Warum Titanschweißnähte Poren bilden
Porosität beim Titanschweißen ist überwiegend ein Wasserstoffproblem. Geschmolzenes Titan löst Wasserstoff leicht auf, und wenn das Becken erstarrt, nimmt die Löslichkeit stark ab, sodass vorhandener Wasserstoff abgewiesen wird und Blasen bildet, die eingefangen werden können, bevor sie die Oberfläche erreichen. Der Wasserstoff selbst stammt aus der Umgebung und nicht aus dem Zusatzwerkstoff: feuchte oder oxidierte Plattenoberflächen, Fett- und Ölfilme, Feuchtigkeit und Hautöle auf Handschuhen, Kondensat auf Abschirmschläuchen und Schleifstaub von einer Scheibe, die auf Kohlenstoffstahl verwendet wurde, tragen dazu bei. Poren befinden sich in einer vollständig durchdrungenen Blechschweißnaht normalerweise im Inneren und sind für das Auge unsichtbar. Daher wird ihr Vorhandensein eher durch Röntgen- oder Ultraschallprüfung als durch visuelle Inspektion festgestellt.
Wie sich Porosität auf die Gelenkleistung auswirkt
Die statische Zugfestigkeit ist relativ nachsichtig, da ein kleiner Hohlraum lediglich den effektiven Querschnitt verringert. Ermüdungsleistung ist es nicht. Unter zyklischer Belastung wirkt eine Pore als Spannungserhöher und wird zum Ausgangspunkt für einen Riss. Die Verringerung der Ermüdungslebensdauer kann erheblich sein, selbst wenn die Schweißnaht alle statischen Akzeptanzkriterien erfüllt. Bei gefertigten Behältern, Plattenwärmetauscherrahmen und rotierenden Geräten, die Druckwechseln oder Vibrationen ausgesetzt sind, ist die Porenkontrolle daher eher eine Designanforderung als eine kosmetische Präferenz.
Die Ermüdungsfestigkeit der Verbindung wird reduziert, insbesondere dort, wo Poren am Schweißnahtübergang oder an der Wurzel sitzen.
Zur Oberfläche hin offene Poren können im Chloridbetrieb zu Spalten werden und Korrosion auslösen.
Bei dünnwandigen Schweißnähten, bei denen eine Pore den Abschnitt überspannt, kann die Druckdichtigkeit verloren gehen.
Reparaturschweißen führt zu zusätzlichen Wärmezyklen und kann zu weiteren Verunreinigungen führen. Daher kommt es beim ersten Mal auf die Qualität an.
Verbindungsvorbereitung und Auswahl des Zusatzwerkstoffs
Die Vorbereitung beginnt bereits in der Zeichnungsphase. Stumpfverbindungen auf Titanblechen sind in der Regel bis zu einer Dicke von etwa 3 mm rechtwinklig und darüber hinaus einfach V oder doppelt V, mit einem Wurzelspalt und einer Steggröße, die an das Schweißverfahren angepasst sind, da eine schlecht sitzende Verbindung den Schweißer dazu zwingt, den Strom zu erhöhen, und diese zusätzliche Wärme die Gasabsorption erhöht. Die Rillenflächen und die angrenzenden 50 mm der Plattenoberfläche werden maschinell bearbeitet oder auf blankes Metall geschliffen und dann entfettet. Der Zusatzdraht wird unmittelbar vor der Verwendung mit einem sauberen Lösungsmittel abgewischt und in einem verschlossenen Behälter aufbewahrt. Der Zusatzwerkstoff wird entsprechend der Blechsorte ausgewählt. Bei handelsüblichen Blechen weist der Draht normalerweise eine etwas geringere Festigkeit auf, sodass die Schweißnaht duktiler bleibt als das Grundmetall. Wenn eine Spülung verwendet wird, wird das Stützgas so dosiert, dass ein Überdruck in der Wurzel aufrechterhalten wird, ohne Turbulenzen zu verursachen, und die fertige Wurzel wird auf Farbe untersucht, bevor die Fülllagen gelegt werden.
Präventive Prozessmaßnahmen
Bei den Gegenmaßnahmen geht es darum, Wasserstoff aus der Lichtbogenzone auszuschließen und allen Gasen, die sich bilden, Zeit zum Entweichen zu geben, bevor die Lache gefriert.
Verwenden Sie Schutzgas mit einer Reinheit von mindestens 99,99 Prozent und führen Sie es über verstärkte Polymer- oder PTFE-Leitungen statt über Gummischläuche zu, die Feuchtigkeit aufnehmen und später wieder abgeben können.
Entfernen Sie unmittelbar vor dem Schweißen Oxidablagerungen, Öl, Fett und Fingerabdrücke von den Plattenkanten, dem Schweißdraht und den umliegenden 50 mm der Oberfläche. Die übliche Vorbereitung ist das Beizen gemäß ASTM B600, gefolgt von einer Spülung mit klarem Wasser und einem Abwischen mit Lösungsmittel.
Sorgen Sie für eine stabile, turbulenzfreie Abschirmung des Beckens und der heißen Wurzel. Übermäßiger Durchfluss führt zum Ansaugen von Luft in den Gasstrom. Daher wird der Durchfluss mit einem Durchflussmesser am Brenner eingestellt und der nachlaufende Schutzschild wird separat versorgt.
Wählen Sie Schweißparameter, die den Blasen Zeit zum Entweichen geben, was in der Praxis eine etwas langsamere Vorschubgeschwindigkeit und eine richtig geformte Schweißnaht anstelle einer schnellen, schmalen Schweißnaht bedeutet.
Halten Sie den Wärmeeintrag gering und verwenden Sie nach Möglichkeit gepulstes WIG-Schweißen. Das Pulsieren verbessert die Gelenkplastizität, begrenzt die Kornvergröberung in der Wärmeeinflusszone, reduziert Verformungen, erhöht die Penetration und verringert die Anzahl eingeschlossener Poren.
Kontrollieren Sie die Zwischenlagentemperatur und schweißen Sie niemals auf einer Oberfläche, die nass oder vereist ist oder unter dem Taupunkt der Umgebungsluft liegt.
Inspektion, Abnahme und Nacharbeit
Die Durchstrahlungsprüfung gemäß ISO 17636 ist die Standardmethode zur Erkennung interner Poren in Plattenstumpfschweißnähten. Ultraschallprüfungen werden dort eingesetzt, wo die Geometrie eine Durchstrahlung nicht praktikabel macht. Die Akzeptanzgrenzen werden durch die Fertigungsvorschriften festgelegt, normalerweise Abschnitt IX des ASME Boiler and Pressure Vessel Code für die Verfahrensqualifizierung und Abschnitt VIII oder die entsprechenden Bauvorschriften für die fertige Verbindung. Die Verfärbung wird gleichzeitig mit der Porosität beurteilt, da ein blauer oder grauer Oxidfilm darauf hinweist, dass die Abschirmung verloren gegangen ist und die Schweißnaht wahrscheinlich sowohl porös als auch spröde ist. Wenn eine einzelne Pore den Grenzwert überschreitet, besteht die akzeptierte Reparatur darin, die betroffene Länge vollständig zu entfernen, anstatt darüber zu schweißen, dann erneut zu reinigen und mit demselben qualifizierten Verfahren erneut zu schweißen. Reparaturraten werden als Prozessindikator verfolgt, da ein steigender Trend fast immer auf die Gasreinheit, den Schlauchzustand oder die Reinigungsdisziplin in der Werkstatt zurückzuführen ist.
Häufig gestellte Fragen
F: Was ist die Hauptursache für Porosität in Titanschweißnähten?
A: Wasserstoff. Es gelangt durch Feuchtigkeit, Fett, Schmutz und verunreinigtes Gas in das Schmelzbad und wird beim Erstarren in Form von Blasen ausgestoßen, von denen einige zu eingeschlossenen Poren werden.
F: Welche Reinheit des Schutzgases ist erforderlich?
A: Eine Mindestreinheit von 99,99 Prozent Argon ist üblich und wird über undurchlässige, verstärkte Leitungen und nicht über Gummischläuche zugeführt.
F: Warum ist Porosität im Ermüdungsbetrieb schwerwiegender?
A: Jede Pore konzentriert die Spannung an ihrem Rand und wird zum Ort der Rissbildung, sodass die Ermüdungslebensdauer stark sinken kann, selbst wenn die Schweißnaht die statischen Zuganforderungen erfüllt.
F: Hilft es, den Lichtbogen zu pulsieren?
A: Ja. Gepulstes WIG reduziert den gesamten Wärmeeintrag, gibt dem Pool Zeit, Gas freizusetzen, verfeinert die Struktur und verringert Verformungen, wodurch die Porenzahl reduziert wird.
F: Wie werden Poren gefunden und repariert?
A: Eine Röntgen- oder Ultraschalluntersuchung lokalisiert die innere Porosität. Defekte Längen werden vollständig herausgeschnitten, der Bereich wird wieder-bis auf blankes Metall gereinigt und nach demselben qualifizierten Verfahren wieder-geschweißt, anstatt durch Überschweißen des Defekts repariert zu werden.
