Saldatura Titanio

Introduzione alla saldatura del titanio

Le leghe di titanio sono ampiamente utilizzate nel settore aerospaziale, nei dispositivi medici, nei sistemi di scarico automobilistici, nelle apparecchiature chimiche e in altri campi grazie al loro eccellente rapporto resistenza/peso, all'eccellente resistenza alla corrosione e alla buona biocompatibilità. La saldatura del titanio, come tecnologia di base nel processo di produzione della lega di titanio, influisce direttamente sull'integrità strutturale e sulle prestazioni del prodotto. Poiché il titanio è estremamente sensibile all'ossigeno e all'azoto, il processo di saldatura deve essere eseguito sotto la protezione di gas inerte ad alta purezza per garantire la qualità della saldatura e le proprietà del materiale.

La scelta del metodo e dell'attrezzatura di saldatura giusti è la chiave per ottenere una saldatura del titanio efficiente e precisa. Che si tratti di saldatura manuale o produzione automatizzata, la tecnologia di saldatura del titanio richiede che l'operatore disponga di conoscenze professionali e una ricca esperienza e sia dotato di attrezzature di saldatura avanzate e strumenti ausiliari.

Difficoltà nella saldatura delle leghe di titanio

Le leghe di titanio sono ampiamente utilizzate nei settori aerospaziale, chimico, medico e manifatturiero di fascia alta grazie al loro eccellente rapporto resistenza/peso, resistenza alla corrosione e prestazioni alle alte temperature. Tuttavia, il processo di saldatura delle leghe di titanio deve affrontare molte sfide tecniche, soprattutto nel controllo della qualità della saldatura e delle prestazioni strutturali. Di seguito sono riportate le difficoltà più comuni nella saldatura in lega di titanio:

Ossidazione ad alta temperatura e inquinamento da gas

Il titanio reagisce facilmente con ossigeno, azoto, idrogeno e altri gas ad alte temperature per formare uno strato fragile, che provoca la fragilità, lo scolorimento o addirittura il cedimento della saldatura. Se il gas di protezione è impuro o l'area di saldatura è esposta all'aria durante la saldatura, spesso si verifica uno scolorimento blu, viola, grigio o addirittura bianco: questo è un tipico segno di ossidazione della saldatura. Pertanto, il controllo della purezza e della copertura dell'atmosfera di schermatura è uno dei passaggi chiave per garantire la qualità della saldatura.

Cricche termiche e deformazioni articolari

La lega di titanio ha un piccolo coefficiente di dilatazione lineare e una bassa conduttività termica. Durante la saldatura, il calore è concentrato e la velocità di raffreddamento è elevata, il che può facilmente causare stress termico e crepe nella zona di saldatura e termicamente alterata. Soprattutto nella saldatura di lamiere e tubi a parete sottile, è molto probabile che si verifichi una deformazione della saldatura a causa del surriscaldamento locale o del raffreddamento non uniforme.

Modifiche nella struttura metallografica della saldatura

I cicli termici di saldatura possono facilmente portare all'ingrossamento della zona di saldatura della lega di titanio, in particolare α+β leghe di titanio (come Ti-6Al-4V), che produrranno fasi dure e fragili a causa della trasformazione della struttura post-saldatura, riducendo la tenacità e le prestazioni a fatica della struttura. Per i recipienti a pressione o i componenti aeronautici che devono funzionare a lungo, il controllo metallografico della saldatura è particolarmente critico.

Barriere per saldatura di metalli dissimili

La saldatura diretta tra titanio e altri metalli come acciaio, acciaio inossidabile e alluminio tende a generare uno strato di composto intermetallico fragile, che porta al deterioramento delle proprietà meccaniche del giunto. Tali connessioni metalliche dissimili di solito richiedono l'introduzione di materiali di transizione intermedi o l'uso di tecniche di saldatura speciali come la saldatura esplosiva, la saldatura laser e la saldatura a diffusione per ottenere un incollaggio affidabile.

Requisiti di preparazione e pulizia prima della saldatura

Nel processo di saldatura della lega di titanio, la qualità della preparazione preliminare determina direttamente il successo o il fallimento della saldatura. Anche se vengono utilizzate apparecchiature di saldatura avanzate e parametri di processo ragionevoli, se il pretrattamento non è in atto, causerà comunque difetti come contaminazione da saldatura, pori e persino inclusioni di scorie, compromettendo le prestazioni strutturali complessive. Di seguito è riportato il processo di preparazione che deve essere rigorosamente seguito prima della saldatura:

Pulizia area di saldatura

Le leghe di titanio sono estremamente sensibili all'inquinamento. Prima della saldatura, è necessario rimuovere olio, umidità, incrostazioni di ossido e altre impurità nell'area di saldatura e almeno 25 mm attorno ad essa:

Pulizia meccanica

Per la rettifica è possibile utilizzare una spazzola metallica in acciaio inossidabile, una tela smeriglio o un tornio senza olio per garantire che non vi sia un film di ossido visibile sulla superficie.

Pulizia chimica

Il detergente privo di cloro o l'etanolo anidro vengono spesso utilizzati per pulire l'area di saldatura e mantenerla asciutta.

Requisiti di guanti e strumenti

Gli operatori devono indossare guanti in nitrile senza polvere e tutti gli strumenti e i dispositivi a contatto con il titanio devono essere puliti e privi di grasso per evitare contaminazioni.

Preparazione del filo per saldatura e del materiale d'apporto

Il filo di saldatura o l'elettrodo utilizzato deve corrispondere al materiale di base e garantire che sia pulito, asciutto e privo di olio. Di solito si consiglia di utilizzare uno speciale filo di saldatura in titanio (come ER Ti-2, ER Ti-5) e di pulirlo con etanolo anidro prima dell'uso.

Ispezione del sistema di protezione del gas

Quando si utilizza argon o elio come gas di protezione, assicurarsi che la purezza del gas sia del ≥99,99% ed evitare l'uso di gas riciclato o gas industriale a bassa purezza. Il gas di protezione deve essere ventilato per 20-30 secondi prima della saldatura per scaricare l'aria residua nell'impianto e verificare che non vi siano perdite nella tubazione di alimentazione del gas.

Processo di preinstallazione e fissaggio spot

Per grandi strutture in titanio o parti in titanio a parete sottile, è necessario utilizzare la saldatura a punti o il posizionamento dell'attrezzatura prima della saldatura per garantire l'accuratezza dell'assemblaggio del giunto ed evitare fluttuazioni nella qualità della saldatura dovute a spazi vuoti di assemblaggio o disallineamento.

Metodi comuni di saldatura della lega di titanio

La scelta del metodo di saldatura in lega di titanio dipende da fattori quali le dimensioni del pezzo, i requisiti di qualità della saldatura, l'efficienza produttiva e l'ambiente. Di seguito sono riportate diverse soluzioni tecnologiche di saldatura ampiamente utilizzate e dimostrate affidabili nell'industria:

Saldatura TIG (saldatura a gas inerte di tungsteno)

La saldatura TIG è il metodo di saldatura più comunemente usato per le leghe di titanio, in particolare per lamiere sottili, tubi e luoghi con elevati requisiti di saldatura. Questo metodo viene eseguito sotto la protezione di gas argon ad alta purezza, con una qualità di saldatura stabile e una piccola deformazione, ed è particolarmente adatto per attività di saldatura di precisione come tubi di scarico in titanio, componenti aerospaziali e impianti medici.

Con l'aiuto di attrezzature speciali come il TIG 200 in titanio e il sistema di controllo a pedale TIG, l'intensità di corrente e la forma della piscina fusa possono essere regolate con precisione per migliorare la controllabilità e la consistenza della formatura.

Saldatura laser

La saldatura laser è nota per la sua elevata densità di energia e la zona termicamente alterata estremamente piccola ed è adatta per la saldatura di micro dispositivi e parti strutturali con severi requisiti di deformazione. Le sue caratteristiche di precisione e senza contatto, lo rendono adatto per linee di produzione automatizzate, come la microelettronica, le apparecchiature mediche e altri campi.

La tecnologia laser può essere applicata anche a scenari di saldatura di metalli diversi, come il collegamento di precisione del titanio con l'acciaio inossidabile o l'alluminio. La crescita dello strato di reazione dell'interfaccia può essere controllata efficacemente ottimizzando i parametri.

Saldatura MIG (saldatura a gas inerte di metalli)

La saldatura MIG è adatta per il collegamento di grandi aree di parti strutturali in titanio a pareti spesse e ha un'elevata efficienza di deposizione, ma ha requisiti estremamente elevati per il campo del flusso di gas di protezione e il controllo del processo.

Se il processo è stabile e la protezione dal gas è buona, la saldatura MIG può essere utilizzata anche come uno dei mezzi ausiliari per la produzione in serie di leghe di titanio.

Saldatura a fascio di elettroni sottovuoto

È adatto per il collegamento di parti in lega di titanio con requisiti di alta precisione e alta densità, come componenti di motori aeronautici, apparecchiature aerospaziali, ecc.

La saldatura a fascio di elettroni sotto vuoto viene completata in un ambiente vuoto, evitando interferenze da impurità nell'aria. I difetti interni della saldatura sono estremamente bassi, ma il costo è elevato e i requisiti dell'attrezzatura sono elevati. Viene spesso utilizzato nei settori manifatturieri di fascia alta.

Soluzioni di saldatura dissimili per leghe di titanio e metalli comuni

La saldatura dissimile di leghe di titanio e altri metalli (come acciaio inossidabile, alluminio, acciaio al carbonio, ecc.) deve affrontare sfide metallurgiche significative. Poiché il titanio forma facilmente composti intermetallici fragili con altri elementi metallici (come Fe e Al) ad alte temperature, la saldatura per fusione diretta di solito determina una bassa resistenza del giunto e un'elevata tendenza alla cricca. La risoluzione di questo problema richiede l'uso combinato di più processi di saldatura avanzati e metodi di progettazione strutturale.

Saldatura dello strato intermedio di transizione

Aggiungendo metalli di transizione come molibdeno, nichel e rame come strato intermedio, la reazione diretta tra titanio e altri metalli viene efficacemente isolata per evitare la formazione di composti fragili. Questa tecnologia è adatta per combinazioni come titanio-acciaio e titanio-acciaio inossidabile ed è spesso utilizzata nella produzione di recipienti a pressione e scambiatori di calore.

Saldatura esplosiva (compounding esplosivo)

L'alta pressione istantanea generata dall'onda di esplosione viene utilizzata per promuovere il contatto dell'interfaccia metallica, formando un legame metallurgico in uno stato di non fusione. È ampiamente utilizzato nella produzione di materiali strutturali compositi come le piastre composite in acciaio al titanio.

Saldatura a diffusione

Il legame a diffusione atomica si ottiene attraverso la pressione a lungo termine in un ambiente di vuoto ad alta temperatura. È adatto per occasioni con requisiti estremamente elevati di integrità strutturale e densità di saldatura, come capsule spaziali, componenti di scambio termico, ecc.

Saldatura laser assistita

L'alta precisione e le caratteristiche di basso apporto di calore della saldatura laser la rendono vantaggiosa nella saldatura di metalli dissimili come titanio e acciaio inossidabile, titanio e alluminio, ecc. Controllando la messa a fuoco e i parametri del laser, lo spessore dello strato di reazione può essere controllato con precisione.

Brasatura e saldatura a freddo

Adatto per il collegamento di piccoli dispositivi di precisione, come componenti elettronici, cateteri medici, ecc. La brasatura di solito combina una sottile lamina metallica o polvere per ottenere una connessione a media temperatura; La saldatura a freddo è adatta per interfacce di contatto flessibili.

Dal titanio all'acciaio inossidabile

Comunemente usato per apparecchiature chimiche e mediche, adatto per saldatura a strati intermedi, laser o a diffusione.

Titanio su alluminio

Ideale per strutture leggere e scambiatori di calore; Si consiglia la saldatura ad esplosione, la brasatura o la saldatura a pressione fredda.

Titanio su acciaio

Comunemente utilizzato in pannelli e supporti compositi, collegati tramite tecnologia composita esplosiva o a strati intermedi.

Controllo di qualità e precauzioni nella saldatura della lega di titanio

Il controllo qualità è fondamentale durante la saldatura della lega di titanio. Poiché il titanio è altamente sensibile a gas come l'ossigeno e l'azoto, qualsiasi piccolo errore operativo può causare infragilimento della saldatura, scolorimento o riduzione della resistenza. Di seguito sono riportati i punti di controllo chiave per garantire la qualità della saldatura:

Preparazione alla pulizia e alla saldatura

La superficie in titanio deve essere completamente pulita da olio, strato di ossido e residui di impronte digitali. Si consiglia di utilizzare detergenti privi di cloro e levigatura meccanica e quindi pulire con un panno privo di polvere. Il filo di saldatura e la superficie del pezzo devono essere mantenuti puliti per evitare l'introduzione di contaminanti nella saldatura.

Suggerimento: l'inquinamento è il fattore principale che causa i difetti di saldatura. Prima della saldatura, l'operazione deve essere eseguita il più possibile in uno spazio pulito e chiuso.

Copertura per gas inerte

Utilizzare argon ad alta purezza (purezza ≥ 99,999%) come gas di protezione e assicurarsi che l'area di saldatura sia sempre coperta da argon prima del raffreddamento, compreso il retro della saldatura (protezione posteriore). Durante la saldatura TIG, è necessario utilizzare un diffusore di gas specifico per il titanio o un sistema di trascinamento posteriore della torcia per evitare lo scolorimento e l'ossidazione della saldatura.

Selezione del materiale d'apporto per saldatura

La saldatura in lega di titanio dovrebbe utilizzare metalli d'apporto che corrispondano o siano compatibili con il materiale di base. I fili d'apporto comuni includono ERTi-2, ERTi-5, ERTi-23, ecc. Nella selezione, il tipo di materiale principale, i requisiti strutturali e l'ambiente di utilizzo devono essere considerati in modo completo per evitare guasti causati da disallineamenti di resistenza o concentrazione di sollecitazioni.

Coerenza operativa e stabilità del processo

Garantire la stabilità della corrente, della tensione e della velocità di saldatura e apportare regolazioni fini tramite comandi a pedale (come i pedali TIG) può migliorare efficacemente la coerenza della saldatura. I sistemi automatizzati o meccanizzati possono anche fornire una qualità di saldatura più stabile nella produzione di massa.

Colore della saldatura e giudizio della saldatura

Il colore della saldatura è un importante indicatore dell'aspetto per giudicare la qualità della saldatura in lega di titanio. Il bianco argenteo o il giallo dorato di solito indicano una quantità sufficiente di gas di protezione e un buon controllo del processo di saldatura, mentre i colori violacei, grigi o scuri bluastri possono indicare un'eccessiva ossidazione o un guasto della protezione. Questo cambiamento di colore riflette se il processo di saldatura è contaminato da ossigeno, azoto e altri elementi presenti nell'aria.

Poiché il titanio è estremamente sensibile all'atmosfera ad alte temperature, il colore della saldatura diventa uno dei criteri principali per giudicare rapidamente se la saldatura è qualificata in loco. Sebbene il colore della saldatura non possa riflettere completamente la forza di saldatura o i difetti interni, durante il funzionamento effettivo è il primo punto di controllo per garantire l'efficacia della protezione della saldatura.

Standard di riferimento: AWS D17.1 e AMS 2801 hanno gradi chiari per i colori di saldatura del titanio e possono essere utilizzati come riferimento per la qualità della produzione.

Visualizzazione delle apparecchiature per la saldatura in lega di titanio e delle capacità di processo

Siamo dotati di un sistema completo di processo di saldatura in lega di titanio e di attrezzature avanzate, che coprono una varietà di metodi di saldatura comuni, tra cui saldatura TIG, saldatura laser, saldatura a diffusione, ecc., In grado di soddisfare varie esigenze, dai singoli campioni alla produzione di massa.

Attrezzatura e configurazione per la saldatura TIG del titanio

Utilizziamo sistemi di saldatura TIG ottimizzati per materiali in titanio. L'equipaggiamento rappresentativo include Titanium TIG 200 e altri modelli di controllo degli impulsi ad alta frequenza, con le seguenti caratteristiche:

• Prestazioni stabili di avviamento dell'arco a bassa corrente, adatte per la saldatura di precisione
• Regolazione dinamica della corrente con pedale TIG
• Dotato di un efficiente sistema di raffreddamento ad acqua e di protezione contro il traino di gas inerte per evitare l'ossidazione nella zona termicamente alterata

Sistema di saldatura laser

La stazione di saldatura laser supporta la saldatura ad alta densità di energia ed è adatta per la saldatura di componenti in micro titanio o parti metalliche composite dissimili:

• Dotato di piattaforma servo ad alta precisione e sistema di messa a fuoco del raggio
• Funzionamento automatizzato a bassa deformazione e ad alta coerenza
• Particolarmente adatto per la saldatura laser di interfacce in titanio e acciaio inossidabile

Saldature speciali e processi ausiliari

Abbiamo anche le seguenti capacità speciali di saldatura e tecnologia di connessione

Saldatura a diffusione e saldatura ad esplosione

Per pannelli compositi o strutture metalliche dissimili

Saldatura di protezione dell'ambiente sottovuoto

Adatto per il controllo qualità della saldatura di componenti chiave

Piccoli processi di brasatura e saldatura a freddo

Adatto per componenti di precisione e realizzazione di campioni

Tutte le apparecchiature sono dotate di un sistema di monitoraggio del processo e possono fornire la registrazione dei parametri di saldatura, la certificazione di terze parti e le funzionalità di tracciabilità del processo per garantire che il processo di saldatura sia controllabile e i risultati siano affidabili.

Supporto per la personalizzazione della saldatura in calctitanio e vantaggi del servizio

In qualità di fornitore professionale di materiali in lega di titanio, Chalcotitanium non solo fornisce prodotti in titanio di vari gradi e specifiche, ma ha anche le capacità di servizio di supporto per supportare i clienti nella lavorazione della saldatura e nella produzione di prodotti finiti. Dalla selezione dei materiali, all'analisi dell'idoneità alla saldatura, alla corrispondenza cooperativa delle risorse di lavorazione, ci impegniamo ad aiutare i clienti a ottenere applicazioni di saldatura in lega di titanio efficienti e di alta qualità.

Selezione del materiale in titanio e suggerimenti per l'adattamento della saldatura

• Fornire materie prime in lega di titanio adatte a diversi metodi di saldatura come TIG, laser, saldatura a diffusione, saldatura a esplosione, ecc.
• Consigliare i tipi, gli stati e i metodi di trattamento superficiale del materiale in titanio adatti in base alla struttura del prodotto del cliente e ai requisiti del processo di saldatura
• Siamo in grado di fornire filo di titanio, barre di titanio e altri materiali di supporto per la saldatura per garantire l'uniformità del materiale e la compatibilità delle saldature

Assistenza alla lavorazione del prodotto finito e integrazione delle risorse tecniche

• Supporta la prova di campioni di piccoli lotti, lo sviluppo di parti di saldatura personalizzate e altri modelli di cooperazione progettuale
• Fornire suggerimenti per l'adattamento del processo di saldatura in base al settore applicativo (ad esempio chimico, medico, aeronautico)

Consulenza tecnica e supporto al progetto a lungo termine

Forniamo servizi di consulenza tecnica relativi alla saldatura di leghe di titanio, coprendo problemi comuni come il controllo delle cricche di saldatura, la risposta alla deformazione termica e il miglioramento della qualità della saldatura. Allo stesso tempo, per progetti di grandi volumi o di alto livello, possiamo collaborare con i clienti per eseguire preparativi preliminari come l'adeguamento degli standard dei materiali e la verifica delle prestazioni di saldatura e supportare lo sviluppo personalizzato di soluzioni speciali di materiali in titanio per processi speciali (come saldatura esplosiva, brasatura, ecc.). Vi preghiamo di contattarci per una consulenza professionale e supporto materiale per aiutarvi a far avanzare in modo efficiente il vostro progetto di saldatura in lega di titanio.