Titan schweißen & Fertigung

Titanschweißungen versagen in der Regel nicht wegen zu geringer Wärmeeinbringung oder schlechter Nahtform. Sie versagen, weil Schweißgut und Wärmeeinflusszone Sauerstoff oder Stickstoff aufgenommen haben, solange sie noch heiß waren — und diese Kontamination bleibt weitgehend unsichtbar, bis die Naht reißt.

Diese Seite behandelt Schweißen und Schweißbaugruppen. Zerspanung, Zuschnitt, Umformen, Wärmebehandlung und Oberflächenbearbeitung haben jeweils eigene Seiten und sind unten verlinkt; hier werden sie bewusst nicht wiederholt.

Warum Titanschweißen eine eigene Disziplin ist

Der Schutz muss nach dem Erlöschen des Lichtbogens weiterlaufen. Titan nimmt oberhalb von etwa 427 °C (800 °F) weiter Luftgase auf. Das Schmelzbad allein abzudecken genügt nicht — Naht und umgebendes Material müssen unter Schutzgas bleiben, bis sie abgekühlt sind. Praktisch bedeutet das eine Kombination aus:

Schleppdüse, die der Brennerbewegung folgt und die abkühlende Naht abdeckt
Wurzelschutz auf der Nahtrückseite, gehalten bis die Lage abgekühlt ist
Schutzgaskammern oder lokale Einhausungen für kritische Baugruppen und kleine Bauteile

Sauberkeit ist ein Prozessschritt, keine Ordnungsfrage. Fett, Feuchtigkeit, Markierstift, Kühlschmierstoffreste oder Eisenkontamination aus einem vorherigen Auftrag landen alle in der Naht. Titanfertigung arbeitet mit eigener Vorrichtung, eigenen Schleif- und Bürstmitteln und nichteisenhaltigen Kontaktflächen — von einer Stahlvorrichtung aufgenommenes Eisen wird zum Korrosionsort.

Der vorherige Oberflächenzustand zählt. Wurde das Material an Luft warmumgeformt oder wärmebehandelt, trägt es Alpha Case, und über Alpha Case zu schweißen lässt die Naht reißen. Diese Schicht muss durch Beizen entfernt und nachgewiesen werden, bevor die Teile in die Schweißkabine gelangen.

Anlauffarben — die Sichtprüfung vor Ort

Die Nahtoberflächenfarbe zeigt unmittelbar, wie gut der Schutz funktioniert hat. Sie ersetzt keine Prüfung, ist aber das Erste, worauf man bei einer Titannaht schaut.

Nach AWS D17.1 Tabelle 7.1 (Schmelzschweißen in der Luftfahrt) gelten folgende Anlauffarben als zulässig:

Farbe	Bewertung nach Tabelle 7.1
Hellsilber	Zulässig
Silber	Zulässig
Hellstroh	Zulässig
Dunkelstroh	Zulässig
Bronze	Zulässig

Zunehmend dunklere Verfärbung darüber hinaus zeigt fortschreitende Oxidation an; ein grauer oder weißer, pulvriger Belag steht für schwere Kontamination — dieser Zustand lässt sich nicht durch Reinigen beheben, das Material muss entfernt werden. Wo genau die Grenze liegt, hängt von der in Ihrer Spezifikation aufgerufenen Nahtklasse ab; diese wird daher vor dem Schweißen vereinbart und nicht hinterher diskutiert.

Druckgeräte werden gegen das Regelwerk und die qualifizierte Prozedur beurteilt, nicht gegen eine Luftfahrt-Farbtabelle — dasselbe Prinzip, ein anderes Abnahmedokument.

WPS und PQR — was tatsächlich freigegeben wird

„Wir können Titan schweißen” ist keine Antwort auf eine Einkaufsfrage. Eine Schweißanweisung ist für einen definierten Geltungsbereich qualifiziert, und Ihre Naht muss hineinfallen:

Werkstoffgruppe und Sorte
Dickenbereich — eine an Dünnblech qualifizierte Prozedur deckt keine schweren Wandstärken ab
Nahtform und Schweißposition
Verfahren — WIG, und ob mechanisiert oder manuell
Schutzgasanordnung, einschließlich Wurzelschutz und Schleppdüse
Zusatzwerkstoff und dessen Einstufung

Liegt Ihr Bauteil außerhalb des qualifizierten Bereichs, muss die Prozedur neu qualifiziert werden. Das ist ein Terminpunkt, keine Formalie, und wird besser im Angebot als bei der Abnahme erkannt.

Die Schweißerqualifikation ist von der Verfahrensqualifikation getrennt; beide werden gegen den ausführenden Betrieb geprüft.

Was gefertigt wird

Titan und andere reaktive Metalle kommen dort zum Einsatz, wo Korrosion Stahl ausschließt. Typische Baugruppen:

Prozessbehälter, Reaktoren und Kolonnen
Wärmetauscher — Rohrbündel, Platten, sowie Rohr-Rohrboden-Verbindungen
Lagertanks und Rohrleitungssysteme
Anodenbaugruppen und Anodenkörbe — zur Beschichtung siehe MMO-Anodenbeschichtung
Konstruktions- und Sonderschweißbaugruppen nach Zeichnung

Rollen, Biegen und Böden-Drücken sind Umformoperationen; umgeformt wird im geglühten Zustand, weshalb Wärmebehandlungs- und Schweißfolge gemeinsam geplant werden müssen.

Zirkonium und weitere reaktive Metalle

Zirkonium wird nach denselben Grundsätzen geschweißt wie Titan, verzeiht aber weniger — es reagiert empfindlicher auf Sauerstoff- und Stickstoffaufnahme und erfordert eigene Prozeduren, eigene Verbrauchsmaterialien und einen eigenen sauberen Arbeitsbereich. Zirkonium wird nicht mit Titanparametern geschweißt, und Titanerfahrung überträgt sich nicht automatisch.

Nickellegierungen, Niob und plattierte Konstruktionen bringen jeweils eigene Anforderungen mit.

Prüfung

Wird bei Auftragserteilung vereinbart und in den Prüfplan aufgenommen, nicht nachträglich ergänzt:

Sicht- und Anlauffarbenbewertung gegen die anzuwendenden Abnahmekriterien
Eindringprüfung auf oberflächenoffene Fehler
Durchstrahlungsprüfung, wo Regelwerk oder Spezifikation eine volumetrische Prüfung fordern
Druck-, Dichtheits- oder Heliumlecktest je nach Geräteklasse
Wärmebehandlung nach dem Schweißen, wo Regelwerk oder Betriebsbeanspruchung dies verlangen

Die Dokumentation folgt demselben Weg wie beim Material: siehe Prüfung und Zertifikate.

Was Ihre Anfrage enthalten sollte

Zeichnung oder Skizze, mit Nahtdetails falls vorhanden
Regelwerk oder Spezifikation, nach der Sie arbeiten
Werkstoffsorte und Produktform
Auslegungsdruck und -temperatur sowie das Prozessmedium
Prüfanforderungen — Umfang der zerstörungsfreien Prüfung, Drittabnahme, Dokumentation
Stückzahl und Liefertermin

Ist die Konstruktion noch nicht final, senden Sie den vorhandenen Stand. Ob eine Naht in Titan sinnvoll ausführbar ist — und was ihre Prüfung kostet — sollte man vor dem Einfrieren der Zeichnung wissen.

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