Το τιτάνιο είναι το τρίτο από τα μεταλλικά υλικά, το οποίο, μετά από το αλουμίνιο και το αναξείδωτο, κερδίζει συνεχώς έδαφος από τον σίδηρο στην σύγχρονη τεχνολογία. Από την κατασκευή των πυραύλων για να ταξιδεύουν στον διαστημικό χώρο και χρόνο, μέχρι την κατασκευή μικρών κοσμημάτων και μικροσκοπικών ηλεκτρονικών εξαρτημάτων.
Τί είναι το τιτάνιο και ποια τα τεχνικά του χαρακτηριστικά που το καθιστούν τόσο χρήσιμο συνεργάτη μας;
Το τιτάνιο είναι ένα μη σιδηρούχο υλικό το οποίο εξάγεται κυρίως από ένα ορυκτό του, το οξείδιο του τιτανίου TiO2 , και το οποίο είναι γνωστό στους ηλεκτροσυγκολλητές ως ρουτίλιο.
Ανακαλύφθηκε το 1791 στην Αγγλία από έναν πάστορα και ερασιτέχνη γεωλόγο, τον William Gregor. Την ονομασία τιτάνιο την έδωσε ο Γερμανός χημικός Μάρτιν Κλάπροθ λίγο αργότερα, το 1794 και προέρχεται από τους Τιτάνες της Ελληνικής προϊστορίας.
Είναι ένα υλικό περίπου 45% ελαφρύτερο από τον σίδηρο και 60% βαρύτερο από το αλουμίνιο. Το όριο διαρροής του είναι 84Kgr/mm2 σε σύγκριση των απλών κατασκευαστικών χαλύβων ASTM A36 που είναι 25 Kgr/mm2 , του αλουμινίου 6061 στα 27 Kgr/mm2 και του 5052 στα 19 Kgr/mm2.
Σαν υλικό παρουσιάζει εξαιρετική αντοχή στην διάβρωση τόσο από το θαλασσινό νερό όσο και από διάφορα άλλα οξειδωτικά περιβάλλοντα. Ιδιότητες οι οποῖες έχουν πολύ μεγάλη διάρκεια ζωής τόσο ώστε πρακτικά να θεωρούνται ότι δεν χάνονται με το πέρασμα του χρόνου. Αυτό που κάνει επί πλέον πολύτιμο αυτό το μέταλλο είναι ότι μπορεί να διατηρεί αυτές τις ιδιότητες σε ένα πολύ μεγάλο εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας από περίπου -200οC ~ 600οC. Έτσι μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως σωλήνωση για θαλασσινό νερό ή για την κατασκευή εξατμίσεων και άλλων εξαρτημάτων ειδικών απαιτήσεων. Το κόστος αγοράς του υλικού είναι εξαιρετικά υψηλό αλλά αυτό αντισταθμίζεται με τον χρόνο ζωής του υλικού που είναι εξαιρετικά μεγάλο αλλά και των απαιτήσεων συντήρησης που δεν υπάρχουν.
Το τιτάνιο δεν είναι τοξικό υλικό και δεν προκαλεί αλλεργικές αντιδράσεις στο ανθρώπινο σώμα. Αυτό σε συνδυασμό με τον χαμηλό βαθμό γραμμικής του διαστολής το καθιστά υλικό το οποίο μπορεί να τοποθετηθεί στο ανθρώπινο σώμα με την μορφή εμφυτευμάτων αλλά και ενισχυτικών ελασμάτων στήριξης μέσης ή τραυματισμένων άκρων.
Όπως όλα τα μέταλλα έτσι και το τιτάνιο διακρίνεται σε διάφορες ποιότητες ανάλογα με τα κραματικά του στοιχεία και τον τρόπο παραγωγής του.
Γενικά υπάρχουν 31 ποιότητες τιτανίου οι οποίες διακρίνονται σε τέσσερεις μεγάλες ομάδες, την CP, την Alpha, την Alpha-Beta και την Beta.
Η CP (Commercially Pure) είναι σχεδόν καθαρό τιτάνιο, 98~99,5%, με μικρά πρόσθετα κραματικά στοιχεία οξυγόνου, αζώτου, άνθρακα και σιδήρου και διακρίνεται επίσης σε τέσσερεις επί μέρους ποιότητες την Grades 1, 2, 3, 4. Γενικά η CP είναι η ευκολότερη συγκολλούμενη ποιότητα τιτανίου.
Η συγκόλληση του τιτανίου, αν και φαντάζει ίσως λίγο εξωτικό υλικό, δεν παρουσιάζει κάποιες ιδιαίτερες δυσκολίες και ίσως είναι πιο εύκολη ακόμη και από κάποια άλλα πιο καθημερινά υλικά.
Οι δυσκολίες που παρουσιάζονται κατά την συγκόλλησή του δεν προέρχονται από την τεχνική αλλά από τις διαδικασίες που πρέπει να εφαρμοστούν.
Αν και το σημείο τήξης του υλικού είναι υψηλότερο από του σιδήρου και φθάνει τους 1660οC, μπορεί να συγκολληθεί με ακίδα βολφραμίου, με μηχανή σύρματος, με laser, plasma και άλλους πιο εξειδικευμένους τρόπους όπως συγκόλληση δια τριβής και δέσμης ηλεκτρονίων.
Το τιτάνιο είναι ένα υλικό το οποίο αντιδρά πολύ εύκολα με το οξυγόνο ακόμη και σε θερμοκρασία δωματίου. Αυτή η αντίδραση δημιουργεί στην επιφάνεια του υλικού μια επίστρωση από διοξείδιο του τιτανίου, η οποία είναι τόσο ισχυρή ώστε εμποδίζει την επί πλέον οξείδωση του υλικού.
Κατά την συγκόλληση με ακίδα βολφραμίου, αυτή η επίστρωση θα πρέπει να αφαιρείται επειδή απαιτεί πολύ ισχυρό ρεύμα συγκόλλησης αλλά και επειδή ὑπάρχει κίνδυνος εγκλωβισμού του οξειδίου στην ραφή συγκόλλησης.
Για την συγκόλληση με ακίδα βολφραμίου θα πρέπει να χρησιμοποιείται η ορθή πολικότητα όπως και στην περίπτωση των σιδηρούχων υλικών.
Όπως προαναφέρθηκε. Ενώ η τεχνική είναι σχετικά εύκολη παρουσιάζονται ιδιαίτερες απαιτήσεις στις διαδικασίες εξ αιτίας της υψηλής τάσης αντίδρασης του τιτανίου με το οξυγόνο.
Η πρώτη και κύρια απαίτηση είναι η διασφάλιση της σωστής προστασίας του λουτρού τήξης. Ως αέριο προστασίας χρησιμοποιείται το αργό το οποίο θα πρέπει να είναι διασφαλισμένης ποιότητας ως προς την ύπαρξη υγρασίας. Για τον λόγο αυτόν κυρίως χρησιμοποιείται αργό υψηλής καθαρότητας.
Δεν έχει όμως καμία σημασία η ποιότητα του αερίου όταν δεν είναι διασφαλισμένη η στεγανότητα τόσο των αγωγών τροφοδοσίας αερίου όσο και των διαφόρων συνδέσμων.
Ένα συνηθισμένο πρόβλημα που παρατηρείται συχνά είναι η απομάκρυνση της προστασίας του αερίου από το σημείο συγκόλλησης πριν αυτό ψυχθεί ικανοποιητικά. Ιδιαίτερα για το τιτάνιο η προστασία πρέπει να διαρκεί μέχρι η θερμοκρασία του υλικού πέσει κάτω από τους 400οC που σημαίνει ότι δεν αρκεί μόνον η προστασία στο σημείο τήξης αλλά θα πρέπει να καλύπτει και την ΖΕΘ.
Στο σημείο συγκόλλησης δεν θα πρέπει να υπάρχουν διάφορα ρεύματα αέρα είτε φυσικά από ανοίγματα είτε τεχνητά από ανεμιστήρες τα οποία θα επηρεάσουν την σωστή προστασία της ραφής.
Επίσης μεγάλη προσοχή απαιτείται στην καθαρότητα τόσο του μετάλλου βάσης όσο και του αναλωσίμου. Θα πρέπει να καθαρίζεται με προσοχή από διάφορα λάδια, λιπαντικά κοπής ή άλλου χημικού τύπου βρωμιές αλλά ακόμη και από την σιδηρόσκονη η οποία μπορεί να έχει επικαθίσει στην επιφάνεια και να δημιουργήσει πόρους ή και ρηγματώσεις στην ραφή. Για τον λόγο αυτόν υπάρχουν αυστηρές προδιαγραφές που δεν επιτρέπουν την επεξεργασία του τιτανίου σε χώρους όπου επεξεργάζονται και άλλα υλικά. Τα αναλώσιμα θα πρέπει να είναι εξ ίσου καθαρά και για τον λόγο αυτόν θα πρέπει ο συγκολλητής να δίνει ιδιαίτερη σημασία στην καθαρότητα των γαντιών.
Για τον έλεγχο της ποιότητας ραφής συγκόλλησης υπάρχουν ειδικές προδιαγραφές. Πολύ μεγάλη σημασία δίνεται στον χρωματισμό της ραφής. Κάποιος χρωματισμός της ραφής, μπλε, πράσινος, ιώδης και άλλοι, μπορεί να φαίνονται ωραίοι στο μάτι σημαίνουν όμως υλικό που έχει οξειδωθεί και έχει χάσει αρκετές από τις ιδιότητές του.
Σε πολλές κατασκευές απαιτήσεων, οι επιθεωρητές απορρίπτουν κάποια συγκόλληση μόνο από τον χρωματισμό της ραφής.
Το τιτάνιο είναι ένα πανέμορφο υλικό το οποίο όμως θα πρέπει να του φερόμαστε με ακόμη μεγαλύτερο σεβασμό από τον καθημερινό μας φίλο, το ανοξείδωτο.
