Ah, titanul? Sfântul Graal al metalelor.
Ușor, rezistent la coroziune și extrem de puternic. Dar niciuna dintre aceste caracteristici excepționale nu are valoare dacă este dificil de îmbinat. Aproape totul în jurul nostru este un produs legat de sudare, într-un fel sau altul, așa că orice metal pe care dorim să-l folosim trebuie să aibă o bună sudabilitate. Din fericire, titanul este un astfel de metal.
Acest articol vă va învăța cum să sudați titanul ca un profesionist. Legați-vă centura pentru că suntem pe cale să vă ducem într-o aventură de învățare care vă poate face să reparați piese scumpe din titan pentru industria aerospațială, marină și alte industrii de mare valoare.
Sudarea titanului nu este dificilă dacă știi ce faci. Cu toate acestea, există mai multe zone cruciale în care ați putea să nu reușiți și să stricați o piesă costisitoare. Prin urmare, vă sugerăm cu tărie să cercetați acest material și să dobândiți cât mai multă experiență înainte de a încerca să sudați ceva scump, cum ar fi o țeavă de eșapament Lamborghini.
Sursa: https://www.lamborghini-talk.com/threads/lamborghini-aventador-svj-titanium-exhaust-system.226504/
Proprietăți ale titanului și probleme legate de sudare
Titanul este cu aproape 50% mai ușor decât oțelul inoxidabil, dar de peste două ori mai rezistent. Așadar, are un raport rezistență/greutate de aproape patru ori mai bun. Cu toate acestea, titanul are temperatura de topire la aproximativ 1670°C, în timp ce inoxul se topește la aproximativ 1450°C. Prin urmare, este posibil să aveți nevoie de ceva mai mulți amperi pentru a face baia de metal topit să devină realitate.
Ca și aluminiul și multe alte metale neferoase, titanul are o afinitate puternică pentru oxigen, adică este REACTIV. Atunci când este lăsat la temperatura camerei, titanul va crea o peliculă subțire de oxid de titan pe suprafața sa. Acest strat de oxid este un lucru pozitiv, deoarece previne reactivitatea suplimentară, dar face ca sudarea să fie dificilă. Titanul se oxidează rapid atunci când este încălzit la peste 650°C. Așadar, este necesar să oferiți o acoperire excepțională cu gaz de protecție pentru o calitate maximă a sudurii.
Sursa: https://www.hellonaturalliving.com/titanium-dioxide-is-it-safe-or-should-you-avoid-it/
Titanul este foarte sensibil la contaminare. Dacă oxigenul, hidrogenul, azotul, carbonul sau alte elemente sunt introduse în baia de metal topit, titanul va deveni fragil. Cu toate acestea, diferitele calități de titan disponibile în comerț conțin cantități variabile de impurități ca urmare a prelucrării industriale a titanului. Cu toate acestea, nu doriți să adăugați impurități suplimentare, deoarece acest lucru va slăbi sudura.
Prezența crescută a impurităților în baia de sudură reduce ductilitatea titanului și poate provoca fisurarea metalului sudat. De exemplu, dacă oxigenul este preluat la un nivel ridicat, sudura poate prezenta fisuri transversale de-a lungul feței de sudură sau a zonei de influență termică (ZIT).
Sursa: http://www.difference.minaprem.com/joining/difference-between-weld-metal-and-heat-affected-zone-haz/
Recunoașterea oxidării severe a titanului
La fel ca oțelul inoxidabil, titanul vă va spune dacă a devenit prea oxidat în timpul procesului de sudare. Cu toate acestea, titanul are reguli diferite față de oțelul inoxidabil. Suprafețele de sudură și HAZ își vor schimba culorile, variind de la argintiu, galben-pai, albastru și alb. Aceste culori indică nivelul de oxizi de titan care s-au format în urma sudării.
Iată un scurt ghid de culori pentru a recunoaște calitatea sudurii de titan:
Argintiu: Oxizi slabi
Galben pai: Oxizi acceptabili
Albastru: Este probabil ca sudura să fie prea oxidată
Alb: Sudura nu este acceptabilă
Acum s-ar putea să vă întrebați: „Stați puțin… Argintiul este grozav, dar albul este rău?”
Așa este. Spre deosebire de oțelul inoxidabil, oxizii de suprafață din titan nu se înnegresc în stadiul final, inacceptabil, de oxid de sudare. În schimb, acumularea de oxid de titan care este excesiv de albă este un semn clar că sudura a preluat prea mulți oxizi și este probabil slabă și nesigură.
Foto de la @nqnweld
Cu toate acestea, iată o notă importantă:
Doar pentru că sudura este lipsită de oxid de suprafață, nu înseamnă că aceasta este sigură pentru aplicații critice! Aceasta este doar o modalitate vizuală simplă de a evalua calitatea sudurii. Dar, titanul poate capta cu ușurință oxigenul și alți contaminanți în profunzimea metalului sudat. Așadar, nu ar trebui să vă bazați doar pe confirmarea vizuală.
Graficul de inspecție a calității calității sudurii de titan
Graficul criteriilor de acceptare pe baza culorii după ce sudura s-a răcit.
Sursa: https://weldinganswers.com/how-to-weld-titanium/
Note de siguranță importante privind titanul
Pulberea de titan este inflamabilă și poate arde spontan! Așadar, asigurați-vă că nu aveți niciun obiect inflamabil în imediata apropiere a zonei de lucru înainte de a poliza sau de a modela în alt mod îmbinările din titan. În plus, măturați praful de titan din zona de lucru înainte de a suda pentru a împiedica orice scânteie să aprindă praful și așchiile de titan.
Nu folosiți apă pentru a combate flăcările induse de titan, deoarece aceasta poate exploda! În schimb, asigurați-vă că aveți un stingător de incendiu de clasă D funcțional. Acestea sunt concepute pentru combaterea incendiilor provocate de metale combustibile precum sodiul, magneziul și, bineînțeles, titanul.
Destinația stingătoarelor de incendiu
Cum să pregătiți titanul pentru sudare
Pregătirea îmbinării de titan pentru sudare este crucială pentru o sudură reușită! Trebuie să curățați perfect metalul și să modelați îmbinarea fără să murdăriți materialul.
Purtați mănuși de nitril pentru a împiedica umezeala și uleiurile de pe piele să contamineze îmbinarea sudată. Da, pentru o calitate absolută a îmbinării, titanul necesită evitarea contactului pielii cu îmbinarea. Niciodată nu poți fi prea curat cu acest material.
Folosiți acetonă sau metil-etil cetonă și o cârpă nouă, curată, fără scame, pentru a curăța îmbinarea de titan de orice ulei, grăsime, praf și alte hidrocarburi.
Sursa: https://www.youtube.com/watch?v=Vy6qk7aZy_4
NU folosiți carbon fluorurat clorurat (CFC) sau alte cloruri pentru a curăța titanul. Acestea pot duce la fisurarea prin coroziune sub tensiune după ce piesa sudată este încălzită la peste 430°C (800°F) în timpul sudării.
Apoi, trebuie să îndepărtați stratul de oxid de titan care s-a format în mod natural pe suprafață. Puteți folosi o perie de sârmă din oțel inoxidabil dacă este vorba de o îmbinare mică sau puteți folosi un disc lamelar sau un disc de polizat pentru titan. Cu toate acestea, dacă folosiți un polizor, evitați să concentrați prea multă presiune într-o singură zonă și șlefuiți încet pentru a evita acumularea localizată de căldură. Ștergeți din nou îmbinarea după ce ați șlefuit oxidul de titan.
Dacă folosiți freze din carbură, perii din inox și alte unelte, asigurați-vă că acestea sunt dedicate exclusiv titanului. Incluziunile din oțel carbon și alte metale pot contamina titanul și pot slăbi sudura.
Curățați și sârma de adaos de oxizi. Vom ajunge în curând la selecția sârmei, dar rețineți că și sârma poate, de asemenea, oxida și introduce oxid de titan în baia de sudură. De asemenea, se recomandă să tăiați capătul sârmei de adaos chiar înainte de sudare pentru a expune titanul pur de dedesubt la începutul sudurii.
Purjarea sudurii
Deoarece titanul este atât de reactiv cu oxigenul și susceptibil la contaminarea cu hidrogen și azot, trebuie să purjați partea inferioară a sudurii cu un gaz inert, cum ar fi argonul. În timp ce gazul de protecție din procesul de sudare MIG sau TIG va proteja sudura de sus, partea din spate a sudurii se va oxida, își va pierde rezistența la coroziune și va deveni fragilă dacă nu purjați aerul și nu îl înlocuiți cu argon. Purjarea sudurii este deosebit de importantă la îmbinarea țevilor de titan.
Puteți realiza o soluție de purjare minimă prin obturarea ambelor părți ale țevii cu bandă adezivă. Apoi, faceți o gaură la un capăt și băgați un furtun de gaz argon prin ea pentru a ejecta aerul în exterior și a înlocui atmosfera din interior cu argon. Bineînțeles, există produse comerciale pentru o purjare profesională a țevilor, dar este posibil să puteți obține o purjare bună cu puțină inventivitate.
Iată un sfat profesional de curățare pentru tine: Dacă aveți mai multe îmbinări pe un sistem de țevi din titan, cum ar fi un sistem de țevi de eșapament pentru motociclete sau mașini sport, fixați cu bandă adezivă îmbinările din partea de jos și păstrați articulațiile superioare libere. Argonul este mai greu decât aerul, așa că argonul împinge aerul prin sistem începând din punctul cel mai de jos al sistemului de țevi până la punctul cel mai înalt.
Alegerea procesului de sudare
Vă recomandăm să rămâneți la procedeul de sudare TIG/WIG, pentru a suda titanul. Procesul de sudare TIG oferă o precizie excelentă și vă permite să direcționați cu atenție gazul de protecție folosind o duză mare și o configurație cu lentile de gaz.Puteți, de asemenea, să sudați titanul MIG, dar nu mulți oameni o fac. Cu toate acestea, este mai puțin probabil să obțineți aceeași calitate a sudurii ca în cazul procedeului de sudare TIG. Procesul de sudare MIG produce prea multă căldură și stropi pentru titan și poate duce la o contaminare excesivă cu impurități. Deoarece picăturile de metal de adaos din titan topit sunt minuscule la sudarea MIG și zboară prin arc în josul îmbinării, există o șansă mai mare ca acestea să oxideze și să se contamineze.
Procesul de sudare TIG este universal acceptat ca fiind cel mai bun mod de a îmbina titanul. Sudarea cu flux și sudarea cu flacără de gaze NU sunt recomandate pentru a suda titan sau aliaje de titan.
Procesul de sudare cu gaz inert de tungsten utilizează un electrod de tungsten neconsumabil pentru a transfera un gaz protector electric și inert pentru a proteja balta de sudură de contaminarea atmosferică.
Trebuie să utilizați polaritatea de sudare TIG cu electrod de curent continuu negativ (DCEN) pentru a suda titan. În timp ce este necesar să folosiți TIG de curent alternativ pentru a suda aluminiu sau magneziu, titanul nu necesită ieșire TIG de curent alternativ.
Când sudați titanul TIG, veți observa că baia de metal topit se comportă destul de asemănător cu oțelul inoxidabil sau cu aliajele de nichel. Așadar, dacă ați avut experiențe anterioare cu aceste materiale, nu veți avea prea multe probleme.
Cu toate acestea, titanul necesită o protecție suplimentară a gazului de protecție. Prin urmare, trebuie să vă asigurați că nu există curenți de aer în zona în care sudați. În plus, este probabil mai bine să folosiți lentile de gaz JUMBO pentru titan, datorită unei acoperiri mai consistente a gazului de protecție. De asemenea, ar trebui să folosiți o duză de gaz/cupă mare pentru a împiedica piesele încălzite să intre în contact cu aerul. O duză de gaz TIG mai mare va oferi o acoperire mai largă a gazului de protecție și va proteja mai bine titanul sensibil și încălzit.
Sudarea TIG a titanului funcționează cel mai bine atunci când este efectuată în poziție orizontală. Sudarea verticală sau în afara poziției poate avea un impact negativ asupra acoperirii cu gaz protector, ceea ce poate avea consecințe devastatoare pentru titan.
Selectarea gazului de protecție
Pentru sudarea TIG a titanului, vă recomandăm să folosiți 100% argon. Dar puteți adăuga și heliu în amestec. Totuși, heliul nu este necesar pentru titan și este mai scump decât argonul. Așadar, nu există prea multe motive pentru a vă abate de la gazul de protecție preferat al sudorilor – gazul de protecție cu argon simplu.
Este extrem de important să aveți o butelie de gaz de protecție cu argon de înaltă calitate. Cu cât este mai mare puritatea argonului, cu atât mai bună va fi sudarea. Mulți sudori se confruntă cu decolorarea (oxidarea) sudurii atunci când sudează titan și se pare că nu pot găsi vinovatul. Dacă gazul are aer și umiditate în interior, puteți avea și oxizi de sudură. Singura soluție la această problemă este să obțineți un gaz, argon, de mai bună calitate.
Cei mai mulți sudori folosesc electrozi de wolfram toriați (WTh3 – roșii), care din cauza trioxidului de toriu sunt ușor radioactivi și interziși în U.E. din 1018, și electrozii lantanați (WLa15 -aurii sau WLa20 – albaștri) pentru a suda titanul. Cu toate acestea, puteți utiliza și tungsten cu ceriu (WCe – gri) dacă sudați secțiuni subțiri la curenți mici, gri, funcționează bine pentru aplicații cu amperi mici în general.
Trebuie să încercați să potriviți aliajul metalului de adaos cu aliajul de titan pe care îl sudați, astfel încât ele să fie aproape identice, dacă nu chiar identice. Pentru a suda titan pur din punct de vedere comercial, utilizați metal de adaos din titan nealiat, deoarece acesta poate tolera bine contaminarea atmosferică, fără o pierdere semnificativă a ductilității metalului de sudură. De asemenea, puteți utiliza sârmă de adaos din titan nealiat pentru a suda unele aliaje speciale de titan pentru a îmbunătăți ductilitatea cu o anumită pierdere de rezistență, dar acest lucru necesită o abordare foarte atentă. Consultați un inginer sudor dacă sudați aliaje speciale precum titanul de bază alfa.American Welding Society (AWS) specifică metalele de adaos pentru titan în AWS A5.16/A5.16M:2007 – Specificații pentru electrozi și tije de sudură din titan și aliaje de titan.Unele dintre cele mai comune sârme de umplere din titan sunt ERTi-2, ERTi-3 și ERTi-4. Dar există multe alte metale de adaos din titan, iar fiecare dintre ele are o compoziție chimică ușor diferită, potrivită pentru aliajul de titan pe care îl sudați.
Este esențial să se mențină un flux de gaz de protecție după sudare până când sudura s-a răcit sub 430°C (800°F) pentru a preveni oxidarea rapidă a sudurii. Puteți încerca să realizați o sudură scurtă pe o piesă de rebut fără a asigura un flux de gaz de protecție post-sudare și să vedeți cât de repede va începe să se oxideze sudura.Folosiți un flux de gaz de post-sudare de cel puțin 20s. Uneori este posibil să aveți nevoie chiar de mai mult, în funcție de grosimea titanului. Dacă aparatul dumneavoastră de sudură nu acceptă o setare mai mare decât 20s pentru fluxul de post-sudare, apăsați ușor pedala de picior TIG pentru a iniția un arc mic timp de doar o fracțiune de secundă, în timp ce țineți pistoletul deasupra sudurii finalizate, iar aparatul de sudură va elibera încă 20s de gaz.
Titanul nu este un material complex de sudat, dacă vă ocupați corect de elementele de bază. Dacă plecați cu ceva din acest ghid, să fie nevoia de curățenie maximă și de protecție a gazului de protecție împotriva atmosferei. Simpla reușită a acestor două aspecte vă va face un sudor de titan de zece ori mai bun decât un începător care nu a mai sudat acest material.
