Schweißen und Schneiden von Titan
Schutz der Schweißnaht
Die Schweißnaht muss genauso fest sein wie das Grundmaterial. Deshalb muss der Schweißbadbereich vor dem Kontakt mit Sauerstoff und Stickstoff geschützt werden, so dass ihr Gehalt in der Schweißnaht 0,04-0,05 N2 und 0,15 O2 nicht übersteigt. Wasserstoff ist die Hauptursache für die Porenbildung beim Schweißen von Titanteilen. Er wird aktiv aus der heißen Zone in der Nähe der Schweißnaht freigesetzt. Bei technischem Titan mit guter Schweißbarkeit darf der Wasserstoffgehalt 0,01 % und bei legierten Titanlegierungen 0,008 % nicht überschreiten.
Schweißen von Blechen
Für das Schweißen von Titanblechen mit einer Dicke von 1-15 mm wird das Argon-Lichtbogenhandschweißen mit nicht abschmelzender Wolframelektrode mit Schweißzusatzdraht verwendet. Beim Schweißen von Blechen mit einer Dicke von 3 bis 4 mm ist kein Kantenschneiden erforderlich, jedoch ist ein Spalt in Höhe der halben Blechdicke notwendig. Beim Schweißen von Blechen mit einer Dicke von 4 - 10 mm ist ein V-Schneiden in einem Winkel von 60° erforderlich. Beim Schweißen von Blechen mit einer Dicke von mehr als 10 mm ist eine X-förmige Abschrägung erforderlich.
Komplikationen beim Schneiden
Titan ist aufgrund seiner hohen Festigkeit schwer zu schneiden. Daher erfordert das Schneiden von Titanlegierungen beträchtliche Kräfte, die zusammen mit der geringen Wärmeleitfähigkeit zu einer schnellen Erwärmung des Schnittes führen und eine Kühlung der Schnittfläche erfordern. Aufgrund der starken Adhäsion lagert sich Titan an der Schnittkante an, was die Reibungskräfte zusätzlich erhöht. Darüber hinaus führt das Anhaften und Verschweißen von Metallspänen an der Schneide zu Veränderungen der Werkzeuggeometrie. Dies führt zu höheren Bearbeitungskräften, was wiederum zu einer noch höheren Temperatur an der Kontaktstelle und einem beschleunigten Werkzeugverschleiß führt. Der Temperaturanstieg im Arbeitsbereich wird hauptsächlich durch die Schnittgeschwindigkeit beeinflusst, weniger durch die Werkzeugvorschubkraft.
Die Wirkung der hohen Temperatur
Durch die Einwirkung der steigenden Temperatur beim Schneiden werden die Titanspäne und das Werkstück oxidiert. Dies führt zu Problemen bei der anschließenden Entsorgung und Umschmelzung der Späne. Chrom-, mangan-, vanadium-, eisen- und molybdänhaltige Titanlegierungen gehen unter dem Einfluss hoher Temperaturen von der β-Phase in die α-Phase mit erhöhter Sprödigkeit über. Daher kann die Erwärmung zu einer Verschlechterung der Leistungsmerkmale des bearbeiteten Teils führen.
Optimierung der Zerspanung
Die Temperatur in der Schneidzone und die Schnittkräfte können durch eine Erhöhung des Wasserstoffgehalts in der Legierung durch Vakuumglühen und ein geeignetes Bearbeitungsverfahren erheblich gesenkt werden. Die Legierung von Titanlegierungen mit Wasserstoff führt zu einer erheblichen Senkung der Temperatur in der Schneidzone, ermöglicht eine Verringerung der Schnittkräfte und erhöht die Lebensdauer des Hartmetallwerkzeugs um das bis zu 10-fache, je nach Art der Legierung und der Art des Schneidens. Die Methode ermöglicht es, die Bearbeitungsgeschwindigkeit ohne Qualitätsverlust um das 2-fache zu erhöhen.
Kombinierte Operationen
Technologische Verfahren, die es ermöglichen, mehrere Arbeitsgänge in einem einzigen Arbeitsgang zusammenzufassen, indem Mehrfachwerkzeuge auf Mehrfachbearbeitungsmaschinen (Bearbeitungszentren) eingesetzt werden, sind weit verbreitet. Zum Beispiel werden zur Herstellung von Kraftwerksteilen aus Stanzteilen die Maschinen MA-655A, FP-17SMN, FP-27S verwendet, die Teile der Typen "Ausleger", "Säule", "Gehäuse" herstellen.Säule", "Gehäuse" aus geformten Guss- und Schmiedeteilen - Maschinen Horizont, Me-12-250, MA-655A, Blechtafeln - Werkzeugmaschine VFZ-M8. Diese Maschinen wenden das Prinzip der "maximalen" Vollständigkeit der Bearbeitung in einem Arbeitsgang an, was durch die aufeinanderfolgende Bearbeitung eines Teils von mehreren Seiten auf einer Maschine mit Hilfe von mehreren installierten Vorrichtungen erreicht wird.
Hydroabrasives Schneiden
Eines der wichtigsten Verfahren zum Schneiden von Titan ist das Nassschneiden mit einem Hochdruckwasserstrahl bei hoher Geschwindigkeit. Durch die rationelle Produktion ist es heute möglich, eine Wasserstrahlschneidanlage zu einem optimalen Preis zu erwerben. Die Vorteile dieser Methode sind beträchtlich:
-Verringerung des Metallabfalls;
-Vereinfacht die Herstellung komplexer Teile;
-Reduzierung der Bearbeitungskosten.
Schneiden mit einer Bandsäge
Das Schneiden von Titan mit einer Bandsäge ist ebenfalls möglich, allerdings muss dabei besonders auf die Schnittgeschwindigkeit und die Schnitttiefe geachtet werden. Die höchste Effizienz wird durch die Verwendung von Werkzeugen aus Schnellarbeitsstahl erreicht. Titan ist hinsichtlich der Bearbeitbarkeit mit austenitischen nichtrostenden Stählen vergleichbar.
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