In base alle caratteristiche del materiale e alla saldabilità del titanio e delle leghe di titanio, il test di saldabilità viene eseguito sui difetti di saldatura del titanio e delle leghe di titanio soggetti a ossidazione, cricche e pori. Attraverso l'esplorazione continua delle specifiche del processo di saldatura del titanio e delle leghe di titanio e un'analisi ragionevole dei problemi del processo di prova, sono state riassunte le caratteristiche e gli elementi essenziali di funzionamento del processo di saldatura del titanio e delle leghe di titanio.

Classificazione e caratteristiche del titanio e delle leghe di titanio

Esistono tre tipi di titanio puro industriale: Gr1, Gr2 e Gr3. La differenza sta nel contenuto di impurità contenenti idrogeno, ossigeno e azoto. Queste impurità rafforzano il titanio puro industriale, ma ne riducono significativamente la plasticità. Sebbene la resistenza del titanio puro industriale non sia elevata, presenta eccellenti caratteristiche di plasticità e tenacità, in particolare una buona tenacità agli urti a bassa temperatura e una buona resistenza alla corrosione. Per questo motivo, questo materiale viene utilizzato soprattutto nell'industria chimica, petrolifera, ecc. e in condizioni di lavoro inferiori a 350 gradi Celsius.

In base alla struttura a temperatura ambiente della lega di titanio ricotto, le leghe di titanio possono essere suddivise in tre tipi:

Lega di titanio di tipo α, lega di titanio di tipo (α+β) e lega di titanio di tipo β.

Tra le leghe di titanio di tipo α, sono ampiamente utilizzate le leghe Gr4, Ti-5Al-0,005B, Ti-5Al e Gr6, Gr16. La resistenza di questa lega può raggiungere i 931N/MM2 a temperatura ambiente e presenta prestazioni stabili e una buona saldabilità a temperature elevate (500 gradi Celsius).

Le leghe di β-titanio sono meno diffuse in Cina e il loro uso deve essere ulteriormente ampliato.

Le prestazioni di saldatura del titanio e delle leghe di titanio presentano molte caratteristiche degne di nota. Queste caratteristiche di saldatura sono determinate dalle proprietà fisiche e chimiche del titanio e delle leghe di titanio.

1. L'influenza dell'inquinamento da gas e impurità sulle prestazioni di saldatura

A temperatura ambiente, il titanio e le leghe di titanio sono relativamente stabili. Tuttavia, gli esperimenti hanno dimostrato che nel processo di saldatura, le gocce liquide e il metallo fuso hanno un forte ruolo nell'assorbire idrogeno, ossigeno e azoto, e allo stato solido questi gas hanno già agito su di loro. Con l'aumento della temperatura, anche la capacità del titanio e delle leghe di titanio di assorbire idrogeno, ossigeno e azoto aumenta notevolmente. Inizia ad assorbire l'idrogeno a circa 250 gradi Celsius, assorbe l'ossigeno a partire da 400 gradi e assorbe l'azoto a partire da 600 gradi. Una volta assorbito, provoca direttamente l'infragilimento del giunto saldato, un fattore estremamente importante per la qualità della saldatura.

1.1 L'influenza dell'idrogeno

Tra le impurità gassose, l'idrogeno è il fattore che incide maggiormente sulle proprietà meccaniche del titanio. La variazione del contenuto di idrogeno nella saldatura ha l'impatto più significativo sulle prestazioni di impatto della saldatura. Il motivo principale è che, con l'aumento del contenuto di idrogeno nella saldatura, aumenta la precipitazione di fiocchi o aghi di TiH2 nella saldatura. Il TiH2 ha una resistenza molto bassa e la sua resistenza all'impatto è notevolmente ridotta. L'effetto della variazione del contenuto di idrogeno della saldatura sull'aumento della resistenza e sulla diminuzione della plasticità non è molto evidente.

1.2 L'influenza dell'ossigeno

Il contenuto di ossigeno può aumentare la durezza e la resistenza del titanio e delle leghe di titanio, ma la plasticità è notevolmente ridotta. Per garantire le prestazioni della saldatura, oltre a prevenire l'ossidazione del cordone di saldatura e della zona termicamente alterata durante il processo di saldatura, è necessario limitare il contenuto di ossigeno nel metallo di base e nel filo di saldatura.

1.3 L'effetto dell'azoto

A temperature elevate, superiori a 700 gradi, l'azoto e il titanio reagiscono formando nitruro di titanio fragile e duro, più grave dell'ossigeno. Pertanto, l'azoto può migliorare la resistenza alla trazione e la durezza delle saldature industriali in titanio puro e ridurre la plasticità della giunzione rispetto all'ossigeno.

1.4 L'impatto del carbonio

Il carbonio è anche un'impurità comune nel titanio e nelle leghe di titanio. Gli esperimenti dimostrano che quando il contenuto di carbonio è pari a 0,13%, il carbonio è profondo nell'α titanio, il limite di resistenza della saldatura è leggermente migliorato e la plasticità è leggermente ridotta, ma non è forte come l'ossigeno e l'azoto. Tuttavia, quando il contenuto di carbonio della saldatura aumenta ulteriormente, la saldatura sembra avere una rete di Tic e la quantità di saldatura aumenta con l'aumento del contenuto di titanio, il che riduce notevolmente la plasticità della saldatura ed è soggetta a cricche sotto l'azione delle sollecitazioni di saldatura. Pertanto, il contenuto di carbonio del metallo di base del titanio e della lega di titanio non è superiore a 0,1% e il contenuto di carbonio della saldatura non supera il contenuto di carbonio del metallo di base.

2. Problema della cricca del giunto di saldatura

Quando si saldano titanio e leghe di titanio, la possibilità di cricche a caldo nei giunti saldati è molto bassa. Questo perché il contenuto di impurità come S, P e C nel titanio e nelle leghe di titanio è ridotto, quindi il metallo saldato non produce cricche a caldo.

Durante la saldatura del titanio e delle leghe di titanio, nella zona termicamente interessata possono comparire cricche fredde, caratterizzate da cricche che si verificano diverse ore o anche più a lungo dopo la saldatura e sono chiamate cricche ritardate. Gli studi hanno dimostrato che questo tipo di cricca è legato alla diffusione di bombe di idrogeno durante la saldatura. Il metodo per prevenire questo tipo di cricche ritardate consiste principalmente nel ridurre la fonte di idrogeno nei giunti saldati.

3. Porosità nella saldatura. La porosità è un problema frequente. Il motivo della formazione di porosità è l'effetto dell'idrogeno. La formazione di pori nel metallo saldato influisce principalmente sulla resistenza alla fatica del giunto.

3.1 Il gas neon di protezione deve essere puro e la purezza non deve essere inferiore a 99,99%.

3.2 La rimozione completa della saldatura mostra che le incrostazioni di ossido e le macchie di olio sul filo di saldatura sono costituite da materia organica.

3.3 Applicare una buona protezione dal gas alla piscina fusa e controllare il flusso e la portata dell'argon per evitare turbolenze e influenzare l'effetto di protezione.

3.4 Selezionando correttamente i parametri del processo di saldatura, è possibile aumentare il tempo di permanenza nella vasca profonda e far fuoriuscire le bolle, riducendo così efficacemente i pori.

Conclusione: 1. Il problema della schermatura a gas nella saldatura del titanio e delle leghe di titanio è il fattore principale che influisce sulla qualità dei giunti saldati.

2. Quando si salda il titanio e le leghe di titanio, utilizzare il minor apporto di calore possibile.

3. Durante la saldatura manuale ad arco di argon tungsteno TA2, la fonte di idrogeno deve essere rigorosamente controllata per evitare la generazione di cricche fredde e si deve prestare attenzione a prevenire la generazione di pori.

4. Se la saldatura viene eseguita in stretta conformità con i requisiti del processo di saldatura e se vengono adottate misure efficaci di protezione dai gas, è possibile ottenere giunti saldati di alta qualità.