チタン溶接でよく見られる欠陥を防ぐ方法

チタンの溶接欠陥を防ぐには、接合部のエッジをきれいに整え、十分に純度の高いシールドガスを使用し、高温の溶接部とその根元を保護し、パス間の清掃を行う必要があります。溶接の色を確認し、欠陥があれば除去してから作業を続行してください。チタンは高温の状態で酸素、窒素、水素を容易に吸収するため、これらの作業が重要です。

素材切断と開先加工では火炎切断を避ける

200°Cを超えると、チタン合金は酸化し、水素を容易に吸収するため、特性が急速に劣化します。火炎切断を行うと、酸化皮膜が形成され、切断面の状態が悪くなります。また、高温で空気にさらされると、チタンが脆化することもあります。

チタンおよびチタン合金の配管工事については、SH/T 3502-2009、, チタンおよびジルコニウム配管の施工および検収に関する規格 （中国工業規格）は、施工および検収に関する要件を規定している。切断、溝切り、穴あけには、手鋸、切断機、旋盤などの機械的な方法を用いること。プラズマ切断を使用する場合は、汚染層および熱による変色した表面を機械的に除去すること。

適切な純度のシールドガスを使用してください

チタンの溶接には、アルゴン、ヘリウム、あるいはその混合ガスが使用されます。アルゴンは広く使用されていますが、不純物が混入すると、溶融池の保護が損なわれ、気孔の発生を招き、接合部の品質を低下させ、タングステン電極の焼損を早める恐れがあります。

圧力容器の溶接については、NB/T 47015-2011、, 圧力容器の溶接手順 （中国工業規格）は、手順の背景を規定している。アルゴンの純度は少なくとも99.99%以上であり、露点は-40°C以下でなければならず、シリンダー内の圧力が0.5 MPaを下回った場合は、ボンベ入りアルゴンを使用してはならない。また、状況に応じて、ヘリウムまたはアルゴン・ヘリウム混合ガスを使用することもできる。

高温溶接部の保護

シールドが不十分な場合、溶融ドロップや溶接金属は水素、酸素、窒素を激しく吸収します。高温の固体チタンもこれらのガスを吸収します。水素の吸収は250°C付近で、酸素の吸収は400°C付近で、窒素の吸収は600°C付近で始まります。これらのガスは硬度や強度を高める一方で、延性や靭性を低下させ、脆化を引き起こします。炭素は硬くて脆いチタンカーバイドを形成し、亀裂の発生を促進します。

[画像のプレースホルダー：高温空気への曝露がCPチタン曲げ延性に及ぼす影響]

SH/T 3502-2009 で規定されているチタン配管工事では、12～26 mm のトーチノズルを使用し、アルゴンの層流を安定させてください。後方シールドは高温の溶接部および隣接する外面を保護し、内部アルゴンパージは内面を保護します。溶接前にパージを開始し、わずかな正圧と連続的な流量を維持してください。

これらの配管溶接部において、溶接部の色はシールド効果の実用的な指標となります：

フィラーワイヤ、溝、およびパス間の表面を徹底的に清掃する

フィラーワイヤ、溝、またはその周辺の表面に水分や汚染物質が付着していると、水素割れや気孔の原因となる可能性があります。パス間の洗浄が不十分だと、非金属介在物が残留し、低融点の共晶を形成して割れを促進し、溶接部の延性および耐食性を低下させる恐れがあります。

SH/T 3502-2009に基づくチタン配管工事においては、溶加線を無硫黄アセトンまたはエタノールで脱脂し、トリクロロエチレンや四塩化炭素などの塩素系溶剤の使用は避けてください。清潔な綿布で拭き取り、洗浄したワイヤは清潔な手袋を着用して取り扱い、乾燥した状態で汚染されないように保管すること。専用のステンレス製ブラシを使用して、溝の両側から少なくとも 25 mm の範囲の酸化物を除去し、無硫黄のアセトンまたはエタノールを用いて 75 mm 範囲内の水分や汚れを取り除いてください。溶接パスの合間に、ステンレス製ブラシで金属介在物を除去してください。

溶接アンダーカットの防止

アンダーカットは、有効接合面積を減少させ、応力集中を引き起こすため、亀裂の発生を促進し、疲労強度および動的荷重耐力を低下させる。

ここで取り上げるチタン配管の溶接部においては、アンダーカット、窪み、気孔、タングステン混入、き裂、および溶着不良は許容されません。適切なパラメータを選択し、有資格の作業員を配置するとともに、溶着を確保しアンダーカットを防ぐため、溝の両側で適切に溶接を一時停止してください。