グレード 5 チタン合金 (Ti-6Al-4V) は、産業および構造用途で最も一般的に使用される + チタン合金です。多くの高強度合金と比較して溶接性は良好ですが、高温では非常に化学反応性が高いため、健全で信頼性の高い溶接継手を製造するには厳密なプロセス制御が不可欠です。以下はグレード 5 チタン合金を溶接する際の重要な注意事項です。
まず、清潔であることが重要です。
チタンは溶接温度で酸素、窒素、水素、炭素と強く反応し、脆化、気孔、亀裂の原因となります。すべての表面-（溶接接合部、フィラー ワイヤ、付近の母材を含む）-を徹底的に洗浄する必要があります。油、グリース、水分、ゴミ、加工液などは溶剤洗浄後、ドライエアブローで除去してください。スチールツール、鉄粒子、または銅による汚染も欠陥を引き起こす可能性があるため、専用のチタン溶接ツールおよび治具を強くお勧めします。
第二に、効果的なガスシールドが必須です。
鋼やアルミニウムとは異なり、チタンは溶接中だけでなく、溶接部と熱影響部が 300 度以下に冷えるまで保護する必要があります。通常、高純度アルゴン (99.99% 以上) が使用されます。高温領域全体をカバーするために、トレーリング シールド、大型ガス レンズ、または密閉チャンバーが適用されることがよくあります。シールドが不十分であると変色が発生します。これは、大気ガスの吸収と延性と靭性の重大な損失を示します。
第三に、入熱とパス間温度の制御が重要です。
過剰な入熱は溶接部や熱影響部での結晶粒の成長を促進し、接合強度と疲労性能を低下させます。パス間温度が高いと、水素の取り込みと酸化のリスクも高まります。一般に、パス間温度は 150 度未満に保つ必要があります。 GTAW (TIG)、PAW、レーザー溶接などの低から中程度の入熱プロセスが推奨されます。サブマージ アーク溶接などの高入熱プロセスはほとんど使用されません。
第 4 に、溶加材の選択は適切に適合する必要があります。
ほとんどの構造溶接では、延性を向上させ、亀裂の感受性を軽減するために、ERTi‑5 フィラー金属 (市販の純チタン) がよく使用されます。強度のマッチングが必要な場合は、Ti‑6Al‑4V フィラー (ERTi‑6Al‑4V) を使用できますが、凝固割れを避けるために、より厳密な洗浄とシールドが必要です。
第五に、汚染と異種金属の問題の回避。
炭素鋼、銅、真鍮、青銅との直接接触は避けてください。チタンは熱伝導率が低く、融点が高いため、溶融池はゆっくりと凝固します。不適切な形状や拘束は、溶接の歪みや残留応力を引き起こす可能性があります。溶接後の応力除去は重要なコンポーネントに適用できますが、完全な不活性ガス保護下でのみ適用されます。
最後に、溶接後の検査と品質管理が不可欠です。
変色や気孔の目視検査が標準です。重要な用途には、染料浸透試験 (PT) または放射線透過試験 (RT) が使用される場合があります。曲げ試験や引張試験などの機械試験により、ジョイントが延性と強度の要件を満たしていることが確認されます。
要約すれば、グレード 5 チタン合金の溶接を成功させるには、極度の清浄度、信頼性の高い不活性ガスのシールド、制御された入熱、適切な溶加材、および厳格なプロセス規律が必要です。適切な手順により、溶接継手は優れた強度、延性、耐食性を発揮します。
