Stop tytanu klasy 5 (Ti-6Al-4V) jest najczęściej używanym stopem tytanu + w zastosowaniach przemysłowych i konstrukcyjnych. Chociaż ma dobrą spawalność w porównaniu z wieloma stopami o wysokiej wytrzymałości, jest wysoce reaktywny chemicznie w podwyższonych temperaturach, dlatego ścisła kontrola procesu jest niezbędna do uzyskania solidnych, niezawodnych połączeń spawanych. Poniżej znajdują się najważniejsze środki ostrożności dotyczące spawania stopu tytanu klasy 5.
Po pierwsze, czystość jest krytyczna.
Tytan silnie reaguje z tlenem, azotem, wodorem i węglem w temperaturach spawania, co powoduje kruchość, porowatość i pękanie. Wszystkie powierzchnie,-łącznie ze złączem spawanym, drutem dodatkowym i pobliskim materiałem podstawowym-muszą zostać dokładnie oczyszczone. Olej, smar, wodę, kurz i płyny obróbkowe należy usunąć za pomocą rozpuszczalnika, a następnie przedmuchać suchym powietrzem. Zanieczyszczenia narzędziami stalowymi, cząstkami żelaza lub miedzi mogą również powodować defekty, dlatego zdecydowanie zaleca się stosowanie dedykowanych tytanowych narzędzi i osprzętu spawalniczego.
Po drugie, skuteczna osłona gazowa jest obowiązkowa.
W przeciwieństwie do stali czy aluminium, tytan wymaga ochrony nie tylko podczas spawania, ale także do czasu, aż spoina i strefa wpływu ciepła ostygną poniżej 300 stopni. Zwykle stosuje się argon o wysokiej czystości (99,99% lub więcej). Do pokrycia całego obszaru o wysokiej temperaturze często stosuje się tylną osłonę, dużą soczewkę gazową lub zamkniętą komorę. Niewystarczające ekranowanie prowadzi do odbarwień, które wskazują na absorpcję gazów atmosferycznych i poważną utratę plastyczności i wytrzymałości.
Po trzecie, ważna jest kontrola dopływu ciepła i temperatury międzyściegowej.
Nadmierne doprowadzenie ciepła sprzyja wzrostowi ziaren w spoinie i strefie wpływu ciepła, zmniejszając wytrzymałość złącza i wydajność zmęczeniową. Wysoka temperatura międzyściegowa zwiększa również ryzyko wychwytu i utleniania wodoru. Ogólnie rzecz biorąc, temperatura międzyściegowa powinna być utrzymywana poniżej 150 stopni. Preferowane są procesy z niskim lub umiarkowanym dopływem ciepła, takie jak spawanie metodą GTAW (TIG), PAW i spawanie laserowe. Rzadko stosuje się procesy wykorzystujące wysoką ilość ciepła, takie jak spawanie łukiem krytym.
Po czwarte, dobór spoiwa musi być odpowiednio dobrany.
W przypadku większości spoin konstrukcyjnych często stosuje się spoiwo ERTi‑5 (handlowo czysty tytan) w celu poprawy plastyczności i zmniejszenia wrażliwości na pęknięcia. Gdy wymagana jest odpowiednia wytrzymałość, można zastosować wypełniacz Ti‑6Al‑4V (ERTi‑6Al‑4V), ale konieczne jest dokładniejsze czyszczenie i ekranowanie, aby uniknąć pęknięć podczas krzepnięcia.
Po piąte, unikanie zanieczyszczeń i problemów związanych z różnymi metalami.
Należy unikać bezpośredniego kontaktu ze stalą węglową, miedzią, mosiądzem lub brązem. Tytan ma niską przewodność cieplną i wysoką temperaturę topnienia, dlatego jeziorka spawalnicze krzepną powoli. Niewłaściwa geometria lub utwierdzenie może prowadzić do odkształcenia spoiny i naprężeń szczątkowych. W przypadku krytycznych elementów można zastosować odprężanie po spawaniu, ale tylko pod pełną ochroną przed gazem obojętnym.
Wreszcie, niezbędna jest kontrola po spawaniu i kontrola jakości.
Standardem jest kontrola wzrokowa pod kątem przebarwień i porowatości. W zastosowaniach krytycznych można zastosować badania penetracyjne barwnika (PT) lub badania radiograficzne (RT). Testy mechaniczne, w tym próby zginania i próby rozciągania, weryfikują, czy złącze spełnia wymagania dotyczące plastyczności i wytrzymałości.
Podsumowując,Skuteczne spawanie stopu tytanu klasy 5 zależy od wyjątkowej czystości, niezawodnej osłony gazu obojętnego, kontrolowanego dopływu ciepła, odpowiedniego spoiwa i rygorystycznej dyscypliny procesu. Przy zastosowaniu odpowiednich procedur złącza spawane mogą wykazywać doskonałą wytrzymałość, plastyczność i odporność na korozję.
