1. ความสามารถในการเชื่อมโดยรวมของวัสดุไทเทเนียม
ไทเทเนียมบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์ (CP) (GR.1/GR.2/GR.3)
CP ไทเทเนียม (เฟสเดียว -) มีความสามารถในการเชื่อมได้ดีเยี่ยม ปริมาณโลหะผสมที่ต่ำจะช่วยลดการก่อตัวของเฟสระหว่างโลหะที่เปราะให้เหลือน้อยที่สุดในระหว่างการเชื่อม และค่าการนำความร้อนสูง (เทียบกับโลหะผสมไทเทเนียม) ช่วยกระจายความร้อนได้อย่างสม่ำเสมอ ลดความร้อนสูงเกินไปเฉพาะจุด วิธีการเชื่อมทั่วไป (GTAW/TIG, PAW/การเชื่อมอาร์กพลาสมา, การเชื่อม LBW/ลำแสงเลเซอร์) สามารถนำไปใช้ได้ทั้งหมด และหากมีการป้องกันที่เหมาะสม ข้อต่อเชื่อมที่มีความสมบูรณ์สูงก็สามารถทำได้
+ โลหะผสมไทเทเนียม (เช่น GR.5/Ti-6Al-4V)
GR.5 มีความสามารถในการเชื่อมปานกลาง การมีอยู่ของอะลูมิเนียม ( -สารทำให้เสถียร) และวาเนเดียม ( -สารทำให้เสถียร) ทำให้เกิดความท้าทาย เช่น การแยกเฟสและการทำให้เกรนหยาบในบริเวณรอยเชื่อม อย่างไรก็ตาม ยังสามารถเชื่อมได้อย่างน่าเชื่อถือด้วยการควบคุมกระบวนการที่เข้มงวด (เช่น การใช้ความร้อนต่ำ การป้องกันที่แม่นยำ)
โลหะผสมไทเทเนียม (เช่น Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al)
อัลลอยด์มีความสามารถในการเชื่อมที่ดีเนื่องจากมีเฟส - ที่เสถียรที่อุณหภูมิห้องและมีความไวต่อความร้อนที่ต่ำกว่า แต่มักมีการเชื่อมน้อยกว่าในการใช้งานทางอุตสาหกรรมเมื่อเทียบกับ CP ไทเทเนียมและ GR.5
2. ความไวต่อการแตกร้าวของรอยเชื่อมไทเทเนียม
ขาดการแคร็กแข็งตัว
ไทเทเนียมมีช่วงการเยือกแข็งที่กว้าง แต่โลหะเชื่อมจะแข็งตัวในเฟสเดียว- ( หรือ ) โดยหลีกเลี่ยงการก่อตัวของเฟสยูเทคติกที่ละลายต่ำ-ที่ขอบเขตของเกรน (สาเหตุหลักของการแตกร้าวของการแข็งตัว) สิ่งนี้ทำให้ไททาเนียมทนทานต่อการแตกร้าวจากการแข็งตัวแม้จะมีความร้อนสูงก็ตาม
ไฮโดรเจน-การแตกตัวด้วยความเย็น (HICC)
นี่เป็นประเภทการแตกร้าวที่พบบ่อยที่สุดในการเชื่อมไทเทเนียม ไฮโดรเจนสามารถเข้าสู่รอยเชื่อมและ HAZ จากความชื้นในก๊าซป้องกัน โลหะตัวเติมที่ปนเปื้อน หรืออากาศโดยรอบ ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 250 องศา (482 องศา F) ไฮโดรเจนจะรวมตัวกับไทเทเนียมเพื่อสร้างไฮไดรด์เปราะ (TiH₂) จะตกตะกอนตามขอบเขตของเมล็ดพืช ไฮไดรด์เหล่านี้สร้างความเข้มข้นของความเค้น ซึ่งนำไปสู่การแตกร้าวเย็นระหว่าง-การทำความเย็นหลังการเชื่อมหรือการบริการที่ตามมา (โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้แรงดึง) CP ไทเทเนียมและ GR.5 ต่างก็ไวต่อ HICC หากการป้องกันไม่เพียงพอ
แคร็กความเครียด
ความเค้นตกค้างจากการเชื่อม (เกิดจากการขยายตัว/การหดตัวเนื่องจากความร้อนไม่สม่ำเสมอ) สามารถกระตุ้นให้เกิดการแตกร้าวของความเค้นใน HAZ ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับส่วนประกอบที่มีความหนา-หรือรอยเชื่อมที่มีความยึดเหนี่ยวสูง HAZ ของ GR.5 มีแนวโน้มที่จะเกิดเกรนหยาบ ซึ่งจะช่วยลดความเหนียวและทำให้ไวต่อการแตกร้าวจากความเค้นภายใต้ความเค้นดึงที่ตกค้าง
3. การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกลหลังการเชื่อม
การเปลี่ยนแปลงความแข็งแกร่ง
ซีพี ไทเทเนียม: โลหะเชื่อมและ HAZ ของไทเทเนียม CP โดยทั่วไปจะมีความแข็งแรงสูงกว่า BM เล็กน้อย แต่มีความเหนียวน้อยกว่า HAZ ผ่านการทำให้เกรนหยาบเนื่องจากความร้อนในการเชื่อม เพิ่มความต้านทานแรงดึง 5–10% (เช่น ความต้านทานแรงดึง GR.2 BM ที่ 485 MPa เทียบกับความแข็งแรงของรอยเชื่อมที่ 510–530 MPa) แต่ลดการยืดตัวลง 10–15% (จาก 25% เป็น 20–22%)
GR.5 โลหะผสมไทเทเนียม: โลหะเชื่อม AS- ที่เป็นรอยเชื่อม GR.5 มีเฟสมาร์เทนซิติก ' (เกิดขึ้นจากการเย็นลงอย่างรวดเร็วของเฟส - ในระหว่างการเชื่อม) ซึ่งเพิ่มความต้านทานแรงดึงเป็น ~1000 MPa (สูงกว่า 860 MPa ของ BM ที่ผ่านการอบอ่อน) แต่ลดความเหนียวลงอย่างมาก (การยืดตัวลดลงจาก 12% เป็น 5–8%) HAZ ของ GR.5 พบกับเกรนหยาบและการเปลี่ยนเฟส โดยความแข็งแรงของผลผลิตลดลง 5–10% เมื่อเทียบกับ BM เนื่องจากโครงสร้างจุลภาคอ่อนตัวลง
ความเหนียวและความเหนียวลดลง
สำหรับเกรดไทเทเนียมทั้งหมด การเชื่อมจะทำให้ความเหนียวและความเหนียวในบริเวณรอยเชื่อมลดลงอย่างมาก เม็ดหยาบของ HAZ และโครงสร้างจุลภาคที่ไม่-สมดุลของโลหะเชื่อม (เช่น ' มาร์เทนไซต์ใน GR.5) ทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มการแตกร้าว ซึ่งลดความทนทานต่อการแตกหักลง 20–30% (เช่น ความเหนียวของการแตกหักของ GR.5 BM ที่ 60 MPa·m¹/² เทียบกับความเหนียวของรอยเชื่อมที่ 40–45 MPa·m¹/²) การยืดตัวของรอยเชื่อมของไทเทเนียม CP ลดลง 20–25% เนื่องจากการแข็งตัวของเกรนใน HAZ
การเสื่อมประสิทธิภาพความเมื่อยล้า
ข้อต่อเชื่อมเป็นจุดอ่อนที่สุดในการต้านทานความล้า การรวมกันของความเค้นตกค้าง ความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของโครงสร้างระดับจุลภาค และความพรุน/การรวมตัวที่อาจเกิดขึ้นจะช่วยลดความแข็งแรงเมื่อยล้าของการเชื่อมไทเทเนียมได้ 30–50% เมื่อเทียบกับ BM ตัวอย่างเช่น GR.5 BM อบอ่อนมีความต้านทานความล้าของวงจร 107- ที่ 400 MPa ในขณะที่-ความแข็งแรงเมื่อยล้าของข้อต่อเชื่อมลดลงเหลือ 180–250 MPa การอบอ่อนหลัง-ด้วยความร้อนในการเชื่อม (เช่น การหลอมแบบบรรเทาความเครียด- หรือการหลอมแบบตกผลึกใหม่) สามารถฟื้นฟูประสิทธิภาพความล้าได้บางส่วนโดยการลดความเค้นตกค้างและปรับแต่งโครงสร้างจุลภาค
การเปลี่ยนแปลงความต้านทานการกัดกร่อน
การเชื่อมไททาเนียมที่มีการป้องกันอย่างไม่เหมาะสมอาจมีการปนเปื้อนของออกซิเจน/ไนโตรเจนใน HAZ ซึ่งจะช่วยลดความต้านทานการกัดกร่อนในตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อน (เช่น น้ำทะเล กรด) อย่างไรก็ตาม ด้วยการป้องกันแบบเต็ม ความต้านทานการกัดกร่อนของรอยเชื่อมจึงเทียบได้กับ BM
