AWS D1.9 — Yapısal Kaynak Kodu for Titanium
AWS D1.9, titanyum ve titanyum alaşımları için yapısal kaynak kodudur. Prosedür kalifikasyonunu, kaynakçı testini, imalatı ve yapısal titanyum bileşenlerin muayenesini yönetir; bu bileşenler, sürükleme kalkanları, arka gaz temizliği ve kaynak sırasında tam inert atmosfer koruması dahil olmak üzere katı kirlilik kontrol gereksinimlerine sahiptir.
Temel ayrım: D1.1 kapsamındaki çelik kaynak işlemlerinde hidrojen birincil tehditken, titanyum kaynak işlemleri oksijen ve azot kirliliği kontrolü ile yönetilir. Titanyum, yaklaşık 500°F'nin üzerinde (AWS G2.4 rehberliğine göre) bu elementleri emerek geri döndürülemez gevrekleşmeye neden olur. D1.9, koruyucu gaz yöntemini temel bir değişken olarak ele alır — sürükleme kalkanlarının çıkarılması, Kaynak Prosedür Şartnamesi (WPS) yeniden kalifikasyonunu gerektirir.
AWS D1.9 Nedir?
AWS D1.9, titanyumun yapısal kaynak işlemlerini yönetir. Birincil endişe atmosferik kirliliktir — titanyum, yaklaşık 500°F'nin üzerinde (AWS G2.4 rehberliğine göre) oksijen ve azot ile reaksiyona girerek kaynak çatlamasına neden olan kırılgan bileşikler oluşturur. D1.9, koruyucu gaz yöntemini WPS kalifikasyonu için temel bir değişken olarak ele alır.
AWS D1.9/D1.9M — Yapısal Kaynak Kodu — Titanyum — yapısal titanyum ve titanyum alaşım bileşenlerinin kaynak işlemlerini kapsar. Mevcut sürüm AWS D1.9:2015'tir. Deniz yapıları, kimyasal işleme ekipmanı destekleri, mimari uygulamalar ve titanyumun yüksek mukavemet-ağırlık oranı ve korozyon direnci kombinasyonunun malzeme maliyetini haklı çıkardığı özel endüstriyel yapılar dahil olmak üzere tasarım gerilimine maruz kalan titanyum yapılar için geçerlidir. D1.9'un, ayrı havacılık malzeme spesifikasyonları tarafından yönetilen havacılık yapılarını açıkça hariç tuttuğunu unutmayın (Bölüm 1.2).
Titanyum kaynağı, titanyumun yüksek sıcaklıklarda atmosferik gazlarla aşırı reaktivitesi nedeniyle diğer yapısal metallerin kaynak işlemlerinden temelden farklıdır. Yaklaşık 500°F (260°C) üzerinde, titanyum çevredeki atmosferden oksijen, azot ve hidrojeni hızla emer. Oksijen ve azot, ara örgü katı çözelti bileşikleri ve yüzey oksitleri (TiO2) ve nitrürleri (TiN) oluşturarak ciddi gevrekleşmeye neden olur — sünekliği ve kırılma tokluğunu kabul edilemez seviyelere düşürür. Bu reaktivite, kaynak işleminin her yönünün, birleştirme hazırlığından kaynak sonrası soğutmaya kadar, kirlilik eşik sıcaklığının üzerindeki tüm titanyum yüzeyler çevresinde inert bir atmosferi sürdürmesi gerektiği anlamına gelir.
Standart, en yaygın kullanılan proses olarak GTAW'yi (Gaz Tungsten Ark Kaynağı) kapsar ve GMAW (Gazaltı Kaynağı), PAW (Plazma Ark Kaynağı), EBW (Elektron Işını Kaynağı) ve LBW (Lazer Işını Kaynağı) için hükümler içerir. SMAW ve FCAW'ye izin verilmez çünkü akı bazlı koruma sistemleri titanyumun gerektirdiği kirlilikten arındırılmış ortamı sağlayamaz. Granüler akı battaniyesi kullanan SAW bile, akı kimyasının potansiyel kirlilik kaynakları oluşturması nedeniyle hariç tutulmuştur.
Ön Isıtma ve Termal Gereksinimler
D1.9, kaynak birleşiminde nem yoğunlaşmasını önlemek için Minimum 60 degrees F ön ısıtma belirtir. D1.1'den farklı olarak, kalınlık veya bileşime dayalı bir ön ısıtma tablosu yoktur. Titanyumdaki termal endişe, hidrojen çatlaması değil, kirliliğin önlenmesidir. Pasolar Arası Sıcaklık, gevrekleşmeyi önlemelidir.
AWS D1.9, minimum 60°F (16°C) ön ısıtma sıcaklığı veya ortam sıcaklığının altında olmamasını gerektirir. Bu, çatlak önleme için metalurjik bir gereklilik değildir (çelikte olduğu gibi), daha ziyade ana malzemenin çiğlenme noktasının üzerinde ve gözenekliliğe ve hidrojen kirliliğine neden olacak yüzey neminden arınmış olmasını sağlamak için bir çevresel kontroldür. Maksimum ön ısıtma sıcaklığı, kalifiye WPS tarafından belirlenir ve aşırı oksijen ve azot alımını önlemek için kontrol edilmelidir.
Daha yüksek ön ısıtmanın genellikle faydalı olduğu (hidrojen çatlamasını önlemek için soğumayı yavaşlatma) çelik kaynak işlemlerinin aksine, titanyum kaynak işlemlerinde daha yüksek ön ısıtma, metalin kirliliğe duyarlı sıcaklığın üzerindeki bölgesini artırır, bu da korumayı zorlaştırır ve atmosferik kirlilik riskini artırır. Titanyum için kaynak yaklaşımı, soğuma hızlarının termal manipülasyonu yerine kapsamlı inert gaz kapsamı ile kontrollü, orta düzeyde Isı Girdisi'ni vurgular.
Titanyum kaynak işlemlerinde Pasolar Arası Sıcaklık, kod tarafından zorunlu kılınan bir maksimumdan ziyade öncelikle WPS aracılığıyla kontrol edilir. Pratik kısıtlama, 500°F üzerindeki tüm metallerin inert gaz koruması altında olması gerektiğidir — daha yüksek Pasolar Arası Sıcaklıklar, koruma gerektiren bölgeyi genişletir ve yeterli kapsamı sürdürme zorluğunu artırır. Çoğu titanyum kaynak prosedürü, yeterli füzyon (daha yüksek sıcaklık) ile koruma gereksinimleri (daha düşük sıcaklık) arasında denge kuran Pasolar Arası Sıcaklıklar belirtir.
Kirlilik Kontrol Gereksinimleri
D1.9, sürükleme kalkanlarını, arka gazı ve temizleme gazını temel değişkenler olarak ele alır — WPS kalifikasyonu sırasında kullanılırlarsa, bunların çıkarılması yeniden kalifikasyon gerektirir (Tablo 3.3). Uygulamada, yaklaşık 500°F üzerindeki tüm titanyum yüzeyler (AWS G2.4'e göre) oksijen ve azottan korunmalıdır. Kaynak bölgesi, Isıdan Etkilenen Bölge ve birleşimin arka tarafı tipik olarak inert gaz (argon veya helyum) ile korunur. Herhangi bir yüzey renk değişimi kirliliği gösterir.
Kirlilik kontrolü, D1.9'un belirleyici özelliğidir ve titanyum kaynağını diğer yapısal metallerin kaynak işlemlerinden önemli ölçüde daha zorlu hale getiren faktördür. D1.9, çok katmanlı bir koruma yaklaşımı oluşturur:
- Birincil koruma (torç)
- The Standart GTAW torch provides argon shielding over the Kaynak pool. For titanium, the torch cup Boyut is typically larger than for steel or stainless steel Kaynak to provide a wider coverage area. Gas lens collet bodies are required to produce laminar gas flow rather than turbulent flow, which provides more consistent and effective shielding. The argon purity must meet the Gereksinimler of AWS A5.32 for structural titanium welding.
- Sürükleme kalkanı
- Sürükleme kalkanı, katılaşan kaynak dikişi ve Isıdan Etkilenen Bölge soğurken argon kapsamını sürdürmek için torcun arkasına uzanan yardımcı bir gaz dağıtım cihazıdır. Sürükleme kalkanı, 500°F üzerindeki tüm metalleri kapsayacak kadar torcun arkasına uzanmalıdır. Daha yüksek Isı Girdisi'ne sahip çok pasolu kaynaklar için, sürükleme kalkanının arkın 6 ila 12 inç (150 ila 300 mm) arkasına uzanması gerekebilir. Sürükleme kalkanı, soğuma bölgesi üzerinde laminer bir argon akışı sağlar.
- Arka temizleme
- Kaynağın kök tarafı ve kaynak torcunun karşısındaki tüm titanyum yüzeyler, arka taraftan atmosferik kirliliği önlemek için argon ile temizlenmelidir. Boru ve tüp kaynağı için, bu, kaynak başlamadan önce iç hacmin kapatılmasını ve argon ile doldurulmasını gerektirir. Plaka kaynağı için, argon beslemeli bir temizleme barajı veya destek tertibatı kök tarafını korur. Temizleme atmosferindeki oksijen içeriği, kaynak başlamadan önce bir oksijen analizörü ile Doğrula olarak 50 ppm'nin altına düşürülmelidir.
- Kapalı kaynak (eldiven kutusu)
- For the highest-quality titanium welds, the entire welding operation is performed inside a sealed enclosure (glove box or welding chamber) filled with argon. Enclosure welding provides complete atmospheric protection from all directions and eliminates the need for trailing shields and separate back purge systems. The enclosure atmosphere is typically maintained below 10 ppm oxygen and 20 ppm moisture.
Kaynak Rengi Kalifikasyonu
D1.9, prosedür geliştirmenin bir parçası olarak kaynak rengi kalifikasyonu gerektirir. Kabul edilebilir kaynak renkleri parlak gümüşten açık saman rengine kadar değişir. Koyu mavi, gri veya beyaz oksit kirliliği gösterir ve ret nedenidir. Renk kabul kriterleri prosedür kalifikasyonu sırasında belirlenir ve tüm üretim kaynaklarına uygulanır.
Titanyum kaynak kalitesi, soğuma sırasındaki atmosferik kirlilik derecesini gösteren yüzey rengi ile kısmen değerlendirilebilir. D1.9, Görsel Muayene gereksinimlerinin bir parçası olarak kaynak rengi kabul kriterlerini içerir. Parlak gümüş bir kaynak yüzeyi, minimal kirlilikle temiz korumayı gösterir. Açık saman veya altın rengi, genellikle kabul edilebilir olan küçük yüzey oksidasyonunu gösterir. Koyu mavi, mor veya gri renk, önemli oksijen kirliliğini gösterir ve çıkarılmasını ve yeniden kaynak yapılmasını gerektirebilir. Kaynak yüzeyindeki beyaz, tozlu oksit, ciddi kirliliği gösterir ve her zaman tamamen çıkarılmasını gerektirir.
D1.9 Tablo 5.3'teki renk kabul kriterleri, hangi renklerin kabul edilebilir olduğunu, hangilerinin mühendislik değerlendirmesi gerektirdiğini ve hangilerinin otomatik olarak reddedilebilir olduğunu belirtir. Renk değerlendirmesi, oksit tabakasını çıkaracak herhangi bir mekanik temizleme veya kimyasal işlemden önce, kaynak sonrası yüzeylerde yapılmalıdır. Kontrollü koşullar altında hazırlanan renk standartları veya referans kuponları, üretim muayenesi sırasında karşılaştırma için kullanılır.
Titanyum Alaşım Aileleri
D1.9, ticari saflıkta (CP) titanyum kalitelerini (1-4. Kaliteler) ve titanyum alaşımlarını kapsar. CP kaliteleri korozyon direnci uygulamaları için kullanılır. Ti-6Al-4V (5. Kalite), yüksek mukavemet-ağırlık oranı sunan en yaygın yapısal alaşımdır. Kaynak parametreleri, CP ve alaşım kaliteleri arasında önemli ölçüde değişir.
Ticari Saflıkta (CP) Titanyum
CP titanium grades per ASTM B265 (Grades 1, 2, and 3 — referenced in D1.9 Table 4.1; Grade 4 exists in ASTM B265 but is not listed in D1.9 Table 4.1) are unalloyed titanium with varying levels of oxygen and iron that determine Dayanım. Grade 1 has the lowest strength and highest ductility; Grade 2 is the most commonly used CP grade in D1.9 applications. CP titanium is used in structural applications where corrosion resistance is the primary driver, such as chemical processing supports and marine structures. CP titanium is the most weldable titanium family, with excellent tolerance for minor Isı Girdisi variation and straightforward İlave Metal selection (matching grade or one grade lower).
Alfa ve Alfa Yakını Alaşımlar
Alfa ve alfa yakını titanyum alaşımları, ortam sıcaklıklarında altıgen sıkı paketlenmiş bir kristal yapıya sahiptir. 6. Kalite (Ti-5Al-2.5Sn) ASTM B265'te mevcuttur ancak D1.9 Tablo 4.1'de listelenmemiştir. İyi kaynaklanabilirlik ve yüksek sıcaklık mukavemeti sunarlar. Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo gibi alfa yakını alaşımlar, sürünme direnci gerektiren havacılık yapısal uygulamalarında kullanılır. Bu alaşımlar, eşleşen veya yakın eşleşen İlave Metal'lerle kaynaklanabilir, ancak yüksek kısıtlı birleşim yerlerinde gecikmeli çatlamayı önlemek için Kaynak Sonrası Isıl İşlem gerekebilir.
Alfa-Beta Alaşımları
Ti-6Al-4V (5. Kalite), tüm titanyum üretiminin %50'sinden fazlasını oluşturan en yaygın kullanılan titanyum alaşımıdır. Mukavemet, süneklik ve yorulma direncinin mükemmel bir dengesini sağlayan iki fazlı (alfa-beta) bir alaşımdır. Ti-6Al-4V kaynaklanabilir ancak füzyon bölgesinde ve Isıdan Etkilenen Bölge'de aşırı beta faz dönüşümünü önlemek için soğuma hızının dikkatli bir şekilde kontrol edilmesini gerektirir, bu da sünekliği azaltabilir. Ti-6Al-4V'nin kaynak sonrası özellikleri tipik olarak ana malzeme özelliklerinin %85 ila %95'idir ve Kaynak Sonrası Isıl İşlem ile tam iyileşme mümkündür.
D1.9'un Diğer AWS Yapısal Kodlarıyla Karşılaştırılması
D1.9, birincil endişe olarak kirlilik kontrolü (sürükleme kalkanları, temizleme gazı) ile titanyumu yönetir. D1.2, sıcak çatlamanın önlenmesiyle alüminyumu yönetir. Her ikisi de birincil proses olarak GTAW kullanır. D1.9, kaynak rengi kalifikasyonu gerektirir; D1.2 gerektirmez. D1.9 minimum ön ısıtma 60 degrees F'dir (nem önleme); D1.2 ön ısıtmayı maksimum 250 degrees F ile sınırlar.
D1.9 ve D1.2 (Alüminyum)
Both D1.2 (aluminum) and D1.9 (titanium) require careful atmosphere control during welding, but at vastly different levels of stringency. Aluminum requires clean, dry surfaces and adequate shielding gas coverage to prevent Gözeneklilik, but brief atmospheric exposure during welding does not cause catastrophic property loss. Titanium requires complete inert gas protection on all surfaces above 500°F — any atmospheric exposure Nedenleri irreversible embrittlement. Both codes prohibit SMAW. D1.2 uses GMAW as a primary process; D1.9 most commonly uses GTAW. Neither code provides prequalified WPS procedures.
D1.9 ve D1.1 (Çelik)
D1.1 addresses hydrogen-induced cracking through preheat tables and Düşük Hidrojen processes. D1.9 addresses oxygen and nitrogen contamination through multi-layered inert gas shielding systems. The thermal control philosophies are fundamentally different — D1.1 adds heat (preheat) to slow cooling; D1.9 minimizes heat input and shields all hot surfaces. D1.1 provides prequalified WPS options; D1.9 requires all procedures to be qualified by Testi with contamination control verification.
D1.9 ve D1.6 (Paslanmaz Çelik)
D1.6 controls Pasolar Arası Sıcaklık to prevent sensitization in austenitic grades. D1.9 controls contamination by requiring complete inert gas coverage. Both codes recognize that excessive heat is detrimental (sensitization in stainless, contamination zone expansion in titanium). Stainless steel can tolerate brief atmospheric exposure during welding with only surface discoloration; titanium cannot. D1.6 uses ferrite number control for hot cracking Önleme; D1.9 has no equivalent concern because titanium alloys have different solidification behavior.
| Aspect | D1.9 (Titanium) | D1.2 (Aluminum) |
|---|---|---|
| Primary concern | O₂/N₂ contamination | Hot cracking |
| Shielding | Primary + trailing + backup gas | Primary gas only |
| Preheat | Min 60°F (no moisture) | Max 250°F |
| Primary process | GTAW | GMAW, GTAW |
| Weld color test | Required (qualification) | Not required |
| Purge gas | Mandatory (back purge) | Not required |
İlgili Standart Kılavuzlar
Sıkça Sorulan Sorular
AWS D1.9, minimum 60 degrees Fahrenheit (16 degrees Celsius) Ön Isıtma Sıcaklığı gerektirir. Maksimum Ön Isıtma, WPS tarafından belirlenir ve kabul edilemez kirliliğe veya metalurjik bozulmaya neden olacak sıcaklığı aşmamalıdır. Yüksek ön ısıtmanın hidrojen çatlamasını önlediği D1.1 kapsamındaki çelik kaynak işlemlerinin aksine, titanyum ön ısıtması öncelikle ana malzemenin nemle ilgili gözenekliliği önlemek için çiğlenme noktasının üzerinde olmasını sağlar. Aşırı Ön Isıtma, titanyum için zararlı olan oksijen ve azot alım hızını artırır.
Titanyum, yüksek sıcaklıklarda oksijen ve azota karşı son derece yüksek bir afiniteye sahiptir. Yaklaşık 500 degrees Fahrenheit (260 degrees Celsius) üzerinde, titanyum bu elementleri atmosferden hızla emerek ciddi gevrekleşmeye neden olan titanyum oksit ve titanyum nitrür bileşikleri oluşturur. Çok az miktarda kirlilik bile — %0.1'lik bir oksijen artışı kadar az — sünekliği ve kırılma tokluğunu önemli ölçüde azaltabilir. Bu nedenle D1.9, koruma yöntemini temel bir değişken olarak ele alır — eğer WPS kalifikasyonu sırasında sürükleme kalkanları veya arka temizleme kullanılıyorsa, bunların çıkarılması Tablo 3.3'e göre yeniden kalifikasyon gerektirir. Uygulamada, yaklaşık 500 degrees Fahrenheit üzerindeki tüm titanyum yüzeylerde inert gaz koruması sürdürülür (AWS G2.4 rehberliğine göre).
AWS D1.9, yapısal titanyum için GTAW (Gaz Tungsten Ark Kaynağı), GMAW (Gazaltı Kaynağı), PAW (Plazma Ark Kaynağı), EBW (Elektron Işını Kaynağı) ve LBW (Lazer Işını Kaynağı) kapsar. GTAW, titanyumu atmosferik kirlilikten korumak için gereken hassas ısı kontrolünü ve üstün koruyucu gaz kapsamını sağladığı için en yaygın olarak kullanılır. SMAW ve FCAW'ye izin verilmez çünkü akı sistemleri titanyumun gerektirdiği kirlilikten arındırılmış ortamı sağlayamaz.
Sürükleme kalkanları, kaynak dikişi ve Isıdan Etkilenen Bölge soğurken argon korumasını sürdürmek için birincil kaynak torcunun arkasına uzanan yardımcı inert gaz dağıtım cihazlarıdır. Titanyum, yaklaşık 500 degrees Fahrenheit (260 degrees Celsius) altına soğuyana kadar oksijen ve azota karşı reaktif kalır. Standart GTAW torcu sadece anlık kaynak havuzunu korur — sürükleme kalkanı olmadan, torcun arkasındaki katılaşan kaynak ve Isıdan Etkilenen Bölge, kirlilik sıcaklığının üzerinde olmasına rağmen atmosfere maruz kalır. Sürükleme kalkanları, renk değişimini ve gevrekleşmeyi önlemek için bu soğuma bölgesi üzerinde laminer bir argon akışı sağlar.
Hem D1.9 (titanyum) hem de D1.2 (alüminyum), kaynak sırasında dikkatli atmosfer kontrolü gerektirir, ancak farklı nedenlerle ve farklı katılık seviyelerinde. Alüminyum, hidrojen ve oksit inklüzyonlarından kaynaklanan gözenekliliği önlemek için temiz, kuru yüzeyler gerektirir, ancak kaynak sırasında atmosferik maruz kalma felaketle sonuçlanmaz. Titanyum, 500 degrees Fahrenheit üzerindeki tüm yüzeylerde tam inert gaz koruması gerektirir — herhangi bir atmosferik maruz kalma geri döndürülemez gevrekleşmeye neden olur. D1.2, birincil proses olarak GMAW'ye izin verir; D1.9 en yaygın olarak GTAW kullanır. Her iki kod da SMAW'yi yasaklar. Her iki kod da ön yeterliliği olan WPS prosedürleri sağlamaz.