Titan ist 45 % leichter als Stahl, 60 % schwerer als Aluminium und mehr als dreimal stärker als beides. Es ist zwar viel teurer als viele andere Metalle, bietet aber eine höhere Korrosionsbeständigkeit, geringere Lebenszykluskosten, eine längere Lebensdauer sowie geringere Wartungs- und Instandhaltungskosten. Zu den gängigen Anwendungen gehören Militär, Luft- und Raumfahrt, Schifffahrt, Chemie, Energieerzeugung, Öl- und Gasförderung sowie medizinische Geräte.
Titan ist ein reaktives Metall, das leicht mit Sauerstoff interagiert, anfällig für oxidative Kontamination ist und schwer zu schweißen ist. Eine sorgfältige Vorbereitung, konsequente Technik und umfassende Übung können jedoch zu einer erfolgreichen Schweißung führen.
Schweißen von Titan
Sauberkeit ist unerlässlich
Das Schweißen von mit Titan geschweißten Rohren erfordert extrem sauberes Grundmetall und Füllmetall und die Schweißumgebung muss perfekt sein. Wenn Schweißer Körperlotionen wie Handcremes, Fett aus Form- und Streckprozessen, Werkstattstaub, Farbe, Schmutz, Schneidflüssigkeiten und Schmiermittel einreiben, kann dies zu Sprödigkeit und Schweißfehlern führen.
Reinigen Sie den Arbeitsbereich, indem Sie alle Arten von Schmutz entfernen. Stellen Sie sicher, dass Sie einen Ort mit geringer Luftzirkulation wählen und versuchen Sie, die Umgebung so windfrei wie möglich zu halten, um eine Störung des Schutzgases beim Schweißen zu vermeiden. Reinigen Sie anschließend den Füllstab und das Grundmetall vom Öl: Tragen Sie speziell für diesen Zweck entwickelte Nitrilhandschuhe, um zu verhindern, dass Handcreme an den Händen des Bedieners oder an anderen Händen anhaftendes Öl auf das zu schweißende Titanrohr reibt. Dann wird Methylethylketon (MEK) auf ein sauberes, fusselfreies Tuch aufgetragen und das Titan abgewischt, um alle verbleibenden Oberflächenverunreinigungen zu entfernen. Legen Sie den Füllstab nun in einen verschlossenen Behälter, um eine weitere Kontamination zu verhindern.
Entfernen Sie vor dem Schweißen die Oxidschicht, die durch die Reaktion zwischen Titan und Sauerstoff auf der Rohroberfläche entsteht. Diese Oxidschicht verleiht Titan eine erhebliche Korrosionsbeständigkeit. Allerdings muss es vor dem Schweißen entfernt werden, da es bei höheren Temperaturen als Titan schmilzt und in das geschmolzene Schweißbad gelangen kann, wodurch Einschlüsse entstehen, die die Zwischenschicht schwächen.
Entweder ein Stabschleifer mit einem Hartmetall-Entgratungswerkzeug oder eine Hartmetallfeile speziell für Titan eignet sich besser zum Entfernen der Oxidschicht von Schweißverbindungen. Es wird empfohlen, keine Samt- und Scheuermittel zu verwenden. Wegen der Kontamination. Denken Sie daran, eine niedrige Mahlgeschwindigkeit zu verwenden, um eine Überhitzung zu vermeiden. Nachdem die Oxidschicht abgeschliffen wurde, wischen Sie die Fuge erneut mit einem mit MEK oder Aceton befeuchteten Tuch ab. Einige Lösungsmittel haben einen niedrigen Flammpunkt und das Lösungsmittel muss vor dem Zünden des Lichtbogens vollständig verdampft sein.
Die Montage ist bei Titanrohren wahrscheinlich wichtiger als bei jedem anderen Metallrohr, da es wichtig ist, das Eindringen von Sauerstoff in die Schweißnaht zu verhindern. Die Verbindung sollte quadratisch sein (es dürfen keine V-förmigen Lücken entstehen), um die zum Füllen der Verbindung erforderliche Wärme- und Schweißmenge zu reduzieren, was wiederum die Gefahr von Verbrennungen und Verunreinigungen verringert.
Spannen Sie das Teil auf einen Positionierer oder eine Werkbank, um sicherzustellen, dass die Enden so fest und genau wie möglich aneinander stoßen.
Die meisten dünnwandigen Titanrohre und -rohre erfordern kein Vorwärmen. Wenn Sie jedoch vorhaben, Titanrohre mit einer Dicke von mehr als 1/3 Zoll zu schweißen, wenden Sie sich an Ihren Schweißgerätelieferanten, da ein gewisses Vor- und Nachwärmen von Vorteil sein kann.
Bedeutung der Schutzgasabdeckung
Aufgrund seiner Reinheit und seines geringen Wassergehalts wird zum Schweißen von Titan reines Argongas empfohlen. Eine 75/25-Argon/Helium-Mischung kann zur Verbesserung der Stabilität und zur Erhöhung der Penetration nur dann verwendet werden, wenn dies angegeben ist.
Die American Welding Society (AWS) empfiehlt, die Reinheit von Schweißgasen zu messen, um sicherzustellen, dass sie den Standards für jede Anwendung entsprechen. Schutzgase sollten mindestens 99,995 Prozent rein sein, nicht mehr als 20 Teile pro Million (PPM) Sauerstoff enthalten und einen Taupunkt über -76 Grad Fahrenheit haben. Andere Anwendungen erfordern einen 99,999 % reinen Argonfluss.
Es ist wichtig, die Taschenlampe mit einem Saitenhalter auszustatten. Andernfalls steigt das Risiko einer Sauerstoffkontamination und damit auch die Möglichkeit eines Bruchs. Einige Schweißer stellen ihre eigenen Heckschilde her, es gibt jedoch viele Modelle zum Kauf. Der Nachlaufschutz passt sich der Form des Rohrs an und folgt dem GTAW-Brenner entlang des Rohrs. Die Abschirmung bietet zusätzlichen Argonschutz für die Schweißnaht nach dem Brenner und seinem Argongasfluss. Die Einstellung des Brenner- und Nachlauf-Schutzgasflusses auf 20 Kubikfuß pro Stunde (CFH) sorgt für eine bessere Schutzgasabdeckung.
Verwenden Sie immer saubere, porenfreie Kunststoffschläuche, um Schutzgas zum Brenner, zum Schleppschild und zur Spüleinheit zu transportieren.
Zusatzmetalloptionen
Verwenden Sie Füllmetall, wenn Sie Titanrohre mit einer Dicke von mehr als 0.010 Zoll schweißen (siehe Abbildung 1). Im Allgemeinen sollte das Schweißzusatzwerkstoff von derselben Qualität sein wie das zu schweißende Titan – theoretisch sollte es identisch sein. Für bestimmte Anwendungen sind Ausnahmen zulässig, beispielsweise wenn das Zusatzmetall eine geringere Streckgrenze als das Grundmaterial aufweist, um die Duktilität zu verbessern. Allerdings sollte jede Variation sorgfältig getestet und untersucht werden, um sicherzustellen, dass sie den Prozessanforderungen und -spezifikationen entspricht.
Auswahl der richtigen Flamme und der richtigen Verbrauchsmaterialien
GTAW bietet eine bessere Kontrolle über den Wärmeeintrag und das Schmelzbad des Schweißers als andere Schweißtechniken. Eine Maschine mit Hochfrequenz-Lichtbogenstart, Fernstromsteuerung, Nachströmungs-Timer und einem GTaw-Wechselrichter mit mindestens 250 Ampere Ausgangsleistung wäre ein hervorragendes Schweißgerät.
Stellen Sie die Polarität der Maschine immer auf DC-Elektrode negativ (DCEN). DCEN bietet eine tiefere Penetration als DC-Elektrodenpositiv (DCEP).
Passen Sie den Wechselrichter an einen luft- oder wassergekühlten Brenner an. Luftgekühlte Schneidbrenner können eine gute Leistung erbringen, wenn Ihre Schweißtemperatur unter 150 Ampere liegt, und ihre Kosten sind niedriger als wassergekühlte Schneidbrenner. Andererseits sind wassergekühlte Brenner klein, einfach zu bedienen und können über längere Zeiträume mit höheren Stromstärken schweißen, wobei die meisten Schweißnähte auf Titan kurz sind und Ausgangswerte unter 150 Ampere erzeugen.
Verwenden Sie wie folgt eine 2 % Wolfram-Metallelektrode, die entsprechend dem Schweißstrom geerdet ist
Bis zu 90 Ampere: 1/16 Zoll oder weniger
90-200 Ampere: 3/32 Zoll
Über 200 Ampere: 1/8 Zoll
Die Gaslinse verteilt das Schutzgas gleichmäßig und erzeugt einen gleichmäßigen Strahl über dem Schweißbad.
Zünden Sie einen Lichtbogen und beginnen Sie mit der Arbeit
Beginnen Sie mit dem Schweißen, indem Sie zunächst das Ende des Vorschubstabs abschneiden, um eine reine, nicht kontaminierte Stelle freizulegen. Starten Sie den Argongasstrom einige Sekunden lang und zünden Sie dann den Lichtbogen. Stellen Sie dabei sicher, dass der Schweißbereich vollständig bedeckt ist.
Nutzen Sie die Hochfrequenz-Lichtbogenstartfunktion des Wechselrichters. Der Brennerwinkel, die Brennergeschwindigkeit und der Drahtfüllwinkel ähneln denen beim Schweißen von Edelstahl und bieten bessere Bedingungen für das Schweißen von Titanrohren.
Es ist ziemlich einfach, ein Schweißbad aus Titan zu erzeugen, es lässt sich jedoch möglicherweise nicht leicht bewegen. Das Drücken des Schweißbades mit dem Lichtbogen und dem Zusatzwerkstoff führt normalerweise zu guten Ergebnissen, der Zusatzwerkstoff muss jedoch während des Schweißens innerhalb des Schutzgasgehäuses gehalten werden. Es ist auch wichtig, den Wärmeeintrag zu minimieren, da zu viel Hitze die Schweißnaht zerstören kann. Verwenden Sie die Tupftechnik mit Zusatzwerkstoff (bei gleichmäßiger Fahrgeschwindigkeit).
Lassen Sie nach Abschluss der Schweißung 20 bis 25 Sekunden Nachfließen, um die Verbindung zu schützen, während sie auf einen Schwellenwert unter 800 Grad Fahrenheit abkühlt. Verhindern Sie, dass Sauerstoff mit Titan reagiert. Einige Schweißnähte erfordern möglicherweise Temperaturen unter 500 Grad Fahrenheit.
Sobald die Schweißung abgeschlossen ist, zeigt Titan sein wahres Gesicht. Die Farbe der Schweißverbindung zeigt an, inwieweit das Schutzgas die Schweißnaht vor Verunreinigungen schützt und wie dick die Oxidschicht ist (siehe Abbildung 2). Die Qualität von Titanschweißnähten kann zusätzlich zur Sichtprüfung, Farbeindringung, Härteprüfung, Röntgen, Ultraschall und zerstörenden Prüfung bestimmt werden.
