まず、Ti‑6Al‑4V は、GTAW (TIG)、GMAW (MIG)、プラズマ アーク溶接、電子ビーム溶接 (EBW) などのプロセスを使用してうまく溶接できます。チタン溶接における最大の課題は、高温におけるチタンの化学反応性が非常に高いことです。約 500 度を超えると、チタンは空気中から酸素、窒素、水素を急速に吸収し、脆化、硬度の増加、延性と靭性の低下を引き起こします。したがって、完全な不活性ガスシールド (アルゴンまたはヘリウム) を溶接池、高温溶接部、および裏面に適用する必要があります。適切なシールドと洗浄を行うことで、健全で欠陥のない溶接を一貫して行うことができます。
次に溶接後の強度低下です。溶接されたままの状態では、溶接金属と熱影響部 (HAZ) に微細構造の変化が生じます。急速冷却中にアルファベータ構造が粗大なマルテンサイトに変化し、その結果、母材と比較して硬度は高くなりますが、延性は低くなります。
焼きなましされた母材の場合、溶接されたままの接合部の降伏強さと引張強さは通常、母材の 85% ～ 95% です。言い換えれば、強度の低下は比較的小さく、通常は 5% ～ 15% です。溶接部は強度が高くなりますが、伸びは低くなります。ジョイント全体は依然としてほとんどの構造要件を満たすことができます。
母材が溶体化処理および時効 (STA) 状態にある場合、溶接中に溶接部および HAZ で強化効果が失われ、通常は約 15% ～ 25% のより明らかな強度低下が生じます。したがって、溶接は通常、完全に時効させた材料ではなく、焼きなました材料に対して実行されます。
溶接後熱処理 (PWHT) については、要求される性能と用途によって異なります。
重要ではない構造コンポーネント:適度な延性と靭性が許容される部品の場合、溶接後の熱処理は必要ありません。多くの場合、溶接されたままの特性で十分です。
応力除去焼鈍：通常は 530 ～ 590 度で 1 ～ 2 時間実施されます。これにより、強度を大幅に低下させることなく残留溶接応力を軽減し、寸法安定性と耐変形性を向上させます。
完全焼鈍：700 ～ 800 度で実行され、マルテンサイトをより柔らかく、より安定したアルファ ベータ構造に変換することで延性と靭性を回復します。これにより強度は若干低下しますが、伸びと耐衝撃性は大幅に向上します。
要約すれば、グレード 5 のチタン合金は、厳密な不活性ガスシールド下でも良好な溶接性を示します。焼きなました母材に溶接を行うと、強度が 5% ～ 15% 若干低下します。溶接後の熱処理は必須ではありませんが、応力を緩和したり、信頼性の高い用途で延性を回復したりするために推奨されます。
