Saldatura del titanio: schermatura, parametri e controllo del colore di saldatura
Aug 12, 2025
Perché la saldatura del titanio richiede un controllo speciale
Il titanio è chimicamente molto attivo a temperature elevate. A temperatura ambiente è protetto da una pellicola di ossido passivo stabile, ma una volta riscaldato oltre i 400 gradi circa, il metallo inizia ad assorbire ossigeno, azoto, idrogeno e carbonio dall'atmosfera a una velocità che aumenta rapidamente con la temperatura. Nel bagno di fusione l'affinità è sufficientemente forte da far ossidare e nitrurare il metallo di titanio non protetto in pochi secondi.
Questo comportamento è il motivo per cui la saldatura del titanio è governata dal controllo dell’atmosfera piuttosto che dalla sola tecnica dell’arco. Il titanio ha anche una bassa conduttività termica, quindi il calore dell'arco rimane concentrato vicino alla saldatura, e un coefficiente di dilatazione termica relativamente basso, che limita la distorsione e aiuta a produrre giunti puliti e sani quando la schermatura è adeguata.
Come gli elementi interstiziali modificano le proprietà di saldatura
| Elemento | Effetto sulla saldatura | Misura di controllo |
|---|---|---|
| Ossigeno | Soluzione solida interstiziale, distorsione reticolare, maggiore resistenza e durezza ma minore duttilità e tenacità | Gas di protezione ad elevata-purezza, protezione finale, spurgo sul lato radice |
| Azoto | Effetto rinforzante simile con rapida perdita di plasticità; le saldature ricche di azoto- diventano dorate e poi blu | Eliminare l'ingresso di aria, monitorare la purezza del gas sulla torcia |
| Idrogeno | Forte calo della resilienza, formazione di idruri, infragilimento delle articolazioni | Sgrassare completamente, limitare l'idrogeno nel materiale di riempimento e nel metallo di base |
| Carbonio | Rinforzo a livelli bassi, carburi duri e fragili e fessurazione al di sopra del limite di solubilità | Rimuovere olio e grasso, limitare il carbonio al limite della qualità |
Poiché l'ossigeno e l'azoto aumentano la durezza distruggendo la tenacità, l'aspetto della saldatura è un indicatore pratico del processo: un cambiamento di colore da argento a oro, da blu a grigio, tiene traccia della quantità di contaminazione assorbita. La maggior parte dei gradi di titanio limitano il carbonio allo 0,10% massimo e i comuni gradi di purezza commerciale-sono mantenuti allo 0,08% massimo, quindi il pezzo in lavorazione e il filo di apporto devono essere privi di olio e composto marcante prima della saldatura.
Gas di protezione e protezione finale
La sola schermatura della torcia non è sufficiente per il titanio. Il bagno di saldatura è protetto dal gas della torcia, ma il cordone solidificato e la zona adiacente interessata dal calore-rimangono al di sopra della soglia di contaminazione per diversi secondi dopo il passaggio dell'arco. Devono rimanere sotto gas inerte finché non si raffreddano.
Utilizzare argon con purezza pari o superiore al 99,99% come gas di torcia, gas di scarico e gas di supporto o di spurgo.
Monta uno scudo posteriore che segua la torcia e copra il tallone e la zona-influenzata dal calore su entrambi i lati.
Spurgare l'interno dei giunti dei tubi e dei vasi finché l'ossigeno residuo non raggiunge un valore basso di parti per milione.
Controllare il punto di rugiada e la portata all'uscita ed evitare turbolenze che attirino aria nello schermo.
Non permettere mai che l'arco si spezzi con l'elettrodo ancora caldo ed esposto; il post-flusso deve continuare dopo l'estinzione dell'arco.
Preparazione e pulizia dei giunti prima della saldatura
La pulizia non è facoltativa. Le scaglie di ossido, il fluido da taglio, le impronte digitali, l'inchiostro dei pennarelli e i trucioli di lavorazione introducono carbonio, idrogeno o ossigeno nella saldatura.
Preparare gli smussi di saldatura mediante lavorazione meccanica anziché molatura, in modo che nella faccia del giunto non rimangano particelle abrasive o contaminazione incorporata.
Sgrassare con un solvente adatto, quindi rimuovere lo strato di ossido mediante spazzolatura in filo di acciaio inossidabile o pulizia con acido e asciugare.
Manipolare le giunzioni preparate solo con guanti puliti; non utilizzare gli stessi strumenti utilizzati sull'acciaio al carbonio.
Conservare il filo di apporto nella sua confezione originale fino al momento dell'uso e pulirlo prima di inserirlo.
Il metallo d'apporto viene selezionato dalla classificazione AWS A5.16, ad esempio ERTi-2 per metallo base di grado 2 o ERTi-5 per Ti-6Al-4V, e deve essere abbinato al grado del metallo base e alla resistenza e duttilità richieste del giunto.
Parametri di saldatura e pratica dell'arco
Il titanio viene normalmente saldato mediante saldatura ad arco di tungsteno a gas con elettrodo negativo a corrente continua, oppure mediante processi ad arco plasma, fascio di elettroni o laser per lavori di produzione. Le regole essenziali sono coerenti in tutti: basso apporto di calore, nessuna tessitura, nessuna variazione eccessiva della velocità di viaggio e schermatura continua.
| Pratica | Raccomandazione |
|---|---|
| Inizio dell'arco | Utilizzare l'innesco dell'arco ad alta-frequenza; non innescare mai l'arco sul pezzo al di fuori del giunto |
| Saldatura a punti | Ove possibile, evitare o realizzare punti di penetrazione-completa che verranno consumati dalla saldatura finale |
| Posizione di saldatura | Posizione abbassata o piatta dove il design del giunto lo consente |
| Apporto di calore | Mantenuto basso, con perline e tessitura minima |
| Temperatura di interpass | Consentito di cadere prima che venga depositato il passaggio successivo |
| Elettrodo | Tungsteno toriato o cerato, correttamente macinato e non contaminato dal contatto con la piscina |
Gli archi elettrici, gli spruzzi e i bruschi cambiamenti nella velocità di spostamento creano contaminazione locale o solidificazione irregolare. Laddove sia necessario riposizionare un giunto, la saldatura parzialmente completata dovrebbe essere comunque protetta finché non si sarà raffreddata al di sotto della soglia di ossidazione.
Trattamento termico post-saldatura e accettazione del colore di saldatura
Il trattamento termico post-saldatura dovrebbe essere evitato ogni volta che la progettazione lo consente, poiché qualsiasi ciclo termico aumenta il rischio di ulteriore contaminazione e crescita di grani. Se è necessaria la riduzione dello stress, la temperatura viene generalmente mantenuta al di sotto di circa 650 gradi e l'atmosfera del forno deve essere sotto vuoto o gas inerte di elevata purezza. Il pezzo deve essere pulito prima di entrare nel forno, poiché l'olio residuo si decompone e deposita carbonio.
Il colore della saldatura è il criterio di accettazione standard di prima linea- sulle fabbricazioni in titanio. La sequenza va dal bianco argento-, che significa assenza di ossidazione, al paglierino leggero, poi paglierino intenso e blu, fino al grigio o bianco, che significa ossidazione pesante. Le saldature in argento e paglia leggera indicano una schermatura accettabile. La paglia profonda può essere tollerata per compiti non-critici. Le superfici blu e grigie indicano una saldatura contaminata, dura e fragile e tali giunti vengono normalmente rimossi e ri-saldati anziché accettati.
I controlli di supporto includono la durezza trasversale attraverso la zona di saldatura e-influenzata dal calore, test di piegatura, esame radiografico o penetrante del giunto finito e, per le attrezzature a pressione, il test di pressione richiesto dal codice di costruzione applicabile.
Domande frequenti
D: Perché il colore della saldatura del titanio è così importante?
Il colore riflette l'ossidazione: l'argento indica una schermatura corretta, l'oro o la paglia mostrano una leggera ossidazione e il blu o il grigio indicano una forte contaminazione con duttilità e tenacità ridotte.
D: Quale purezza del gas di protezione è necessaria per la saldatura del titanio?
L'argon con purezza pari o superiore al 99,99% viene utilizzato per la torcia, il gas di scarico e di supporto, con l'interno del giunto spurgato fino a un livello di ossigeno residuo molto basso.
D: Gli smussi di saldatura in titanio devono essere rettificati o lavorati a macchina?
Gli smussi sono lavorati a macchina, non rettificati, in modo che le particelle abrasive e la contaminazione incorporata non vengano trasportate nel giunto.
D: È necessario un trattamento termico post-saldatura sul titanio?
Viene evitato laddove l'applicazione lo consente; quando viene specificata la distensione, la temperatura viene normalmente mantenuta al di sotto di circa 650 gradi nel vuoto o in atmosfera inerte.
D: Quale metallo d'apporto viene utilizzato per Ti-6Al-4V?
Il riempitivo ERTi-5 secondo la classificazione AWS A5.16 corrisponde al metallo base Ti-6Al-4V, mentre i giunti non legati di grado 2 normalmente utilizzano ERTi-2.
D: Cosa succede se il titanio assorbe idrogeno durante la saldatura?
La resistenza agli urti diminuisce drasticamente e la formazione di idruri indebolisce il giunto, motivo per cui prima della saldatura vengono applicati i limiti di idrogeno e lo sgrassaggio completo.
