1. Total svetsbarhet av titanmaterial
Kommersiellt ren (CP) titan (GR.1/GR.2/GR.3)
CP-titan (enfas -) har utmärkt svetsbarhet. Dess låga legeringsinnehåll minimerar bildningen av spröda intermetalliska faser under svetsning, och dess höga värmeledningsförmåga (i förhållande till titanlegeringar) hjälper till att fördela värmen jämnt, vilket minskar lokal överhettning. Vanliga svetsmetoder (GTAW/TIG, PAW/plasmabågsvetsning, LBW/laserstrålesvetsning) är alla tillämpliga, och med rätt skärmning kan svetsfogar med hög integritet uppnås.
+ Titanlegeringar (t.ex. GR.5/Ti-6Al-4V)
GR.5 har måttlig svetsbarhet. Närvaron av aluminium (-stabilisator) och vanadin (-stabilisator) introducerar utmaningar som fassegregering och kornförgrovning i svetszonen. Den kan dock fortfarande svetsas tillförlitligt med strikt processkontroll (t.ex. låg värmetillförsel, exakt avskärmning).
Titanlegeringar (t.ex. Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al)
legeringar har god svetsbarhet på grund av sin stabila -fas vid rumstemperatur och lägre känslighet för värmetillförsel, men de svetsas mer sällan i industriella tillämpningar jämfört med CP titanium och GR.5.
2. Sprickkänslighet hos titansvetsar
Brist på stelningssprickning
Titan har ett brett frysområde, men dess svetsmetall stelnar i en enfas (eller ) sätt, vilket undviker bildandet av låg- eutektiska faser vid korngränserna (den primära orsaken till stelningssprickor). Detta gör titan immun mot stelningssprickor även vid hög värmetillförsel.
Väte-inducerad kallsprickning (HICC)
Detta är den vanligaste sprickbildningstypen i titansvetsar. Väte kan komma in i svetsen och HAZ från fukt i skyddsgasen, förorenad tillsatsmetall eller omgivande luft. Vid temperaturer under 250 grader (482 grader F) kombineras väte med titan för att bilda spröda hydrid (TiH₂) utfällningar längs korngränserna. Dessa hydrider skapar spänningskoncentrationer, vilket leder till kallsprickor under efter-svetskylning eller efterföljande service (särskilt under dragbelastningar). CP-titan och GR.5 är båda känsliga för HICC om avskärmningen är otillräcklig.
Stresssprickor
Kvarvarande spänningar från svetsning (orsakade av ojämn termisk expansion/sammandragning) kan inducera spänningssprickor i HAZ, särskilt för tjocka-sektionskomponenter eller svetsar med hög återhållsamhet. GR.5:s HAZ är benägen att kornen förgrovs, vilket minskar duktiliteten och gör den mer mottaglig för spänningssprickor under kvarvarande dragspänning.
3. Förändringar i mekaniska egenskaper efter svetsning
Styrkevariationer
CP Titanium: Svetsmetallen och HAZ av CP-titan har vanligtvis något högre hållfasthet än BM men lägre duktilitet. HAZ genomgår kornförgrovning på grund av svetsvärme, vilket ökar draghållfastheten med 5–10 % (t.ex. GR.2 BM draghållfasthet på 485 MPa mot svetsfogstyrka på 510–530 MPa) men minskar töjningen med 10–15 % (från 25 % till 20–20–20 %).
GR.5 Titanlegering: Den som-svetsade GR.5-svetsmetallen har en martensitisk 'fas (bildad av snabb nedkylning av -fasen under svetsning), vilket ökar draghållfastheten till ~1000 MPa (högre än den glödgade BM:s 860 MPa) men drastiskt minskar duktiliteten till 52 % (förlängning %). HAZ för GR.5 upplever kornförgrovning och fasomvandling, med sträckgränsen som minskar med 5–10 % jämfört med BM på grund av uppmjukade mikrostrukturer.
Reduktion av duktilitet och seghet
För alla titankvaliteter orsakar svetsning en betydande minskning av duktilitet och seghet i svetszonen. HAZ:s grova korn och svetsmetallens icke-jämviktsmikrostruktur (t.ex. 'martensit i GR.5) fungerar som sprickinitieringsställen, vilket sänker brottsegheten med 20–30 % (t.ex. GR.5 BM brottseghet på 60 MPa·m¹/² seghet väl 4–4 fog 4–4 fog MPa·m¹/²). CP titaniums svetsfogförlängning minskar med 20–25 % på grund av kornförgrovning i HAZ.
Försämring av trötthetsprestanda
Svetsfogar är den svagaste länken för utmattningsmotstånd. Kombinationen av kvarvarande spänningar, mikrostrukturell inhomogenitet och potentiell porositet/inneslutningar minskar utmattningshållfastheten hos titansvetsar med 30–50 % jämfört med BM. Till exempel har glödgat GR.5 BM en 10⁷-cykelutmattningshållfasthet på 400 MPa, medan dess utmattningshållfasthet som-svetsad fog sjunker till 180–250 MPa. Efter-svetsvärmebehandling (t.ex. spännings-avlastningsglödgning eller omkristallisationsglödgning) kan delvis återställa utmattningsprestandan genom att minska kvarvarande spänningar och förfina mikrostrukturer.
Korrosionsbeständighet förändringar
Felaktigt skärmade titansvetsar kan ha syre-/kväveföroreningar i HAZ, vilket minskar korrosionsbeständigheten i aggressiva medier (t.ex. havsvatten, syror). Med full skärmning är dock svetsfogens korrosionsbeständighet jämförbar med BM.
