チタンはすべてのエンジニアにとって夢の金属です。鋼鉄の強度に匹敵しながら45%と軽量で、ほとんど超自然的な耐腐食性を持っています。しかし、チタンの接合を任された溶接工にとっては、チタンはすぐに悪夢となります。.
鋼鉄やアルミニウムとは異なり、チタンは高温においてユニークで危険な特性を持っている。 “ユニバーサル・ゲッター”. ひとたび800°F（427°C）を超えて加熱されると、金属はスポンジのように振る舞い、大気中の酸素、窒素、水素を積極的に吸収する。この吸収が起こると、溶接部は単に醜く見えるだけでなく、「アルファ・ケース」-応力下で必然的に割れる脆いガラスのような構造-に変化する。.
チタンの溶接は、ハンドスピードや水たまりのコントロールだけでなく、基本的には次のような訓練である。 環境制御. .レーシングカーのカスタム・エキゾーストを製作する場合でも、化学プラントのグレード2配管を溶接する場合でも、物理的なことは変わりません。このガイドでは、完璧な銀溶接を達成し、高価なスクラップを避けるために必要な重要なステップについて説明します。.
強迫観念的な準備（「ホワイトグローブ」ルール）
もし近づいたら ステンレス鋼に使用されるのと同じ考え方でチタン, 失敗です。チタン溶接が成功するかどうかは、ほとんどすべて、何が起こるかによって決まります。 以前 アークが発生する。航空宇宙産業の格納庫であろうと、加工工場であろうと、「クリーンルーム・マインドセット」を採用しなければならない。.
そのプロセスはまず 化学純度. .機械的な研磨を行う前に、母材を次の材料で十分に拭き取る必要がある。 工業用アセトン またはメチルエチルケトン（MEK）を使用する。機械的洗浄では、表面の油分が除去されないと、金属の細孔の奥深くまで入り込んでしまうため、このステップは譲れない。さらに、フィラー・ワイヤー自体が隠れた汚染源となることも多い。保管されているフィラーロッドには、埃や酸化物が付着している。熟練したプロは、溶接前に必ずアセトンを染み込ませた雑巾をワイヤーに当てます。.
化学洗浄が完了したら、専用の工具を使って酸化被膜を除去しなければならない。ステンレススチールワイヤーブラシや超硬バリを使用するが、厳重な注意が必要である： これらの道具は炭素鋼に触れてはならない。. 以前にスチールをクリーニングしたブラシは、微細な鉄粒子をチタンに埋め込み、即座に腐食箇所を作ります。この瞬間から、「ホワイトグローブ・ルール」が適用されます。パーツは、清潔で糸くずの出ないニトリルグローブでのみ取り扱う必要があります。簡単な指紋でさえ、多孔性と溶接不良を引き起こすのに十分な油を含んでいます。.
機材のセットアップと “ビッグカップ ”戦略
あなたは チタン溶接に100万ドルのレーザーセットアップが必要, しかし、鉄鋼に適した標準的なTIG構成では、失敗する可能性が高い。機械とトーチを最適化し、最大限のガスカバレッジを得ることが成功の秘訣です。.
溶接工程は DC TIG (GTAW) 使用して DCEN (直流電極マイナス）極性。これにより、熱がタングステンではなく被加工物に集中し、溶接の輪郭が狭く保たれる。. 高周波（HF）スタート スクラッチスタート」や「リフトアーク」は絶対に使用しないでください。タングステンをチタンに接触させると、即座に汚染されるからです。.
ビッグカップ」の必要性 ほとんどのトーチに見られる標準的なコレットボディは、ガスの乱流を発生させ、酸素をシールド内に引き込みます。にアップグレードする必要があります。 ガスレンズ システムは、アルゴンをスムーズな層流カラムに編成する。さらに、標準的なセラミックカップ（サイズ#6または#8）は小さすぎます。反応性のチタン溜まりを保護するには、ガスの広い傘が必要です。業界の秘訣は #12、#14、または#16（内径1インチ）カップ-しばしば “BBW ”カップと呼ばれる。この巨大なカバーエリアは、酸化に対する最大の保険となる。.
トータル・シールドの極意
チタン溶接では、アークは簡単な部分です。真の課題は、高温の金属を保護することです その後 アークが過ぎ去ります。チタンは800°F以下に冷却されるまで反応性を維持するため、3つの異なる防御層で考える必要があります。.
1.プライマリーシールド（聖火） 防御の第一線はトーチから。上記で推奨した大きなカップサイズでは、標準的な流量（15-20 CFH）では不十分です。以下の流量まで増やす必要があります。 30-40 CFH 層流を確実に維持するためだ。.
2.トレーリング・シールド（尻尾） トーチが前進すると、後方の高温の溶接金属は、臨界温度800°Fを超えた状態で空気にさらされます。長時間の溶接には、特注の トレーリングシールド アタッチメントが必要になることが多い。この装置はトーチに取り付けられ、溶接経路をたどり、安全になるまで冷却金属をアルゴンで覆います。.
3.バックパージ（ルート） 酸素は四方から攻撃してくる。チューブやパイプを溶接する場合は、内部をアルゴンで完全にパージする必要がある。アルミ・テープは、パイプの端部をシールしてガスを閉じ込めるのに効果的なツールである。.
について “バッドタンク ”の現実:の純度99.999%（グレード5.0）を目指すのが理想的です。 アルゴンだ。一方 99.995% しかし、オーナーサイズの小さなシリンダーは、サイクルの頻度が低く、不純物が含まれていることが多いので注意が必要です。セットアップが完璧であるにもかかわらず、青い溶接部ができてしまう場合は、タンクが原因かもしれません。さらに テフロンまたは編組ホース; 標準的なゴムホースは、時間の経過とともに水分を吸収し、ガスの露点を上昇させ、シールドを汚染する可能性がある。.
実行とパラメーター
高価なワークピースに触れる前に、スクラップを何千ドルも節約する一つの儀式がある： スポットテスト.
ガス供給を盲信してはならない。溶接を行う前に クリーン・スクラップ・チタン スポットタックを数本打つ。スポットが ブライト・シルバー, システムの準備が整いました。レインボー・ハロー」、青い色合い、かすみが見える場合、, ストップ. .ガス漏れ、配管内の湿気、またはガスの不良が考えられます。抜き取り検査が完璧になるまで、作業を続けないでください。.
溶接パラメータのカンニング シートチタン は一般に、鋼鉄よりも少ない熱しか必要としない。目標は、できるだけ低温で溶接することだ。.
| 材料の厚さ | アンペア数（DCEN） | トーチガス流量 | フィラー/タングステンのサイズ |
|---|---|---|---|
| 0.040″（1.0mm） | 30 - 50 A | 30 - 35 CFH | 1/16″（1.6ミリ） |
| 0.063″（1.6mm） | 50 - 80 A | 30 - 40 CFH | 1/16″（1.6ミリ） |
| 0.125″（3.2mm） | 90 - 120 A | 35-45 CFH | 3/32″（2.4mm） |
重要な注意事項 これらの流量（30～45 CFH）は、特に以下の目的で調整されています。 #12～#16大型ガスレンズ. .標準の#8カップを使用せざるを得ない場合（推奨しない）、乱流を避けるために流量を15～20CFHに減らす。.
プロのヒントダブルポストフロー」トリック チタンは長時間熱を保持します。マシンのポスト・フロー・タイマーが、金属 が冷める前に終了した場合（厚い部品では標準 の10秒では不十分なことが多い）、アークを 発生させることなく、ペダルを短く叩いてガ ス・バルブを再トリガーする。安全な色になるまで、トーチを溶接の終端で静止さ せておく。.
評決（目視検査）
チタンの世界で, 色はあなたの成績表. .溶接ビードと熱影響部（HAZ）の色から、加工中 に吸収された酸化物の量が正確にわかる。.
- シルバー（ブライト・クローム）： 完璧だ。. 金属が反応温度以下に冷えるまで、遮蔽は無傷だった。この完成度の高さは、最大限の強度と延性を示している。.
- 🌾 ライトストロー/ゴールド：可。. これは表面がわずかに酸化していることを示す。ほとんどの工業用および商業用の用途では、これは合格で、色はスコッチ・ブライト・パッドで除去できます。.
- 青／紫：リスキー／リジェクト。. 著しい酸化。シールドの除去が早すぎた、またはガスカバレッジが不十分だった。航空宇宙用途では、これは大きな失敗である。その他の用途では、材料特性が損なわれる。.
- ⚪️ ホワイト／グレーフレーク： スクラップ。. これが “アルファケース ”だ。金属がもろいセラミックになっている。これは直せない。溶接部全体を切り取ってやり直さなければならない。.
実世界での応用
アークを使いこなすことと、それを現場で応用 することは別のことである。良い溶接」の定義は、業界の状況によって変わることが多い。.
自動車のパフォーマンスパイ カット ”への挑戦 チタン加工において エキゾーストやインテークでは、複数のセグメントから複雑な曲げを溶接する「パイカット」の芸術性に焦点が当てられることが多い。ここでの最大のリスクは、バックパージ不良による内部の「シュガーリング」である。外側は完璧な10円玉の列のように見えるかもしれないが、内部の酸化は乱流を作り出し、振動によるひび割れにつながる。.
ケミカル＆インダストリアル現場コンプライアンス 塩素のような腐食性媒体を扱う化学プラントでは、寿命の長さからチタンが選ばれる。この分野では、溶接は、クリーンルームのような条件を作るローカルパージチャンバー（ポリエチレンテント）と共に、しばしば現場で行われます。会議 ASME B31.3 基準は最優先であり、色は美的なものではなく厳格な順守要件である。.
マリン＆オフショア隙間腐食との戦い 特殊な用途では、しばしば次のようなことが要求される。 グレード12（Ti-0.8Ni-0.3Mo） または グレード7 フランジのような狭いスペー スでの隙間腐食を防ぐためである。一般的なERTi-2ワイヤーをグレード12のフランジに使用すると、合金が希釈され、腐食が必然的に始まる弱点ができる。.
よくある質問（FAQ）
Q: 溶接は可能ですか？ チタンからステンレス？
A: いいえ、直接TIG溶接することはできません。チタンと鉄は脆い金属間化合物を形成し、冷却するとすぐに割れてしまいます。これらの異種金属を接合するには、機械的接合（フランジ）または特殊な爆発接合トランジション・ジョイントを使用する必要があります。.
Q：それは可能ですか？ チタンはステンレス鋼より溶接しにくい？
A: 技術的には、水たまりの操作はステンレス鋼と非常によく似ている。溶けたプールは実際には非常に流動的で、コントロールしやすい。その “難しさ ”はすべて 規律 清浄とシールドのために必要です。タングステンを浸したり、トーチをすぐに持ち上げたりする悪い癖があれば、チタンは即座にあなたを罰するでしょう。.
Q: 青い変色を取り除くにはどうしたらいいですか？
A: 酸化の深さによります。薄い麦わら色は、ステンレス・スチール製のワイヤー・ブラシやスコッチ・ブライト・パッドで除去できることが多い。しかし、深い青色や紫色は、酸化物が表面に浸透していることを示している。重要な航空宇宙部品の場合、結果は不合格となる。重要でない商用部品の場合 かもしれない しかし、アルファ・ケースが残っていないことを確認しなければならない。.
Q: 私のタングステンが青や紫に変色しているのはなぜですか？
A: これは不十分な兆候である。 ポストフロー. .タングステンは、アルゴンの流れが止まってもまだ熱く、酸素がそれを攻撃するのを許しています。マシンのポストフロー時間（15秒以上）を長くするか、先に述べた「ダブル・ポストフロー」のトリックを使用してください。汚染されたタングステンは、不安定なアークとワンダリングの原因となる。.
結論プロセスを尊重する
溶接 チタンは結局 忍耐と規律が試される。よく言われることだが、そのプロセスは 10%溶接および90%準備. .厳密な洗浄プロトコルを守り、適切なガスレンズセットアップに投資し、シールドガスの質にこだわれば、チタンは驚くほど強く、軽量で、永久的な部品で報いてくれるだろう。.
しかし、チタン専用のクリーンルームを設置し、溶接工をASME規格に適合させるには、膨大な時間と資本を投資しなければならない。.
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参考文献
本ガイドで取り上げている規格、基準、技術に関するより詳細な情報については、以下のリソースをご参照ください：
TWIグローバル： チタンとその合金の溶接（業務知識109） - チタンの反応性と “ゲッター ”特性に関する技術データはこちら。.
溶接のヒントとコツ： チタンのTIG溶接：悪いタンクの現実 - 実際のトラブルシューティングと実践的なシールドのアドバイス。.
ファブリケーター チタン溶接の事実 - AWS D1.9の色彩許容基準に関する詳細な議論。.
ASME： プロセス配管コード B31.3 - 化学および工業用配管システムの規格。.
