1. Titaanimateriaalien yleinen hitsattavuus
Kaupallisesti puhdas (CP) titaani (GR.1/GR.2/GR.3)
CP-titaanilla (yksivaiheinen -vaihe) on erinomainen hitsattavuus. Sen alhainen seosainepitoisuus minimoi hauraiden metallien välisten faasien muodostumisen hitsauksen aikana, ja sen korkea lämmönjohtavuus (suhteessa titaaniseoksiin) auttaa jakamaan lämmön tasaisesti, mikä vähentää paikallista ylikuumenemista. Yleisiä hitsausmenetelmiä (GTAW/TIG, PAW/plasmakaarihitsaus, LBW/lasersädehitsaus) voidaan soveltaa, ja kunnollisella suojauksella voidaan saavuttaa erittäin eheitä hitsausliitoksia.
+ Titaaniseokset (esim. GR.5/Ti-6Al-4V)
GR.5:llä on kohtalainen hitsattavuus. Alumiinin (-stabilisaattori) ja vanadiinin (-stabilisaattori) läsnäolo tuo haasteita, kuten faasien erottelua ja rakeiden karkenemista hitsausalueella. Se voidaan kuitenkin edelleen hitsata luotettavasti tiukan prosessiohjauksen avulla (esim. alhainen lämmöntuotto, tarkka suojaus).
Titaaniseokset (esim. Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al)
lejeeringeillä on hyvä hitsattavuus vakaan -faasinsa ansiosta huoneenlämmössä ja alhaisemman lämmönsyötön herkkyyden ansiosta, mutta niitä hitsataan teollisissa sovelluksissa harvemmin kuin CP-titaani ja GR.5.
2. Titaanihitsien halkeiluherkkyys
Kiinteytyshalkeilun puute
Titaanilla on laaja jäätymisalue, mutta sen hitsausmetalli jähmettyy yksi-vaihe (tai ), jolloin vältetään matalassa-sulavien eutektisten faasien muodostuminen raerajoille (ensisijainen jähmettymishalkeilun syy). Tämä tekee titaanista immuuni jähmettymishalkeamille jopa suurella lämmöntuonnilla.
Vety{0}}indusoitu kylmäkrakkaus (HICC)
Tämä on yleisin halkeilutyyppi titaanihitsauksissa. Vetyä voi päästä hitsiin ja HAZ:iin suojakaasun kosteudesta, saastuneesta täytemetallista tai ympäröivästä ilmasta. Alle 250 asteen (482 astetta F) lämpötiloissa vety yhdistyy titaanin kanssa muodostaen hauraan hydridin (TiH2) saostuman raerajoja pitkin. Nämä hydridit luovat jännityspitoisuuksia, jotka johtavat kylmähalkeiluihin hitsin jälkeisen-jäähdytyksen tai myöhemmän huollon aikana (etenkin vetokuormituksen aikana). CP-titaani ja GR.5 ovat molemmat herkkiä HICC:lle, jos suojaus ei ole riittävä.
Stressi halkeilee
Hitsauksesta aiheutuvat jäännösjännitykset (epätasaisen lämpölaajenemisen/supistumisen aiheuttamat) voivat aiheuttaa jännityshalkeamia HAZ:iin, erityisesti paksujen -profiilikomponenttien tai erittäin rajoittuvien hitseiden kohdalla. GR.5:n HAZ on taipuvainen rakeiden karkenemiseen, mikä vähentää sitkeyttä ja tekee siitä herkemmän jännityshalkeilulle jäännösvetolujuustilanteessa.
3. Muutokset mekaanisissa ominaisuuksissa hitsauksen jälkeen
Vahvuusvariaatioita
CP titaani: CP-titaanin hitsausmetallilla ja HAZ:lla on tyypillisesti hieman suurempi lujuus kuin BM:llä, mutta pienempi sitkeys. HAZ käy läpi raekarkenemista hitsauslämmön vaikutuksesta, mikä lisää vetolujuutta 5–10 % (esim. GR.2 BM vetolujuus 485 MPa vs. hitsiliitoksen lujuus 510–530 MPa), mutta vähentää venymää 10–15 % (25 %:sta 20–2 %).
GR.5 Titaaniseos: As-hitsatussa GR.5-hitsausmetallissa on martensiittinen faasi (muodostuu -faasin nopeasta jäähtymisestä hitsauksen aikana), mikä lisää vetolujuutta ~1000 MPa:iin (korkeampi kuin hehkutetun BM:n 860 MPa), mutta vähentää dramaattisesti (2 %:n sitkeyttä 8 %:sta. GR.5:n HAZ kokee raekarkenemista ja faasimuutosta, jolloin myötölujuus pienenee 5–10 % BM:ään verrattuna pehmennettyjen mikrorakenteiden vuoksi.
Mutavuuden ja sitkeys vähennys
Kaikissa titaanilaaduissa hitsaus heikentää merkittävästi hitsausalueen sitkeyttä ja sitkeyttä. HAZ:n karkeat rakeet ja hitsimetallin epätasapainoinen mikrorakenne (esim. 'martensiitti GR.5:ssä) toimivat halkeamien alkamispaikoina alentaen murtolukeutta 20–30 % (esim. GR.5 BM murtolujuus 60 MPa·t. MPa·m¹/²). CP-titaanin hitsiliitoksen venymä pienenee 20–25 % johtuen HAZ:n raekarkenemisesta.
Väsymys Suorituskyvyn heikkeneminen
Hitsiliitokset ovat väsymiskestävyyden heikoin lenkki. Jäännösjännitysten, mikrorakenteen epähomogeenisuuden ja mahdollisen huokoisuuden/sulkeutumien yhdistelmä vähentää titaanihitsien väsymislujuutta 30–50 % BM:ään verrattuna. Esimerkiksi hehkutetun GR.5 BM:n 10⁷-jaksoväsymislujuus on 400 MPa, kun taas sen -hitsatun liitoksen väsymislujuus laskee 180–250 MPa:iin. Hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely (esim. jännitys
Korroosionkestävyyden muutokset
Väärin suojatuissa titaanihitseissä voi olla happi/typpikontaminaatiota HAZ:ssa, mikä vähentää korroosionkestävyyttä aggressiivisissa väliaineissa (esim. merivesi, hapot). Täyssuojauksella hitsiliitoksen korroosionkestävyys on kuitenkin vertailukelpoinen BM:n kanssa.
