Come preparare e saldare il titanio e le leghe di titanio

Per saldare il titanio e le leghe di titanio, occorre innanzitutto rimuovere ossidi, olio, umidità e altre impurità dall’area del giunto, quindi proteggere tutto il metallo che rimane sufficientemente caldo da ossidarsi. I metodi qui trattati sono la saldatura ad arco con elettrodo di tungsteno in atmosfera inerte e la saldatura ad arco con elettrodo metallico in atmosfera inerte, con sistemi di protezione selezionati in base al giunto e allo spessore del pezzo.

Preparazione del titanio e delle leghe di titanio per la saldatura

Prima di saldare il titanio o una lega di titanio, è necessario pulire accuratamente l'area di giunzione e la zona circostante per rimuovere olio, sporco, ruggine e incrostazioni, e le superfici devono essere mantenute asciutte.

1. Rimuovere la patina di ossido. La scaglia di ossido può essere rimossa con una spazzola metallica in acciaio inossidabile o una lima, mediante sabbiatura a vapore o granigliatura, oppure mediante molatura con una mola al carburo di silicio. Il decapaggio acido deve essere effettuato immediatamente dopo la rimozione della scaglia, per garantire che la superficie sia priva di ossidi e grasso.
2. Sgrassare la superficie. Se è presente del calcare, rimuoverlo prima dello sgrassaggio; in assenza di calcare, è sufficiente il solo sgrassaggio. Su superfici contaminate da olio è possibile utilizzare solventi adeguati. Una soluzione detergente comunemente utilizzata contiene acido fluoridrico 3% e acido nitrico 35% in volume. Il pezzo viene immerso a temperatura ambiente per circa 10 minuti, risciacquato per rimuovere la soluzione residua e asciugato. Un pezzo soggetto a corrosione sotto sforzo deve essere risciacquato dopo il decapaggio con acqua priva di cloruri anziché con acqua di rubinetto. I guanti di gomma possono lasciare plastificanti sul pezzo e causare di conseguenza porosità nella saldatura. Anche i bordi delle lamiere appena tranciate richiedono questa procedura di decapaggio, poiché i frammenti metallici e le piccole fessure creatisi durante la tranciatura possono favorire la porosità durante la saldatura.

I pezzi puliti devono essere saldati immediatamente. Se è necessario conservarli, riporli in un contenitore con essiccante o in un locale a umidità controllata. In caso contrario, eseguire nuovamente un leggero trattamento di decapaggio prima della saldatura.

Scelta del metodo di saldatura

Il titanio si ossida facilmente nelle zone di saldatura a temperature superiori a 400 °C. Tutte le aree che superano tale temperatura richiedono quindi una protezione con gas inerte durante la saldatura. La saldatura ossiacetilenica, la saldatura ad arco con elettrodo rivestito, la saldatura ad arco sommerso e la saldatura elettroscoria non sono adatte al titanio e alle leghe di titanio.

Saldatura TIG (ad arco con elettrodo di tungsteno)

La saldatura ad arco con gas e tungsteno (GTAW o TIG) può essere manuale o automatica. A seconda dell'ambiente di saldatura, può essere suddivisa in saldatura a cielo aperto e saldatura in camera.

1. Saldatura a vista. In una configurazione convenzionale si utilizzano un ugello della torcia di grande diametro, uno schermo di protezione posteriore e un dispositivo di gas di supporto. Lo schermo di protezione posteriore e il dispositivo di gas di supporto proteggono il metallo saldato a temperature superiori a 400 °C con argon o una miscela di argon e azoto, in modo che non si ossidi.
2. Saldatura in camera. Le strutture saldate complesse possono risultare difficili da proteggere efficacemente a temperature superiori a 400 °C, pertanto possono essere saldate all’interno di una camera rigida o flessibile.
   1. Camera rigida. Prima della saldatura, evacuare la camera fino a 1,3-13 Pa e quindi riempirla con argon o una miscela di argon ed elio. La torcia può essere relativamente semplice, senza schermo di protezione posteriore, e durante la saldatura non è necessario alcun flusso aggiuntivo di gas di protezione.
   2. Camera flessibile. L'aria può essere rimossa sia evacuando la camera prima della saldatura, sia ripiegandola ripetutamente e spurgiandola con argon. Poiché la purezza del gas di protezione è inferiore in una camera flessibile, si continua a utilizzare una torcia convenzionale e la protezione con gas deve essere mantenuta per tutta la durata della saldatura.

Saldatura MIG (ad arco con filo-elettrodo)

La saldatura ad arco con gas inerte (GMAW o MIG) è comunemente utilizzata per prodotti di medio spessore e spessi. Il trasferimento a corto circuito è indicato per pezzi con pareti sottili, mentre il trasferimento a spruzzo è indicato per sezioni di medio spessore e spesse.

Rispetto al GTAW, il GMAW presenta un apporto termico maggiore. Poiché viene depositato una maggiore quantità di filo d’apporto, è normalmente richiesto un angolo di scanalatura più ampio. Per i pezzi di spessore compreso tra 15 e 25 mm si utilizza comunemente una scanalatura a V singola a 90° o una scanalatura a I con un’apertura di 1-2 mm e una passata di saldatura su ciascun lato. Il GMAW consente di ridurre il numero di strati, diminuire la porosità e abbassare i costi di produzione. È comunque necessario uno schermo protettivo posteriore per la torcia. Poiché la porzione di saldatura con temperatura superiore a 400 °C è più lunga rispetto al GTAW, anche lo schermo protettivo posteriore deve essere più lungo e raffreddato ad acqua. Lo svantaggio principale è una maggiore formazione di spruzzi di saldatura.