Jak zapobiegać typowym wadom spawania tytanu

Aby zapobiec powstawaniu wad podczas spawania tytanu, należy przygotować czyste krawędzie połączenia, stosować wystarczająco czysty gaz osłonowy, chronić gorący spaw oraz jego korzeń oraz czyścić powierzchnię między kolejnymi przejściami. Przed kontynuowaniem należy sprawdzić kolor spoiny i usunąć ewentualne wady. Działania te mają kluczowe znaczenie, ponieważ tytan w stanie gorącym łatwo wchłania tlen, azot i wodór.

Należy unikać cięcia płomieniowego podczas wycinania elementów i przygotowywania rowków

W temperaturach powyżej 200°C stopy tytanu ulegają utlenianiu i łatwo wchłaniają wodór, co powoduje gwałtowne pogorszenie ich właściwości. Cięcie płomieniowe powoduje powstanie warstwy tlenku i pogorszenie jakości powierzchni cięcia. Kontakt z powietrzem w wysokiej temperaturze może również powodować kruchość tytanu.

W przypadku prac związanych z rurociągami z tytanu i stopów tytanu obowiązuje norma SH/T 3502-2009, Norma dotycząca budowy i odbioru rurociągów tytanowych i cyrkonowych (chińska norma branżowa) określa warunki wykonania i odbioru. Do cięcia, przygotowywania rowków i wiercenia należy stosować narzędzia mechaniczne, takie jak piły ręczne, piły mechaniczne lub tokarki. W przypadku stosowania cięcia plazmowego należy mechanicznie usunąć zanieczyszczoną warstwę oraz wszelkie powierzchnie odbarwione pod wpływem wysokiej temperatury.

Należy stosować gaz osłonowy o odpowiedniej czystości

W spawaniu tytanu stosuje się argon, hel lub mieszaniny tych gazów. Argon jest powszechnie stosowany, jednak zanieczyszczenia mogą osłabiać ochronę jeziorka stopionego metalu, sprzyjać powstawaniu porowatości, obniżać jakość spoiny oraz przyspieszać zużycie elektrody wolframowej.

W przypadku spawania zbiorników ciśnieniowych – norma NB/T 47015-2011, Procedura spawania zbiorników ciśnieniowych (chińska norma branżowa) określa kontekst procedury. Czystość argonu powinna wynosić co najmniej 99,99%, a jego punkt rosy powinien być niższy niż -40°C; nie należy stosować argonu butlowego, gdy ciśnienie w butli spadnie poniżej 0,5 MPa. W stosownych przypadkach można również stosować hel lub mieszaninę argonu i helu.

Zabezpiecz strefę spawania poddaną wysokiej temperaturze

W przypadku niewystarczającej ochrony krople stopionego metalu i metal spawany intensywnie wchłaniają wodór, tlen i azot. Również stały tytan w wysokiej temperaturze wchłania te gazy. Absorpcja wodoru rozpoczyna się w temperaturze około 250°C, tlenu – około 400°C, a azotu – około 600°C. Gazy te zwiększają twardość i wytrzymałość, ale zmniejszają plastyczność i odporność na pękanie, powodując kruchość. Węgiel może tworzyć twardy, kruchy węglik tytanu i sprzyjać powstawaniu pęknięć.

[MIEJSCE NA OBRAZ: Wpływ ekspozycji na powietrze o wysokiej temperaturze na plastyczność gięcia rur tytanowych CP]

W przypadku prac związanych z rurociągami tytanowymi, których dotyczy norma SH/T 3502-2009, należy stosować dyszę palnika o średnicy 12–26 mm i utrzymywać stabilny laminarny przepływ argonu. Osłona tylna chroni gorący spaw oraz przylegającą powierzchnię zewnętrzną, natomiast wewnętrzne przedmuchiwanie argonem chroni powierzchnię wewnętrzną. Przedmuchiwanie należy rozpocząć przed spawaniem i utrzymywać niewielkie nadciśnienie oraz ciągły przepływ.

W przypadku tych spoin rurowych kolor spoiny stanowi praktyczną wskazówkę dotyczącą skuteczności osłony:

Dokładnie oczyść drut spawalniczy, rowki i powierzchnie między warstwami

Wilgoć lub zanieczyszczenia na drucie spawalniczym, rowkach lub sąsiednich powierzchniach mogą powodować pękanie wodorowe i porowatość. Niewystarczające czyszczenie międzyprzegrodowe może pozostawić wtrącenia niemetaliczne, które tworzą eutektyki o niskiej temperaturze topnienia, sprzyjają pękaniu oraz zmniejszają plastyczność spoiny i jej odporność na korozję.

W przypadku prac związanych z rurociągami tytanowymi zgodnie z normą SH/T 3502-2009 należy odtłuścić drut spawalniczy acetonem bezsiarkowym lub etanolem oraz unikać stosowania rozpuszczalników chlorowanych, takich jak trichloroetylen lub czterochlorek węgla. Należy przetrzeć rurę czystą bawełnianą szmatką, a oczyszczony drut trzymać w czystych rękawiczkach oraz utrzymywać go w stanie suchym i wolnym od zanieczyszczeń. Do usunięcia tlenków należy używać specjalnych szczotek ze stali nierdzewnej, sięgając co najmniej 25 mm od obu stron rowka, a wodę i zanieczyszczenia w odległości do 75 mm należy usunąć za pomocą acetonu lub etanolu bez zawartości siarki. Wtrącenia metaliczne należy usuwać między kolejnymi przejściami za pomocą szczotki ze stali nierdzewnej.

Zapobieganie podcięciu spoiny

Podcięcie zmniejsza efektywną powierzchnię połączenia i powoduje skupienie naprężeń, co sprzyja powstawaniu pęknięć oraz obniża wytrzymałość zmęczeniową i nośność przy obciążeniach dynamicznych.

W przypadku omawianych tutaj spoin w rurociągach tytanowych niedopuszczalne są podcięcia, zagłębienia, porowatość, wtrącenia wolframu, pęknięcia oraz brak stopienia. Należy dobrać odpowiednie parametry, skorzystać z usług wykwalifikowanego operatora oraz odpowiednio wstrzymywać proces spawania po obu stronach rowka, aby zapewnić stopienie i zapobiec podcięciom.