Titaan lassen onder de knie: bewezen proces & technieken

Titaan wordt beschouwd als een exotisch metaal vanwege zijn lage gewicht, goede sterkte, en corrosieweerstand. Echter, in het verleden werd gegloeid dat correct titaan lassen alleen in afgedichte kamers uitgevoerd kon worden.

Het is een reactief metaal dat kan worden gecontamineerd door atmospherische gassen. Maar titaan lassen is eigenlijk niet zo moeilijk als veel lassers denken. Je hoeft alleen de juiste gasschilding tijdens het lassen te handhaven, de rest is erg vergelijkbaar met het lassen van andere metaaltypen.

Titaan lassen

Titaan en de legeringen worden meest vaak gelast met de gaswolfraamboog (GTA of TIG) en gasmetaalboog (GMA of MIG) letselprocessen. Weerstand, plasmaboog, elektronenbundel, en wrijvingslassen worden ook op titaan gebruikt tot een beperkte mate. Al deze processen bieden voordelen voor specifieke situaties.

Titaan en de meeste titaanlegeringen zijn gemakkelijk lasbaar, met behulp van diverse letselprocessen. Goed gemaakte letsels in de as-gewelste toestand zijn duktil en, in de meeste omgevingen, even corrosieweerstand als het basismetaal. Slechte letsels, aan de andere kant, kunnen verbrokkeld en minder corrosieweerstand zijn vergeleken met het basismetaal.

De technieken en apparatuur gebruikt in titaan lassen zijn vergelijkbaar met die vereist voor andere hoogprestatiematerialen, zoals roestvrij staal of nikkel-basislegeringen. Titaan eist echter meer aandacht voor schoonmaak en het gebruik van hulp inerte gasschilding dan deze materialen.

Vloeibaar titaan letselmetaal moet volledig beschermd worden tegen verontreiniging door lucht. Ook, hitte-beïnvloede zones en de wortelkant van titaan letsels moeten beschermd blijven tot de temperaturen onder 800°F (427°C) dalen.

Titaan reageert gemakkelijk met lucht, vocht, vet, vuil, refractorien, en de meeste andere metalen om broze verbindingen te vormen. De reactie van titaan met gassen en fluxes maakt gangbare letselprocessen zoals gaslassen, beschermde metaalboog, flux-gekernte boog, en onderstroombooglassen ongeschikt.

Evenzo is lassen van titaan aan de meeste ongelijke metalen niet haalbaar, omdat titaan broze verbindingen vormt met de meeste andere metalen; echter, titaan kan gelast worden aan zirconium, tantalum, en niobium.

Ondanks de voorzorgsmaatregelen die genomen moeten worden, lasten veel fabricanten routinematig en economisch titaan, wat geluidige, duktile letsels produceert tegen vergelijkbare tarieven als veel andere hoogprestatiematerialen.

Een van de belangrijke voordelen van het lassen van de commercieel zuivere graden van titaan is dat ze voor meer dan 99% zuiver titaan zijn en er geen zorgen over scheiding zijn. Hetzelfde geldt voor letseldraad of staaf in commercieel zuivere graden.

Letselomgeving

De meeste titaan lassen vandaag de dag wordt in de open fabriekszaal gedaan, hoewel kamerlassen nog op beperkte basis wordt beoefend. Veldlassen is gebruikelijk. Waar ook het lassen gedaan wordt, een schone omgeving is noodzakelijk om titaan te lassen.

Een apart gebied, specifiek gereserveerd voor het lassen van titaan, helpt bij het maken van kwalitatieve letsels. Dit gebied moet schoon gehouden worden en geïsoleerd van vuil-producerende operaties zoals slijpen, brandersnijden, en schilderen. Daarnaast moet het letselgebied vrij zijn van luchttochten en moet de vochtigheid gecontroleerd worden.

Letselvoorbereiding

Een van de belangrijkste factoren in het bepalen van een kwalitatieve titaan letsel is de juiste voorbereiding van de letsel.

• Reinig het oppervlak van de titaan om eventuele onzuiverheden te elimineren en olie, vet of vuil te verwijderen. Het is het beste om chemicaliën te gebruiken die specifiek voor titaan ontworpen zijn. Onthoud: hoe schoner de titaan, hoe sterker je gecreëerde letsel zal zijn.
• Om de verontreinigingen te verwijderen, kun je een stoomreiniger of een uitgezette oplossing van natriumhydroxide gebruiken.
• Gebruik een kleine hete-luchtblazer om ervoor te zorgen dat er geen vocht meer op het oppervlak zit. Zorg er echter voor dat je het niet op brandbare oplosmiddelen gebruikt.
• Zorg dat alle letselonderdelen ook schoon en droog zijn.
• Gebruik nooit chloor-gebaseerde reinigingsoplossingen op titaan.
• Zelfs je handen kunnen een bron van verontreiniging zijn. Maar houd er rekening mee dat rubber handschoenen chloor kunnen bevatten, dus kies liever voor plastic of katoen handschoenen.
• Voordat je de boog aanslaat, zorg ervoor dat de oplosmiddelen die je gebruikte om het oppervlak te reinigen, volledig verdampt zijn, aangezien ze doorgaans een laag vlampunt hebben.

Kies een schildingsgas

Aangezien titaan gemakkelijk reageert met lucht, olie, vuil, vocht, en andere metalen om broze verbindingen te vormen, is het gebruik van het juiste schildingsgas essentieel als je wilt garanderen dat je met een sterke letsel eindigt. Meestal gebruiken de meeste lassers 99,999% zuiver Argon voor het proces. Alleen echt zuiver Argon en Helium bieden optimale bescherming van de atmosfeer.

Wanneer je het schildingsgas voor je letselproject koopt, zorg ervoor dat je deze gas alleen van betrouwbare leveranciers krijgt. Zelfs als de Argon iets minder zuiver is dan vereist, kan het resulteren in verkleuring. Je eindigt met een geelgetinte letsel, wat niet iets is dat je wilt. Onzuiver gas of onvolledige dekking kan ook blauwe tinting en vlekvorming veroorzaken.

Bij titaan moet je ervoor zorgen dat niet alleen de voor- maar ook de achterkant beschermd blijft van de atmosfeer. Elk gebied dat hitte-beïnvloed is, zal een nadelige reactie hebben als het in contact komt met zuurstof.

Voor kleinere onderdelen kun je ingehechte compartimenten gebruiken gemaakt van handschoendozen die gevuld zijn met schildingsgas. Je kunt zelfs speciaal gemaakte polyetheen purge-gaskamers gecombineerd met een purge-monitor gebruiken. Met hen kun je verifiëren dat de kamer voldoende Argon heeft voor optimale bescherming.

Als je zoekt naar een ideaal dekkingsniveau tijdens het lassen, hier zijn drie stappen die je moet volgen:

• Primair schilding – meestal ingebouwd in de lasbrander en biedt de primaire dekking nodig voor het beschermen van het vloeibare letselbad. Je kunt een standaard, watergekoelde brander gebruiken die uitgerust is met een keramische kop en gaslensen. We raden aan om een brander met een bredere kop te kiezen voor de beste dekking.
• Secundair schilding – Achtervolgschilder (trailing shields) bieden secundaire bescherming. Ze zijn bevestigd aan het einde van de meeste lasbranders en garanderen dat alle hitte-beïnvloede gebieden veilig worden gehouden van verontreiniging.
• Backup schilding – Deze apparaten lijken op trailing shields en dienen vrijwel dezelfde functie. Ze zijn ofwel handgehouden apparaten of in positie getaped. Ze komen zelden voorgefit in de lasbrander.

De juiste vuldraad selecteren

Bij het kiezen van het vullmetaal om titaan en de legeringen te lassen, raden we aan om een vuldraad te kiezen die primair dezelfde eigenschappen bezit als het basismateriaal. Je kunt ook een draad selecteren die gecategoriseerd is in een sterkteniveau dat één graad onder het basismetaal ligt. In sommige situaties kan de lasser zelfs een hele andere categorie vuldraad gebruiken.

Je keuze van vuldraad hangt af van de eigenschappen en de combinatie van de verbinding. Om de verbindingsduktiliteit te verbeteren:

• Bij het lassen van ongelegeerd titaan van hogere sterkte, gebruik een vullmetaal dat lager is in vloeistrekken van de basis.
• Je kunt ongelegeerd vullmateriaal gebruiken bij het lassen van titaan uit de Ti-5Al-2.5Sn en Ti-6Al-4V classificaties.
• Een andere optie is vullmetaal met lagere percentages zuurstof, stikstof, waterstof, koolstof, en andere legeringselementen dan het basismetaal.

Bruikbare letselprocessen

Bij het lassen van titaan en titaanlegeringen, kun je elk van de volgende letselprocedures gebruiken:

• Elektronenbundel-lassen (EBW)
• Gas-wolfraambooglassen (GTAW) of (TIG) Wolfraam Inert Gas Lassen
• Weerstandslassen (RW)
• Laserbundel-lassen (LBW)
• Plasmabooglassen (PAW)
• Gas-metaalbooglassen (GMAW) of (MIG) Metaal Inert Gas
• Wrijvingslassen (FRW)

1. Elektronenbundel-lassen

Dit is een smeltsproces dat een hoge-snelheid elektronenbundel gebruikt om twee metalen te verbinden. Wanneer de bundel in contact komt met de metalen stukken, genereert het intense warmte. De twee platen smelten en smeden tot een solide verbinding. Luchtvaart- en vliegtuigproductie-industrieën gebruiken elektronenbundel-lassen vanwege de duurzaamheid van de geproduceerde verbindingen.

Je kunt de elektronenbundel-lassenprocedure gebruiken voor platen variërend van 6mm tot 76mm en meer. Het proces produceert hoogwaardige letsels met lage verontreinigingsniveaus omdat het proces plaatsvindt in een hoge-vacuüm atmosfeer.

2. Wolfraam Inert Gas / GTAW

TIG of GTA letselprocessen gebruiken een niet-verbruikbare wolframelektrode die stroom overdraagt naar de letselboog. Schildingsgas wordt gebruikt om het letselbad te beschermen tegen externe verontreiniging, wat kan resulteren in zwakke en lage-kwaliteit letsels. In het proces heb je een vullmetaal of draad nodig voor de letselverbinding.

Het is een wijd gebruikt proces voor het lassen van titaan en de legeringen. Je kunt TIG zonder vullmateriaal gebruiken voor vierkante stootnaadverbindingen op basismetalen tot 2,5 mm dikte. Voor dikkere platen moet je vullmetaal gebruiken om te garanderen dat de resulterende letselverbinding duurzaam is.

3. Weerstandslassen (RW)

Weerstandslassen is een thermo-elektrische procedure. Het verbindt twee metalen stukken door een gecontroleerde stroom door de platen te laten lopen voor een gecontroleerde periode. Het is gebruikelijk om een aanzienlijke hoeveelheid druk voor de procedure te gebruiken. In deze methode is warmte strikt beperkt tot het gebied dat verbonden moet worden.

Je kunt weerstandslassen gebruiken om titaan en de legeringen te verbinden voor punt- of continue letsels. Het is bijzonder nuttig wanneer het gaat om het lassen van titaan met andere metalen zoals koolstofstaal of roestvrij staal platen.

4. Laserbundel-lassen (LBW)

Dit is een ander smeltslasproces dat twee metalen stukken verbindt via een laser. Het verhit het snijpunt tussen de twee platen, die smelten en samenvloeien, de verbinding vormend. Eenmaal het vloeibare letselbad afkoelt en verstoligt, resulteert het in een stevige, duurzame letsel.

Lassers prefereren tegenwoordig steeds vaker laserbundel-lassen voor titaan omdat het de noodzaak voor een vacuümkamer verwijdert. Echter, het gebruik van schildingsgas is nog steeds een must omdat het risico op verontreiniging blijft.

Hoewel een laserbundel en elektronenbundel beide smeltslasprocedures zijn, is het bereik van de eerste meer beperkt. Je kunt het proces niet efficiënt gebruiken op titaanplaten dikker dan 13mm.

5. Plasmabooglassen (PAW)

Plasmabooglassen is vergelijkbaar met TIG omdat het ook een boog gebruikt tussen een wolframelektrode en het werkstuk. Het is geschikt voor gebruik op bijna alle titaanclassificaties en presteert goed zelfs op dikke metalenplaten. Met de sleutelgat-techniek (keyhole technique) kun je het ook gebruiken op een eenmalige plaat tot 13 mm dik.

6. Metaal Inert Gas (MIG) / Gas-Metaal Booglassen (GMAW)

MIG-lassen gebruikt een vaste vuldraad die continu verhit en gevoed wordt via een laspistool. Het proces vereist het gebruik van schildingsgas om het letselbad te beschermen tegen verontreiniging. Veel lassers prefereren GMAW vanwege de hoge metaalafzettings- en productiesnelheden.

Je kunt het proces ook gebruiken voor titaanletsels op platen die dicker zijn dan 3mm. Met de gepulste stroomtechniek kun je hoogwaardige letsels produceren. De methode blijkt minder kostbaar dan anderen, vooral voor gebruik op titaanplaten dikker dan 13mm.

7. Wrijvingslassen (FRW)

Zoals de naam impliceert, gebruikt de methode wrijving om twee metalen stukken te verbinden. Het is een vastestof-lasesproces waarbij de resulterende verbinding even sterk is als de basis. Het wordt wijd gebruikt in diverse industrieën en is nuttig voor het verbinden van pijpen, buizen, of staven. Het presteert bijzonder goed in situaties waar je schone verbindingen kunt bereiken zonder het gebruik van additionele beschermende maatregelen. Voor meer informatie klik Wat is Wrijvingslassen?

Titaan lassen Video