جوشکاری تیتانیوم

تیتانیوم عنصر شیمیائی است که در جدول تناوبی دارای نشان Ti وعدد اتمی ۲۲ است. تیتانیوم عنصری است نرم، سبک، نقره ای براق، درخشان و فلزی مقاوم در برابر فرسایش است و در آلیاژهای محکم و سبک و رنگ دانه های سفید کاربرد دارد. این عنصر در مواد معدنی متعددی وجود دارد، ولی منابع اصلی آن، روتیل و ایلمنیت هستند. دسته بندی آلیاژهای تیتانیوم بر اساس ساختار کریستالی آن آلیاژ در دمای محیط به سه دسته آلفا، بتا و آلفا - بتا تقسیم می شوند. تیتانیوم تمایل شیمیایی زیادی به اکسیژن است و یک لایه اکسیدی پایدار و چسبنده به سرعت روی یک سطح تمیز حتی در دمای اتاق تشکیل می دهد. این رفتار منجر به تشکیل یک رفتار غیرفعال شدگی طبیعی می شود که میزان مقاومت به خوردگی آن را بالا می برد. تمایل زیاد تیتانیوم به اکسیژن با دما افزایش یافته و لایه اکسید سطحی در دماهای بالا، افزایش ضخامت می دهد. در دماهایی بالاتر از ۵۰۰ درجه سانتی گراد ( ۹۳۰ درجه فارنهایت ) مقاومت به اکسیداسیون تیتانیوم به سرعت کاهش یافته و به وسیله اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن که به صورت بین نشین در تیتانیوم حل می شوند، فلز به شدت به تردی مستعد می شود. در نتیجه، ذوب، انجماد و تبرید در حالت جامد مربوط به جوشکاری ذوبی را باید در محیط های خنثی یا خلأ انجام داد.
جوش پذیری آلیاژهای مختلف تیتانیوم با یکدیگر متفاوت است و بسیار متأثر از فاز آن می باشد. [ ۱]
آلیاژهای آلفا و شبه آلفا نظیر Ti - 5Al - 2. 5Sn, Ti - 6Al - 2Sn - 4Zr - 2Mo, Ti - 5Al - 5Sn - 2Zr - 2Mo, Ti - 6Al - 2Cb - 1Ta - 1Mo و Ti - 8Al - 1Mo - 1V همواره در شرایط آنیل شده جوشکاری می شوند. تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم آلفا دارای جوش پذیری خوبی هستند، زیرا این آلیاژها به عملیات حرارتی حساس نیستند. به سبب داکتیلیته خوب، این آلیاژها در صورت آنیل شدن، دارای قابلیت جوشکاری خوبی هستند.
جوشکاری آلیاژهای آلفا - بتا می تواند استحکام، داکتیلیته و چقرمگی را در نتیجه چرخه گرمایی ای که آلیاژها در معرض آن قرار می گیرند، به شدت تغییر دهد. آلیاژهای آلفا - بتا نظیر Ti - 6Al - 4V و دیگر آلیاژهای ضعیف پایدارشده بتا را می توان با موفقیت در شرایط آنیل یا در شرایط عملیات انحلالی شده یا پیرسازی ناقصی که در حین عملیات حرارتی آزادسازی تنش پساجوشکاری کامل می شود اتصال دهی نمود.
آلیاژهای شبه پایدار بتا نظیر Ti - 13V - 11Cr - 3Al, Ti - 11. 5Mo - 6Zr - 4. 5Sn, Ti - 8Mo - 8V - 2Fe - 3Al, Ti - 15V - 3Cr - 3Al - 3Sn و Ti - 3Al - 5V - 6Cr - 4Zr - 4Mo در شرایط آنیل شده یا عملیات انحلالی شده جوش پذیر هستند. اتصالات جوشکاری شده دارای داکتیلیته مناسب، اما استحکام نسبتاً کم ( در شرایط جوشکاری ) هستند. اما از این اتصالات غالباً در این شرایط استفاده می شود زیرا اتصال جوشکاری شده ممکن است نسبت به فلز پایه، پاسخ متفاوتی به عملیات حرارتی داشته باشد، و عملیات حرارتی آلیاژهای جوشکاری شده بتا می تواند منجر به دشواری هایی در داکتیلیته اتصال شود.