1. Saldabilità complessiva dei materiali in titanio
Titanio commercialmente puro (CP) (GR.1/GR.2/GR.3)
Il titanio CP (monofase -) ha un'eccellente saldabilità. Il suo basso contenuto di lega riduce al minimo la formazione di fasi intermetalliche fragili durante la saldatura e la sua elevata conduttività termica (rispetto alle leghe di titanio) aiuta a distribuire il calore in modo uniforme, riducendo il surriscaldamento localizzato. I metodi di saldatura comuni (GTAW/TIG, PAW/saldatura ad arco plasma, LBW/saldatura a raggio laser) sono tutti applicabili e, con un'adeguata schermatura, è possibile ottenere giunti di saldatura con elevata integrità.
+ Leghe di titanio (ad es. GR.5/Ti-6Al-4V)
GR.5 ha una saldabilità moderata. La presenza di alluminio (-stabilizzatore) e vanadio (-stabilizzatore) introduce sfide come la segregazione di fase e l'ingrossamento dei grani nella zona di saldatura. Tuttavia, può ancora essere saldato in modo affidabile con un rigoroso controllo del processo (ad esempio, basso apporto di calore, schermatura precisa).
Leghe di titanio (ad es. Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al)
le leghe hanno una buona saldabilità grazie alla loro fase -stabile a temperatura ambiente e alla minore sensibilità all'apporto di calore, ma sono meno comunemente saldate nelle applicazioni industriali rispetto al titanio CP e GR.5.
2. Suscettibilità alle crepe delle saldature in titanio
Mancanza di fessurazioni di solidificazione
Il titanio ha un ampio intervallo di congelamento, ma il suo metallo saldato solidifica in modo mono-fase ( o ), evitando la formazione di fasi eutettiche a basso punto di fusione ai bordi dei grani (la causa principale delle cricche da solidificazione). Ciò rende il titanio immune alle crepe da solidificazione anche con un elevato apporto di calore.
Cracking a freddo indotto dall'idrogeno- (HICC)
Questo è il tipo di fessurazione più comune nelle saldature del titanio. L'idrogeno può penetrare nella saldatura e nella ZTA a causa dell'umidità nel gas di protezione, del metallo d'apporto contaminato o dell'aria ambiente. A temperature inferiori a 250 gradi (482 gradi F), l'idrogeno si combina con il titanio per formare un idruro fragile (TiH₂) che precipita lungo i bordi dei grani. Questi idruri creano concentrazioni di stress, portando a cricche a freddo durante il raffreddamento post-saldatura o il servizio successivo (specialmente sotto carichi di trazione). Il titanio CP e GR.5 sono entrambi suscettibili all'HICC se la schermatura è inadeguata.
Cracking da stress
Le tensioni residue della saldatura (causate da espansione/contrazione termica non uniforme) possono indurre fessurazioni da stress nella ZTA, in particolare per componenti a sezione spessa- o saldature con elevato vincolo. La HAZ di GR.5 è soggetta all'ingrossamento del grano, che riduce la duttilità e la rende più suscettibile alle fessurazioni da stress sotto stress di trazione residuo.
3. Cambiamenti nelle proprietà meccaniche dopo la saldatura
Variazioni di forza
CP Titanio: Il metallo saldato e la HAZ del titanio CP hanno tipicamente una resistenza leggermente superiore rispetto al BM ma una duttilità inferiore. La HAZ subisce un ingrossamento del grano a causa del calore di saldatura, aumentando la resistenza alla trazione del 5–10% (ad esempio, resistenza alla trazione GR.2 BM di 485 MPa rispetto alla resistenza del giunto di saldatura di 510–530 MPa) ma riducendo l'allungamento del 10–15% (dal 25% al 20–22%).
GR.5 Lega di titanio: Il metallo di apporto GR.5 come-saldato ha una fase martensitica ' (formata dal rapido raffreddamento della fase -durante la saldatura), che aumenta la resistenza alla trazione fino a ~1000 MPa (superiore ai 860 MPa del BM ricotto) ma riduce drasticamente la duttilità (l'allungamento scende dal 12% al 5–8%). La HAZ del GR.5 subisce un ingrossamento del grano e una trasformazione di fase, con un carico di snervamento che diminuisce del 5-10% rispetto al BM a causa delle microstrutture ammorbidite.
Riduzione della duttilità e della tenacità
Per tutti i gradi di titanio, la saldatura provoca un calo significativo della duttilità e della tenacità nella zona di saldatura. I grani grossi della HAZ e la microstruttura non-in equilibrio del metallo saldato (ad esempio, la martensite in GR.5) agiscono come siti di inizio delle cricche, riducendo la tenacità alla frattura del 20–30% (ad esempio, tenacità alla frattura GR.5 BM di 60 MPa·m¹/² rispetto alla tenacità del giunto saldato di 40–45 MPa·m¹/²). L'allungamento del giunto saldato del titanio CP diminuisce del 20–25% a causa dell'ingrossamento del grano nella HAZ.
Degrado delle prestazioni a fatica
I giunti saldati rappresentano l’anello più debole per la resistenza alla fatica. La combinazione di tensioni residue, disomogeneità microstrutturale e potenziale porosità/inclusioni riduce la resistenza a fatica delle saldature in titanio del 30-50% rispetto al BM. Ad esempio, il GR.5 BM ricotto ha una resistenza alla fatica a ciclo 10⁷-di 400 MPa, mentre la sua resistenza alla fatica del giunto saldato scende a 180–250 MPa. Il trattamento termico post-saldatura (ad es., ricottura di distensione-o ricottura di ricristallizzazione) può ripristinare parzialmente le prestazioni a fatica riducendo le tensioni residue e perfezionando le microstrutture.
Modifiche alla resistenza alla corrosione
Le saldature in titanio non adeguatamente schermate possono presentare contaminazione da ossigeno/azoto nella ZTA, che riduce la resistenza alla corrosione in mezzi aggressivi (ad es. acqua di mare, acidi). Con la schermatura completa, tuttavia, la resistenza alla corrosione del giunto saldato è paragonabile al BM.
