Поморске структуре захтевају материјале који су отпорни на морску воду, хлориде и морску атмосферу, а истовремено одржавају ниску тежину и занемарљиву магнетну сигнатуру. Титанијум и његове легуре задовољавају све те захтеве, али заварљивост је оно што одлучује да ли се дизајн заиста може израдити и одржати у употреби. Овај водич објашњава како се бирају врсте титанијума у мору, како се бирају додатни метали и заштита и како су спојеви дизајнирани и термички обрађени тако да заварена структура задржи својства основног метала.
Зашто се титанијум даје предност за поморске конструкције
Комерцијално чисте легуре титанијума и алфа{0}}бета титанијума комбинују високу специфичну чврстоћу, одличну отпорност на морску воду и морску атмосферску корозију, немагнетно понашање, звучну пропусност, добру отпорност на ударце и вибрације и карактеристике израде. Отпорност на корозију потиче од стабилног,-самопоправљајућег пасивног филма титанијум-диоксида који се-формира у року од неколико милисекунди када је механички оштећен, тако да општи губитак и удубљење остају занемарљиви у газираној морској води.
Густина око 4,51 г/цм3, отприлике 57 процената од челика, што смањује тежину горње стране и побољшава маргине стабилности.
Термичко ширење око 8,6 к 10-6 по К на собној температури, ниже од аустенитног нерђајућег челика, што ограничава изобличење у дугим завареним шавовима.
Топлотна проводљивост је ниска, око 7 В/(мК) за Ти-6Ал-4В, тако да концентрати топлоте на споју и улаз топлоте морају бити строго контролисани.
Модул еластичности око 105 ГПа, нижи од челика, тако да су конструкцијама заснованим на крутости{1}}потребни дебљи пресеци или додатни елементи за учвршћивање.
Пошто титанијум служи структури трупа, погонским системима, енергетским системима, електронским информационим системима, помоћним системима и специјалним уређајима, програм једног брода може захтевати неколико класа и облика производа, од плоча и шипки до бешавних и заварених цеви.
Класе и типичне карактеристике морског титанијума за заваривање
Избор степена почиње од услужног окружења, а затим од захтева снаге. Све доле наведене класе покривене су АСТМ Б265 спецификацијом плоча, листова и трака и, за цевасте производе, АСТМ Б338; ознака, хемија и границе нечистоћа прате релевантни стандард производа и еквивалентни национални систем квалитета титанијума.
| Оцена | Називни састав | 0,2 посто отпорног напрезања, МПа | Затезна чврстоћа, МПа | Типична поморска дужност |
|---|---|---|---|---|
| 1. разред | Нелегирани титанијум | 170 | 240 | Компоненте хемијског процеса, канали ниског{0}}оптерећења |
| 2. разред | Нелегирани титанијум | 275 | 345 | Цевоводи за морску воду, лимови цеви, облоге трупа |
| 5. разред | Ти-6Ал-4В | 828 | 895 | Носачи{0}}великог оптерећења, причвршћивачи, хардвер пропелера |
| 7. разред | Ти-0,15Пд | 275 | 345 | Процесна окружења са високим{0}}хлоридима и ниским{1}пХ |
| 9. разред | Ти-3Ал-2,5В | 483 | 620 | Хидрауличне и инструментационе цеви |
| 12. разред | Ти-0,3Мо-0,8Ни | 345 | 483 | Цеви за измењивач топлоте морске воде и цевни листови |
| 23. разред | Ти-6Ал-4В ЕЛИ | 759 | 860 | Подморске и{0}}компоненте трупа под притиском |
Нелегиране врсте се најлакше заварују и користе се свуда где чврстоћа није ограничена. Легирани слојеви нуде већу чврстоћу, али им је потребна строжа контрола међупростора и уноса топлоте јер је бета фаза осетљива на обоје.
Избор метала за пуњење: једнака чврстоћа са нижим еквивалентом алуминијума
Заваривање титанијума у мору обично следи принцип једнаке{0}}снаге: спој мора да пружи не само снагу већ и уравнотежену комбинацију пластичности, жилавости и отпорности на пуцање. У пракси три правила регулишу избор пунила.
Користите хомогени, одговарајући метал за пуњење као подразумевани избор.
Тамо где је потребна већа дуктилност споја, користите потрошни материјал са нешто нижим степеном легирања од основног метала.
Да бисте повећали пластичност метала шава, држите садржај међупростора у жици нижим него у основном металу.
Регресиона анализа података о производњи и квалификационом испитивању показује да се изотропија метала шава и основног метала обично постиже када је садржај легуре жице око један алуминијумски еквивалент нижи од садржаја матичног материјала. Алуминијумски еквивалент се израчунава из алфа-стабилизујућих елемената, углавном алуминијума, калаја и цирконијума, пондерисаних у односу на бета стабилизаторе молибден, ванадијум и ниобијум. Одржавање алфа стабилизатора на мало ниском нивоу компензује брзо хлађење завареног базена, који иначе производи пре-ојачану и мање дуктилну зону фузије.
Интерстицијални елементи су важни исто колико и супституцијско легирање. Кисеоник, азот, водоник и угљеник повећавају снагу, али нагло смањују жилавост, тако да се хемија жице обично наводи према АВС А5.16 ЕРТи класификацији пунила, која ове елементе затвара на ниским нивоима. Жицу и основни метал треба чувати у запечаћеној амбалажи, руковати чистим-рукавицама без длачица и обрисати растварачем који не оставља остатке непосредно пре употребе.
Заштита гаса и контрола контаминације
Титанијум је високо реактиван изнад отприлике 600 Ц и апсорбује кисеоник, азот и водоник из ваздуха. Потпуна инертна заштита се стога мора наставити све док се зона завара и топлота{2}}не охладе испод око 400 Ц, што је далеко изван досега конвенционалне млазнице горионика.
Користите аргон са чистоћом од најмање 99,99 процената, а пожељно 99,995 процената, са ниским садржајем влаге; хелијум или аргон-мешавине хелијума се користе тамо где је потребно дубље продирање.
Поставите пратећи штит иза горионика и, за цев или цев, очистите унутрашњост спојнице аргоном све док ниво кисеоника на излазу не падне испод 50 ппм пре него што се лук удари.
Проверите боју шава као примарни критеријум прихватања на терену: прихватљива је сребрна или светла сламнаста нијанса, светлоплава нијанса мора бити уклоњена локалним механичким премазом, а тамноплава, сива или кредасто бела површина указује на контаминацију и захтева да се захваћени метал исече.
Чувајте зону заваривања од промаје и заштитите је од вентилатора и отворених врата; поремећај протока гаса се одмах показује као промена боје или порозност.
Дизајн зглобова, унос топлоте и ослобађање од стреса
Облик зглоба је променљива првог{0}}реда за животни век замора. Квадратни чеони спојеви са машински обрађеним земљиштем и без размака у корену су пожељнији за танке пресеке, а једно-В или двоструко-В препарати се користе за дебље плоче са издашним кореном. Уски жлебови, перле и контролисано ткање минимизирају ширину зоне{5}}захваћене топлотом и запремину материјала који апсорбује контаминацију. Унос топлоте се одржава на ниском нивоу, температура између пролаза се одржава испод око 150 Ц, а површине се чисте између пролаза.
Растерећење напрезања морских титанијумских заварених спојева мора бити усклађено са квалитетом, а не равномерно нанети. Нелегирани слојеви се обично остављају као-заварени јер су заостала напрезања скромна и термичка обрада повећава трошкове без користи. Алфа-бета легуре као што је Ти-6Ал-4В се обично ослобађају од напрезања између 550 Ц и 650 Ц, у вакууму или инертној атмосфери високе чистоће, са временом и брзином хлађења фиксираним квалификованом процедуром; потпуно жарење се врши на вишој температури унутар опсега дозвољеног спецификацијом производа. Поступци су квалификовани испитивањем поступка заваривања, на пример према ИСО 15614-1 за електролучно заваривање титанијума, а квалификовани опсег фиксира предгревање, међупролазну температуру, пуњење и унос топлоте.
Инспекција комбинује визуелни преглед сваког завара, пенетранта боје или флуоресцентног пенетранта за површинске дефекте, и радиографско или ултразвучно испитивање за волуметријске дефекте на критичним спојевима, након чега следи провера тврдоће на купонима за квалификацију поступка.
Често постављана питања
П: Да ли се титанијум може директно заварити за челик или нерђајући челик?
Не. Титанијум формира крхка интерметална једињења са гвожђем, никлом и хромом, тако да ће шав директном фузијом пуцати. Прелазни спојеви користе биметални уметак или механичку, вијцима или експлозивно-везу, а титанијумска страна се затим заварује на тај уметак.
П: Које пунило се обично користи за морски титанијум степена 2?
Степен 2 је заварен одговарајућим ЕРТи-2 пунилом. За заварене шавове који морају показати додатну дуктилност након формирања, може се одабрати пунило ЕРТи-1 са нижим садржајем међупростора, под условом да је смањена чврстоћа прихватљива у прорачуну дизајна.
П: Зашто је при заваривању титанијума неопходан пратећи штит?
Зона погођена заваром и топлотом{0}}остаје изнад прага контаминације од отприлике 400 Ц неколико секунди након што лук прође. Пратећи штит протеже инертни омотач преко тог врућег метала, спречавајући покупљење кисеоника и азота што узрокује промену боје и крхкост.
П: Шта значи плава или сива боја завара?
То значи да је метал био изложен ваздуху док је још врућ. Плава означава умерену контаминацију и захтева механичко уклањање и поновну{1}}инспекцију; сива или кредасто бела указује на озбиљну контаминацију, а захваћени део се обично исече и поново-завари уз побољшану заштиту.
П: Да ли је за бродски титанијум увек потребна топлотна обрада након{0}}варења?
Не. Нелегиране врсте се углавном користе као-заварене. Растерећење напрезања је специфицирано за алфа-бета легуре и за везивање-тешке склопове, а циклус се бира на основу класе, дебљине пресека и резултата квалификованог испитивања поступка заваривања.
П: Како се проверава квалитет завара?
Визуелни преглед и процена боје шава се примењују на сваки спој, испитивање пенетрацијом покрива површинске{0}}дефекте приликом ломљења, а радиографија или ултразвучно испитивање се користи на критичним структуралним и{1}}притисним спојевима, уз подршку деструктивног испитивања купона за квалификацију процедуре.
