Titan-Auspuffrohranwendungen im Motorsport und in Automobilsystemen

Warum Titan in Abgassystemen verwendet wird

Titan-Auspuffrohre und -Rohre sind zur Standardwahl für Hochleistungs--Abgassysteme für Motorräder und Autos geworden. Der Grund liegt in einer Kombination von Eigenschaften, die kein Edelstahl bei gleichem Gewicht reproduziert. Titan hat eine Dichte von etwa 4,51 g/cm3, sodass eine Titan-Abgasanlage typischerweise 40 bis 50 % weniger wiegt als eine entsprechende Edelstahlanlage. Das Material verträgt auch kontinuierliche Abgastemperaturen im Bereich von 600 bis 800 Grad ohne die Ablagerungen und Versprödung, die bei beschichtetem Baustahl auftreten, und seine sich natürlich bildende Oxidschicht sorgt für eine hervorragende Beständigkeit gegenüber Streusalz, Kondenssäuren und chloridreichen Umgebungen.

Die geringere Masse ist nicht nur eine Gewichtsangabe im Lastenheft. Die verringerte Masse am Heck eines Motorrads oder Autos senkt den Schwerpunkt, ermöglicht eine schnellere Reaktion der Federung und verringert die Belastung der Auspuffaufhängungen und -halterungen. Im Rohrinneren verbessern glattere Bohrungsoberflächen und dünnere Wände die Gasgeschwindigkeit, weshalb Titan im Motorsport häufig für Krümmer, Mittelrohre und Schalldämpfer verwendet wird.

Schlüsselanwendungen im Motorsport und Automotive

Auspuffrohre und Schalldämpfergehäuse:dünnwandiges, geschweißtes und nahtloses Rohr mit einer Wandstärke von 0,8-2,0 mm, gebogen und in Sammler, Mittelrohre und Schalldämpferkörper eingeschweißt.

Flexgelenke und Bälge:Gewellte Titanbälge absorbieren Wärmeausdehnung und Motorbewegung und schützen die Krümmer vor Rissen.

Auspuffaufhängungen und Halterungen:Rundstangen und Stangen aus GR1, GR2 und GR5, verarbeitet zu Kleiderbügeln, Abstandshaltern und Verbindungsstangen.

Tortenschnitte und Merge-Sammler:Lasergeschnittene Segmente, die zu Kollektoren verschweißt sind, wobei die Qualität des Zusatzdrahts die Ermüdungslebensdauer der Verbindung bestimmt.

Turbolader- und Wastegate-Verrohrung:dünnes-Rohr, das hohen Temperaturwechseln ohne Verformung standhält.

Slip--Motorräder und Komplettsysteme:Die größte Einzelanwendung, die Gewichtsersparnis mit einem unverwechselbaren Klang und einer gleichbleibenden Farbe nach dem Hitzezyklus kombiniert.

Titansorten und Produktformen

Handelsüblich reine Qualitäten werden für Rohre und Bälge verwendet, bei denen Formbarkeit und Schweißbarkeit am wichtigsten sind. legierte Sorten werden dort eingesetzt, wo eine höhere Festigkeit erforderlich ist. Die folgende Tabelle fasst die normalerweise für Abgasarbeiten vorgeschriebenen Formen und die sie abdeckenden Normen zusammen.

Geschweißte Rohre nach ASTM B337 und nahtlose Rohre nach ASTM B338 sind die beiden am häufigsten genannten Spezifikationen für Abgasrohre, während Platten nach ASTM B265 für aus Blech geschnittene Schalldämpfer-Endkappen und Flansche verwendet werden. Stangen und Stäbe gemäß ASTM B348 decken Aufhänger, Gewindestangen und maschinell bearbeitete Fittings ab und sind mit rundem, quadratischem und sechseckigem Querschnitt erhältlich, mit kundenspezifischen Durchmessern und Längen, die nach Zeichnung zugeschnitten werden.

Titan-Auspuff-Flexbalg

Ein Titanbalg ist ein gewelltes, ziehharmonikaartiges Element, das das lineare Wachstum absorbiert, das durch die Wärmeausdehnung in einem Abgassystem entsteht. Ohne sie drückt die Ausdehnung eines heißen Sammlers gegen den Verteilerflansch und führt schließlich zu Rissen in der Schweißnaht. GR1- und GR2-Faltenbälge werden am häufigsten gewählt, da ihre höhere Duktilität tiefere Wellen ermöglicht, ohne dass beim Formen Risse entstehen. Zu ihren Vorteilen gehören amagnetisches Verhalten, gute Wärmeabstrahlung und elektromagnetische Abschirmung, geringes Gewicht, hohe Bewegungsempfindlichkeit und starke Korrosionsbeständigkeit.

Balglänge, Lagenzahl und Anzahl der Windungen werden anhand der Axialbewegung und der erwarteten Anzahl thermischer Zyklen ausgewählt, nicht allein anhand der Bohrungsgröße.

Schweißen und Herstellung von Titan-Auspuffrohren

Titan muss in einer inerten Atmosphäre geschweißt werden, da die Oberfläche ab etwa 400 Grad Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff aufnimmt und spröde wird. WIG-Schweißen ist das übliche Verfahren für Abgasarbeiten, und ERTi-1- oder ERTi-2-Zusatzdraht (entsprechend Güteklasse 1 und Güteklasse 2) wird für technisch reines Grundmetall verwendet. Für das Lichtbogenschweißen von Titan und Titanlegierungen werden die gleichen Drahttypen als MIG- und WIG-Zusatzwerkstoffe geliefert. Das Spülgas muss das Innere des Rohrs erreichen und für jede Verbindung, die nach dem Durchgang des Lichtbogens heiß bleibt, ist eine nachlaufende Abschirmung erforderlich.

Passen Sie die Qualität des Zusatzdrahtes an das Grundmetall an, damit die Schweißzone genauso duktil bleibt wie das Mutterrohr.

Reinigen Sie die Verbindung unmittelbar vor dem Schweißen mit einer speziellen Edelstahl- oder Hartmetallbürste und einem Acetontuch. Titanverunreinigungen bleiben bis zum Versagen der Verbindung unsichtbar.

Halten Sie die Zwischenlagentemperatur niedrig und verwenden Sie die kleinste Wärmezufuhr, die eine vollständige Durchdringung ermöglicht.

Schweißen Sie Tortenstücke und verbinden Sie Kollektoren in einer Spülkammer oder mit einem Handschuhfach, sofern die Geometrie dies zulässt.

Überprüfen Sie die Farbe nach dem Schweißen: Eine leichte strohgelbe Tönung ist auf einer mit Spülmittelschicht versehenen Verbindung akzeptabel, während graue oder weiße, schuppige Ablagerungen auf eine Verunreinigung hinweisen und eine Nacharbeit erfordern.

Eine Wärmebehandlung nach dem-Schweißen ist normalerweise für kommerziell reine Abgasrohre nicht erforderlich, eine Spannungsentlastung wird jedoch angewendet, wenn ein System an enge Ebenheitsgrenzen geschweißt wird oder wenn die Baugruppe bei hohen Temperaturen Vibrationen ausgesetzt ist.

Korrosion, thermisches und Leistungsverhalten

Die schützende Oxidschicht, die sich auf Titan bildet, ist in den meisten Abgasumgebungen stabil und bildet sich sofort neu, wenn die Oberfläche zerkratzt wird. Deshalb behalten Titansysteme ihr Aussehen viel länger als lackierter oder aluminisierter Stahl. Die Wärmeausdehnung von Titan beträgt etwa 8,6 × 10-6 /K und ist damit geringer als die von austenitischem Edelstahl. Daher benötigt ein Titansystem weniger Ausdehnungsspielraum -. Da die Rohrwand jedoch dünner ist, ist zum Schutz des Verteilers immer noch die Flexibilität eines Faltenbalgs oder einer Gleitverbindung erforderlich. Gewichtsreduzierung, schnellere Gasgeschwindigkeit und kühlere Temperaturen unter der Motorhaube sorgen zusammen für die messbaren Leistungssteigerungen und die Gasannahme, die Motorsportteams suchen.

Häufig gestellte Fragen

F: Welche Titansorte eignet sich am besten für eine Motorradauspuffanlage?
Geschweißte Rohre der Güteklasse 2 nach ASTM B337 sind die Standardwahl für Abgasrohre und Schalldämpfergehäuse, während Güteklasse 1 für tief geformte Bälge bevorzugt wird. Güteklasse 5 wird eher für hochfeste Stangen, Flansche und Befestigungselemente als für das Rohr selbst verwendet.

F: Wie viel leichter ist ein Titan-Auspuff als ein Edelstahl-Auspuff?
Titan hat eine Dichte von etwa 4,51 g/cm3 gegenüber etwa 7,9 g/cm3 bei Edelstahl, sodass ein Titansystem bei gleicher Wandstärke und Geometrie typischerweise 40–50 % leichter ist.

F: Welcher Zusatzdraht sollte zum WIG-Schweißen von Titan-Auspuffrohren verwendet werden?
ERTi-1- oder ERTi-2-Draht passend zu Grundmetall der Güteklasse 1 oder 2 ist Standard. Die Qualität des Zusatzwerkstoffs sollte mit der Qualität des Rohrs übereinstimmen, damit die Schweißzone eine vergleichbare Duktilität und Korrosionsbeständigkeit behält.

F: Welche Bohrungsgrößen sind für Titan-Flexbälge erhältlich?
Zu den gängigen Größen gehören 38,1 mm, 44,5 mm, 47,6 mm, 60 mm, 63,5 mm, 70 mm, 76,2 mm, 89 mm, 101,6 mm und 127 mm. Länge, Lagenzahl und Windungszahl werden entsprechend der axialen Bewegung und den thermischen Zyklen angegeben.

F: Benötigt eine Titan-Abgasanlage eine Wärmebehandlung nach-dem Schweißen?
Nicht für gewöhnliche, handelsübliche reine Auspuffrohre. Eine Spannungsentlastung wird angewendet, wenn die Ebenheitsgrenzen eng sind oder wenn die Baugruppe anhaltenden Vibrationen bei hohen Temperaturen ausgesetzt ist.

F: Warum verfärben sich Auspuffrohre aus Titan nach Gebrauch?
Hitzezyklen verdicken die natürliche Oxidschicht und erzeugen die strohfarbenen, blauen und violetten Farbtöne, die man von Titan-Auspuffanlagen kennt. Dabei handelt es sich um ein Oberflächenoxid, nicht um Korrosion, und es verringert die Wandfestigkeit nicht.