Titanlegierung der Güteklasse 5 (Ti-6Al-4V) ist die am häufigsten verwendete Titanlegierung in industriellen und strukturellen Anwendungen. Obwohl es im Vergleich zu vielen hochfesten Legierungen eine gute Schweißbarkeit aufweist, ist es bei erhöhten Temperaturen chemisch hochreaktiv, sodass eine strenge Prozesskontrolle für die Herstellung einwandfreier und zuverlässiger Schweißverbindungen unerlässlich ist. Nachfolgend finden Sie die wichtigsten Vorsichtsmaßnahmen zum Schweißen von Titanlegierungen der Güteklasse 5.
Erstens ist Sauberkeit von entscheidender Bedeutung.
Titan reagiert bei Schweißtemperaturen stark mit Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Kohlenstoff, was zu Versprödung, Porosität und Rissbildung führt. Alle Oberflächen-einschließlich der Schweißverbindung, des Zusatzdrahts und des angrenzenden Grundmaterials-müssen gründlich gereinigt werden. Öl, Fett, Wasser, Staub und Bearbeitungsflüssigkeiten müssen durch Lösungsmittelreinigung und anschließendes Ausblasen mit trockener Luft entfernt werden. Auch Verunreinigungen durch Stahlwerkzeuge, Eisenpartikel oder Kupfer können zu Defekten führen. Daher werden spezielle Titan-Schweißwerkzeuge und -Vorrichtungen dringend empfohlen.
Zweitens ist eine wirksame Gasabschirmung zwingend erforderlich.
Im Gegensatz zu Stahl oder Aluminium muss Titan nicht nur während des Schweißens geschützt werden, sondern auch, bis die Schweißnaht und die Wärmeeinflusszone unter 300 Grad abkühlen. Typischerweise wird hochreines Argon (99,99 % oder höher) verwendet. Um den gesamten Hochtemperaturbereich abzudecken, werden häufig ein Schleppschild, eine große Gaslinse oder eine geschlossene Kammer eingesetzt. Eine unzureichende Abschirmung führt zu Verfärbungen, die auf die Absorption atmosphärischer Gase und einen starken Verlust der Duktilität und Zähigkeit hinweisen.
Drittens ist die Kontrolle des Wärmeeintrags und der Zwischenlagentemperatur wichtig.
Übermäßiger Wärmeeintrag fördert das Kornwachstum in der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone, wodurch die Festigkeit der Verbindung und die Ermüdungsleistung verringert werden. Eine hohe Temperatur zwischen den Durchgängen erhöht auch das Risiko der Wasserstoffaufnahme und -oxidation. Im Allgemeinen sollte die Zwischenlagentemperatur unter 150 Grad gehalten werden. Bevorzugt werden Verfahren mit geringem bis mittlerem Wärmeeintrag wie GTAW (WIG), PAW und Laserschweißen. Verfahren mit hohem Wärmeeintrag wie das Unterpulverschweißen werden selten eingesetzt.
Viertens muss die Auswahl des Zusatzwerkstoffes richtig abgestimmt sein.
Für die meisten strukturellen Schweißnähte wird häufig ERTi-5-Zusatzwerkstoff (handelsüblich reines Titan) verwendet, um die Duktilität zu verbessern und die Rissempfindlichkeit zu verringern. Wenn eine entsprechende Festigkeit erforderlich ist, kann Ti-6Al-4V-Füller (ERTi-6Al-4V) verwendet werden, es sind jedoch strengere Reinigung und Abschirmung erforderlich, um Erstarrungsrisse zu vermeiden.
Fünftens: Vermeidung von Verunreinigungen und anderen Metallproblemen.
Direkter Kontakt mit Kohlenstoffstahl, Kupfer, Messing oder Bronze muss vermieden werden. Titan hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit und einen hohen Schmelzpunkt, sodass Schweißbäder langsam erstarren. Eine falsche Geometrie oder Einspannung kann zu Schweißverzug und Eigenspannungen führen. Bei kritischen Bauteilen kann eine Spannungsentlastung nach dem Schweißen durchgeführt werden, jedoch nur unter vollständigem Schutz durch Schutzgas.
Schließlich sind die Inspektion und Qualitätskontrolle nach dem Schweißen unerlässlich.
Eine visuelle Prüfung auf Verfärbung und Porosität ist Standard. Für kritische Anwendungen können Farbeindringprüfungen (PT) oder Röntgenprüfungen (RT) eingesetzt werden. Durch mechanische Tests, einschließlich Biegetests und Zugtests, wird überprüft, ob die Verbindung die Anforderungen an Duktilität und Festigkeit erfüllt.
Zusammenfassend:Erfolgreiches Schweißen von Titanlegierungen der Güteklasse 5 hängt von extremer Sauberkeit, zuverlässiger Schutzgasabschirmung, kontrollierter Wärmezufuhr, geeignetem Schweißzusatzwerkstoff und strenger Prozessdisziplin ab. Bei geeigneten Verfahren können die Schweißverbindungen eine hervorragende Festigkeit, Duktilität und Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
