Med væksten af ​​aluminium inden for svejseindustrien og dets accept som et fremragende alternativ til stål til mange anvendelser, er der stigende krav til dem, der er involveret i udvikling af aluminiumsprojekter, om at blive mere fortrolige med denne gruppe af materialer. For fuldt ud at forstå aluminium er det tilrådeligt at starte med at blive bekendt med aluminiumsidentifikations-/betegnelsessystemet, de mange tilgængelige aluminiumlegeringer og deres egenskaber.

Aluminiumlegeringens temperering og betegnelsessystem- I Nordamerika er The Aluminum Association Inc. ansvarlig for allokering og registrering af aluminiumlegeringer. I øjeblikket er der registreret over 400 smedede aluminium- og smedede aluminiumlegeringer og over 200 aluminiumlegeringer i form af støbegods og ingots hos Aluminum Association. Grænseværdierne for legeringens kemiske sammensætning for alle disse registrerede legeringer er indeholdt i Aluminum AssociationsBlågrøn bogmed titlen "Internationale legeringsbetegnelser og kemiske sammensætningsgrænser for smedealuminium og smedede aluminiumlegeringer" og i deresLyserød bogmed titlen "Betegnelser og kemiske sammensætningsgrænser for aluminiumlegeringer i form af støbegods og ingots". Disse publikationer kan være yderst nyttige for svejseingeniøren, når de udvikler svejseprocedurer, og når det er vigtigt at tage hensyn til kemi og dens sammenhæng med revnefølsomhed.

Aluminiumlegeringer kan kategoriseres i en række grupper baseret på det specifikke materiales egenskaber, såsom dets evne til at reagere på termisk og mekanisk behandling, og det primære legeringselement, der tilsættes aluminiumlegeringen. Når vi ser på nummererings-/identifikationssystemet, der anvendes til aluminiumlegeringer, identificeres ovenstående egenskaber. Smedede og støbte aluminiumtyper har forskellige identifikationssystemer. Smedesystemet er et 4-cifret system, og støbegods har et 3-cifret system med 1 decimal.

System til betegnelse af smedelegeringer- Vi vil først se på det 4-cifrede identifikationssystem for smedede aluminiumlegeringer. Det første ciffer (Xxxx) angiver det primære legeringselement, som er blevet tilsat aluminiumlegeringen, og bruges ofte til at beskrive aluminiumlegeringsserien, dvs. 1000-serien, 2000-serien, 3000-serien op til 8000-serien (se tabel 1).

Det andet enkeltciffer (xXxx), hvis forskellig fra 0, angiver det en modifikation af den specifikke legering, og det tredje og fjerde ciffer (xxXX) er vilkårlige tal, der er givet for at identificere en specifik legering i serien. Eksempel: I legering 5183 angiver tallet 5, at den er af magnesiumlegeringsserien, 1 angiver, at det er 1.^sten modifikation af den originale legering 5083, og 83 identificerer den i 5xxx-serien.

Den eneste undtagelse fra dette legeringsnummereringssystem er med 1xxx-serien af ​​aluminiumlegeringer (ren aluminium), hvor de sidste 2 cifre angiver den minimale aluminiumprocent over 99%, dvs. legering 13.(50)(minimum 99,50% aluminium).

BETEGNELSESSYSTEM FOR SMEDEFORARBEJDET ALUMINIUMLEGERING

Tabel 1

Betegnelse for støbt legering- Betegnelsessystemet for støbte legeringer er baseret på en 3-cifret plus decimalbetegnelse xxx.x (dvs. 356,0). Det første ciffer (Xxx.x) angiver det primære legeringselement, som er blevet tilsat aluminiumlegeringen (se tabel 2).

BETEGNELSESSYSTEM FOR STØBT ALUMINIUMLEGERING

Tabel 2

Det andet og tredje ciffer (xXX.x) er vilkårlige tal, der bruges til at identificere en specifik legering i serien. Tallet efter decimaltegnet angiver, om legeringen er et støbegods (.0) eller en barre (.1 eller .2). Et præfiks med stort bogstav angiver en modifikation af en specifik legering.
Eksempel: Legering – A356.0 det store A (Axxx.x) angiver en modifikation af legering 356.0. Tallet 3 (A3xx.x) angiver, at den er af silicium plus kobber og/eller magnesium-serien. 56 tommer (Ax56.0) identificerer legeringen inden for 3xx.x-serien, og .0 (Axxx.0) indikerer, at det er en støbning med endelig form og ikke en barre.

Aluminium Temper-betegnelsessystem -Hvis vi ser på de forskellige serier af aluminiumlegeringer, vil vi se, at der er betydelige forskelle i deres egenskaber og deraf følgende anvendelse. Det første, man skal erkende, efter at have forstået identifikationssystemet, er, at der er to tydeligt forskellige typer aluminium inden for den ovennævnte serie. Disse er varmebehandlelige aluminiumlegeringer (dem, der kan opnå styrke ved tilførsel af varme) og ikke-varmebehandlelige aluminiumlegeringer. Denne sondring er især vigtig, når man overvejer virkningerne af lysbuesvejsning på disse to typer materialer.

De smedede aluminiumlegeringer i 1xxx-, 3xxx- og 5xxx-serien er ikke-varmebehandlelige og kan kun deformationshærdes. De smedede aluminiumlegeringer i 2xxx-, 6xxx- og 7xxx-serien er varmebehandlelige, og 4xxx-serien består af både varmebehandlelige og ikke-varmebehandlelige legeringer. De støbte legeringer i 2xx.x-, 3xx.x-, 4xx.x- og 7xx.x-serien er varmebehandlelige. Deformationshærdning anvendes generelt ikke på støbegods.

De varmebehandlelige legeringer opnår deres optimale mekaniske egenskaber gennem en termisk behandlingsproces, hvor de mest almindelige termiske behandlinger er opløsningsvarmebehandling og kunstig ældning. Opløsningsvarmebehandling er processen med at opvarme legeringen til en forhøjet temperatur (omkring 990 °F) for at bringe legeringselementerne eller -forbindelserne i opløsning. Dette efterfølges af bratkøling, normalt i vand, for at producere en overmættet opløsning ved stuetemperatur. Opløsningsvarmebehandling efterfølges normalt af ældning. Ældning er udfældning af en del af elementerne eller forbindelserne fra en overmættet opløsning for at give ønskelige egenskaber.

De ikke-varmebehandlelige legeringer opnår deres optimale mekaniske egenskaber gennem deformationshærdning. Deformationshærdning er metoden til at øge styrken ved anvendelse af koldbearbejdning. T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

DE GRUNDLÆGGENDE TEMPERATURBETEGNELSER

Tabel 3

Ud over den grundlæggende anløbningsbetegnelse er der to underafdelinger, den ene omhandler "H" anløbning - deformationshærdning, og den anden omhandler "T" anløbning - termisk behandlet betegnelse.

Underafdelinger af H-anløbning – Deformationshærdet

Det første ciffer efter H'et angiver en grundlæggende operation:
H1– Kun deformationshærdet.
H2– Deformationshærdet og delvist udglødet.
H3– Deformationshærdet og stabiliseret.
H4– Deformationshærdet og lakeret eller malet.

Det andet ciffer efter H'et angiver graden af ​​deformationshærdning:
HX2– Quarter Hard HX4– Halvhård HX6– Tre fjerdedele hårdt
HX8– Fuld hård HX9– Ekstra hård

Underafdelinger af T Temper – Termisk behandlet

T1- Naturligt ældet efter afkøling fra en formningsproces ved forhøjet temperatur, såsom ekstrudering.
T2- Koldbearbejdet efter afkøling fra en formningsproces med forhøjet temperatur og derefter naturlig ældning.
T3- Opløsningsvarmebehandlet, koldbearbejdet og naturligt ældet.
T4- Opløsningsvarmebehandlet og naturligt ældet.
T5- Kunstigt ældet efter afkøling fra en formningsproces ved forhøjet temperatur.
T6- Opløsningsvarmebehandlet og kunstigt ældet.
T7- Opløsningsvarmebehandlet og stabiliseret (overældet).
T8- Opløsningsvarmebehandlet, koldbearbejdet og kunstigt ældet.
T9- Opløsningsvarmebehandlet, kunstigt ældet og koldbearbejdet.
T10- Koldbearbejdet efter afkøling fra en formningsproces med forhøjet temperatur og derefter kunstigt ældet.

Yderligere cifre angiver stresslindring.
Eksempler:
TX51eller TXX51– Stresslindring ved udstrækning.
TX52eller TXX52– Stresslindring ved kompression.

Aluminiumlegeringer og deres egenskaber- Hvis vi betragter de syv serier af smedede aluminiumlegeringer, vil vi forstå deres forskelle og anvendelser og egenskaber.

1xxx-seriens legeringer– (ikke-varmebehandlelig – med en ultimativ trækstyrke på 10 til 27 ksi) denne serie omtales ofte som den rene aluminiumserie, fordi den skal indeholde mindst 99,0 % aluminium. De er svejsbare. På grund af deres snævre smelteområde kræver de dog visse overvejelser for at kunne producere acceptable svejseprocedurer. Når disse legeringer overvejes til fremstilling, vælges de primært for deres overlegne korrosionsbestandighed, såsom i specialiserede kemikalietanke og rør, eller for deres fremragende elektriske ledningsevne, som i samleskinneapplikationer. Disse legeringer har relativt dårlige mekaniske egenskaber og vil sjældent blive overvejet til generelle strukturelle anvendelser. Disse basislegeringer svejses ofte med matchende tilsatsmateriale eller med 4xxx tilsatslegeringer afhængigt af anvendelse og ydeevnekrav.

2xxx-seriens legeringer– (varmebehandlelig – med en ultimativ trækstyrke på 27 til 62 ksi) Disse er aluminium/kobberlegeringer (kobbertilsætninger fra 0,7 til 6,8 %) og er højstyrke- og højtydende legeringer, der ofte anvendes til luftfart og fly. De har fremragende styrke over et bredt temperaturområde. Nogle af disse legeringer anses for ikke-svejsbare ved lysbuesvejsning på grund af deres modtagelighed for varme revner og spændingskorrosion; andre kan dog lysbuesvejses med stor succes med de korrekte svejseprocedurer. Disse basismaterialer svejses ofte med højstyrke 2xxx-serie fyldstoflegeringer, der er designet til at matche deres ydeevne, men kan nogle gange svejses med 4xxx-serie fyldstoffer, der indeholder silicium eller silicium og kobber, afhængigt af anvendelsen og servicekravene.

3xxx-seriens legeringer– (ikke-varmebehandlelig – med en ultimativ trækstyrke på 16 til 41 ksi) Disse er aluminium/mangan-legeringer (mangantilsætninger fra 0,05 til 1,8 %) og har moderat styrke, god korrosionsbestandighed, god formbarhed og er velegnede til brug ved forhøjede temperaturer. En af deres første anvendelser var gryder og pander, og de er i dag hovedkomponenten til varmevekslere i køretøjer og kraftværker. Deres moderate styrke udelukker dog ofte, at de kan tages i betragtning til strukturelle anvendelser. Disse basislegeringer svejses med 1xxx-, 4xxx- og 5xxx-serie fyldlegeringer, afhængigt af deres specifikke kemi og specifikke anvendelses- og servicekrav.

4xxx-seriens legeringer– (varmebehandlelig og ikke-varmebehandlelig – med en ultimativ trækstyrke på 25 til 55 ksi) Disse er aluminium/siliciumlegeringerne (siliciumtilsætninger fra 0,6 til 21,5 %) og er de eneste serier, der indeholder både varmebehandlelige og ikke-varmebehandlelige legeringer. Silicium reducerer, når det tilsættes aluminium, dets smeltepunkt og forbedrer dets flydeevne, når det er smeltet. Disse egenskaber er ønskelige for tilsatsmaterialer, der anvendes til både smeltesvejsning og lodning. Derfor findes denne serie af legeringer overvejende som tilsatsmateriale. Silicium, uafhængigt af aluminium, er ikke-varmebehandleligt; dog er en række af disse siliciumlegeringer designet til at have tilsætninger af magnesium eller kobber, hvilket giver dem evnen til at reagere positivt på opløsningsvarmebehandling. Typisk anvendes disse varmebehandlelige tilsatslegeringer kun, når en svejset komponent skal underkastes termisk behandling efter svejsning.

5xxx-seriens legeringer– (ikke-varmebehandlelig – med en ultimativ trækstyrke på 18 til 51 ksi) Disse er aluminium/magnesiumlegeringerne (magnesiumtilsætninger fra 0,2 til 6,2 %) og har den højeste styrke af de ikke-varmebehandlelige legeringer. Derudover er denne legeringsserie let svejsbar, og af disse grunde anvendes de til en bred vifte af anvendelser såsom skibsbygning, transport, trykbeholdere, broer og bygninger. Magnesiumbaserede legeringer svejses ofte med fyldstoflegeringer, som vælges efter overvejelse af magnesiumindholdet i basismaterialet og anvendelses- og driftsforholdene for den svejsede komponent. Legeringer i denne serie med mere end 3,0 % magnesium anbefales ikke til forhøjet temperatur over 71 °C på grund af deres potentiale for sensibilisering og efterfølgende modtagelighed for spændingskorrosion. Basislegeringer med mindre end ca. 2,5 % magnesium svejses ofte med succes med fyldstoflegeringerne i 5xxx- eller 4xxx-serien. Basislegeringen 5052 er generelt anerkendt som den basislegering med det højeste magnesiumindhold, der kan svejses med en 4xxx-serie fyldstoflegering. På grund af problemer forbundet med eutektisk smeltning og tilhørende dårlige mekaniske egenskaber under svejsning anbefales det ikke at svejse materialer i denne legeringsserie, som indeholder højere mængder magnesium, med 4xxx-serien fyldstoffer. Basismaterialer med højere magnesiumindhold svejses kun med 5xxx fyldstoflegeringer, som generelt matcher basislegeringens sammensætning.

6XXX-seriens legeringer– (varmebehandlelig – med en ultimativ trækstyrke på 18 til 58 ksi) Disse er aluminium/magnesium-silicium-legeringer (magnesium- og siliciumtilsætninger på ca. 1,0 %), og de findes bredt i svejseindustrien, primært i form af ekstrudering og inkorporeret i mange strukturelle komponenter. Tilsætningen af ​​magnesium og silicium til aluminium producerer en forbindelse af magnesiumsilicid, som giver dette materiale dets evne til at blive opløsningsvarmebehandlet for forbedret styrke. Disse legeringer er naturligt følsomme over for størkningsrevner, og derfor bør de ikke buesvejses autogent (uden tilsatsmateriale). Tilsætning af tilstrækkelige mængder tilsatsmateriale under buesvejseprocessen er afgørende for at fortynde basismaterialet og derved forhindre problemet med varme revner. De svejses med både 4xxx- og 5xxx-tilsatsmaterialer, afhængigt af anvendelsen og servicekravene.

7XXX-seriens legeringer– (varmebehandlelig – med en ultimativ trækstyrke på 32 til 88 ksi) Disse er aluminium/zinklegeringerne (zinktilsætninger fra 0,8 til 12,0 %) og omfatter nogle af de aluminiumlegeringer med den højeste styrke. Disse legeringer anvendes ofte i højtydende applikationer såsom fly, luftfart og konkurrencesportsudstyr. Ligesom 2xxx-serien af ​​legeringer indeholder denne serie legeringer, der anses for uegnede kandidater til lysbuesvejsning, og andre, der ofte lysbuesvejses med succes. De almindeligt svejsede legeringer i denne serie, såsom 7005, svejses overvejende med 5xxx-serien af ​​fyldlegeringer.

Oversigt- Dagens aluminiumlegeringer omfatter sammen med deres forskellige hærdningstyper et bredt og alsidigt udvalg af fremstillingsmaterialer. For optimalt produktdesign og vellykket udvikling af svejseprocedurer er det vigtigt at forstå forskellene mellem de mange tilgængelige legeringer og deres forskellige ydeevne- og svejseegenskaber. Ved udvikling af lysbuesvejseprocedurer for disse forskellige legeringer skal der tages hensyn til den specifikke legering, der svejses. Det siges ofte, at lysbuesvejsning af aluminium ikke er svært, "det er bare anderledes". Jeg mener, at en vigtig del af at forstå disse forskelle er at blive fortrolig med de forskellige legeringer, deres egenskaber og deres identifikationssystem.