1. Συνολική ικανότητα συγκόλλησης υλικών τιτανίου
Εμπορικά καθαρό τιτάνιο (CP) (GR.1/GR.2/GR.3)
Το CP τιτάνιο (μονοφασικό -) έχει εξαιρετική ικανότητα συγκόλλησης. Η χαμηλή περιεκτικότητά του σε κράμα ελαχιστοποιεί τον σχηματισμό εύθραυστων διαμεταλλικών φάσεων κατά τη συγκόλληση και η υψηλή θερμική αγωγιμότητα (σε σχέση με τα κράματα τιτανίου) βοηθά στην ομοιόμορφη κατανομή της θερμότητας, μειώνοντας την τοπική υπερθέρμανση. Οι κοινές μέθοδοι συγκόλλησης (GTAW/TIG, PAW/συγκόλληση τόξου πλάσματος, συγκόλληση με δέσμη LBW/λέιζερ) είναι όλες εφαρμόσιμες και με την κατάλληλη θωράκιση, μπορούν να επιτευχθούν σύνδεσμοι συγκόλλησης με υψηλή ακεραιότητα.
+ Κράματα τιτανίου (π.χ. GR.5/Ti-6Al-4V)
Το GR.5 έχει μέτρια συγκολλησιμότητα. Η παρουσία αλουμινίου (-σταθεροποιητής) και βαναδίου (-σταθεροποιητής) εισάγει προκλήσεις όπως ο διαχωρισμός φάσεων και η τραχύτητα κόκκων στη ζώνη συγκόλλησης. Ωστόσο, μπορεί να συγκολληθεί αξιόπιστα με αυστηρό έλεγχο της διαδικασίας (π.χ. χαμηλή είσοδο θερμότητας, ακριβής θωράκιση).
Κράματα τιτανίου (π.χ. Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al)
Τα κράματα έχουν καλή συγκολλησιμότητα λόγω της σταθερής -φάσης τους σε θερμοκρασία δωματίου και της χαμηλότερης ευαισθησίας στην εισροή θερμότητας, αλλά συγκολλούνται λιγότερο συχνά σε βιομηχανικές εφαρμογές σε σύγκριση με το τιτάνιο CP και το GR.5.
2. Ευαισθησία ρωγμών συγκολλήσεων τιτανίου
Έλλειψη στερεοποίησης Ράγισμα
Το τιτάνιο έχει μεγάλο εύρος κατάψυξης, αλλά το μέταλλο συγκόλλησης στερεοποιείται με έναν-τρόπο (ή ) μίας φάσης, αποφεύγοντας τον σχηματισμό ευτηκτικών φάσεων χαμηλής-τήξης στα όρια των κόκκων (η κύρια αιτία της ρωγμής στερεοποίησης). Αυτό καθιστά το τιτάνιο απρόσβλητο σε ρωγμές στερεοποίησης ακόμη και με υψηλή εισροή θερμότητας.
Υδρογόνο-Προκαλούμενη Ψυχρή Ρόλληση (HICC)
Αυτός είναι ο πιο κοινός τύπος ρωγμών σε συγκολλήσεις τιτανίου. Το υδρογόνο μπορεί να εισέλθει στη συγκόλληση και το HAZ από την υγρασία στο προστατευτικό αέριο, το μολυσμένο μέταλλο πλήρωσης ή τον αέρα του περιβάλλοντος. Σε θερμοκρασίες κάτω των 250 βαθμών (482 βαθμοί F), το υδρογόνο συνδυάζεται με το τιτάνιο για να σχηματίσει ιζήματα εύθραυστου υδριδίου (TiH2) κατά μήκος των ορίων των κόκκων. Αυτά τα υδρίδια δημιουργούν συγκεντρώσεις τάσης, οδηγώντας σε ψυχρή ρωγμή κατά τη διάρκεια της ψύξης μετά την-συγκόλληση ή της επακόλουθης συντήρησης (ειδικά υπό εφελκυστικά φορτία). Το CP τιτάνιο και το GR.5 είναι και τα δύο ευαίσθητα σε HICC εάν η θωράκιση είναι ανεπαρκής.
Ράγισμα στρες
Οι υπολειμματικές τάσεις από τη συγκόλληση (που προκαλούνται από ανομοιόμορφη θερμική διαστολή/συστολή) μπορούν να προκαλέσουν ρωγμές τάσης στο HAZ, ιδιαίτερα για εξαρτήματα παχύρρευστων-διατομών ή συγκολλήσεις με υψηλή συγκράτηση. Το HAZ του GR.5 είναι επιρρεπές σε τραχύτητα κόκκων, γεγονός που μειώνει την ολκιμότητα και το καθιστά πιο ευαίσθητο σε ρωγμές λόγω τάσης υπό υπολειπόμενη εφελκυστική τάση.
3. Αλλαγές στις μηχανικές ιδιότητες μετά τη συγκόλληση
Παραλλαγές αντοχής
CP Titanium: Το μέταλλο συγκόλλησης και το HAZ του τιτανίου CP έχουν συνήθως ελαφρώς υψηλότερη αντοχή από το BM αλλά χαμηλότερη ολκιμότητα. Το HAZ υφίσταται τραχύτητα κόκκου λόγω της θερμότητας συγκόλλησης, αυξάνοντας την αντοχή εφελκυσμού κατά 5–10% (π.χ. GR.2 BM αντοχή εφελκυσμού 485 MPa έναντι αντοχής αρμού συγκόλλησης 510–530 MPa) αλλά μειώνοντας την επιμήκυνση κατά 10–15% (από 25% σε 20–20%).
GR.5 Κράμα τιτανίου: Το ως-συγκολλημένο μέταλλο συγκόλλησης GR.5 έχει μαρτενσιτική φάση (που σχηματίζεται από ταχεία ψύξη της -φάσης κατά τη συγκόλληση), η οποία αυξάνει την αντοχή σε εφελκυσμό σε ~1000 MPa (υψηλότερο από το 860 MPa του ανοπτημένου BM) αλλά μειώνει δραστικά κατά 12% πτώσεις από αγωγό έως και 12%. Το HAZ του GR.5 υφίσταται τραχύτητα κόκκων και μετασχηματισμό φάσης, με την αντοχή διαρροής να μειώνεται κατά 5–10% σε σύγκριση με το BM λόγω μαλακών μικροδομών.
Μείωση ολκιμότητας και σκληρότητας
Για όλες τις ποιότητες τιτανίου, η συγκόλληση προκαλεί σημαντική πτώση της ολκιμότητας και της σκληρότητας στη ζώνη συγκόλλησης. Οι χονδροειδείς κόκκοι του HAZ και η μη ισορροπημένη μικροδομή του μετάλλου συγκόλλησης (π.χ. μαρτενσίτης στο GR.5) λειτουργούν ως θέσεις έναρξης ρωγμών, μειώνοντας την ανθεκτικότητα στη θραύση κατά 20–30% (π.χ. GR.5 BM σκληρότητα θραύσης 60 MPa·m σκληρότητα 4/2 έως 60 MPa·m¹/² βάρους. MPa·m¹/²). Η επιμήκυνση της ένωσης συγκόλλησης του τιτανίου CP μειώνεται κατά 20–25% λόγω της τραχύτητας των κόκκων στο HAZ.
Υποβάθμιση απόδοσης κόπωσης
Οι αρμοί συγκόλλησης είναι ο πιο αδύναμος κρίκος για την αντοχή στην κόπωση. Ο συνδυασμός υπολειπόμενων τάσεων, μικροδομικής ανομοιογένειας και πιθανού πορώδους/εγκλεισμάτων μειώνει την αντοχή σε κόπωση των συγκολλήσεων τιτανίου κατά 30-50% σε σύγκριση με το BM. Για παράδειγμα, το ανοπτημένο GR.5 BM έχει αντοχή σε κόπωση 107-κύκλου 400 MPa, ενώ η ισχύς κόπωσης ως-συγκολλημένης άρθρωσης πέφτει στα 180–250 MPa. Η θερμική επεξεργασία μετά την{12}}συγκόλληση (π.χ., ανόπτηση ανακούφισης από τάσεις ή ανόπτηση ανακρυστάλλωσης) μπορεί να αποκαταστήσει εν μέρει την απόδοση κόπωσης μειώνοντας τις υπολειπόμενες τάσεις και καθαρίζοντας τις μικροδομές.
Αλλαγές αντοχής στη διάβρωση
Ακατάλληλα θωρακισμένες συγκολλήσεις τιτανίου μπορεί να έχουν μόλυνση οξυγόνου/αζώτου στο HAZ, γεγονός που μειώνει την αντίσταση στη διάβρωση σε επιθετικά μέσα (π.χ. θαλασσινό νερό, οξέα). Με την πλήρη θωράκιση, ωστόσο, η αντίσταση στη διάβρωση της ένωσης συγκόλλησης είναι συγκρίσιμη με την BM.
