Odată cu creșterea aluminiului în industria de fabricare a sudării și acceptarea sa ca o alternativă excelentă la oțel pentru multe aplicații, există cerințe tot mai mari pentru cei implicați în dezvoltarea proiectelor din aluminiu să se familiarizeze mai bine cu acest grup de materiale. Pentru a înțelege pe deplin aluminiul, este recomandabil să începeți prin a vă familiariza cu sistemul de identificare / desemnare a aluminiului, numeroasele aliaje de aluminiu disponibile și caracteristicile acestora.

Sistemul de temperare și desemnare din aliaj de aluminiu- În America de Nord, The Aluminium Association Inc. este responsabilă pentru alocarea și înregistrarea aliajelor de aluminiu. În prezent există peste 400 de aluminiu forjat și aliaje de aluminiu forjat și peste 200 de aliaje de aluminiu sub formă de piese turnate și lingouri înregistrate la Asociația Aluminiului. Limitele compoziției chimice ale aliajului pentru toate aceste aliaje înregistrate sunt cuprinse în Asociația AluminiuluiCartea Tealintitulat „Desemnări internaționale ale aliajelor și limite de compoziție chimică pentru aluminiu forjat și aliaje de aluminiu forjat” și înCartea Rozintitulat „Desemnări și limite de compoziție chimică pentru aliajele de aluminiu sub formă de turnări și lingouri. Aceste publicații pot fi extrem de utile inginerului de sudură atunci când dezvoltă proceduri de sudare și atunci când luarea în considerare a chimiei și asocierea acesteia cu sensibilitatea la fisuri este de importanță.

Aliajele de aluminiu pot fi clasificate într-un număr de grupuri în funcție de caracteristicile materialului particular, cum ar fi capacitatea sa de a răspunde la tratamentul termic și mecanic și elementul de aliere primar adăugat aliajului de aluminiu. Când luăm în considerare sistemul de numerotare/identificare utilizat pentru aliajele de aluminiu, sunt identificate caracteristicile de mai sus. Aluminiile forjate si turnate au sisteme diferite de identificare. Sistemul forjat este un sistem de 4 cifre iar piesele turnate având un sistem de locuri cu 3 cifre și 1 zecimală.

Sistem de desemnare din aliaj forjat- Vom lua în considerare mai întâi sistemul de identificare din aliaj de aluminiu forjat din 4 cifre. Prima cifră (Xxxx) indică elementul de aliere principal, care a fost adăugat la aliajul de aluminiu și este adesea folosit pentru a descrie seria aliajelor de aluminiu, adică seria 1000, seria 2000, seria 3000, până la seria 8000 (vezi tabelul 1).

A doua 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 anumit aliaj din serie. Exemplu: În aliajul 5183, numărul 5 indică faptul că este din seria aliajului de magneziu, 1 indică faptul că este 1^stmodificare la aliajul original 5083, iar 83 îl identifică în seria 5xxx.

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

SISTEM DE DENUMIRE ALIE DE ALUMINIU FORJAT

Tabelul 1

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

SISTEM DE DENUMIRE AL ALIAJULUI DE ALUMINIU turnat

Tabelul 2

A doua și a treia cifră (xXX.x) sunt numere arbitrare date pentru a identifica un anumit aliaj din serie. Numărul care urmează punctului zecimal indică dacă aliajul este o turnare (.0) sau un lingot (.1 sau .2). Un prefix cu majuscule indică o modificare a unui anumit aliaj.
Exemplu: aliaj – A356.0 capitalul A (Axxx.x) indică o modificare a aliajului 356.0. Numărul 3 (A3xx.x) indică faptul că este din seria siliciu plus cupru și/sau magneziu. Cele 56 in (Ax56.0) identifică aliajul din seria 3xx.x, iar .0 (Axxx.0) indică faptul că este o turnare în formă finală și nu un lingot.

Sistemul de desemnare a temperării din aluminiu -Dacă luăm în considerare diferitele serii de aliaje de aluminiu, vom vedea că există diferențe considerabile în caracteristicile acestora și aplicarea ulterioară. Primul punct de recunoscut, după înțelegerea sistemului de identificare, este că există două tipuri distincte de aluminiu 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 netratabile termic. Această distincție este deosebit de importantă atunci când se iau în considerare efectele sudării cu arc asupra acestor două tipuri de materiale.

Aliajele de aluminiu forjat din seriile 1xxx, 3xxx și 5xxx nu pot fi tratate termic și pot fi întărite numai prin deformare. Aliajele de aluminiu forjat din seriile 2xxx, 6xxx și 7xxx sunt tratabile termic, iar seria 4xxx constă atât din aliaje tratabile termic, cât și din aliaje netratabile termic. Aliajele turnate din seria 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x și 7xx.x sunt tratabile termic. Călirea prin deformare nu se aplică, în general, la piese turnate.

Aliajele tratabile termic își dobândesc proprietățile mecanice optime printr-un proces de tratament termic, cele mai comune tratamente termice fiind Tratamentul termic în soluție și îmbătrânirea artificială. Tratamentul termic în soluție este procesul de încălzire a aliajului la o temperatură ridicată (aproximativ 990 de grade F) pentru a pune elementele de aliere sau compușii în soluție. Aceasta este urmată de stingere, 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 precipitarea unei părți a elementelor sau compușilor dintr-o soluție suprasaturată pentru a obține proprietăți dorite.

Aliajele netratabile termic dobândesc proprietățile mecanice optime prin întărire prin deformare. Călirea prin deformare este metoda de creștere a rezistenței prin aplicarea prelucrării la rece.T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

DENOMINATIILE DE BAZĂ DE FUNCȚIE

Tabelul 3

În plus față de denumirea de temperatură de bază, există două categorii de subdiviziuni, una care se adresează temperamentului „H” – întărire prin deformare, iar cealaltă se adresează temperamentului „T” – desemnare tratată termic.

Subdiviziunile lui H Temper – Strain Hardened

Prima cifră după H indică o operație de bază:
H1– Numai întărit la tulpină.
H2– Întărit și parțial recoacet.
H3– Întărit și stabilizat.
H4– Întărit și lăcuit sau vopsit.

A doua cifră după H indică gradul de întărire la deformare:
HX2– Quarter Hard HX4– Half Hard HX6– Trei sferturi greu
HX8– Full Hard HX9– Extra greu

Subdiviziuni de temperare T – Tratat termic

T1- Îmbătrânit în mod natural după răcire dintr-un proces de modelare la temperatură ridicată, cum ar fi extrudarea.
T2- Lucrat la rece după răcire dintr-un proces de modelare la temperatură ridicată și apoi îmbătrânit în mod natural.
T3- Solutie tratata termic, prelucrata la rece si imbatranita natural.
T4- Soluție tratată termic și îmbătrânită natural.
T5- Îmbătrânit artificial după răcire dintr-un proces de modelare la temperatură ridicată.
T6- Soluție tratată termic și îmbătrânită artificial.
T7- Soluție tratată termic și stabilizată (supraînvechită).
T8- Soluție tratată termic, prelucrată la rece și îmbătrânită artificial.
T9- Soluție tratată termic, îmbătrânită artificial și prelucrată la rece.
T10- Lucrat la rece după răcire dintr-un proces de modelare la temperatură ridicată și apoi îmbătrânit artificial.

Cifrele suplimentare indică reducerea stresului.
Exemple:
TX51sau TXX51– Ameliorarea stresului prin întindere.
TX52sau TXX52– Eliberarea stresului prin comprimare.

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

Aliaje din seria 1xxx– (netratabil termic – cu rezistență maximă la tracțiune de 10 până la 27 ksi) această serie este adesea denumită seria de aluminiu pur deoarece este necesar să aibă minimum 99,0% aluminiu. Sunt sudabile. Cu toate acestea, din cauza intervalului lor de topire îngust, ele necesită anumite considerații pentru a produce proceduri de sudare acceptabile. Atunci când sunt luate în considerare pentru fabricare, aceste aliaje sunt selectate în primul rând pentru rezistența lor superioară la coroziune, cum ar fi rezervoarele și conductele chimice specializate, sau pentru conductivitate electrică excelentă ca în aplicațiile de bare colectoare. Aceste aliaje au proprietăți mecanice relativ slabe și rareori ar fi luate în considerare pentru aplicații structurale generale. Aceste aliaje de bază sunt adesea sudate cu material de umplutură potrivit sau cu aliaje de umplutură 4xxx, în funcție de cerințele de aplicare și de performanță.

Aliaje seria 2xxx– (tratabile termic – cu rezistență maximă la tracțiune de 27 până la 62 ksi) acestea sunt aliaje de aluminiu/cupru (adăugiri de cupru variind de la 0,7 la 6,8%) și sunt aliaje de înaltă rezistență, de înaltă performanță, care sunt adesea utilizate pentru aplicații aerospațiale și aeronautice. Au o rezistență excelentă pe o gamă largă de temperaturi. Unele dintre aceste aliaje sunt considerate nesudabile de către procesele de sudare cu arc datorită susceptibilității lor la fisurarea la cald și la fisurarea prin coroziune sub tensiune; cu toate acestea, altele sunt sudate cu arc cu foarte mult succes cu procedurile de sudare corecte. Aceste materiale de bază sunt adesea sudate cu aliaje de umplutură de înaltă rezistență din seria 2xxx concepute pentru a se potrivi cu performanța lor, dar uneori pot fi sudate cu materiale de umplutură din seria 4xxx care conțin siliciu sau siliciu și cupru, în funcție de aplicație și cerințele de service.

Aliaje seria 3xxx– (netratabil termic – cu rezistență maximă la tracțiune de 16 până la 41 ksi) Acestea sunt aliajele de aluminiu/mangan (adăugări de mangan variind de la 0,05 până la 1,8%) și sunt de rezistență moderată, au rezistență bună la coroziune, formabilitate bună și sunt potrivite pentru utilizare la temperaturi ridicate. Una dintre primele lor utilizări a fost oalele și tigăile, iar astăzi sunt componenta majoră pentru schimbătoarele de căldură din vehicule și centrale electrice. Cu toate acestea, rezistența lor moderată împiedică adesea luarea în considerare a aplicațiilor structurale. Aceste aliaje de bază sunt sudate cu aliaje de umplutură din seriile 1xxx, 4xxx și 5xxx, în funcție de chimia lor specifică și de cerințele specifice de aplicare și de service.

Aliaje seria 4xxx– (tratabile termic și netratabile termic – cu rezistență maximă la tracțiune de 25 până la 55 ksi) Acestea sunt aliajele de aluminiu/siliciu (adăugări de siliciu variind de la 0,6 la 21,5%) și sunt singurele serii care conțin atât tratabile termic, cât și netratabile. aliaje tratabile termic. Siliciul, atunci când este adăugat la aluminiu, reduce punctul său de topire și își îmbunătățește fluiditatea atunci când este topit. Aceste caracteristici sunt de dorit pentru materialele de umplutură utilizate atât pentru sudarea prin fuziune, cât și pentru lipire. În consecință, această serie de aliaje se găsește predominant ca material de umplutură. Siliciul, independent în aluminiu, nu poate fi tratat termic; cu toate acestea, un număr dintre aceste aliaje de siliciu au fost concepute pentru a avea adaosuri de magneziu sau cupru, ceea ce le oferă capacitatea de a răspunde favorabil la tratamentul termic prin soluție. De obicei, aceste aliaje de umplutură tratabile termic sunt utilizate numai atunci când o componentă sudată urmează să fie supusă unor tratamente termice post-sudare.

Aliaje seria 5xxx– (netratabil termic – cu rezistență maximă la tracțiune de 18 până la 51 ksi) Acestea sunt aliajele de aluminiu/magneziu (adiții de magneziu variind de la 0,2 la 6,2%) și au cea mai mare rezistență dintre aliajele netratabile termic. În plus, această serie de aliaje este ușor de sudat și din aceste motive sunt utilizate pentru o mare varietate de aplicații, cum ar fi construcțiile navale, transporturi, recipiente 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 funcționare ale componentei sudate. Aliajele din această serie cu mai mult de 3,0% magneziu nu sunt recomandate pentru funcționare la temperaturi ridicate peste 150 de grade F din cauza potențialului lor de sensibilizare și susceptibilitate ulterioară la fisurarea coroziunii prin tensiuni. Aliajele de bază cu mai puțin de aproximativ 2,5% magneziu sunt adesea sudate cu succes cu aliajele de umplutură din seria 5xxx sau 4xxx. Aliajul de bază 5052 este în general recunoscut ca aliajul de bază cu conținut maxim 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 slabe asociate la sudare, nu se recomandă sudarea materialului din această serie de aliaje, care conține cantități mai mari de magneziu cu umpluturi din seria 4xxx. Materialele de bază cu magneziu mai mare sunt sudate numai cu aliaje de umplutură 5xxx, care se potrivesc în general cu compoziția aliajului de bază.

Aliaje seria 6XXX– (tratabil termic – cu rezistență maximă la tracțiune de 18 până la 58 ksi) Acestea sunt aliajele aluminiu/magneziu – siliciu (adăugări de magneziu și siliciu de aproximativ 1,0%) și se găsesc pe scară largă în industria de fabricare a sudurii, utilizate predominant sub formă de extrudate și încorporate în multe componente structurale. Adăugarea de magneziu și siliciu la aluminiu produce un compus de siliciu de magneziu, care oferă acestui material capacitatea sa de a deveni tratat termic cu soluție pentru o rezistență îmbunătățită. Aceste aliaje sunt sensibile în mod natural la fisuri 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 fisurării la cald. Sunt sudate atât cu materiale de umplutură 4xxx, cât și 5xxx, în funcție de aplicație și cerințele de service.

Aliaje seria 7XXX– (tratabil termic – cu rezistență maximă la tracțiune de 32 până la 88 ksi) Acestea sunt aliajele de aluminiu/zinc (adăugări de zinc variind de la 0,8 la 12,0%) și cuprind unele dintre aliajele de aluminiu cu cea mai mare rezistență. Aceste aliaje sunt adesea folosite 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 nepotriviți pentru sudarea cu arc și altele, care sunt adesea sudate cu arc cu succes. Aliajele sudate în mod obișnuit 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 temperări, cuprind o gamă largă și versatilă de materiale de fabricație. Pentru proiectarea optimă a produsului și dezvoltarea cu succes a procedurii de sudare, este important să înțelegem diferențele dintre numeroasele aliaje disponibile și diferitele lor caracteristici de performanță și sudabilitate. Atunci când se dezvoltă proceduri de sudare cu arc pentru aceste aliaje diferite, trebuie luată în considerare aliajul specific care este sudat. Se spune adesea că sudarea cu arc a aluminiului nu este dificilă, „este doar diferit”. Consider că o parte importantă a înțelegerii acestor diferențe este familiarizarea cu diferitele aliaje, cu caracteristicile lor și cu sistemul lor de identificare.