Svařování a zkoušení slitin titanu

Analýza svařitelnosti
Vzhledem k vysoké afinitě slitiny titanu u O2, N2 a H2 přítomnost těchto plynů ve spojích způsobí, že spoje budou křehké a sníží se rázový výkon, plasticita a houževnatost svarových spojů ze slitiny titanu. Přítomnost vodíku ve slitinách titanu může způsobit opožděné praskání v tepelně ovlivněné zóně. Když je množství kyslíku a dusíku ve svaru vysoké, svar nebo tepelně ovlivněná zóna také popraská působením velkého svařovacího napětí a trhlina je také opožděná trhlina. Proto je velmi nutná ochrana inertním plynem (nebo vakuovou komorou). Vzhledem k vysokým nákladům na použití vakuové komory se obecně používá metoda ochrany inertním plynem. Hlavními ochrannými plyny jsou helium a argon. Vzhledem k tomu, že cena helia je vyšší než cena argonu, obecně řečeno pro svarové spoje a tepelně ovlivněné oblasti slitin titanu, které nejsou speciálně vyžadovány, lze k ochraně před oxidací použít vysoce čistý argon.

Většinu titanových slitin lze svařovat pomocí kyslíkoacetylenového svařování a všechny titanové slitiny lze svařovat pomocí metod svařování v pevné fázi (např. TIG, MIG, plazmové obloukové svařování, laserové svařování a svařování elektronovým paprskem). Ve skutečnosti je sklon svarových spojů ze slitin titanu k praskání mnohem menší než u černých kovů (jako jsou slitiny železa, slitiny niklu).

Přestože slitiny titanu mají tak dobré vlastnosti a další vynikající svařovací vlastnosti, někteří inženýři si stále myslí, že svařování titanových slitin je poměrně obtížné, zejména proto, že svařování titanových slitin má velmi vysoké požadavky na ochranu plynů a obecně pouze velmi profesionální personál může zajistit, aby ochrana plynu odpovídala požadavkům. Ve skutečnosti lze použít mnoho metod svařování svařovat titanové slitiny.

Protože N2, O2 a uhlíkaté látky ve vzduchu přiváděné během procesu svařování způsobují, že roztavený svarový spoj titanové slitiny křehne, musí být svařovaná oblast čištěna a chráněna inertním plynem. Svařovací materiál se v zásadě volí podle vlastností svařovaného materiálu. The svařitelnost titanových slitin se obecně hodnotí na základě tažnosti a pevnosti svarového spoje.

Laserové svařování titanové desky
Současný aplikační trend laseru svařování titanových slitin je stále rozsáhlejší, laserové svařování má malou deformaci, vysokou efektivitu výroby a stupeň automatizace je vyšší než elektronový paprsek a TIG. Ve srovnání se svařováním elektronovým paprskem nevyžaduje laserové svařování složité vybavení, jako je vakuová komora, takže laserové svařování je praktičtější a laserové svařování lze přímo svařovat v různých stavech svařování.

Díky vysokému výkonu CO2 laseru lze použít 25 kW/h k proražení titanové desky o tloušťce 20 mm najednou. Nd:YAG lasery dělají YAG svařování flexibilnější díky možnosti využívat pro přenos energie optická vlákna, ale hloubka průniku je omezená kvůli nízkému výkonu. Při laserovém svařování je snadné vytvářet rozstřiky, které znečišťují povrch, a je třeba dbát zvláštní opatrnosti, když není možná úprava po svařování.

Kontrola po svaru
Vizuální kontrola svařovacích dílů z titanové slitiny slouží především k vyhodnocení kvality plynové ochrany. Když je povrch stříbřitě bílý, znamená to, že ochrana proti plynům je velmi dobrá; a když je povrch světle žlutý nebo tmavě žlutý, znamená to, že slitina titanu je mírně znečištěná, ale stále je přijatelná; povrch je tmavě modrý, což znamená, že znečištění je vážné, ale kvůli použití různých pracovních podmínek lze některé použít; povrch je světle modrý, znečištění je vážné a je téměř nemožné jej použít; když je povrch šedomodrý nebo šedý, znečištění je velmi vážné a nelze jej použít; stejný povrch je bílý, znečištění je velmi vážné, nedostupné.

Metoda detekce barev
Testování tvrdosti a testování vířivými proudy lze použít ke zjištění, zda spoj obsahuje nečistoty. Vzhledem k tomu, že vlastnosti spoje se změní, když jsou obsaženy nečistoty, tvrdost a měrný odpor spoje bude výrazně vyšší, pokud budou nečistoty obsaženy. Přenosný ruční tvrdoměr lze použít k testování tvrdosti svařenců in situ. Aplikací této technologie lze snadno zjistit kvalitu svařování. Za normálních okolností výskyt svařovacích trhlin v slitiny titanu je relativně malý. Někdy se však objevují trhliny ve svaru nebo v důsledku vměstků. V této době lze zjistit vady barevnou kontrolou a tato metoda má také určitý vliv na pórovitost. Je třeba poznamenat, že před zahájením svařování je nutné barvivo vyčistit.