Titan Laserschweißen

Der Werkstoff Titan ist durch seine Eigenschaften ein gern genutzter Werkstoff in der Hochtechnologie und findet primär Verwendung in den Bereichen wie der Medizintechnik, Motorsport und auch in der Luft & Raumfahrtechnik. Titan weist eine hohe Festigkeiten, geringes Gewicht sowie sehr gute Korrosionsbeständigkeit auf und wird daher in Projekten verwendet, wo Gewichtseinsparungen unabdingbar sind. Zum Titan Schweißen eignet sich die Schweißverfahren MIG-Schweißen, Elektronenstrahlschweißen sowie das Laserschweißen.

Das Laserschweißen verspricht geringe Spannungen und geringe Verzüge im Material. Diese lässt sich schlussfolgern durch die hohe Energiedichte des Laserstrahls, welcher für ein schlankes Schmelzbad sorgt und hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten zulässt. Die Schweißnahttiefe und die daraus resultierende Materialstärke, die sich durch diese Verfahren fügen lässt, ist abhäng von der Leistung des Lasers. Erreichbare Breite-Tiefe-Verhältnisse sind 1:5, wodurch ein Durchschweißen nicht möglich ist.  

 

Ist das Laserschweißen oder MIG-Schweißen für den technischen Anwendungsfall eher ungeeignet, greifen wir auf das Elektronenstrahlschweißen zurück. Dieses Verfahren ist besonders gut geeignet, da dieser Prozess mit einer geringen Wärmeeindringtiefe auskommt. Daraus resultieren geringe Materialverzüge und Schweißspannungen. Mit dieser Technologie lassen sich I-Nähte ohne Zusatz bei Materialstärken von bis zu 120 mm realisieren.

Schwierigkeiten beim Schweißen von Titan

Das Laserschweißen von Titan ist eine anspruchsvolle Aufgabe, die mit mehreren Herausforderungen verbunden ist. Eine der größten Schwierigkeiten ergibt sich aus der sehr hohen Affinität von Titan zu Sauerstoff. Dies bedeutet, dass Titan bei hohen Temperaturen leicht mit Sauerstoff reagiert und schlussendlich während des Schweißprozesses zu Oxidation führt. Oxidierte Titan hat schlechtere Materialeigenschaften und Schweißnahtqualität lässt deutlich nach. Auch neigen oxidierte Schweißnähte zu Rissbildungen. Dies ist besonders problematisch in Anwendungsbereichen, in denen hohe Belastungen auftreten oder wo die Bauteilkomponenten extremen Umgebungen ausgesetzt sind. Die Schweißbedingungen müssen daher gründlich kontrolliert werden, einschließlich der Temperatur der Schweißgeschwindigkeit und der verwendeten Schutzgase. 

Visuelle Qualitätsprüfung, anhand der Schweißnahtfärbung:

Die Schweißnaht sollte eine silberne Färbung bekommen. Eine Färbung die im hellblauen oder gelben Bereich liegt, deutet daraufhin, dass das Bauteil nicht optimal verschweißt wurde. Verfärbt sich die Schweißnaht im abgekühlten Zustand Blau oder Grau, ist sie höchstwahrscheinlich nach innen kontaminiert worden und hält somit keine Belastung stand.