Titanium dan paduannya dapat dilas dengan sukses, namun prosesnya memiliki toleransi kontaminasi yang jauh lebih sedikit dibandingkan pengelasan baja atau baja tahan karat. Titanium bereaksi dengan gas di udara segera setelah panas, dan konduktivitas termalnya yang rendah membuat panas terkonsentrasi di zona pengelasan. Kedua efek tersebut berarti bahwa pelindungan, kebersihan, dan masukan panas harus dikontrol lebih ketat dibandingkan sebagian besar pekerjaan fabrikasi lainnya.
Penggetasan Disebabkan oleh Kontaminasi Pengotor
Selama siklus termal pengelasan, kolam las dan logam apa pun yang lebih panas dari sekitar 350 derajat mudah menyerap hidrogen, oksigen, dan nitrogen dari udara, serta bereaksi dengan minyak dan uap air pada benda kerja dan kawat pengisi. Titanium menyerap hidrogen dengan cepat di atas 300 derajat, oksigen di atas 600 derajat dan nitrogen di atas 700 derajat; dengan tingkat karbon yang lebih tinggi, jaringan TiC yang rapuh juga dapat terbentuk. Hasilnya adalah hilangnya keuletan dan ketangguhan sambungan secara signifikan, sehingga perlindungan terhadap logam panas adalah aturan pertama dalam pengelasan titanium.
Lapisan oksida permukaan berubah warna seiring suhu, yang memberikan cara praktis bagi tukang las untuk menilai seberapa besar perlindungan yang diterima suatu wilayah. Bagan warna di bawah adalah referensi-lantai toko standar.
| Suhu | Warna oksida | Interpretasi |
|---|---|---|
| Di bawah 200 derajat | Perak putih | Terlindung dengan benar |
| Sekitar 300 derajat | Kuning muda | Dapat diterima dalam banyak spesifikasi |
| Sekitar 400 derajat | Kuning keemasan | Marjinal; perlindungan harus ditingkatkan |
| 500–600 derajat | Biru dan ungu | Kontaminasi berlebihan |
| 700–900 derajat | Nuansa abu-abu | Kontaminasi parah |
Perubahan Fase dan Pertumbuhan Gabah
Titanium memiliki struktur-beta kubik berpusat badan di atas 882 derajat dan struktur alfa heksagonal yang rapat di bawahnya. Pada grade murni komersial dan paduan alfa, las dan bagian zona yang terkena dampak panas melewati fase beta selama pengelasan, dan butiran beta tumbuh dengan cepat. Karena titanium memiliki titik leleh yang tinggi, panas jenis yang tinggi, dan konduktivitas termal yang rendah, waktu tunggu pada suhu tinggi kira-kira tiga hingga empat kali lebih lama dibandingkan baja dan zona yang terkena panas lebih luas.
Respons praktisnya adalah dengan menggunakan masukan panas yang lebih rendah dan pendinginan yang lebih cepat, yang mempersingkat waktu yang dihabiskan di atas suhu transformasi, membatasi pertumbuhan butiran beta, dan mempersempit zona-yang terkena dampak panas. Desain sambungan dan rangkaian pengelasan yang menghilangkan panas dengan cepat juga membantu.
Pelindung Gas Inert dan Perangkat Keras Obor
Karena titanium memiliki afinitas yang sangat kuat terhadap oksigen pada suhu, setiap wilayah yang diperkirakan melebihi 200 derajat harus dilindungi oleh gas inert. Dalam prakteknya hal ini berarti melindungi kolam cair dengan obor, las pendingin dengan pelindung tambahan, dan bagian bawah dengan perangkat pendukung.
Gas pelindung: argon adalah standar, baik sendiri atau dicampur dengan helium
Kemurnian argon: tidak kurang dari 99,99% volume, dengan oksigen di bawah 0,002%, nitrogen di bawah 0,005%, hidrogen di bawah 0,002% dan kelembaban di bawah 0,001 mg/L
Tekanan silinder: tidak kurang dari 0,5 MPa
Pelindung belakang: melindungi las dan-zona yang terkena dampak panas di atas 400 derajat ; ukurannya mengikuti ketebalan pelat, metode pendinginan, arus dan bentuk sambungan
Penopang: batang penahan tembaga beralur, seringkali dengan gas pelindung, atau pelindung tambahan yang disusun mengikuti obor di sisi sebaliknya
Ukuran nosel: 14–20 mm untuk pengelasan manual, 16–22 mm untuk pengelasan otomatis, lebih besar dari yang digunakan pada aluminium atau baja tahan karat
Sebelum pengelasan, semua selang gas, konektor dan pelindung harus dibersihkan dari udara, jika tidak, perlindungan akan hilang pada detik-detik pertama busur.
Distorsi, Porositas dan Retak
Modulus elastisitas Titanium hanya sekitar setengah dari baja karbon, sehingga pada tekanan pengelasan yang sama, distorsinya sekitar dua kali lebih besar. Bantalan dan pelat penekan biasanya digunakan untuk menahan benda kerja agar tetap rata dan menghantarkan panas, dan urutan pengelasan yang seimbang membatasi pergerakan sudut.
Porositas adalah cacat umum dan sebagian besar adalah porositas hidrogen, dengan karbon monoksida juga berkontribusi. Retakan pada las titanium adalah retakan dingin yang disebabkan oleh hidrogen, bukan retakan panas: belerang, fosfor, dan karbon membentuk eutektik titik leleh rendah pada batas butir, namun kisaran kristalisasi efektifnya sempit dan penyusutan solidifikasinya kecil, sehingga retak termal jarang terjadi.
Proses, Bahan Habis Pakai dan Persiapan
Pengelasan gas inert tungsten adalah proses dominan untuk titanium, didukung oleh pengelasan busur plasma dan pengelasan vakum atau berkas elektron yang memerlukan-kualitas penetrasi penuh. Untuk struktur yang disegel dan tidak menahan beban, brazing adalah pilihan, dan pengelasan eksplosif digunakan untuk melapisi titanium ke pelat baja.
Kawat pengisi umumnya dipilih agar sesuai dengan logam induk dan harus memenuhi syarat melalui uji prosedur pengelasan. Karena spesifikasi kawat biasanya hanya mengontrol batas atas kandungan pengotor, batch dengan pengotor yang sangat rendah masih dapat memenuhi syarat kimia sambil menghasilkan las di bawah kekuatan tarik anil logam dasar; dalam hal ini kumpulan kawat, atau mutu yang lebih kuat, harus di-dikualifikasi ulang melalui uji prosedur. Elektroda tungsten berseri, diklasifikasikan dalam AWS A5.12 dengan sekitar 2% cerium oksida, adalah pilihan umum karena memiliki kemampuan pelepasan elektron yang rendah, stabilitas kimia yang baik, kepadatan arus yang diijinkan tinggi, dan tidak ada radioaktivitas.
Persiapan sebelum pengelasan sama pentingnya dengan busur itu sendiri. Oksida, nitrida, minyak dan uap air harus dihilangkan dari benda kerja dan kawat pengisi dengan cara pengawetan atau penggilingan dengan roda atau kain ampelas, diikuti dengan menyeka dengan aseton atau alkohol anhidrat segera sebelum pengelasan. Permukaan tanah harus bebas dari sisa debu abrasif, bagian yang tergores harus dibilas dengan air bersih, dan area yang sudah dibersihkan tidak boleh disentuh dengan tangan setelahnya, karena-kontaminasi ulang memerlukan pembersihan ulang.
Prosedur yang memenuhi syarat biasanya ditulis ke AWS D17.1 untuk pengelasan fusi dirgantara, dengan logam pengisi diklasifikasikan dalam AWS A5.16, tingkat logam dasar yang ditentukan dalam ASTM B265, ASTM B338, ASTM B348 atau GB/T 3620.1, dan kualifikasi tukang las berdasarkan ASME Boiler dan Pressure Vessel Code Bagian IX yang melibatkan peralatan tekanan.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
T: Pada suhu berapa titanium mulai menyerap gas?
Hidrogen diserap dengan cepat pada suhu di atas 300 derajat, oksigen di atas 600 derajat, dan nitrogen di atas 700 derajat, itulah sebabnya semua logam panas harus dilindungi.
T: Kemurnian argon apa yang diperlukan untuk pengelasan titanium?
Setidaknya 99,99% volume, dengan oksigen di bawah 0,002%, nitrogen di bawah 0,005%, hidrogen di bawah 0,002%, dan kelembapan di bawah 0,001 mg/L.
T: Bagaimana cara memeriksa kualitas pelindung di bengkel?
Berdasarkan warna lapisan oksida: perak atau jerami muda dapat diterima, sedangkan biru, ungu atau abu-abu menunjukkan kontaminasi dan memerlukan pengerjaan ulang.
T: Mengapa titanium lebih terdistorsi dibandingkan baja?
Modulus elastisitasnya sekitar setengah dari baja karbon, sehingga tegangan pengelasan yang sama menghasilkan deformasi kira-kira dua kali lipat; bantalan dan pelat penekan digunakan untuk mengendalikannya.
T: Bisakah titanium dilas langsung ke baja?
Tidak. Besi larut dalam titanium pada suhu kamar hanya sekitar 0,05–0,10%, jadi transisi seperti pelat berlapis yang dapat meledak-atau mematri harus digunakan.
T: Elektroda tungsten mana yang lebih disukai?
Elektroda tungsten berseri, yang diklasifikasikan dalam AWS A5.12 dengan sekitar 2% cerium oksida, menawarkan kinerja yang lebih baik dibandingkan tungsten murni tanpa radioaktivitas.
