Zwar ist Titan wesentlich leichter als
Stahl, jedoch auch deutlich robuster und daher schwerer zu schweißen. So
sind herkömmliche Schweißverfahren, wie beispielsweise
Schmelzschweißen, bei Titan nahezu unmöglich. Darüber hinaus sollte das
Titan beim Schweißvorgang keinesfalls mit Sauerstoff in Verbindung
kommen. Beide Hinweise erschweren die Suche nach einem geeigneten
Schweißverfahren
für Titan enorm. Nachfolgende Varianten und
Qualitätsmerkmale sollte daher bei jedem Schweißvorgang mit Titan
beachtet und entsprechend geprüft werden.
Richtige Vorbereitung für die Schweißarbeit
Ähnlich wie auch bei anderen Schweißarbeiten zählt auch beim Titanschweißen die ordentliche Vorbereitung zu den wichtigsten Arbeitsschritten. Die Reinigung der entsprechenden Schweißflächen ist daher zwingend vor dem Schweißen notwendig und entscheidet über den Erfolg der Schweißnaht. Als Reinigungsmittel empfiehlt sich dabei reiner Alkohol oder auch Aceton.
Methoden zum Schweißen von Titan
Aufgrund der hohen Empfindlichkeit von Titan in Verbindung mit Sauerstoff, Stickstoff oder auch Wasserstoff scheiden einige bewährte Möglichkeiten als Methoden zum Titanschweißen bereits vorab aus. Grundsätzlich lässt sich damit festhalten, dass ein autogenes Titanschweißen damit nicht möglich wird. Wichtig ist beim Schweißvorgang auch darauf zu achten, um welchen Grad es sich
handelt: So ist reinstes Titan mit dem Grad 1 gekennzeichnet, während höhergradige Sorten weniger Titanbestandteile aufweisen und hinsichtlich der Materialstärker eher zäh werden.
In erster Linie eignen sich beim Schweißen von reinem Titan Verfahren, die unter Edelgasatmosphäre stattfinden, wie zum Beispiel WIG- und MIG-Verfahren. Zu dem weiteren Methodenspektrum zählen darüber hinaus auch Widerstands-, Laser-, Reib-, Spreng-, Diffusions-, Plasma-, Ultraschall- und Elektronenstrahlschweißen.
Das WIG-Verfahren
beweist sich dabei als bekanntestes Schweißverfahren für Titan und
findet ausschließlich im Behälter- und Apparatebau statt. Das
Plasmaschweißen hingegen wird hauptsächlich beim Fügen breiter Platten
verwendet. Die Formen des Elektronenstrahl- oder auch
Diffusionsschweißens können vorwiegend in der Luft- und Raumfahrt Anwendung finden.
Qualität anhand der Schweißnaht
Inwiefern der Schweißvorgang erfolgreich war, kann anhand der Schweißnaht geprüft werden. So weist die Farbe der Naht in einem perfekten Silberglanz beispielsweise ein optimales Schweißergebnis aus. Sollte die Schweißnaht sich hellblau oder gelb färben, ist das Material nicht mehr verwendbar. In diesem Fall muss das Material an dieser Stelle abgetrennt werden oder das Werkstück ist Ausschuss. Ein Nachbessern mit der Drahtbürste könnte eine Variante dabei sein. Dabei ist darauf zu achten, dass die Bürste weicher ist als der verwendete Titanwerkstoff. Empfehlenswert ist eine Messingbürste. Nach dem Erkalten der Schweißnaht kann sie sich auch in Grau oder Blau verfärben. Sollte dies der Fall sein, ist eine Setzung der Naht notwendig, da die vorherige vermutlich nach innen kontaminiert wurde und damit keiner Belastung standhält.
WIG- und Widerstandsverfahren
Entscheidend für die Wahl des passenden Schweißverfahrens ist der geplante Anwendungsbereich des Konstrukts. So können beispielsweise auch zwei verschiedene Grade miteinander verschweißt werden, sofern das Schweißverfahren zum gewählten Material und Einsatzbereichs passt. Von Furnier-Verfahren wird daher beispielsweise abgesehen, da bei diesem Vorgang lediglich die äußere Naht hohe Qualitätsmerkmale aufweist und von Innen das Material gänzlich nicht furniert wird.
Beim WIG-Verfahren wird ähnlich zum Schmelzverfahren von Titan die Atmosphäre vom Schweißen, dem Grundstoff sowie zu den Wärmeeinflusszonen abgeschirmt. Umgesetzt wird dies je nach Größe und Umfang des Gegenstands unter Edelgas oder mit einem Hochvakuum.
Für Heimwerker entpuppt sich die Methode häufig als zu aufwendig und kann aufgrund der Temperaturschwankungen zu erneuten Problemen mit dem Material führen, denn Titan reißt bereits bei einer Hitzeentwicklung über 300° Celsius. Für den heimischen Gebrauch eignet ich daher eher das Schweißverfahren mit Widerstand. Hier wird das Material im Gegensatz zum WIG-Verfahren nur kurz erhitzt und ein Arbeiten mit Schutzgas ist nicht zwingend erforderlich.
Titan in Verbindung mit anderen Werkstoffen schweißen
Eine besondere Herausforderung stellt das Schweißen von Titan mit anderen metallischen Werkstoffen dar. Hierbei kann es zu einer starken Versprödung bei der Bildung intermetallischer Phasen kommen. So gab es beispielsweise verschiedene Versuche, Titan mit Molybdän, Silber oder auch Tantan zu verbinden. Weder das WIG-Verfahren noch andere oben genannten Methoden führten hierbei zu vielversprechenden Ergebnissen.
Besonders schwierig ist dabei die Schweißverbindung zwischen Titan und Stahl. Aufgrund der geringen Löslichkeit des Eisens in Titan bei Raumtemperatur, bilden sich auch hier intermetallische Phasen, die war sehr hart, jedoch auch schnell spröde werden und damit technisch unbrauchbar sind.
Als einzige umsetzbare Methode zum Schweißen von Titan mit anderen metallischen Werkstoffen eignet sich das Reibschweißen. Hierbei sollte jedoch in den häufigsten Fällen mit einem verzögerten Verlust der Festigkeit der Schweißnaht gerechnet werden.
Sollten große Flächen zwischen Werkstoffen und Titan miteinander verbunden werden, eignet sich das Sprengplattieren am besten, was mittlerweile auch vermehrt im Bau eingesetzt wird. Bei allen Verfahren handelt es sich jedoch stets um Sonderverfahren, die hinsichtlich der Langlebigkeit noch nicht umfangreich getestet und evaluiert wurden. Von einer Serienproduktion mit diesen Verfahren kann daher abgesehen werden.