Med veksten av aluminium innen sveiseindustrien, og dets aksept som et utmerket alternativ til stål for mange bruksområder, er det økende krav til at de som er involvert i utvikling av aluminiumsprosjekter blir mer kjent med denne gruppen materialer. For å forstå aluminium fullt ut, er det tilrådelig å begynne med å bli kjent med aluminiumsidentifikasjons-/betegnelsessystemet, de mange tilgjengelige aluminiumslegeringene og deres egenskaper.

Temperering og betegnelsessystem av aluminiumslegering– I Nord-Amerika er The Aluminium Association Inc. ansvarlig for allokering og registrering av aluminiumslegeringer. For tiden er det over 400 smide aluminium og smide aluminiumslegeringer og over 200 aluminiumslegeringer i form av støpegods og ingots registrert hos Aluminium Association. Grensene for legeringens kjemiske sammensetning for alle disse registrerte legeringene finnes i AluminiumforeningensBlågrønn bokmed tittelen "International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys" og i deresRosa bokmed tittelen "Betegnelser og kjemiske sammensetningsgrenser for aluminiumslegeringer i form av støpegods og ingot. Disse publikasjonene kan være svært nyttige for sveiseingeniøren ved utvikling av sveiseprosedyrer, og når hensynet til kjemi og dens assosiasjon til sprekkfølsomhet er viktig.

Aluminiumslegeringer kan kategoriseres i en rekke grupper basert på det spesielle materialets egenskaper som dets evne til å reagere på termisk og mekanisk behandling og det primære legeringselementet som er lagt til aluminiumslegeringen. Når vi vurderer nummererings-/identifikasjonssystemet som brukes for aluminiumslegeringer, identifiseres egenskapene ovenfor. De smidde og støpte aluminiumene har forskjellige systemer for identifikasjon. Det smidde systemet er et 4-sifret system og støpene har et 3-sifret og 1-desimalt system.

Betegnelsessystem for smidd legering– Vi skal først vurdere det 4-sifrede identifikasjonssystemet for smide aluminiumslegeringer. Det første sifferet (Xxxx) angir det viktigste legeringselementet, som er lagt til aluminiumslegeringen og brukes ofte for å beskrive aluminiumslegeringsserien, dvs. 1000-serien, 2000-serien, 3000-serien, opp til 8000-serien (se tabell 1).

Det andre enkeltsifferet (xXxx), hvis forskjellig fra 0, indikerer en modifikasjon av den spesifikke legeringen, og det tredje og fjerde sifferet (xxXX) er vilkårlige tall gitt for å identifisere en spesifikk legering i serien. Eksempel: I legering 5183 indikerer tallet 5 at det er av magnesiumlegeringsserien, 1 indikerer at det er 1^stmodifikasjon til den originale legeringen 5083, og 83 identifiserer den i 5xxx-serien.

Det eneste unntaket fra dette legeringsnummereringssystemet er med 1xxx-seriens aluminiumslegeringer (rene aluminium), i hvilket tilfelle de siste 2 sifrene gir minimum aluminiumprosent over 99 %, dvs. Alloy 13(50)(99,50 % minimum aluminium).

DESIGNASJONSSYSTEM AV SLID ALUMINIUMSLEGERING

Tabell 1

Betegnelse for støpt legering- Betegnelsessystemet for støpt legering er basert på en 3-sifret pluss desimalbetegnelse xxx.x (dvs. 356.0). Det første sifferet (Xxx.x) angir hovedlegeringselementet, som er lagt til aluminiumslegeringen (se tabell 2).

DESIGNASJONSSYSTEM AV STØP ALUMINIUMSLEGERING

Tabell 2

Det andre og tredje sifferet (xXX.x) er vilkårlige tall gitt for å identifisere en spesifikk legering i serien. Tallet etter desimaltegnet indikerer om legeringen er et støpegods (.0) eller en ingot (.1 eller .2). Et prefiks med stor bokstav indikerer en modifikasjon av en spesifikk legering.
Eksempel: Legering – A356.0 hovedstaden A (Axxx.x) indikerer en modifikasjon av legering 356.0. Tallet 3 (A3xx.x) indikerer at den er av silisium pluss kobber og/eller magnesium serien. De 56 tommer (Ax56.0) identifiserer legeringen i 3xx.x-serien, og .0 (Axxx.0) indikerer at det er en endelig formstøping og ikke en ingot.

Aluminium Temper Designation System -Hvis vi vurderer de forskjellige seriene av aluminiumslegeringer, vil vi se at det er betydelige forskjeller i deres egenskaper og påfølgende anvendelse. Det første poenget å gjenkjenne, etter å ha forstått identifikasjonssystemet, er at det er to distinkt forskjellige typer aluminium i serien nevnt ovenfor. Dette er de varmebehandlebare aluminiumslegeringene (de som kan få styrke gjennom tilførsel av varme) og de ikke-varmebehandlebare aluminiumslegeringene. Denne forskjellen er spesielt viktig når man vurderer effekten av buesveising på disse to typer materialer.

1xxx-, 3xxx- og 5xxx-seriene smide aluminiumslegeringer kan ikke varmebehandles og er kun strekkherdbare. 2xxx-, 6xxx- og 7xxx-seriene smide aluminiumslegeringer er varmebehandlebare og 4xxx-serien består av både varmebehandlebare og ikke-varmebehandlebare legeringer. Støpelegeringene 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x og 7xx.x seriene kan varmebehandles. Strekkherding brukes vanligvis ikke på støpegods.

De varmebehandlebare legeringene får sine optimale mekaniske egenskaper gjennom en prosess med termisk behandling, de vanligste termiske behandlingene er Solution Heat Treatment og Artificial Aldring. Solution Heat Treatment er prosessen med å varme opp legeringen til en forhøyet temperatur (rundt 990 grader F) for å sette legeringselementene eller forbindelsene i løsning. Dette etterfølges av bråkjøling, vanligvis i vann, for å produsere en overmettet løsning ved romtemperatur. Oppløsningsvarmebehandling etterfølges vanligvis av aldring. Aldring er utfelling av en del av elementene eller forbindelsene fra en overmettet løsning for å gi ønskelige egenskaper.

De ikke-varmebehandlebare legeringene oppnår sine optimale mekaniske egenskaper gjennom strekkherding. Strekkherding er metoden for å øke styrken gjennom påføring av kaldbearbeiding.T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

DE GRUNNLEGGENDE TEMPERADESIGNASJONENE

Tabell 3

I tillegg til den grunnleggende tempereringsbetegnelsen er det to underinndelingskategorier, en som tar for seg "H"-temperering - tøyningsherding, og den andre adresserer "T"-temperering - termisk behandlet-betegnelse.

Underavdelinger av H Temper – Strain Hardened

Det første sifferet etter H indikerer en grunnleggende operasjon:
H1– Kun belastningsherdet.
H2– Støyherdet og delvis glødet.
H3– Belastningsherdet og stabilisert.
H4– Støyherdet og lakkert eller malt.

Det andre sifferet etter H indikerer graden av tøyningsherding:
HX2– Kvarthard HX4– Halvhard HX6– Tre kvarter hardt
HX8– Full Hard HX9– Ekstra hardt

Underavdelinger av T Temper – Termisk behandlet

T1- Naturlig modnet etter avkjøling fra en forhøyet temperatur formingsprosess, som ekstrudering.
T2- Kaldbearbeidet etter avkjøling fra en forhøyet temperatur formingsprosess og deretter naturlig eldet.
T3- Løsningsvarmebehandlet, kaldbearbeidet og naturlig eldet.
T4- Løsningsvarmebehandlet og naturlig eldet.
T5- Kunstig modnet etter avkjøling fra en forhøyet temperatur formingsprosess.
T6- Oppløsning varmebehandlet og kunstig modnet.
T7- Oppløsning varmebehandlet og stabilisert (overaldret).
T8- Løsningsvarmebehandlet, kaldbearbeidet og kunstig eldet.
T9- Løsningsvarmebehandlet, kunstig eldet og kaldbearbeidet.
T10- Kaldbearbeidet etter avkjøling fra en forhøyet temperatur formingsprosess og deretter kunstig eldet.

Ekstra sifre indikerer stressavlastning.
Eksempler:
TX51eller TXX51– Stress lindres ved å strekke seg.
TX52eller TXX52– Stress lindres ved å komprimere.

Aluminiumslegeringer og deres egenskaper- Hvis vi vurderer de syv seriene med smide aluminiumslegeringer, vil vi sette pris på forskjellene deres og forstå deres bruksområder og egenskaper.

1xxx serie legeringer– (ikke varmebehandlebar – med en maksimal strekkstyrke på 10 til 27 ksi) blir denne serien ofte referert til som den rene aluminiumsserien fordi den er pålagt å ha minimum 99,0 % aluminium. De er sveisbare. På grunn av deres smale smelteområde krever de imidlertid visse hensyn for å produsere akseptable sveiseprosedyrer. Når de vurderes for fabrikasjon, velges disse legeringene først og fremst for deres overlegne korrosjonsmotstand som i spesialiserte kjemikalietanker og rør, eller for deres utmerkede elektriske ledningsevne som i samleskinneapplikasjoner. Disse legeringene har relativt dårlige mekaniske egenskaper og vil sjelden bli vurdert for generelle strukturelle bruksområder. Disse basislegeringene er ofte sveiset med matchende fyllmateriale eller med 4xxx fylllegeringer avhengig av bruks- og ytelseskrav.

2xxx serie legeringer– (varmebehandles – med ultimat strekkstyrke på 27 til 62 ksi) disse er aluminium/kobberlegeringer (kobbertilsetninger fra 0,7 til 6,8%), og er høystyrke, høyytelseslegeringer som ofte brukes til romfart og flyapplikasjoner. De har utmerket styrke over et bredt temperaturområde. Noen av disse legeringene anses som ikke-sveisbare av buesveiseprosessene på grunn av deres mottakelighet for varmesprekker og spenningskorrosjonssprekker; men andre er buesveiset svært vellykket med de riktige sveiseprosedyrene. Disse grunnmaterialene er ofte sveiset med høystyrke 2xxx-seriens fyllstofflegeringer designet for å matche deres ytelse, men kan noen ganger sveises med 4xxx-seriens fyllstoffer som inneholder silisium eller silisium og kobber, avhengig av bruks- og servicekrav.

3xxx serie legeringer– (ikke varmebehandles – med ultimat strekkstyrke på 16 til 41 ksi) Dette er aluminium/manganlegeringene (mangantilsetninger fra 0,05 til 1,8%) og har moderat styrke, har god korrosjonsbestandighet, god formbarhet og er egnet for bruk ved høye temperaturer. En av deres første bruksområder var gryter og panner, og de er den viktigste komponenten i dag for varmevekslere i kjøretøy og kraftverk. Deres moderate styrke utelukker imidlertid ofte at de vurderes for strukturelle bruksområder. Disse basislegeringene er sveiset med 1xxx, 4xxx og 5xxx serier fylllegeringer, avhengig av deres spesifikke kjemi og spesielle bruks- og servicekrav.

4xxx serie legeringer– (varmebehandles og ikke-varmebehandles – med ultimat strekkstyrke på 25 til 55 ksi) Dette er aluminium/silisiumlegeringene (silisiumtilsetninger varierer fra 0,6 til 21,5%) og er de eneste seriene som inneholder både varmebehandlebare og ikke- varmebehandlebare legeringer. Silisium, når det tilsettes til aluminium, reduserer smeltepunktet og forbedrer flyten når det smeltes. Disse egenskapene er ønskelige for fyllmaterialer som brukes til både smeltesveising og lodding. Følgelig er denne serien av legeringer hovedsakelig funnet som fyllmateriale. Silisium, uavhengig i aluminium, kan ikke varmebehandles; Imidlertid er en rekke av disse silisiumlegeringene designet for å ha tilsetninger av magnesium eller kobber, noe som gir dem muligheten til å reagere gunstig på oppløsningsvarmebehandling. Vanligvis brukes disse varmebehandlebare fyllstofflegeringene bare når en sveiset komponent skal utsettes for varmebehandlinger etter sveising.

5xxx serie legeringer– (kan ikke varmebehandles – med maksimal strekkstyrke på 18 til 51 ksi) Dette er aluminium/magnesium-legeringene (magnesiumtilsetninger fra 0,2 til 6,2%) og har den høyeste styrken av de ikke-varmebehandlebare legeringene. I tillegg er denne legeringsserien lett sveisbar, og av disse grunnene brukes de til en lang rekke bruksområder som skipsbygging, transport, trykkbeholdere, broer og bygninger. Magnesiumbasislegeringene sveises ofte med fylllegeringer, som velges etter vurdering av magnesiuminnholdet i basismaterialet, og bruks- og bruksforholdene til den sveisede komponenten. Legeringer i denne serien med mer enn 3,0 % magnesium anbefales ikke for bruk ved høye temperaturer over 150 grader F på grunn av deres potensiale for sensibilisering og påfølgende mottakelighet for spenningskorrosjonssprekker. Basislegeringer med mindre enn ca. 2,5 % magnesium sveises ofte vellykket med 5xxx- eller 4xxx-seriens fylllegeringer. Basislegeringen 5052 er generelt anerkjent som basislegeringen med maksimalt magnesiuminnhold som kan sveises med en fylllegering i 4xxx-serien. På grunn av problemer forbundet med eutektisk smelting og tilhørende dårlige mekaniske egenskaper ved sveising, anbefales det ikke å sveise materiale i denne legeringsserien, som inneholder større mengder magnesium med fyllstoffene i 4xxx-serien. De høyere magnesiumbasismaterialene er kun sveiset med 5xxx fyllstofflegeringer, som generelt samsvarer med basislegeringssammensetningen.

6XXX Series legeringer– (varmebehandles – med maksimal strekkstyrke på 18 til 58 ksi) Dette er aluminium/magnesium – silisiumlegeringer (magnesium og silisiumtilsetninger på rundt 1,0%) og finnes bredt i sveiseindustrien, hovedsakelig brukt i form av ekstruderinger, og innlemmet i mange strukturelle komponenter. Tilsetning av magnesium og silisium til aluminium produserer en sammensetning av magnesiumsilisid, som gir dette materialet dets evne til å bli varmebehandlet i løsningen for forbedret styrke. Disse legeringene er naturlig følsomme for størkningssprekker, og av denne grunn bør de ikke buesveises autogent (uten fyllmateriale). Tilsetning av tilstrekkelige mengder fyllmateriale under lysbuesveiseprosessen er avgjørende for å gi fortynning av basismaterialet, og derved forhindre varmesprekkeproblemet. De er sveiset med både 4xxx og 5xxx fyllmaterialer, avhengig av bruks- og servicekrav.

7XXX Series legeringer– (kan varmebehandles – med maksimal strekkstyrke på 32 til 88 ksi) Dette er aluminium/sinklegeringer (sinktilsetninger fra 0,8 til 12,0%) og utgjør noen av aluminiumslegeringene med høyest styrke. Disse legeringene brukes ofte i høyytelsesapplikasjoner som fly, romfart og konkurrerende sportsutstyr. I likhet med 2xxx-serien av legeringer, inneholder denne serien legeringer som anses som uegnede kandidater for buesveising, og andre som ofte er lysbuesveiset med suksess. De vanligsveisede legeringene i denne serien, for eksempel 7005, er hovedsakelig sveiset med 5xxx-seriens tilsatslegeringer.

Sammendrag– Dagens aluminiumslegeringer, sammen med deres ulike temperamenter, utgjør et bredt og allsidig utvalg av produksjonsmaterialer. For optimal produktdesign og vellykket utvikling av sveiseprosedyrer, er det viktig å forstå forskjellene mellom de mange tilgjengelige legeringene og deres ulike ytelses- og sveisbarhetsegenskaper. Ved utvikling av lysbuesveisingsprosedyrer for disse forskjellige legeringene, må det tas hensyn til den spesifikke legeringen som sveises. Det sies ofte at buesveising av aluminium ikke er vanskelig, "det er bare annerledes". Jeg tror at en viktig del av å forstå disse forskjellene er å bli kjent med de ulike legeringene, deres egenskaper og deres identifikasjonssystem.