Le leghe di titanio sono ampiamente utilizzate nel settore aerospaziale, nella costruzione navale, nei dispositivi medici e in altri campi grazie alla loro elevata resistenza, bassa densità ed eccellente resistenza alla corrosione. Tuttavia, la saldatura delle leghe di titanio è soggetta a crepe e altri difetti, che incidono gravemente sulla qualità della saldatura e sulle proprietà strutturali. Per risolvere sistematicamente questo problema, è necessario effettuare un controllo completo di vari aspetti come la protezione del processo, il controllo termico, l'adattamento dei materiali e il pretrattamento della saldatura.
Attuare rigorosamente il processo di protezione della saldatura
La lega di titanio ha un'elevata attività contro ossigeno, azoto, idrogeno e altri gas ad alte temperature e questi elementi formeranno ossidi, nitruri e idruri fragili quando invadono la saldatura, con conseguente diminuzione della tenacità plastica del giunto e inducendo crepe. Pertanto l’intero processo di saldatura deve essere effettuato sotto la protezione di gas inerte:
- Protezione locale: vengono utilizzati ugelli per pistole di saldatura di-diametro grande per garantire che il gas argon copra il bagno di saldatura e le zone adiacenti-influenzate dal calore, mentre il flusso d'aria deve essere regolare e uniforme per evitare turbolenze che causano intrappolamento dell'aria.
-Protezione posteriore: dopo la saldatura, utilizzare una cappa da taglio per continuare la protezione dall'argon finché la temperatura della saldatura e della zona-interessata al calore non scende sotto i 200 gradi per prevenire l'ossidazione ad alta-temperatura.
-Protezione posteriore: per le saldature di testa su lamiere medie e pesanti, è necessario installare cuscini d'aria o protezione argon sul retro per garantire che l'area di formatura su entrambi i lati- sia priva di inquinamento.
La purezza del gas di protezione deve essere maggiore o uguale al 99,99%, il punto di rugiada deve essere inferiore a -50 gradi e la portata del flusso d'aria nell'area protetta deve essere rigorosamente controllata.
Implementare il controllo del processo termico di saldatura
La lega di titanio ha una bassa conduttività termica e l'accumulo del calore di saldatura può facilmente causare grani grossolani nella zona-influenzata dal calore e aumentare la tendenza alla rottura. L'apporto di calore della saldatura e la velocità di raffreddamento devono essere controllati mediante raffreddamento forzato:
- Piastra di supporto in rame-raffreddata ad acqua: una piastra di supporto in rame con un dissipatore di raffreddamento è posizionata sul retro della saldatura per accelerare l'esportazione di calore e limitare il tempo di permanenza ad alta temperatura.
-Controllare la temperatura tra gli strati: durante la saldatura di più strati e passaggi multipli, la temperatura tra gli strati deve essere controllata al di sotto di 150 gradi per evitare la formazione di tessuto surriscaldato.
- Parametri di saldatura ottimizzati: viene utilizzato un basso apporto di calore per ridurre la larghezza della zona-interessata al calore garantendo al tempo stesso la penetrazione.
Selezione ragionevole di materiali e metodi di saldatura
Abbinamento del materiale di saldatura
La composizione del filo di saldatura dovrebbe essere coerente o simile al metallo di base e dovrebbero essere preferiti gradi corrispondenti come ER Ti-6Al-4V. Per giunti che richiedono elevata tenacità, è possibile utilizzare una resistenza leggermente inferiore e una migliore plasticità per migliorare la resistenza alle crepe.
Selezione del metodo di saldatura
-Saldatura con gas inerte di tungsteno protetto (GTAW/TIG): adatta per lamiere sottili, medie e pesanti, con arco stabile e saldature di alta-qualità facili da ottenere. Si consiglia la saldatura TIG pulsato per ridurre ulteriormente l’apporto termico.
-Saldatura ad arco plasma (PAW): adatta per lamiere medie e pesanti, con fonte di calore concentrata ed elevata efficienza di saldatura. Se si utilizza una miscela di argon-idrogeno, il contenuto di idrogeno deve essere rigorosamente controllato entro un valore inferiore o uguale al 5% per evitare crepe causate dall'idrogeno.
-Saldatura a raggio laser/elettronico: adatta per componenti di precisione, con una zona stretta-influenzata dal calore e piccola deformazione, ma costo elevato delle apparecchiature, che deve essere eseguita sotto vuoto spinto o atmosfera protettiva.
Migliora la preparazione pre-della saldatura e il controllo del processo
Pulizia e trattamento delle fughe
Prima della saldatura, la superficie del giunto e del filo di saldatura deve essere accuratamente rimossa dalla superficie di scaglie di ossido, grasso, umidità e altri contaminanti. Si consigliano i seguenti passaggi:
- Pulizia meccanica: utilizzare una spazzola metallica in acciaio inossidabile o una fresa per rimuovere la pellicola di ossido;
- Pulizia chimica: decapaggio con soluzione di acido nitrico + acido fluoridrico, quindi risciacquo con acqua deionizzata ed asciugatura;
- Schiuma di acetone o alcol.
Dopo la pulizia, la saldatura deve essere completata entro 4 ore per evitare inquinamento secondario.
Ispezione del montaggio e della protezione del gas
Lo spazio di assemblaggio deve essere rigorosamente controllato, generalmente non superiore a 0,5 mm. Prima della saldatura, il gas viene pre-scaricato per garantire che il gas di protezione copra l'area di saldatura e che il flusso d'aria sia uniforme. Per verificare l'effetto della protezione è possibile utilizzare test del fumo o rilevatori di ossigeno.
Controllo dell'ambiente di saldatura
La saldatura deve essere eseguita in un'area speciale pulita e senza vento, con un'umidità relativa controllata al di sotto del 60% per evitare che l'umidità ambientale penetri nell'area dell'arco.
Ispezione e trattamento post-saldatura
Si consiglia l'ispezione visiva, il test con penetranti (PT) o l'ispezione a raggi X (RT) e il test a ultrasuoni (UT) può essere integrato per componenti importanti. Se necessario, dopo la saldatura viene eseguita una ricottura senza tensioni-, la temperatura di ricottura è generalmente di 550~650 gradi e il raffreddamento ad aria dopo l'isolamento deve essere effettuato sotto vuoto o protezione con argon.
La chiave della qualità della saldatura del titanio risiede nel controllo dell'intero processo: dalla pulizia pre-della saldatura, alla protezione del gas, alla gestione dell'apporto di calore fino alla selezione del metodo, le specifiche del processo devono essere rigorosamente applicate. Attraverso la progettazione e il controllo sistematici del processo, è possibile ridurre significativamente la tendenza alle cricche nella saldatura e ottenere giunti saldati affidabili in lega di titanio per soddisfare le esigenze della produzione di apparecchiature-di fascia alta.