Come prevenire i difetti più comuni nella saldatura del titanio

Per prevenire i difetti nella saldatura del titanio, è necessario preparare i bordi del giunto in modo che siano puliti, utilizzare un gas di protezione sufficientemente puro, proteggere la saldatura calda e la sua radice e pulire tra una passata e l’altra. Controllare il colore della saldatura e rimuovere eventuali difetti prima di proseguire. Queste pratiche sono fondamentali perché il titanio, quando è caldo, assorbe facilmente ossigeno, azoto e idrogeno.

Evitare il taglio a fiamma per il tranciaggio e la preparazione delle scanalature

Al di sopra dei 200 °C, le leghe di titanio si ossidano e assorbono facilmente idrogeno, causando un rapido deterioramento delle proprietà. Il taglio a fiamma crea una pellicola di ossido e una superficie di taglio di scarsa qualità. Anche l'esposizione all'aria ad alte temperature può rendere il titanio fragile.

Per i lavori su tubazioni in titanio e leghe di titanio, SH/T 3502-2009, Norme per la costruzione e il collaudo delle tubazioni in titanio e zirconio (norma industriale cinese), definisce il contesto di costruzione e collaudo. Per il taglio, la preparazione delle scanalature e la foratura, utilizzare metodi meccanici quali seghe a mano, segatrici o torni. Se si ricorre al taglio al plasma, rimuovere meccanicamente lo strato contaminato e qualsiasi superficie scolorita dal calore.

Utilizzare un gas di protezione di adeguata purezza

Nella saldatura del titanio si utilizzano argon, elio o miscele dei due. L'argon è ampiamente utilizzato, ma le impurità possono compromettere la protezione del bagno di fusione, favorire la formazione di porosità, ridurre la qualità del giunto e accelerare l'usura dell'elettrodo di tungsteno.

Per la saldatura di recipienti a pressione, norma NB/T 47015-2011, Procedura di saldatura per recipienti a pressione (standard industriale cinese), fornisce il contesto procedurale. La purezza dell’argon deve essere almeno del 99,99%, il suo punto di rugiada inferiore a -40 °C e l’argon in bombole non deve essere utilizzato una volta che la pressione della bombola scende al di sotto di 0,5 MPa. Ove opportuno, è possibile utilizzare anche elio o una miscela di argon ed elio.

Proteggere la zona di saldatura ad alta temperatura

Le gocce fuse e il metallo di saldatura assorbono in modo massiccio idrogeno, ossigeno e azoto quando la protezione è inadeguata. Anche il titanio solido ad alta temperatura assorbe questi gas. L’assorbimento dell’idrogeno inizia intorno ai 250 °C, quello dell’ossigeno intorno ai 400 °C e quello dell’azoto intorno ai 600 °C. Questi gas aumentano la durezza e la resistenza, ma riducono la duttilità e la tenacità, causando l’infragilimento. Il carbonio può formare carburo di titanio duro e fragile e favorire la formazione di crepe.

[SPAZIO RISERVATO ALL'IMMAGINE: Effetto dell'esposizione all'aria ad alta temperatura sulla duttilità alla flessione del titanio CP]

Per i lavori sulle tubazioni in titanio disciplinati dalla norma SH/T 3502-2009, utilizzare un ugello della torcia da 12-26 mm e mantenere un flusso laminare stabile di argon. Uno scudo posteriore protegge la saldatura calda e la superficie esterna adiacente, mentre il spurgo interno con argon protegge la superficie interna. Iniziare lo spurgo prima della saldatura e mantenere una leggera pressione positiva e un flusso continuo.

Per queste saldature su tubazioni, il colore della saldatura fornisce un'indicazione pratica dell'efficacia della protezione:

Pulire accuratamente il filo di apporto, le scanalature e le superfici tra i passaggi

La presenza di umidità o contaminanti sul filo di apporto, nelle scanalature o sulle superfici circostanti può causare fessurazioni da idrogeno e porosità. Una pulizia inadeguata tra una passata e l’altra può lasciare inclusioni non metalliche che formano eutettici a basso punto di fusione, favoriscono la formazione di fessurazioni e riducono la duttilità della saldatura e la resistenza alla corrosione.

Per i lavori su tubazioni in titanio secondo la norma SH/T 3502-2009, sgrassare il filo di apporto con acetone privo di zolfo o etanolo ed evitare solventi clorurati quali il tricloroetilene o il tetracloruro di carbonio. Pulire con un panno di cotone pulito, maneggiare il filo pulito indossando guanti puliti e mantenerlo asciutto e non contaminato. Utilizzare spazzole dedicate in acciaio inossidabile per rimuovere gli ossidi ad almeno 25 mm da entrambi i lati della scanalatura e rimuovere acqua e sporco entro 75 mm utilizzando acetone o etanolo privo di zolfo. Pulire le inclusioni metalliche tra una passata e l’altra con una spazzola in acciaio inossidabile.

Prevenire il sottosquadro della saldatura

L’undercut riduce l’area effettiva del giunto e crea una concentrazione di sollecitazioni, favorendo la formazione di crepe e riducendo la resistenza alla fatica e la capacità di sopportare carichi dinamici.

Nelle saldature delle tubazioni in titanio qui trattate, non sono ammessi sottosquadri, avvallamenti, porosità, inclusioni di tungsteno, cricche e mancanza di fusione. Scegliere parametri adeguati, avvalersi di un operatore qualificato e effettuare pause adeguate su entrambi i lati della scanalatura per garantire la fusione ed evitare il sottosquadro.