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

Aluminiumslegeringens temperering og betegnelsessystem– I Nord-Amerika er The Aluminum Association Inc. ansvarlig for tildeling og registrering av aluminiumslegeringer. For tiden er det registrert over 400 smidde aluminiumtyper og smidde aluminiumslegeringer og over 200 aluminiumslegeringer i form av støpegods og ingots hos Aluminum Association. Grensene for legeringens kjemiske sammensetning for alle disse registrerte legeringene finnes i Aluminum AssociationsBlågrønn bokmed tittelen «Internasjonale legeringsbetegnelser og kjemiske sammensetningsgrenser for smidd aluminium og smidd aluminiumlegeringer» og i deresRosa bokmed tittelen «Betegnelser og kjemiske sammensetningsgrenser for aluminiumslegeringer i form av støpegods og ingots». Disse publikasjonene kan være svært nyttige for sveiseingeniøren når de utvikler sveiseprosedyrer, og når det er viktig å ta hensyn til kjemi og dens sammenheng med sprekkfølsomhet.

Aluminiumslegeringer kan kategoriseres i en rekke grupper basert på det spesifikke materialets egenskaper, som dets evne til å reagere på termisk og mekanisk behandling og det primære legeringselementet som er tilsatt aluminiumslegeringen. Når vi vurderer nummererings-/identifikasjonssystemet som brukes for aluminiumslegeringer, identifiseres de ovennevnte egenskapene. Smidde og støpte aluminiumstyper har forskjellige identifikasjonssystemer. Smidde systemet er et 4-sifret system, og støpegods har et 3-sifret og 1-desimal system.

System for betegnelse av smidd legering- Vi skal først se på det 4-sifrede identifikasjonssystemet for smidd aluminiumslegering. Det første sifferet (Xxxx) indikerer det viktigste legeringselementet, som er tilsatt aluminiumslegeringen, og brukes ofte til å beskrive aluminiumslegeringsserien, dvs. 1000-serien, 2000-serien, 3000-serien, opptil 8000-serien (se tabell 1).

Det andre enkeltsifret (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 den er av magnesiumlegeringsserien, 1 indikerer at det er 1^stmodifikasjon av den originale legeringen 5083, og 83 identifiserer den i 5xxx-serien.

Det eneste unntaket fra dette legeringsnummereringssystemet er med aluminiumslegeringer i 1xxx-serien (ren aluminium), der de to siste sifrene gir minimum aluminiumprosent over 99 %, dvs. legering 13.(50)(minimum 99,50 % aluminium).

BETEGNELSESSYSTEM FOR SMIDDE ALUMINIUMLEGERINGER

Tabell 1

Betegnelse på støpt legering- Betegnelsessystemet for støpte legeringer er basert på en 3-sifret pluss desimalbetegnelse xxx.x (dvs. 356.0). Det første sifferet (Xxx.x) indikerer det viktigste legeringselementet som er tilsatt aluminiumslegeringen (se tabell 2).

BETEGNELSESSYSTEM FOR STØPT ALUMINIUMLEGERING

Tabell 2

Det andre og tredje sifferet (xXX.x) er vilkårlige tall gitt for å identifisere en spesifikk legering i serien. Tallet etter desimaltegnet angir om legeringen er et støpegods (.0) eller en barre (.1 eller .2). En stor bokstavprefiks angir en modifikasjon av en spesifikk legering.
Eksempel: Legering – A356.0 stor 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. 56 tommer (Ax)56.0) identifiserer legeringen innenfor 3xx.x-serien, og .0 (Axxx.0) indikerer at det er en støpeform med endelig form og ikke en barre.

Aluminiums tempereringsbetegnelsessystem -Hvis vi ser på de ulike seriene av aluminiumslegeringer, vil vi se at det er betydelige forskjeller i deres egenskaper og påfølgende anvendelse. Det første punktet å erkjenne, etter å ha forstått identifikasjonssystemet, er at det finnes to tydelig forskjellige typer aluminium innenfor serien nevnt ovenfor. Disse er varmebehandlebare aluminiumslegeringer (de som kan oppnå styrke ved tilsetning av varme) og ikke-varmebehandlebare aluminiumslegeringer. Dette skillet er spesielt viktig når man vurderer effekten av lysbuesveising på disse to materialtypene.

Smidde aluminiumslegeringer i 1xxx-, 3xxx- og 5xxx-serien er ikke varmebehandlingsbare og kun deformasjonsherdende. Smidde aluminiumslegeringer i 2xxx-, 6xxx- og 7xxx-serien er varmebehandlingsbare, og 4xxx-serien består av både varmebehandlingsbare og ikke-varmebehandlingsbare legeringer. Støpte legeringer i 2xx.x-, 3xx.x-, 4xx.x- og 7xx.x-serien er varmebehandlingsbare. Deformasjonsherding brukes vanligvis ikke på støpegods.

Varmebehandlingsbare legeringer oppnår sine optimale mekaniske egenskaper gjennom en termisk behandlingsprosess, der de vanligste termiske behandlingene er løsningsvarmebehandling og kunstig aldring. Løsningsvarmebehandling er prosessen med å varme opp legeringen til en forhøyet temperatur (rundt 990 °F) for å sette legeringselementene eller -forbindelsene i løsning. Dette etterfølges av bråkjøling, vanligvis i vann, for å produsere en overmettet løsning ved romtemperatur. Løsningsvarmebehandling etterfølges vanligvis av aldring. Aldring er utfelling av en del av elementene eller forbindelsene fra en overmettet løsning for å gi ønskede egenskaper.

Legeringer som ikke kan varmebehandles, oppnår sine optimale mekaniske egenskaper gjennom deformasjonsherding. Deformasjonsherding er metoden for å øke styrken gjennom kaldbearbeiding. T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

DE GRUNNLEGGENDE TEMPERBETEGNELSENE

Tabell 3

I tillegg til den grunnleggende anløpningsbetegnelsen er det to underavdelingskategorier, én som omhandler «H»-anløp – tøyningsherding, og den andre som omhandler «T»-anløp – termisk behandlet betegnelse.

Underavdelinger av H-anløp – tøyningsherdet

Det første sifferet etter H-en indikerer en grunnleggende operasjon:
H1– Kun tøyningsherdet.
H2– Deformasjonsherdet og delvis glødet.
H3– Dekkherdet og stabilisert.
H4– Deformasjonsherdet og lakkert eller malt.

Det andre sifferet etter H-en angir graden av deformasjonsherding:
HX2– Quarter Hard HX4– Halvhard HX6– Tre fjerdedeler hardt
HX8– Full hard HX9– Ekstra hardt

Underavdelinger av T Temper – Termisk behandlet

T1- Naturlig aldret etter avkjøling fra en formingsprosess med forhøyet temperatur, for eksempel ekstrudering.
T2- Kaldbearbeidet etter avkjøling fra en formingsprosess med forhøyet temperatur og deretter naturlig aldring.
T3- Løsningsvarmebehandlet, kaldbearbeidet og naturlig aldret.
T4- Løsningsvarmebehandlet og naturlig aldret.
T5- Kunstig aldret etter avkjøling fra en formingsprosess ved forhøyet temperatur.
T6- Løsningsvarmebehandlet og kunstig aldret.
T7- Løsningsvarmebehandlet og stabilisert (overaldret).
T8- Løsningsvarmebehandlet, kaldbearbeidet og kunstig aldret.
T9- Løsningsvarmebehandlet, kunstig aldret og kaldbearbeidet.
T10- Kaldbearbeidet etter avkjøling fra en formingsprosess med forhøyet temperatur og deretter kunstig aldring.

Ytterligere sifre indikerer stresslindring.
Eksempler:
TX51eller TXX51– Stresslindring ved tøying.
TX52eller TXX52– Stresslindring ved kompresjon.

Aluminiumlegeringer og deres egenskaper– Hvis vi ser på de syv seriene med smidde aluminiumslegeringer, vil vi sette pris på forskjellene deres og forstå deres bruksområder og egenskaper.

1xxx-serien legeringer– (ikke varmebehandlebar – med en strekkfasthet på 10 til 27 ksi) denne serien blir ofte referert til som den rene aluminiumserien fordi den må 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 primært for sin overlegne korrosjonsbestandighet, for eksempel i spesialiserte kjemikalietanker og rør, eller for sin utmerkede elektriske ledningsevne, som i samleskinneapplikasjoner. Disse legeringene har relativt dårlige mekaniske egenskaper og vil sjelden bli vurdert for generelle strukturelle applikasjoner. Disse basislegeringene sveises ofte med matchende fyllmateriale eller med 4xxx fylllegeringer, avhengig av applikasjon og ytelseskrav.

2xxx-serien legeringer– (varmebehandles – med en strekkfasthet på 27 til 62 ksi) Dette er aluminium-/kobberlegeringer (kobbertilsetninger fra 0,7 til 6,8 %), og er høyfaste, høyytelseslegeringer som ofte brukes til luftfart og fly. De har utmerket styrke over et bredt temperaturområde. Noen av disse legeringene anses som ikke-sveisbare med buesveiseprosesser på grunn av deres mottakelighet for varmsprekk og spenningskorrosjonssprekk. Andre sveises imidlertid med stor suksess med riktige sveiseprosedyrer. Disse basismaterialene sveises ofte med høyfaste 2xxx-serie fylllegeringer som er designet for å matche ytelsen deres, men kan noen ganger sveises med 4xxx-serie fyllstoffer som inneholder silisium eller silisium og kobber, avhengig av bruksområde og servicekrav.

3xxx-serien legeringer– (ikke varmebehandlebar – med en strekkfasthet på 16 til 41 ksi) Dette er aluminium/mangan-legeringer (mangantilsetninger fra 0,05 til 1,8 %) og har moderat styrke, god korrosjonsbestandighet, god formbarhet og er egnet for bruk ved høye temperaturer. En av deres første bruksområder var gryter og panner, og de er i dag hovedkomponenten for varmevekslere i kjøretøy og kraftverk. Deres moderate styrke utelukker imidlertid ofte at de kan vurderes for strukturelle applikasjoner. Disse basislegeringene sveises med fylllegeringer i 1xxx-, 4xxx- og 5xxx-serien, avhengig av deres spesifikke kjemi og spesifikke bruks- og servicekrav.

4xxx-serien legeringer– (varmebehandlebar og ikke-varmebehandlebar – med en strekkfasthet på 25 til 55 ksi) Dette er aluminium/silisiumlegeringene (silisiumtilsetninger fra 0,6 til 21,5 %) og er den eneste serien som inneholder både varmebehandlebare og ikke-varmebehandlebare legeringer. Silisium, når det tilsettes aluminium, reduserer smeltepunktet og forbedrer fluiditeten når det er smeltet. Disse egenskapene er ønskelige for fyllmaterialer som brukes til både smeltesveising og lodding. Følgelig finnes denne serien av legeringer hovedsakelig som fyllmateriale. Silisium, uavhengig av aluminium, er ikke varmebehandlebart. Imidlertid er en rekke av disse silisiumlegeringene designet for å ha tilsetninger av magnesium eller kobber, noe som gir dem evnen til å reagere positivt på løsningsvarmebehandling. Vanligvis brukes disse varmebehandlebare fylllegeringene bare når en sveiset komponent skal utsettes for termisk behandling etter sveising.

5xxx-serien legeringer– (ikke-varmebehandlet – med en strekkfasthet på 18 til 51 ksi) Dette er aluminium/magnesiumlegeringene (magnesiumtilsetninger fra 0,2 til 6,2 %) og har den høyeste styrken av de ikke-varmebehandlede legeringene. I tillegg er denne legeringsserien lett sveisbar, og av disse grunnene brukes de til en rekke bruksområder som skipsbygging, transport, trykkbeholdere, broer og bygninger. Magnesiumbaserte legeringer sveises ofte med fylllegeringer, som velges etter vurdering av magnesiuminnholdet i basismaterialet og bruks- og driftsforholdene til den sveisede komponenten. Legeringer i denne serien med mer enn 3,0 % magnesium anbefales ikke for forhøyet temperatur over 71 °C på grunn av deres potensial for sensibilisering og påfølgende mottakelighet for spenningskorrosjonssprekker. Basislegeringer med mindre enn omtrent 2,5 % magnesium sveises ofte med hell med fylllegeringer i 5xxx- eller 4xxx-serien. Basislegeringen 5052 er generelt anerkjent som den basislegeringen med høyest magnesiuminnhold som kan sveises med en 4xxx-serie fylllegering. På grunn av problemer forbundet med eutektisk smelting og tilhørende dårlige mekaniske egenskaper under sveising, anbefales det ikke å sveise materialer i denne legeringsserien, som inneholder høyere mengder magnesium, med 4xxx-serie fyllstoffer. Basismaterialene med høyere magnesiuminnhold sveises kun med 5xxx fylllegeringer, som vanligvis samsvarer med basislegeringens sammensetning.

6XXX-serien legeringer– (varmebehandles – med en strekkfasthet på 18 til 58 ksi) Dette er aluminium/magnesium-silisiumlegeringer (magnesium- og silisiumtilsetninger på rundt 1,0 %) og finnes mye i sveiseindustrien, hovedsakelig brukt i form av ekstruderinger og innlemmet i mange strukturelle komponenter. Tilsetning av magnesium og silisium til aluminium produserer en forbindelse av magnesiumsilisid, som gir dette materialet muligheten til å bli løsningsvarmebehandlet for forbedret styrke. Disse legeringene er naturlig følsomme for størkningssprekk, og av denne grunn bør de ikke buesveises autogent (uten fyllmateriale). Tilsetning av tilstrekkelige mengder fyllmateriale under buesveiseprosessen er viktig for å fortynne basismaterialet og dermed forhindre problemet med varmsprekk. De sveises med både 4xxx- og 5xxx-fyllmaterialer, avhengig av bruksområde og servicekrav.

7XXX-serien legeringer– (varmebehandles – med en strekkfasthet på 32 til 88 ksi) Dette er aluminium-/sinklegeringene (sinktilsetninger fra 0,8 til 12,0 %) og omfatter noen av aluminiumlegeringene med høyest styrke. Disse legeringene brukes ofte i høytytende applikasjoner som fly, romfart og konkurransesportsutstyr. I likhet med 2xxx-serien av legeringer inneholder denne serien legeringer som anses som uegnede kandidater for lysbuesveising, og andre som ofte lysbuesveises med hell. De vanlig sveisede legeringene i denne serien, som 7005, sveises hovedsakelig med fylllegeringer i 5xxx-serien.

Sammendrag– Dagens aluminiumslegeringer, sammen med deres forskjellige herdingsgrader, omfatter 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 sveiseegenskaper. Når man utvikler sveiseprosedyrer for disse forskjellige legeringene, må man ta hensyn til den spesifikke legeringen som sveises. Det sies ofte at lysbuesveising 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 forskjellige legeringene, deres egenskaper og deres identifikasjonssystem.