Titan ist das Traummetall eines jeden Ingenieurs. Es hat die gleiche Festigkeit wie Stahl, ist aber 45% leichter und verfügt über eine fast übernatürliche Korrosionsbeständigkeit. Für den Schweißer, der es fügen soll, kann Titan jedoch schnell zum Albtraum werden.
Anders als Stahl oder Aluminium hat Titan bei hohen Temperaturen eine einzigartige und gefährliche Eigenschaft: Es wirkt wie ein “Universal Getter”. Sobald das Metall über 800°F (427°C) erhitzt ist, verhält es sich wie ein Schwamm und absorbiert aggressiv Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff aus der Atmosphäre. Wenn diese Absorption auftritt, sieht die Schweißnaht nicht nur hässlich aus, sondern verwandelt sich in ein “Alpha Case” - eine spröde, glasartige Struktur, die bei Belastung unweigerlich reißt.
Beim Schweißen von Titan geht es nicht nur um die Geschwindigkeit der Hand oder die Kontrolle der Schweißpfützen; es ist im Grunde eine Übung in Umweltkontrolle. Ganz gleich, ob Sie einen Auspuff für einen Rennwagen herstellen oder Rohrleitungen der Güteklasse 2 für ein Chemiewerk schweißen, die physikalischen Grundlagen bleiben dieselben. In diesem Leitfaden werden die entscheidenden Schritte erläutert, die erforderlich sind, um eine perfekte Silberschweißung zu erzielen und teuren Ausschuss zu vermeiden.
Zwanghafte Vorbereitung (die “White Glove”-Regel)
Wenn Sie sich Titan mit der gleichen Denkweise wie bei Edelstahl, haben Sie bereits versagt. Eine erfolgreiche Titanschweißung hängt fast ausschließlich davon ab, was passiert vor der Lichtbogen gezündet wird. Unabhängig davon, ob Sie in einem Hangar der Luft- und Raumfahrtindustrie oder in einer Fertigungswerkstatt arbeiten, müssen Sie eine “Reinraummentalität” entwickeln.
Der Prozess beginnt mit chemische Reinheit. Vor jeglichem mechanischen Abrieb muss das unedle Metall gründlich abgewischt werden mit Aceton in Industriequalität oder Methylethylketon (MEK). Dieser Schritt ist unverzichtbar, da die mechanische Reinigung Oberflächenöle tief in die Poren des Metalls treiben kann, wenn sie nicht vorher entfernt werden. Außerdem ist der Schweißdraht selbst oft eine versteckte Quelle der Verunreinigung. In gelagerten Schweißdrähten sammeln sich Staub und Oxide. Erfahrene Fachleute fahren vor dem Schweißen immer mit einem acetongetränkten Lappen über den Draht, und Sie werden schockiert sein, welche schwarzen Rückstände sich dabei oft ablösen.
Sobald die chemische Reinigung abgeschlossen ist, muss die Oxidschicht mit speziellen Werkzeugen entfernt werden. Es sollte eine Drahtbürste aus rostfreiem Stahl oder ein Hartmetallfräser verwendet werden, allerdings mit einem strengen Vorbehalt: Diese Werkzeuge dürfen niemals mit Kohlenstoffstahl in Berührung gekommen sein. Eine Bürste, die zuvor Stahl gereinigt hat, bettet mikroskopisch kleine Eisenpartikel in das Titan ein, wodurch sofort Korrosionsstellen entstehen. Von diesem Moment an gilt die “White-Glove-Regel”. Das Teil sollte nur mit sauberen, fusselfreien Nitrilhandschuhen angefasst werden. Selbst ein einfacher Fingerabdruck enthält genug Öl, um Porosität und Schweißfehler zu verursachen.
Einrichtung der Ausrüstung und die “Big Cup”-Strategie
Sie haben keine eine millionenschwere Laseranlage zum Schweißen von Titan benötigen, Eine für Stahl geeignete Standard-WIG-Konfiguration wird jedoch wahrscheinlich scheitern. Der Erfolg liegt in der Optimierung von Maschine und Brenner für eine maximale Gasabdeckung.
Der Schweißprozess muss GLEICHSTROM-WIG (GTAW) mit DCEN (Gleichstromelektrode negativ) gepolt. Dadurch konzentriert sich die Hitze auf das Werkstück und nicht auf den Wolfram, wodurch das Schweißprofil schmal bleibt. Hochfrequenz (HF)-Start ist obligatorisch; verwenden Sie niemals “Scratch Start” oder “Lift Arc”, da die Berührung des Wolframs mit dem Titan zu einer sofortigen Kontamination führt.
Die Notwendigkeit des “Big Cup”: Der Standard-Spannzangenkörper der meisten Brenner erzeugt einen turbulenten Gasfluss, der Sauerstoff in den Schutzschild zieht. Sie müssen auf eine Gaslinse System, um das Argon in einer gleichmäßigen, laminaren Strömungssäule zu organisieren. Außerdem sind die Standardkeramikbecher (Größe #6 oder #8) viel zu klein. Um die reaktive Titanlache zu schützen, brauchen Sie einen großen Gasschirm. Das Geheimnis der Industrie ist die Verwendung eines #12, #14 oder #16 (1-Zoll-ID) Becheroft auch als “BBW”-Tasse bezeichnet. Dieser große Abdeckungsbereich ist Ihre beste Versicherung gegen Oxidation.
Die Kunst der totalen Abschirmung
Beim Titanschweißen ist der Lichtbogen der einfache Teil. Die wahre Herausforderung ist der Schutz des heißen Metalls nach der Lichtbogen durchgebrannt ist. Da Titan reaktiv bleibt, bis es unter 800°F abkühlt, müssen Sie an drei verschiedene Schutzschichten denken.
1. Primärer Schutzschild (Die Fackel) Die erste Verteidigungslinie kommt von Ihrem Brenner. Bei den oben empfohlenen großen Bechern sind die Standarddurchflussraten (15-20 CFH) nicht ausreichend. Sie müssen Ihre Durchflussraten auf folgende Werte erhöhen 30-40 CFH um sicherzustellen, dass die laminare Strömung stabil bleibt.
2. Schleppendes Schild (Das Heck) Während sich der Brenner vorwärts bewegt, wird das heiße Schweißgut dahinter der Luft ausgesetzt, solange es noch über dem kritischen Grenzwert von 800°F liegt. Für längere Schweißvorgänge kann ein spezieller Schleppschild ist oft notwendig. Dieses Gerät wird am Brenner befestigt und folgt dem Schweißweg, wobei es das abkühlende Metall mit Argon bedeckt, bis es sicher ist.
3. Back Purging (Die Wurzel) Sauerstoff greift von allen Seiten an. Beim Schweißen von Schläuchen oder Rohren muss das Innere vollständig mit Argon gespült werden. Aluminiumband ist ein wirksames Mittel zum Abdichten der Rohrenden, um das Gas einzuschließen.
Die “schlechter Tank” Realität: Idealerweise sollten Sie eine Reinheit von 99,999% (Grad 5.0) anstreben. Argon. Während 99.995% der absolute Mindeststandard in der Industrie ist, sollten Sie sich darüber im Klaren sein, dass kleine, inhabergeführte Gasflaschen oft weniger häufig gewechselt werden und Verunreinigungen enthalten können. Wenn Ihre Einrichtung perfekt ist, Sie aber trotzdem blaue Schweißnähte bekommen, könnte der Tank der Übeltäter sein. Rüsten Sie außerdem auf Teflon oder geflochtene Schläuche; Standard-Gummischläuche können mit der Zeit Feuchtigkeit aufnehmen, wodurch sich der Taupunkt des Gases erhöht und das Schutzschild verunreinigt wird.
Ausführung & Parameter
Bevor Sie Ihr teures Werkstück anfassen, gibt es ein Ritual, das Tausende von Dollar an Ausschuss spart: Der Spot-Test.
Vertrauen Sie niemals blindlings auf Ihre Gasversorgung. Bevor Sie schweißen, nehmen Sie ein Stück sauberes Alttitan und machen Sie ein paar Punktnägel. Wenn die Stelle helles Silber, Ihr System ist bereit. Wenn Sie einen “Regenbogen-Halo”, einen Blaustich oder eine Unschärfe sehen, STOPP. Sie haben ein Gasleck, Feuchtigkeit in den Leitungen oder eine schlechte Gascharge. Fahren Sie erst fort, wenn der Stichprobentest perfekt ist.
Schweißen Parameter Cheat Titanblech benötigt im Allgemeinen weniger Wärme als Stahl. Das Ziel ist es, so kühl wie möglich zu schweißen.
| Material Dicke | Stromstärke (DCEN) | Brennergasdurchfluss* | Füllstoff/Wolfram Größe |
|---|---|---|---|
| 0,040″ (1,0mm) | 30 - 50 A | 30 - 35 CFH | 1/16″ (1,6mm) |
| 0,063″ (1,6mm) | 50 - 80 A | 30 - 40 CFH | 1/16″ (1,6mm) |
| 0,125″ (3,2mm) | 90 - 120 A | 35-45 CFH | 3/32″ (2,4mm) |
Wichtiger Hinweis: Diese Durchflussraten (30-45 CFH) sind speziell kalibriert für #12 bis #16 Große Gaslinsen. Wenn Sie gezwungen sind, einen Standardbecher #8 zu verwenden (nicht empfohlen), reduzieren Sie den Durchfluss auf 15-20 CFH, um Turbulenzen zu vermeiden.
Profi-Tipp: Der “Double Post-Flow”-Trick Titan speichert die Hitze lange Zeit. Wenn die Nachlaufzeit Ihres Geräts endet, bevor das Metall abkühlt (die standardmäßigen 10 Sekunden reichen bei dickeren Teilen oft nicht aus), tippen Sie kurz auf das Pedal, um das Gasventil erneut auszulösen, ohne einen Lichtbogen zu zünden. Halten Sie den Brenner über dem Ende der Schweißnaht, bis die Farbe sicher ist.
Das Urteil (Visuelle Inspektion)
In der Welt des Titans, Farbe ist Ihr Zeugnis. An der Farbe der Schweißraupe und der Wärmeeinflusszone (WEZ) können Sie genau erkennen, wie viel Oxid während des Prozesses absorbiert wurde.
- 🥈 Silber (Glanzchrom): PERFEKT. Die Abschirmung war intakt, bis das Metall unter seine Reaktivitätstemperatur abgekühlt war. Dieser Perfektionsgrad bedeutet maximale Festigkeit und Duktilität.
- 🌾 Helles Stroh/Gold: Annehmbar. Dies deutet auf eine leichte Oxidation der Oberfläche hin. Für die meisten industriellen und kommerziellen Anwendungen gilt dies als bestanden, und die Farbe kann mit einem Scotch-Brite-Pad entfernt werden.
- 🔵 Blau/Lila: Riskant/Ablehnen. Erhebliche Oxidation. Der Schutzschild wurde zu früh entfernt oder die Gasabdeckung war unzureichend. In der Luft- und Raumfahrt ist dies ein schwerer Fehler. Bei anderen Anwendungen sind die Materialeigenschaften beeinträchtigt.
- ⚪️ Weiß / Graue Flocken: SCRAP. Dies ist das “Alpha Case”. Das Metall ist zu einer spröden Keramik geworden. Dies lässt sich nicht beheben; der gesamte Schweißbereich muss herausgeschnitten und neu angefertigt werden.
Anwendungen in der realen Welt
Den Lichtbogen zu beherrschen ist eine Sache, ihn in der Praxis anzuwenden eine andere. Die Definition einer “guten Schweißnaht” ändert sich oft je nach Branchenkontext.
Automobile Leistung: Der “Kuchen Cut” Herausforderung bei der Herstellung von Titan Bei Auspuffen und Ansaugrohren liegt der Schwerpunkt oft auf der Kunst des “Kuchenschneidens” - dem Schweißen komplexer Bögen aus mehreren Segmenten. Das größte Risiko ist hier die innere “Verzuckerung”, die durch schlechte Rückspülung verursacht wird. Während das Äußere wie eine perfekte Reihe von Groschen aussieht, erzeugt die innere Oxidation Turbulenzen und führt zu Rissen bei Vibrationen.
Chemie & Industrie: Einhaltung der Vorschriften vor Ort In Chemieanlagen, die mit korrosiven Medien wie Chlor umgehen, wird Titan wegen seiner Langlebigkeit gewählt. In diesem Bereich wird oft vor Ort geschweißt, wobei lokale Spülkammern (Polyethylen-Zelte) die Bedingungen wie in einem Reinraum aussehen lassen. Sitzung ASME B31.3 Die Einhaltung von Normen ist von größter Bedeutung, und die Farbe ist eine reine Konformitätsanforderung, keine ästhetische.
Schifffahrt und Offshore: Kampf gegen die Spaltkorrosion Spezialisierte Anwendungen erfordern oft Klasse 12 (Ti-0,8Ni-0,3Mo) oder Klasse 7 um Spaltkorrosion in engen Räumen wie Flanschen zu verhindern. Die Verarbeiter müssen darauf achten, passende Schweißdrähte zu verwenden. Die Verwendung eines gewöhnlichen ERTi-2-Drahtes auf einem Flansch der Güteklasse 12 verdünnt die Legierung und schafft eine Schwachstelle, an der unweigerlich Korrosion einsetzt.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
F: Kann ich schweißen Titan zu Edelstahl?
A: Nein, man kann sie nicht direkt WIG-schweißen. Titan und Eisen bilden spröde intermetallische Verbindungen, die beim Abkühlen sofort brechen. Um diese ungleichen Metalle zu verbinden, müssen Sie eine mechanische Verbindung (Flansche) oder eine spezielle explosionsgeschweißte Übergangsverbindung verwenden.
F: Ist Ist Titan schwieriger zu schweißen als rostfreier Stahl?
A: Technisch gesehen ist die Handhabung der Pfütze sehr ähnlich wie bei rostfreiem Stahl; der Schmelzesee ist tatsächlich recht flüssig und leicht zu kontrollieren. Die “Schwierigkeit” liegt ausschließlich in der Disziplin für Sauberkeit und Abschirmung erforderlich. Wenn Sie die schlechte Angewohnheit haben, Ihr Wolfram zu tauchen oder den Brenner zu früh anzuheben, wird Titan Sie sofort bestrafen.
F: Wie kann ich die blaue Verfärbung entfernen?
A: Das hängt von der Tiefe der Oxidation ab. Helle Strohfarben können oft mit einer Edelstahldrahtbürste oder einem Scotch-Brite-Pad entfernt werden. Eine tiefblaue oder violette Farbe zeigt jedoch an, dass das Oxid in die Oberfläche eingedrungen ist. Bei kritischen Teilen für die Luft- und Raumfahrt ist das Ergebnis ein Ausschuss. Bei unkritischen kommerziellen Teilen können Sie Mai Sie können es abschleifen, bis Sie glänzendes Silbermetall erreichen, aber Sie müssen sicherstellen, dass kein Alphakasten übrig bleibt.
F: Warum wird mein Wolfram blau oder lila?
A: Dies ist ein Zeichen für unzureichende Post-Flow. Ihr Wolfram ist noch heiß, wenn das Argon aufhört zu fließen, so dass der Sauerstoff es angreifen kann. Erhöhen Sie die Nachströmzeit Ihrer Maschine (15+ Sekunden) oder wenden Sie den bereits erwähnten “Double Post-Flow”-Trick an. Ein verunreinigtes Wolfram verursacht einen instabilen Lichtbogen und wandert.
Schlussfolgerung: Respektieren Sie den Prozess
Schweißen Titan ist letztlich ein Test für Geduld und Disziplin. Es wird oft gesagt, dass der Prozess 10% Schweißen und 90% Vorbereitung. Wenn Sie sich an die strengen Reinigungsprotokolle halten, in die richtige Gaslinsenanordnung investieren und auf die Qualität des Schutzgases achten, wird Titan Sie mit einem Bauteil belohnen, das unglaublich stark, leicht und dauerhaft ist.
Die Einrichtung eines speziellen Titan-Reinraums und die Qualifizierung der Schweißer nach ASME-Normen ist jedoch eine enorme Investition in Zeit und Kapital.
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Referenzen und weiterführende Literatur
Ausführlichere Informationen zu den in diesem Leitfaden behandelten Normen, Vorschriften und Techniken finden Sie in den folgenden Quellen:
TWI Global: Schweißen von Titan und seinen Legierungen (Berufskenntnisse 109) - Für technische Daten zur Reaktivität von Titan und zu den “Getter”-Eigenschaften.
Tipps und Tricks zum Schweißen: WIG-Schweißen von Titan: Die Realität des Badtanks - Fehlerbehebung in der Praxis und praktische Ratschläge zur Abschirmung.
Der Fabricator: Die Fakten zum Schweißen von Titan - Ausführliche Diskussion der AWS D1.9 Farbannahmekriterien.
ASME: Prozess-Rohrleitungen Code B31.3 - Die Norm für chemische und industrielle Rohrleitungssysteme.
