Jak przygotować i spawać tytan oraz stopy tytanu

Przed spawaniem tytanu i jego stopów należy usunąć tlenki, olej, wilgoć i inne zanieczyszczenia z obszaru złącza. Następnie trzeba osłonić cały metal, którego temperatura jest nadal wystarczająco wysoka, aby powodować utlenianie. Omówiono tu spawanie elektrodą nietopliwą wolframową (TIG) oraz elektrodą topliwą (MIG) w osłonie gazowej, dobieranej do złącza i grubości elementu.

Przygotowanie tytanu i stopów tytanu do spawania

Przed spawaniem tytanu lub stopu tytanu należy dokładnie oczyścić obszar połączenia i jego otoczenie w celu usunięcia oleju, brudu, rdzy i zgorzeliny, a powierzchnie muszą być suche.

1. Usunąć warstwę tlenku. Zwarstwie tlenku można się pozbyć za pomocą szczotki drucianej ze stali nierdzewnej lub pilnika, poprzez czyszczenie parą lub śrutowanie, albo poprzez szlifowanie tarczą z węglika krzemu. Bezpośrednio po usunięciu warstwy tlenku należy przeprowadzić trawienie kwasem, aby zapewnić, że powierzchnia jest wolna od tlenków i smaru.
2. Odtłuść powierzchnię. Jeśli na powierzchni występuje kamień, należy go usunąć przed odtłuszczeniem; jeśli kamienia nie ma, wystarczy samo odtłuszczenie. Na powierzchniach zanieczyszczonych olejem można stosować odpowiednie rozpuszczalniki. Jednym z powszechnie stosowanych roztworów czyszczących jest mieszanina zawierająca 3% kwasu fluorowodorowego i 35% kwasu azotowego w objętości. Element zanurza się w temperaturze pokojowej na około 10 minut, płucze w celu usunięcia resztek roztworu, a następnie suszy. Element podatny na korozję naprężeniową należy po trawieniu przepłukać wodą bezchlorkową, a nie wodą z kranu. Rękawice gumowe mogą pozostawić na elemencie plastyfikator, co w konsekwencji może spowodować porowatość spoiny. Świeżo przycięte krawędzie blach również wymagają tej procedury trawienia, ponieważ fragmenty metalu i niewielkie pęknięcia powstałe podczas cięcia mogą sprzyjać powstawaniu porowatości podczas spawania.

Oczyszczone elementy należy natychmiast zespawać. Jeśli konieczne jest ich przechowywanie, należy umieścić je w pojemniku z pochłaniaczem wilgoci lub w pomieszczeniu o kontrolowanej wilgotności. W przeciwnym razie przed spawaniem należy ponownie przeprowadzić delikatną obróbkę trawiącą.

Wybór metody spawania

Tytan łatwo ulega utlenianiu w strefach spawania w temperaturach powyżej 400°C. Dlatego wszystkie obszary, w których temperatura przekracza tę wartość, wymagają podczas spawania osłony gazem obojętnym. Spawanie tlenowo-acetylenowe, spawanie łukowe w osłonie metalu, spawanie łukiem zanurzonym oraz spawanie elektrożużlowe nie nadają się do spawania tytanu i stopów tytanu.

Spawanie elektrodą wolframową (TIG)

Spawanie łukowe w osłonie gazu z elektrodą wolframową (GTAW lub TIG) może odbywać się w trybie ręcznym lub automatycznym. Ze względu na warunki spawania można je podzielić na spawanie na otwartej przestrzeni i spawanie w komorze.

1. Spawanie na otwartej przestrzeni. W tradycyjnej konfiguracji stosuje się dyszę palnika o dużej średnicy, osłonę tylną oraz urządzenie do podawania gazu osłonowego. Osłona tylna i urządzenie do podawania gazu osłonowego chronią metal spawalniczy o temperaturze powyżej 400°C za pomocą argonu lub mieszanki argonu z azotem, aby nie uległ on utlenieniu.
2. Spawanie komorowe. Skomplikowane konstrukcje spawane mogą być trudne do skutecznego osłonięcia w temperaturach powyżej 400°C, dlatego spawanie ich może odbywać się wewnątrz sztywnej lub elastycznej komory.
   1. Komora sztywna. Przed rozpoczęciem spawania należy opróżnić komorę do ciśnienia 1,3–13 Pa, a następnie wypełnić ją argonem lub mieszaniną argonu i helu. Palnik może być stosunkowo prosty, bez osłony tylnej, a podczas spawania nie jest wymagany dodatkowy przepływ gazu osłonowego.
   2. Elastyczna komora. Powietrze można usunąć albo poprzez opróżnienie komory przed spawaniem, albo poprzez wielokrotne składanie jej i przepłukiwanie argonem. Ponieważ czystość gazu osłonowego jest niższa w komorze elastycznej, nadal stosuje się konwencjonalny palnik, a osłona gazowa musi być utrzymywana przez cały czas trwania spawania.

Spawanie elektrodą topliwą w osłonie gazowej (MIG)

Spawanie łukowe w osłonie gazów (GMAW lub MIG) jest powszechnie stosowane do wyrobów o średniej i dużej grubości. Przenoszenie zwarciowe nadaje się do elementów o cienkich ściankach, natomiast przenoszenie natryskowe – do elementów o średniej i dużej grubości.

W porównaniu z metodą GTAW metoda GMAW charakteryzuje się większym wkładem cieplnym. Ponieważ nakładana jest większa ilość drutu spawalniczego, zazwyczaj wymagany jest większy kąt rowka. W przypadku elementów o grubości 15–25 mm stosuje się zazwyczaj rowek w kształcie litery V o kącie 90° lub rowek typu I z szczeliną 1–2 mm oraz jednym przejściem spoiny z każdej strony. Metoda GMAW pozwala zmniejszyć liczbę warstw, ograniczyć porowatość oraz obniżyć koszty produkcji. Nadal wymagana jest osłona palnika tylnego. Ponieważ odcinek spoiny o temperaturze powyżej 400°C jest dłuższy niż w przypadku metody GTAW, osłona tylna musi być również dłuższa i chłodzona wodą. Główną wadą jest większa ilość odprysków spawalniczych.