Odată cu creșterea aluminiului în industria fabricării de sudare și acceptarea acesteia ca o alternativă excelentă la oțel pentru multe aplicații, există cerințe din ce în ce mai mari pentru cei implicați în dezvoltarea de proiecte de aluminiu pentru a se familiariza cu acest grup de materiale. Pentru a înțelege pe deplin aluminiu, este recomandabil să începeți prin a face cunoștință cu sistemul de identificare / desemnare aluminiu, numeroasele aliaje de aluminiu disponibile și caracteristicile acestora.

Temperatura și sistemul de desemnare aliajului de aluminiu- În America de Nord, Asociația de aluminiu Inc. este responsabilă pentru alocarea și înregistrarea aliajelor de aluminiu. În prezent, există peste 400 de aluminiu forjat și aliaje din aluminiu forjat și peste 200 de aliaje de aluminiu sub formă de piese de turnare și lingouri înregistrate la Asociația de aluminiu. Limitele compoziției chimice din aliaj pentru toate aceste aliaje înregistrate sunt conținute în Asociația de aluminiuCartea de ceaiIntitulat „Denumiri internaționale de aliajuri și limite de compoziție chimică pentru aluminiu forjat și aliaje din aluminiu forjat” și în lorCarte rozintitulat „Denumiri și limite de compoziție chimică pentru aliaje de aluminiu sub formă de piese de turnare și lingouri. Aceste publicații pot fi extrem de utile pentru inginerul de sudare atunci când se dezvoltă proceduri de sudare și atunci când considerarea chimiei și asocierea acesteia cu sensibilitatea la fisură este de importanță.

Aliajele de aluminiu pot fi clasificate într -o serie de grupuri bazate pe caracteristicile materialului particular, cum ar fi capacitatea sa de a răspunde la tratamentul termic și mecanic și la elementul de aliere primară adăugat la aliajul de aluminiu. Când luăm în considerare sistemul de numerotare / identificare utilizat pentru aliaje de aluminiu, sunt identificate caracteristicile de mai sus. Aluminiile forjate și turnate au diferite sisteme de identificare. Sistemul forjat este un sistem de 4 cifre, iar piesele turnate având un sistem de 3 cifre și 1-decimal.

Sistem de desemnare a aliajului forjat- Vom lua în considerare mai întâi sistemul de identificare a aliajului din aluminiu din 4 cifre. Prima cifră (XXXX) indică principalul element de aliere, care a fost adăugat în aliajul de aluminiu și este adesea folosit pentru a descrie seria aliajului de aluminiu, IE, seria 1000, seria 2000, seria 3000, serii de până la 8000 (vezi Tabelul 1).

A doua o singură cifră (xXxx), dacă este diferit de 0, indică o modificare a aliajului specific, iar a treia și a patra cifră (xxXX) sunt numere arbitrare date pentru a identifica un aliaj specific din serie. Exemplu: În aliaj 5183, numărul 5 indică faptul că este din seria de aliaje de magneziu, 1 indică faptul că este 1^stModificarea la aliajul original 5083, iar 83 o identifică în seria 5xxx.

Singura excepție de la acest sistem de numerotare a aliajului este cu aliajele din aluminiu din seria 1XXX (aluminiu pur), caz în care ultimele 2 cifre oferă procentul minim de aluminiu peste 99%, adică aliaj 13(50)(99,50% aluminiu minim).

Sistem de desemnare a aliajului din aluminiu forjat

Tabelul 1

Desemnarea aliajului turnat- Sistemul de desemnare a aliajului turnat se bazează pe o desemnare zecimală cu 3 cifre în plus xxx.x (adică 356.0). Prima cifră (Xxx.x) indică elementul principal de aliere, care a fost adăugat în aliajul de aluminiu (vezi tabelul 2).

Sistem de desemnare a aliajului din aluminiu turnat

Tabelul 2

A doua și a treia cifră (xXX.x) sunt numere arbitrare date pentru a identifica un aliaj specific din serie. Numărul care urmează punctului zecimal indică dacă aliajul este un turnare (.0) sau un lingou (.1 sau .2). Un prefix cu litere de capital indică o modificare a unui aliaj specific.
Exemplu: Aliaj - A356.0 Capitala A (Axxx.x) indică o modificare a aliajului 356.0. Numărul 3 (a3xx.x) indică faptul că este din siliciu plus serii de cupru și/sau magneziu. 56 in (Ax56.0) identifică aliajul din seria 3xx.x și .0 (axxx.0) indică faptul că este o formă finală de turnare și nu un lingou.

Sistemul de desemnare a temperamentului din aluminiu -Dacă luăm în considerare diferitele serii de aliaje de aluminiu, vom vedea că există diferențe considerabile în caracteristicile lor și aplicarea în consecință. Primul punct de recunoscut, după înțelegerea sistemului de identificare, este că există două tipuri de aluminiu distinct diferite în seria menționată mai sus. Acestea sunt aliajele de aluminiu tratabile termic (cele care pot câștiga rezistență prin adăugarea de căldură) și aliajele de aluminiu tratabile non-căldate. Această distincție este deosebit de importantă atunci când se ia în considerare efectele sudării cu arc pe aceste două tipuri de materiale.

Aliajele din aluminiu din seria 1xxx, 3xxx și 5xxx sunt tratabile care nu sunt tratabile și sunt întărite. Aliajele din aluminiu forjat din seria 2xxx, 6xxx și 7xxx sunt tratabile termic, iar seria 4xxx constă atât din aliaje tratabile termice, cât și non-căldate. Aliajele turnate din seria 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x și 7xx.x sunt tratabile termic. Întărirea tulpinii nu este aplicată în general la piesele turnate.

Aliajele tratabile termice își dobândesc proprietățile mecanice optime printr -un proces de tratament termic, cele mai frecvente tratamente termice fiind tratarea termică a soluției și îmbătrânirea artificială. Tratamentul termic al soluției este procesul de încălzire a aliajului la o temperatură ridicată (în jur de 990 ° C) pentru a pune în soluție elementele sau compușii de aliere. Aceasta este urmată de stingerea, de obicei în apă, pentru a produce o soluție suprasaturată la temperatura camerei. Tratamentul termic cu soluție este de obicei urmat de îmbătrânire. Îmbătrânirea este precipitația unei porțiuni din elementele sau compușii dintr -o soluție suprasaturată pentru a produce proprietăți dezirabile.

Aliajele tratabile non-căldate își dobândesc proprietățile mecanice optime prin întărirea tulpinii. Întărirea tulpinii este metoda creșterii rezistenței prin aplicarea lucrărilor la rece.T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

Denumirile de bază ale temperamentului de bază

Tabelul 3

În plus, la desemnarea de bază a temperamentului, există două categorii de subdiviziune, una care abordează temperamentul „H” - întărirea tulpinii, iar cealaltă abordând temperamentul „T” - desemnarea tratată termic.

Subdiviziuni ale temperamentului H - încordat

Prima cifră după H indică o operație de bază:
H1- tulpina întărită doar.
H2- tulpina întărită și parțial anexată.
H3- Tulpina întărită și stabilizată.
H4- Se strecoară întărit și lăcuit sau pictat.

A doua cifră după H indică gradul de întărire a tulpinilor:
HX2- sfert hx hx4- HX pe jumătate greu6-greu de trei sferturi
HX8- Full greu hx9- În plus greu

Subdiviziuni ale temperamentului T - tratate termic

T1- îmbătrânit în mod natural după răcire dintr -un proces crescut de modelare a temperaturii, cum ar fi extrudarea.
T2- Frig a funcționat după răcire dintr -un proces ridicat de modelare a temperaturii și apoi îmbătrânit natural.
T3- Soluție tratată termic, lucrată la rece și îmbătrânită în mod natural.
T4- Soluție tratată termic și îmbătrânită în mod natural.
T5- îmbătrânit artificial după răcire dintr -un proces crescut de modelare a temperaturii.
T6- Soluție tratată termic și îmbătrânită artificial.
T7- Soluție tratată termic și stabilizată (suprasolicitată).
T8- Soluție tratată termic, lucrată la rece și îmbătrânită artificial.
T9- Soluție tratată termic, îmbătrânită artificial și a lucrat la rece.
T10- Frig a funcționat după răcire dintr -un proces ridicat de modelare a temperaturii și apoi îmbătrânit artificial.

Cifre suplimentare indică ameliorarea stresului.
Exemple:
TX51sau txx51- Stresul ușurat de întindere.
TX52sau txx52- Stresul ușurat de comprimare.

Aliaje de aluminiu și caracteristicile lor- Dacă luăm în considerare cele șapte serii de aliaje din aluminiu forjat, vom aprecia diferențele lor și le vom înțelege aplicațiile și caracteristicile.

Aliaje din seria 1xxx-(tratabilă non-căldură-cu o rezistență la tracțiune finală de 10 până la 27 ksi) Această serie este adesea denumită seria de aluminiu pur, deoarece este necesar să aibă 99,0% aluminiu minim. Sunt veldabile. Cu toate acestea, din cauza intervalului lor de topire îngust, aceștia necesită anumite considerente pentru a produce proceduri de sudare acceptabile. Atunci când sunt luate în considerare pentru fabricare, aceste aliaje sunt selectate în principal pentru rezistența lor superioară de coroziune, cum ar fi în rezervoarele chimice specializate și conductele sau pentru conductivitatea lor electrică excelentă, ca în aplicațiile cu bare de autobuz. Aceste aliaje au proprietăți mecanice relativ slabe și ar fi rareori luate în considerare pentru aplicații structurale generale. Aceste aliaje de bază sunt adesea sudate cu material de umplere potrivită sau cu aliaje de umplere 4xxx, dependente de cerințele de aplicare și performanță.

Aliaje din seria 2xxx- (tratabilă termică - cu o rezistență la tracțiune finală de 27 până la 62 ksi) Acestea sunt aliaje de aluminiu / cupru (adăugări de cupru cuprinse între 0,7 și 6,8%) și sunt aliaje de înaltă rezistență, de înaltă performanță, care sunt adesea utilizate pentru aplicații aerospațiale și aeronave. Au o rezistență excelentă pe o gamă largă de temperatură. Unele dintre aceste aliaje sunt considerate nemedibile prin procesele de sudare cu arc din cauza susceptibilității lor la fisurarea la cald și la fisurarea coroziunii stresului; Cu toate acestea, altele sunt sudate cu arc cu succes cu procedurile corecte de sudare. Aceste materiale de bază sunt adesea sudate cu aliaje de umplutură din seria 2xxx de înaltă rezistență, concepute pentru a se potrivi cu performanțele lor, dar uneori pot fi sudate cu umpluturile din seria 4XXX care conțin siliciu sau siliciu și cupru, dependente de cerințele de aplicare și serviciu.

Aliaje din seria 3xxx-(tratabilă non-căldură-cu o rezistență la tracțiune finală de 16 până la 41 ksi) Acestea sunt aliajele de aluminiu / mangan (adăugările de mangan cuprinse între 0,05 și 1,8%) și sunt de o rezistență moderată, au o bună rezistență la coroziune, o formare bună și sunt potrivite pentru utilizarea la temperaturi ridicate. Una dintre primele lor utilizări a fost ghivece și tigăi și sunt astăzi componenta majoră pentru schimbătoarele de căldură din vehicule și centrale electrice. Cu toate acestea, puterea lor moderată împiedică considerația lor pentru aplicațiile structurale. Aceste aliaje de bază sunt sudate cu aliaje de umplere 1xxx, 4xxx și 5xxx, dependente de chimia lor specifică și de cerințele particulare de aplicare și servicii.

Aliaje din seria 4xxx-(tratabile termice și tratabile non-căldură-cu o rezistență la tracțiune finală de 25 până la 55 ksi) Acestea sunt aliajele de aluminiu / siliciu (adaosuri de siliciu cuprinse între 0,6 și 21,5%) și sunt singurele serii care conțin atât aliaje tratabile termice, cât și aliaje tratabile care nu pot fi căldate. Siliconul, atunci când este adăugat în aluminiu, își reduce punctul de topire și își îmbunătățește fluiditatea atunci când este topită. Aceste caracteristici sunt de dorit pentru materialele de umplere utilizate atât pentru sudare cu fuziune, cât și pentru brațare. În consecință, această serie de aliaje se găsește predominant ca material de umplere. Siliconul, independent în aluminiu, este tratabil non-căldură; Cu toate acestea, o serie dintre aceste aliaje de siliciu au fost concepute pentru a avea adăugări de magneziu sau cupru, ceea ce le oferă capacitatea de a răspunde favorabil la tratamentul termic al soluției. De obicei, aceste aliaje de umplutură tratabile termic sunt utilizate numai atunci când o componentă sudată trebuie să fie supusă tratamentelor termice post -sudură.

Aliaje din seria 5xxx-(tratabilă non-căldură-cu o rezistență la tracțiune finală de 18 până la 51 ksi) Acestea sunt aliajele de aluminiu / magneziu (adaosuri de magneziu cuprinse între 0,2 și 6,2%) și au cea mai mare rezistență a aliajelor tratabile care nu sunt căldate. În plus, această serie de aliaje este ușor de sudabilă și din aceste motive sunt utilizate pentru o mare varietate de aplicații, cum ar fi construcții navale, transport, vase sub presiune, poduri și clădiri. Aliajele de bază de magneziu sunt adesea sudate cu aliaje de umplutură, care sunt selectate după luarea în considerare a conținutului de magneziu al materialului de bază și a condițiilor de aplicare și de service ale componentei sudate. Aliajele din această serie cu mai mult de 3,0% magneziu nu sunt recomandate pentru un serviciu de temperatură ridicat peste 150 ° F din cauza potențialului lor de sensibilizare și a susceptibilității ulterioare la fisurarea coroziunii la stres. Aliajele de bază cu mai puțin de aproximativ 2,5% magneziu sunt adesea sudate cu succes cu aliajele de umplere a seriei 5xxx sau 4xxx. Aliajul de bază 5052 este, în general, recunoscut ca aliaj maxim de bază de conținut de magneziu care poate fi sudat cu un aliaj de umplutură din seria 4xxx. Din cauza problemelor asociate cu topirea eutectică și a proprietăților mecanice asociate și sudate, nu este recomandat să sudezi materialul din această serie de aliaje, care conțin cantități mai mari de magneziu cu umpluturile din seria 4xxx. Materialele mai mari de bază de magneziu sunt sudate doar cu aliaje de umplere 5xxx, care se potrivesc în general cu compoziția din aliaj de bază.

Aliaje din seria 6xxx- (tratabilă termică - cu o rezistență la tracțiune finală de 18 până la 58 ksi) Acestea sunt aluminiu / magneziu - aliaje de siliciu (adi de magneziu și siliciu de aproximativ 1,0%) și se găsesc pe scară largă în întreaga industrie de fabricație de sudare, utilizate predominant sub formă de extrudări și încorporate în multe componente structurale. Adăugarea de magneziu și siliciu la aluminiu produce un compus de magneziu-silicid, ceea ce oferă acest material capacitatea sa de a deveni soluție tratată termic pentru o rezistență îmbunătățită. Aceste aliaje sunt sensibile în mod natural de solidificare și, din acest motiv, nu ar trebui să fie sudate cu arc autogen (fără material de umplutură). Adăugarea unor cantități adecvate de material de umplutură în timpul procesului de sudare cu arc este esențială pentru a asigura diluarea materialului de bază, prevenind astfel problema de fisurare la cald. Sunt sudate atât cu materiale de umplere

Aliaje din seria 7xxx- (tratabil termic - cu o rezistență la tracțiune finală de 32 până la 88 ksi) Acestea sunt aliajele de aluminiu / zinc (adaosuri de zinc cuprinse între 0,8 și 12,0%) și cuprind unele dintre cele mai mari aliaje din aluminiu. Aceste aliaje sunt adesea utilizate în aplicații de înaltă performanță, cum ar fi aeronave, aerospațiale și echipamente sportive competitive. La fel ca seria 2xxx de aliaje, această serie încorporează aliaje care sunt considerate candidați improprii pentru sudare cu arc, și altele, care sunt adesea sudate cu arc cu succes. Aliajele sudate frecvent din această serie, cum ar fi 7005, sunt sudate predominant cu aliajele de umplutură din seria 5xxx.

Rezumat- Aliajele de aluminiu de astăzi, împreună cu diferitele lor temperaturi, cuprind o gamă largă și versatilă de materiale de fabricație. Pentru proiectarea optimă a produsului și dezvoltarea de succes a procedurii de sudare, este important să înțelegem diferențele dintre numeroasele aliaje disponibile și diferitele caracteristici ale performanței și sudabilității lor. Atunci când dezvoltați proceduri de sudare cu arc pentru aceste aliaje diferite, trebuie luată în considerare aliajului specific sudat. Se spune adesea că sudarea cu arc de aluminiu nu este dificilă, „este doar diferit”. Cred că o parte importantă a înțelegerii acestor diferențe este să vă familiarizați cu diferitele aliaje, caracteristicile lor și sistemul lor de identificare.