctricas con tubos de titanio
- Desalación: componentes de evaporadores e intercambiadores en servicio con agua de mar
- Procesado de metales: autoclaves y recipientes en procesos hidrometalúrgicos
- Juntas de transición: el titanio también se utiliza en juntas de transición como Inox-Triplate® y CryoClad®
Placa revestida de titanio frente a titanio macizo
El titanio macizo es la opción más sencilla para equipos de pared delgada. Cuando aumenta el espesor de pared (alta presión, gran diámetro o placas tubulares gruesas), la placa revestida de titanio resulta mucho más económica, porque solo la capa en contacto con el medio es de titanio y la resistencia la aporta el acero. Además, los equipos revestidos pueden diseñarse con las tensiones admisibles más altas del acero, y las fijaciones y soportes se sueldan al lado de acero con procedimientos estándar.
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Preguntas frecuentes
¿Qué es una placa revestida de titanio?
Una placa de acero con una capa de titanio unida metalúrgicamente a una de sus caras, normalmente por soldadura por explosión. El acero soporta la carga y el titanio resiste la corrosión.
¿Se puede soldar titanio a acero?
No por soldadura por fusión: el titanio y el hierro forman compuestos intermetálicos frágiles. El titanio se une al acero en estado sólido mediante soldadura por explosión, que es como se fabrica la placa revestida de titanio.
¿Qué norma cubre la placa revestida de titanio?
ASME SB-898 (ASTM B898) cubre las placas revestidas de metales reactivos y refractarios, incluido el titanio sobre acero. Exige una resistencia al cizallamiento de la unión de al menos 137,9 MPa (20 ksi) e inspección por ultrasonidos de la unión.
¿Qué grados de titanio se usan para el revestimiento?
Principalmente titanio comercialmente puro de Grado 1 y Grado 2. Los Grados 7, 11 y 12 se emplean cuando se necesita mayor resistencia a ácidos reductores o a la corrosión por rendijas.
¿Se puede tratar térmicamente la placa revestida de titanio?
Sí, pero la temperatura y el tiempo del tratamiento térmico posterior a la soldadura están limitados para proteger la unión. Acuerde el ciclo de PWHT con el fabricante para que la unión se ensaye tras un ciclo simulado.
¿Para qué se utiliza la placa revestida de titanio?
Reactores y columnas en plantas de PTA y cloro-álcali, placas tubulares para intercambiadores y condensadores refrigerados con agua de mar, equipos de desalación y autoclaves en el procesado de metales.
Escrito por Joeri Hofstede, CEO de Shockwave Metalworking Technologies, especialistas en soldadura por explosión al vacío desde 1985.