Begge kvalitetene sveiser bra med TIG, men titansveising av grad 2 vs. grad 5 er ikke like effektiv. Kommersielt rent titan av grad 2 sveiser enkelt, med et bredt prosessvindu og høy toleranse for forurensning. Grad 5 (Ti-6Al-4V) sveiser kun med streng varmetilførselskontroll, streng inert skjerming og vanligvis varmebehandling etter sveising.
En vedlikeholdsleder på et kjemisk anlegg lærte denne forskjellen på den harde måten. Han siterte en sjøvannsmanifold i grad 5 fordi materialarket sa «sterkere legering», og så deretter sveisemannskapet sitt slite med fargekontroll, omarbeiding og en sprukket prøvestykke som ikke besto bøyetestingen. Da ingeniørene spesifiserte linjen på nytt i grad 2 med ERTi-2-fyllstoff, ble sveisene sølvfargede på første omgang, og manifolden har kjørt i tre år uten feil.
I denne veiledningen går vi gjennom titansveising av grad 2 kontra grad 5 i sin helhet: hvilken grad sveises enklest og hvorfor, hvilket fyllmateriale man bør spesifisere, hvordan man skjermer og sveiser hver grad, hvordan man sveiser dem til hverandre og hvordan man inspiserer den ferdige sveisen. Da vet du nøyaktig hva sveiseprosedyren din må inkludere.
Nøkkelfunksjoner
- Grad 2 sveiser mye lettere enn grad 5. Det er enfase alfa-titan med et bredere sveisevindu, omtrent 20 % forlengelse og omtrent 2–3 ganger varmeledningsevnen, slik at det tolererer mer variasjon i varme og skjerming.
- Grad 5 (Ti-6Al-4V) er sveisbar, men krevende. Den krever grundig gassbeskyttelse, kontrollert varmetilførsel, mellomsveisetemperaturer nær 150–200 °C, og vanligvis varmebehandling etter sveising for å gjenopprette duktiliteten.
- Tilpass fyllmaterialet til grunnmetallet: ERTi-2 for grad 2 og ERTi-5 for grad 5. For å sveise grad 2 til grad 5, følg den svakere siden og bruk ERTi-2.
- Titan reagerer med luft over omtrent 426 °C (800 °F), så hver sveis trenger sveisebrennerbeskyttelse, et bakre skjerm og tilbakespyling med høyrens argon (99.995 % eller bedre).
- Sveisefargen er kvalitetskontrollen. Lys sølv til lys stråfarge betyr riktig skjerming; blå, lilla, grå eller hvit betyr forurensning og omarbeiding.
Kan du sveise titan av grad 2 og grad 5?
Ja. Titan av grad 2 og grad 5 er begge sveisbare, og de kan sveises til hverandre som ulike grader. Forskjellene ligger i vanskelighetsgrad og prosesskontroll, ikke i om materialet kan sammenføyes.
- Grad 2 sveiser enkelt. Kommersielt rent (CP) titan er den mest tilgivende kvaliteten i familien, og det er derfor den dominerer sveiset kjemisk, marin og varmevekslerfabrikasjon.
- Sveisesveiser i klasse 5 med strengere kontroll. Ti-6Al-4V produserer sterke sveiser, men bare når prosedyren er stram.
- Ulike ledd av grad 2 til grad 5 er påvist. Luftfartsprodusenter sammenføyer grad 2-skinn til grad 5-stringere som skreddersydde emner ved hjelp av elektronstråle-, laser- og motstandspunktsveising, og kombinasjonen kan også sveises med TIG med ERTi-2-fyllstoff.
En vanlig myte sier at «titan ikke kan sveises». Sannheten er det motsatte. Titan sveiser veldig rent når det er skjermet fra luft. Feilene kommer fra forurensning, ikke fra lysbuen. Når du har kontrollert skjermingen, oppfører begge kvalitetene seg forutsigbart.
Hvorfor titansveising krever skjerming
Titan er et ekstremt aktivt metall over omtrent 426 °C (800 °F). Det reagerer med oksygen, nitrogen og hydrogen fra atmosfæren, og disse reaksjonene ødelegger sveisen.
Det mest skadelige produktet er alfa-belegg. Oksygen er en kraftig alfa-stabilisator, og når varmt titan absorberer det, dannes et hardt, sprøtt overflatelag kalt alfa-belegg. Alfa-belegg har dårlig duktilitet og lav bruddseighet, og det kan forårsake utmattingssprekker i en sveis som ellers ser fin ut. Oksygen kan absorberes over omtrent 250 °C, hydrogen over omtrent 400 °C og nitrogen over omtrent 600 °C, så forurensning starter godt under sveisetemperaturen.
Disse absorberte mellomrommene forvrenger titankrystallgitteret. De øker hardhet og styrke samtidig som de ødelegger plastisitet og seighet. Hydrogen kan også danne sprø titanhydridplater. Av disse grunnene lages titansveiser i en fullstendig inert atmosfære, og sveisen må forbli skjermet til den avkjøles under omtrent 425 °C.
Titan trenger også mindre varme enn stål. Du sveiser det «så kaldt som mulig», noe som gjør skjermingsjobben enda viktigere fordi det er liten margin for feil. For et bredere blikk på titanets oppførsel på tvers av kvalitetsfamilien, se vårt titankvalitetsdiagram og titanegenskaper.
Titan av grad 2 vs. grad 5: Sammenligning av sveiseegenskaper
Tabellen nedenfor oppsummerer hvordan de to kvalitetene sammenlignes innen sveising. De fysiske forskjellene styrer alt annet i denne artikkelen.
| Sveisefaktor | Grad 2 (CP Ti, R50400) | Grad 5 (Ti-6Al-4V, R56400) |
|---|---|---|
| Karaktertype | Kommersielt ren (alfa) | Alfa-beta-legering (6 % Al, 4 % V) |
| Relativ sveisbarhet | Utmerket, bredt vindu | God, streng prosesskontroll |
| Typisk fyllstoff (AWS A5.16) | ERTi-2 (UNS R50120) | ERTi-5 (UNS R56400) |
| Forlengelse | ~ 20% | ~10–14 % |
| Termisk ledningsevne | 15-22 W/m·K | 6.5-7.2 W/m·K |
| Varmekonsentrasjon i sveisesonen | Lav (sprer seg raskt) | Høy (konsentrater) |
| Forurensningstoleranse | høyere | Senk |
| Varmebehandling etter sveising | Vanligvis ikke nødvendig | Vanligvis nødvendig for kritiske eller utmattingsbelastede sveiser |
| Typiske sveisede applikasjoner | Kjemisk prosessering, sjøvann, varmevekslere | Luftfart, lastbærende og sykliske komponenter |
Hvorfor grad 2 er den enkleste graden å sveise
Grad 2 er kommersielt rent titan, i hovedsak enfase alfa med omtrent 99 % titan. Styrken bestemmes av interstitielt oksygen, ikke av legeringselementer, så det dannes ingen beta-fasetransformasjonsprodukter i sveisen ved avkjøling.
Denne enkelheten gir Grad 2 to praktiske fordeler. For det første absorberer den høyere duktiliteten, rundt 20 % forlengelse, krympespenningene fra en avkjølende sveis uten å sprekke. For det andre sprer den varmeledningsevnen, omtrent 15–22 W/m·K, varme bort fra skjøten, slik at smeltebadet og den varmepåvirkede sonen forblir mindre og mindre konsentrert.
Resultatet er et bredt sveisevindu. Små variasjoner i strømstyrke, kjørehastighet eller skjerming er tillatt. Det er derfor rør og slanger av grad 2 sveises i felten på kjemiske og avsaltingssteder, ofte med bærbart TIG-utstyr. Vår guide for titan av grad 2 dekker materialets fullstendige egenskaper og bruksområde.
Hvorfor grad 5 (Ti-6Al-4V) krever strengere kontroll
Grad 5 er en alfa-beta-legering forsterket med omtrent 6 % aluminium og 4 % vanadium. Denne kjemiske sammensetningen gir omtrent tre ganger styrken som grad 2, men den gjør at sveisen oppfører seg annerledes.
Ved avkjøling kan sveisesonen til en alfa-beta-legering danne hardere, mindre duktile mikrostrukturer. Grad 5 leder også varme med bare omtrent 6.5–7.2 W/m·K, en tredjedel av graden 2s verdi, slik at varmen forblir konsentrert i skjøten. Denne konsentrasjonen øker risikoen for overoppheting, kornvekst og forurensning i akkurat det området som er vanskeligst å skjerme.
Av disse grunnene krever sveising av grad 5 grundig prosesskontroll: rene overflater, skjerming med høy renhet, disiplinert varmetilførsel, mellomsveisetemperaturer nær 150–200 °C og ofte varmebehandling etter sveising. Selve sveisemetallet har lavere duktilitet enn grunnmetallet, og det er derfor titanstål ofte er spesifisert. Hvis designet ditt har begrenset styrke eller utmatting, forklarer titanveiledningen for grad 5 og vår styrkesammenligning for grad 5 vs. grad 2 når den ekstra vanskeligheten er verdt det.
Utvalg av fyllmetall: ERTi-2 vs ERTi-5
Valg av fyllstoff følger først én regel: match fyllstoffet med grunnmetallet slik at sveisekjemien forblir konsistent. Standardkombinasjonene under AWS A5.16 er enkle.
| Grunnmetall | Matchende fyllstoff (AWS A5.16) | Typisk tjeneste |
|---|---|---|
| Grad 2 (CP titan) | ERTi-2 (UNS R50120) | Korrosjonsservice, kjemisk og marin fabrikasjon |
| Grad 5 (Ti-6Al-4V) | ERTi-5 (UNS R56400) | Høyfaste strukturelle og luftfartssveiser |
| Grad 2 til grad 5 (forskjellig) | ERTi-2 (regelen for den svakere siden) | Skreddersveisede skjøter og overgangsskjøter |
ERTi-2 er et CP-fyllstoff med høy renhet og strenge interstitielle grenser. Det tilbyr god sveisbarhet, korrosjonsbestandighet og kostnad, noe som gjør det til det beste fyllstoffet for sveiset korrosjonsutstyr.
ERTi-5 inneholder legeringens kjemiske sammensetning, med aluminium på omtrent 5.5–6.75 % og vanadium på omtrent 3.5–4.5 %. Det er standarden for høyfaste strukturelle sveiser og er litt mer følsom under sveising, så det krever samme prosessdisiplin som basismetallet.
Regelen for den svakere siden for ulike sveiser
Når du sveiser grad 2 til grad 5, er skjøten bare så sterk som det svakere materialet, som er grad 2. Den praktiske veiledningen er å følge den svakere siden og bruke ERTi-2-fyllstoff i stedet for ERTi-5. Bruk av det sterkere fyllstoffet gjør ikke en grad 2-begrenset skjøt sterkere, og det øker kostnadene og følsomheten.
Dette er ikke teoretisk. Luftfartsprodusenter sammenføyer grad 2-skinn til grad 5-stringere for skreddersydde emner, og kombinerer grad 2s formbarhet med grad 5s styrke. Elektronstråle- og fiberlasersveising er begge kvalifisert for disse skjøtene. Hvis du sammenføyer de to gradene, må du bekrefte prosedyren med materialprodusenten og kvalifisere den til AWS D17.1 eller ISO 15614-5 før produksjon.
TIG-sveising av titan: Parametere og oppsett av skjerming
Gasswolframbuesveising, eller TIG, er standardprosessen for titan. De fleste titansveisingsmetodene bruker likestrømselektrodenegativ (DCEN) polaritet med høyfrekvent start, en gasslinse for jevn gasstrøm og en større kopp enn du ville brukt for stål.
Skjerming: Brenner, slepende og tilbakespyling
Titan trenger en trelags skjermingsstrategi, fordi metallet forblir reaktivt til det avkjøles under omtrent 425 °C.
- Fakkelskjerming. Høyrent argon på minimum 99.995 % (argon 4.6), med 99.999 % (argon 5.0) som er ideelt for kritisk arbeid. Typisk brennerstrømning er 15–20 CFH.
- Slepende skjold. Sveisestrengen bak brenneren forblir varm og sårbar. Et bakre skjold utvider argondekningen flere centimeter bak brenneren for å beskytte det avkjølende metallet.
- Ryggrensing. Sveisesveisen oksiderer nedenfra hvis den ikke er beskyttet. For rør og rør, spyl tilbake innsiden med argon, og for kritiske applikasjoner hold oksygen under 20 ppm til skjøten avkjøles.
Etter at lysbuen stopper, fortsett gassstrømmen i minst 10 sekunder, slik at det varme metallet aldri kommer i kontakt med luft. Forurensning er lett å forårsake, men vanskelig å se. Olje, fingeravtrykk, skitten sveisetråd, gasslanger av gummi som har absorbert fuktighet, og verktøy som noen gang har vært i kontakt med karbonstål, kan alle føre til defekter. Bruk kun dedikerte, avfettede verktøy og tråd for titan.
Strømstyrke og mellompasstemperatur
Titan sveises kaldt. Som en startveiledning for manuell TIG på tynnplate:
| Materiell tykkelse | Omtrentlig strømstyrke |
|---|---|
| 1.5 mm | 40-70 A |
| 3.0 mm | 90-130 A |
| 6.0 mm | 160-220 A |
Hold mellomstrengstemperaturen på eller under omtrent 150–200 °C for å kontrollere kornveksten i den varmepåvirkede sonen. Hvis du produserer sveiset titanutstyr for korrosjonsbehandling og ønsker å sammenligne det med de rustfrie kvalitetene vi bearbeider, kan vårt team for tilpassede bearbeidinger hjelpe deg med å evaluere alternativer.
Inspeksjon av sveisefarge: Hva sveisen din forteller deg
Sveisefarge er den raskeste kvalitetskontrollen for titan. Fargen utvikles der metallet ble eksponert over omtrent 450 °C, så den forteller deg om skjermingen beskyttet sveisen gjennom hele avkjølingssyklusen.
| Sveisefarge | Betydning | Handling |
|---|---|---|
| Lys sølv | Riktig skjerming | Aksepterer |
| Lys strå / lys gull | Mindre forurensning | Vanligvis akseptabelt |
| Lyse blå | Noe forurensning | Evaluer; ofte akseptabelt i ikke-kritiske tjenester |
| Mørk blå / lilla | Oksygen- eller nitrogenforurensning | Omarbeid eller fjern |
| Grå/hvit pulveraktig | Alvorlig forurensning, alfatilfelle | Fjern og sveis på nytt |
Hvis en sveis viser mørkeblå, lilla, grå eller hvit farge, har skjermingen sviktet, og metallet er sprøtt. Slip eller maskinér det berørte området og sveis på nytt med riktig gassdekning. Sølv-til-stråfarge på en bestått test er din bekreftelse på at skjermingsoppsettet er riktig før du kjører produksjonssveiser.
Varmebehandling etter sveising: Når grad 5 trenger det
Det er varmebehandling etter sveising (PWHT) der grad 2 og grad 5 avviker mest i praksis.
Grad 2 krever vanligvis ikke PWHT for korrosjonsbehandling. Sveisen avkjøles til en duktil alfastruktur, og materialets tilgivende natur betyr at de fleste fabrikasjoner går rett fra sveising til behandling eller hydrotesting.
Grad 5 er annerledes. Sveisesonen til Ti-6Al-4V avkjøles til en hardere, mindre duktil struktur enn grunnmetallet, og restspenninger fra sveising kan gjøre kritiske eller utmattingsbelastede skjøter sårbare for sprekker. Spenningsavlastning eller gløding etter sveising gjenoppretter duktiliteten, lindrer restspenninger og forbedrer utmattingsytelsen. Av den grunn inkluderer sveiseprosedyrer i grad 5 for lastbærende komponenter nesten alltid PWHT.
Et verksted vi kjenner lærte dette da et parti med Ti-6Al-4V-braketter sprakk i sveisen under prøvetesting. Sveisesveisene så rene og sølvfargede ut, men verkstedet hadde hoppet over PWHT for å spare en dag av timeplanen. En ny glødesyklus lettet gjenværende spenning og gjenopprettet duktiliteten, og de nytestede brakettene besto. Lærdommen ble sittende fast: med grad 5 er de ekstra trinnene ikke valgfrie.
Sveisede applikasjoner: Der hver klasse vinner
Kvaliteten du velger for en sveiset montering bør samsvare med feilmodusen du designer mot.
- Velg grad 2 for sveiset korrosjonsbehandling. Kjemisk prosessering, avsalting, marine rør og varmevekslere er bygget i grad 2 fordi det sveises lett, motstår korrosjon og kan repareres i felten. Sveisbarheten holder fabrikasjonskostnadene lave.
- Velg grad 5 for sveiset styrke og utmatting. Luftfartsstrukturer, braketter med høy belastning og sykliske komponenter rettferdiggjør strengere sveising i grad 5 fordi legeringen har omtrent tre ganger så høy styrke ved en lignende tetthet.
Før du forplikter deg til en sveiset montering, bør du se hvordan de to kvalitetene sammenligner seg i kostnad , fordi materialpris og produksjonsvennlighet ofte avgjør kvaliteten sammen.
Hvis applikasjonen din er korrosjonsdrevet og du veier titan opp mot mer økonomiske sveisede materialer, er 316L rustfritt stål det vanlige alternativet. DAPU leverer 316 rustfritt stålprodukter og rør i rustfritt stål som dekker de fleste sveisede væskehåndteringstjenester til en brøkdel av titans kostnad.
Er du usikker på om den sveisede monteringen din i det hele tatt trenger titan? Vårt tekniske konsulentteam hjelper ingeniører med å sammenligne kvaliteter og materialer mot de faktiske driftsforholdene, ikke bare katalogen.
Ofte Stilte Spørsmål
Kan du sveise titan fra grad 2 til grad 5?
Ja. Titan av grad 2 og grad 5 kan sveises sammen som ulike kvaliteter. For TIG-sveising, bruk ERTi-2-fyllstoff og følg den svakere siden, fordi skjøten ikke er sterkere enn grad 2. Luftfartsprodusenter kombinerer også de to kvalitetene ved elektronstråle- og lasersveising for skreddersydde emner.
Hvilken titankvalitet er enklest å sveise?
Grad 2 er den enkleste. Det er enfase, kommersielt ren titan med et bredere sveisevindu, høyere duktilitet og omtrent 2–3 ganger varmeledningsevnen til grad 5. Den tolererer mer variasjon i varmetilførsel og skjerming enn legeringen.
Er titan vanskelig å sveise?
Titan er ikke vanskelig å sveise på samme måte som stål er vanskelig å sveise. Det reagerer med oksygen, nitrogen og hydrogen over omtrent 426 °C, så det krever fullstendig inert skjerming med et sveisebrennerskjold, bakskjerming og tilbakespyling. Når skjermingen er riktig, sveiser titan rent.
Hvilket fyllmateriale bruker du til å sveise titan?
Bruk fyllstoffet som matcher grunnmetallet: ERTi-2 (AWS A5.16) for grad 2 og ERTi-5 for grad 5. For en skjøt som er ulik grad 2 og grad 5, bruk ERTi-2 og følg den svakere siden, siden sveisen bare er like sterk som grad 2 grunnmetallet.
Svekker sveising titan av grad 5?
Sveising reduserer duktiliteten i sveisesonen av grad 5, og den sveisede strukturen er hardere og mindre seig enn grunnmetallet. Varmebehandling etter sveising gjenoppretter duktiliteten, lindrer restspenninger og forbedrer utmattingsegenskapene, og det er derfor den er spesifisert for kritiske sveiser av grad 5.
Trenger titan av grad 5 varmebehandling etter sveising?
Grad 5 krever vanligvis PWHT for lastbærende eller utmattingsbelastede sveiser, fordi sveisesonen avkjøles til en hardere, mindre duktil struktur med restspenning. Grad 2 krever vanligvis ikke PWHT for korrosjonsbehandling.
Hvilken beskyttelsesgass trenger du for TIG-sveising av titan?
Bruk argon med høy renhet, minst 99.995 % og ideelt sett 99.999 %. Titan trenger sveisebrennerbeskyttelse, et bakre skjold bak sveisen og tilbakespyling av sveiseroten, med gassstrømmen som fortsetter til metallet avkjøles til under omtrent 425 °C.
Hvorfor blir en titansveis blå?
En blå, lilla eller grå sveis betyr at skjermingen sviktet og at det varme metallet absorberte oksygen eller nitrogen. Lys sølvfarget til lyst stråfarget indikerer riktig skjerming. Mørk blå, lilla, grå eller hvit forurensning må fjernes og sveisen må utføres på nytt.
Sveiser du grad 2 annerledes enn grad 5?
Skjermingsoppsettet er det samme, men kontrollen er ikke det. Grad 2 tillater et bredere vindu med større toleranse for varme og skjermingsvariasjoner. Grad 5 krever lavere temperaturkontroll mellom sveisene, strengere skjerming og vanligvis varmebehandling etter sveising.
Kan rustfritt stål erstatte sveiset titan i korrosiv drift?
Ofte ja. For klorid- og kjemikaliebruk der titans premiumkvalitet er vanskelig å rettferdiggjøre, sveises 316L rustfritt stål mye enklere og koster mye mindre. Der titan velges på grunn av vekt, utmattingsgrad eller immunitet mot spesifikke medier, er ingen rustfritt stålkvalitet en full erstatning.
Konklusjon
Titansveising av grad 2 kontra grad 5 handler om kontroll, ikke kapasitet. Begge gradene sveiser, men grad 2 er den tilgivende og feltvennlige graden, mens grad 5 gir høy styrke bare med streng skjerming, disiplinert varmetilførsel og vanligvis varmebehandling etter sveising.
Den praktiske konklusjonen er enkel. Bruk grad 2 med ERTi-2-fyllstoff når korrosjonsbestandighet, formbarhet og fabrikasjon i hovedsak styrer designet. Bruk grad 5 med ERTi-5-fyllstoff og en kvalifisert PWHT-prosedyre når styrke og utmattingslevetid rettferdiggjør den ekstra innsatsen. Når du sveiser de to sammen, følg den svakere siden og bruk ERTi-2.
For hjelp til å velge riktig materiale og sveiseprosedyre for prosjektet ditt, kontakt LIANYUNGANG DAPU METAL for veiledning om materialvalg eller be om et tilbud.
