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

Aluminiumslegeringens temperament og betegnelsessystem- I Nordamerika er Aluminium Association Inc. ansvarlig for tildeling og registrering af aluminiumslegeringer. I øjeblikket er der over 400 smede aluminium og smede aluminiumslegeringer og over 200 aluminiumslegeringer i form af støbegods og ingots registreret hos aluminiumsforeningen. Legeringskemiske sammensætningsgrænser for alle disse registrerede legeringer er indeholdt i Aluminium Association'sTeal Bookmed titlen "International Alloy -betegnelser og kemiske sammensætningsgrænser for smede aluminium og smede aluminiumslegeringer" og i deresLyserød bogMed titlen “Betegnelser og kemiske sammensætningsgrænser for aluminiumslegeringer i form af støbegods og INGOT. Disse publikationer kan være yderst nyttige for svejsningsingeniøren, når man udvikler svejseprocedurer, og når overvejelsen af ​​kemi og dens tilknytning til knækfølsomhed er af betydning.

Aluminiumslegeringer kan kategoriseres i en række grupper baseret på det særlige materiales egenskaber, såsom dets evne til at reagere på termisk og mekanisk behandling og det primære legeringselement, der er tilsat til aluminiumslegeringen. Når vi overvejer nummererings- / identifikationssystemet, der bruges til aluminiumslegeringer, identificeres ovenstående egenskaber. De smed og støbte aluminums har forskellige identifikationssystemer. Smedesystemet er et 4-cifret system, og støbegodsene har et 3-cifret og 1-decimalt sted-system.

Udarbejdet legeringsbetegnelsessystem- Vi skal først overveje det 4-cifrede smede-aluminiumslegeringssystem. Det første ciffer (Xxxx) angiver det vigtigste legeringselement, der er føjet til aluminiumslegeringen og bruges ofte til at beskrive aluminiumslegeringsserien, dvs. 1000 -serien, 2000 -serien, 3000 -serien, op til 8000 serier (se tabel 1).

Det andet enkeltciffer (xXxx), hvis forskellig fra 0, angiver en ændring af den specifikke legering og den tredje og fjerde cifre (xxXX) er vilkårlige tal, der er givet til at identificere en specifik legering i serien. Eksempel: I legering 5183 angiver nummer 5, at det er af Magnesium Alloy -serien, 1 angiver, at det er 1^stÆndring til den originale legering 5083, og 83 identificerer den i 5xxx -serien.

Den eneste undtagelse fra dette legeringsnummereringssystem er med 1xxx -serien aluminiumslegeringer (rene aluminums), i hvilket tilfælde giver de sidste 2 cifre den minimale aluminiumprocent over 99%, dvs. legering 13(50)(99,50% minimum aluminium).

Udarbejdet aluminiumslegeringsbetegnelsessystem

Tabel 1

Cast Alloy -betegnelse- Cast Alloy-betegnelsessystemet er baseret på en 3-ciffer-plus decimalbetegnelse xxx.x (dvs. 356.0). Det første ciffer (Xxx.x) angiver det vigtigste legeringselement, der er føjet til aluminiumslegeringen (se tabel 2).

Støbt aluminiumslegeringsbetegnelsessystem

Tabel 2

Den anden og tredje cifre (xXX.x) er vilkårlige tal, der er givet til at identificere en specifik legering i serien. Antallet efter decimalpunktet angiver, om legeringen er en støbning (.0) eller en ingot (.1 eller .2). Et præfiks på store bogstaver angiver en ændring af en bestemt legering.
Eksempel: legering - A356.0 Kapitalen A (Axxx.x) angiver en ændring af legering 356.0. Nummer 3 (a3xx.x) angiver, at det er af silicium plus kobber- og/eller magnesiumserier. 56 in (øks56.0) identificerer legeringen inden for 3xx.x -serien og .0 (Axxx.0) angiver, at det er en endelig formstøbning og ikke en ingot.

Aluminiumstemperieringssystemet -Hvis vi overvejer de forskellige serier af aluminiumslegeringer, vil vi se, at der er betydelige forskelle i deres egenskaber og den deraf følgende anvendelse. Det første punkt at genkende, efter at have forstået identifikationssystemet, er, at der er to tydeligt forskellige typer aluminium i den ovennævnte serie. Dette er de varmebehandlede aluminiumslegeringer (dem, der kan få styrke gennem tilsætning af varme) og den ikke-opvarmede behandelige aluminiumslegeringer. Denne sondring er især vigtig, når man overvejer påvirkningerne af lysbuesvejsning på disse to typer materialer.

1xxx, 3xxx og 5xxx-serien Smede aluminiumslegeringer er ikke-opvarmede behandlingsmæssige og er kun belastelige. 2xxx-, 6xxx- og 7xxx-serien Smede aluminiumslegeringer er varmebehandlingsmæssige, og 4xxx-serien består af både varmebehandlede og ikke-opvarmede behandelige legeringer. 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x og 7xx.x -serien støbte legeringer er varmebehandling. Silhærdning anvendes generelt ikke på støbegods.

De varme, der kan behandles legeringer, erhverver deres optimale mekaniske egenskaber gennem en proces med termisk behandling, hvor de mest almindelige termiske behandlinger er opløsningsvarmebehandling og kunstig aldring. Opløsningsvarmebehandling er processen med opvarmning af legeringen til en forhøjet temperatur (ca. 990 ° F) for at sætte legeringselementerne eller forbindelserne i opløsning. Dette efterfølges af slukning, normalt i vand, for at producere en overmættet opløsning ved stuetemperatur. Løsningsvarmebehandling efterfølges normalt af aldring. Aldring er nedbør af en del af elementerne eller forbindelserne fra en overmættet opløsning for at give ønskelige egenskaber.

De ikke-opvarmede behandelige legeringer erhverver deres optimale mekaniske egenskaber gennem belastningshærdning. Silhærdning er metoden til at øge styrke gennem anvendelse af koldt arbejde.T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

De grundlæggende temperaturbetegnelser

Tabel 3

Yderligere til den grundlæggende temperaturbetegnelse er der to underafdelingskategorier, den ene, der adresserer “H” -temperaturen - belastningshærdning og den anden, der adresserer ”T” -temperaturet - termisk behandlet betegnelse.

Underopdelinger af H Temper - Sil hærdet

Det første ciffer efter H angiver en grundlæggende operation:
H1- Sil kun hærdet.
H2- Sil hærdet og delvist annealet.
H3- Sil hærdet og stabiliseret.
H4- Sil hærdet og lakeret eller malet.

Det andet ciffer efter H angiver graden af ​​stammehærdning:
HX2- kvart hård HX4- Halv hård HX6-Tre-fjerdedele hårdt
HX8- Fuld hård HX9- ekstra hårdt

Underopdelinger af Temperatur - termisk behandlet

T1- Naturligt ældet efter afkøling fra en forhøjet temperaturformningsproces, såsom ekstrudering.
T2- Kold arbejdede efter afkøling fra en forhøjet temperaturformningsproces og derefter naturligt alderen.
T3- Løsningsvarmebehandlet, koldt fungeret og naturligt alderen.
T4- Løsningsvarmebehandlet og naturligt alderen.
T5- Kunstigt ældet efter afkøling fra en forhøjet temperaturformningsproces.
T6- Løsningsvarmebehandlet og kunstigt alderen.
T7- Løsningsvarmebehandlet og stabiliseret (overvåget).
T8- Løsningsvarmebehandlet, koldt fungeret og kunstigt alderen.
T9- Løsningsvarmebehandlet, kunstigt alderen og koldt fungeret.
T10- Kold arbejdede efter afkøling fra en forhøjet temperaturformningsproces og derefter kunstigt alderen.

Yderligere cifre indikerer stresslindring.
Eksempler:
TX51eller TXX51- Stress lettet ved at strække.
TX52eller TXX52- Stress lettet ved komprimering.

Aluminiumslegeringer og deres egenskaber- Hvis vi overvejer de syv serier med smede aluminiumslegeringer, vil vi sætte pris på deres forskelle og forstå deres anvendelser og egenskaber.

1xxx -serie legeringer-(ikke-opvarmelig behandling-med den ultimative trækstyrke på 10 til 27 ksi) kaldes denne serie ofte den rene aluminiumsserie, fordi det kræves at have 99,0% minimum aluminium. De er svejselige. På grund af deres smalle smelteområde kræver de imidlertid visse overvejelser for at producere acceptable svejseprocedurer. Når de overvejes til fremstilling, vælges disse legeringer primært til deres overlegne korrosionsbestandighed, såsom i specialiserede kemiske tanke og rør, eller for deres fremragende elektriske ledningsevne som i busbar -applikationer. Disse legeringer har relativt dårlige mekaniske egenskaber og vil sjældent blive overvejet til generelle strukturelle anvendelser. Disse basislegeringer svejses ofte med matchende fyldmateriale eller med 4xxx fyldstoflegeringer afhængige af applikations- og ydelseskrav.

2xxx -serie legeringer- (varmebehandlingsbar - med den ultimative trækstyrke på 27 til 62 ksi) Dette er aluminium / kobberlegeringer (kobbertilsætninger, der spænder fra 0,7 til 6,8%), og er høje styrke, høje ydeevne legeringer, der ofte bruges til rumfarts- og flyanvendelser. De har fremragende styrke over en lang række temperaturer. Nogle af disse legeringer betragtes som ikke-svejserlige af lysbuesvejsningsprocesserne på grund af deres modtagelighed for varm krakning og stresskorrosion revner; Imidlertid er andre buesvejset meget vellykket med de korrekte svejseprocedurer. Disse basismaterialer svejses ofte med højstyrke 2xxx -serie fyldstoflegeringer designet til at matche deres ydeevne, men kan undertiden svejses med 4xxx -serien fyldstoffer, der indeholder silicium eller silicium og kobber, afhængig af applikations- og servicekravene.

3xxx -serie legeringer-(ikke-opvarmelig behandling-med den ultimative trækstyrke på 16 til 41 ksi) er disse aluminium / manganlegeringer (mangantilsætninger, der spænder fra 0,05 til 1,8%) og er af moderat styrke, har god korrosionsbestandighed, god formbarhed og er egnet til anvendelse til forhøjede temperaturer. En af deres første anvendelser var potter og pander, og de er den vigtigste komponent i dag for varmevekslere i køretøjer og kraftværker. Deres moderate styrke udelukker imidlertid ofte deres hensyn til strukturelle anvendelser. Disse basislegeringer svejses med 1xxx, 4xxx og 5xxx -seriefyldlegeringer, afhængig af deres specifikke kemi og bestemte applikations- og servicekrav.

4xxx -serie legeringer-(varmebehandlingsbar og ikke-opvarmbehandling-med den ultimative trækstyrke på 25 til 55 ksi) er disse aluminium / siliciumlegeringer (siliciumtilsætninger, der spænder fra 0,6 til 21,5%) og er de eneste serier, der indeholder både varmebehandlede og ikke-varmebehandlede legeringer. Silicon, når det føjes til aluminium, reducerer dets smeltepunkt og forbedrer dens fluiditet, når den er smeltet. Disse egenskaber er ønskelige til fyldmaterialer, der bruges til både fusionssvejsning og lodning. Derfor findes denne serie af legeringer overvejende som fyldemateriale. Silicium, uafhængigt af aluminium, kan ikke kan behandles; Imidlertid er en række af disse siliciumlegeringer designet til at have tilsætninger af magnesium eller kobber, hvilket giver dem muligheden for at reagere positivt på opløsningsvarmebehandling. Typisk anvendes disse varmebehandlingslige fyldlegeringer kun, når en svejset komponent skal udsættes for post svejste termiske behandlinger.

5xxx -serie legeringer-(ikke-opvarmelig behandling-med den ultimative trækstyrke på 18 til 51 ksi) er disse aluminium / magnesiumlegeringer (magnesiumtilsætninger, der spænder fra 0,2 til 6,2%) og har den højeste styrke af de ikke-opvarmbare legeringer. Derudover er denne legeringsserie let svejselig, og af disse grunde bruges de til en lang række anvendelser såsom skibsbygning, transport, trykfartøjer, broer og bygninger. Magnesiumbasislegeringerne svejses ofte med fyldstoflegeringer, der er valgt efter overvejelse af magnesiumindholdet i basismaterialet og applikations- og servicevilkårene for den svejste komponent. Legeringer i denne serie med mere end 3,0% magnesium anbefales ikke til forhøjet temperaturservice over 150 ° F på grund af deres potentiale for sensibilisering og efterfølgende følsomhed for at stresse korrosionskrakning. Basislegeringer med mindre end ca. 2,5% magnesium svejses ofte med succes med 5xxx- eller 4xxx -serien fyldstoflegeringer. Basislegeringen 5052 genkendes generelt som den maksimale magnesiumindholdsbasislegering, der kan svejses med en 4xxx -serie fyldstoflegering. På grund af problemer forbundet med eutektisk smeltning og tilknyttede dårlige as-svejsede mekaniske egenskaber anbefales det ikke at svejse materiale i denne legeringsserie, der indeholder højere mængder magnesium med 4xxx-serien. De højere magnesiumbasismaterialer svejses kun med 5xxx fyldlegeringer, som generelt matcher basislegeringssammensætningen.

6xxx -serie legeringer- (varmebehandlingsbar - med den ultimative trækstyrke fra 18 til 58 ksi) Dette er aluminium / magnesium - siliciumlegeringer (magnesium og siliciumtilsætninger på ca. 1,0%) og findes vidt gennem svejsningsfremstillingsindustrien, anvendt overvejende i form af ekstruderinger og inkorporeret i mange strukturelle komponenter. Tilsætningen af ​​magnesium og silicium til aluminium producerer en forbindelse med magnesium-silicid, som tilvejebringer dette materiale dets evne til at blive opløsningsvarme, der er behandlet for forbedret styrke. Disse legeringer er naturligt størkningsfølende knækfølsomme, og af denne grund bør de ikke bues svejset autogent (uden fyldmateriale). Tilføjelsen af ​​tilstrækkelige mængder fyldstofmateriale under lysbuesvejsningsprocessen er vigtig for at tilvejebringe fortynding af basismaterialet og derved forhindre det varme krakningsproblem. De svejses med både 4xxx og 5xxx fyldstofmaterialer, afhængige af applikations- og servicekravene.

7xxx -serie legeringer- (varmebehandlingsbar - med den ultimative trækstyrke på 32 til 88 ksi) er dette aluminium / zinklegeringer (zinktilsætninger, der spænder fra 0,8 til 12,0%) og omfatter nogle af de højeste styrke aluminiumslegeringer. Disse legeringer bruges ofte i høje præstationsapplikationer såsom fly, rumfart og konkurrencedygtige sportsudstyr. Ligesom 2xxx -serien af ​​legeringer, inkorporerer denne serie legeringer, der betragtes som uegnede kandidater til lysbuesvejsning og andre, som ofte er svejset med succes. De almindeligt svejsede legeringer i denne serie, såsom 7005, svejses overvejende med 5xxx -seriefyldlegeringer.

Oversigt- Dagens aluminiumslegeringer udgør sammen med deres forskellige frister et bredt og alsidigt udvalg af fremstillingsmateriale. For optimal produktdesign og en vellykket svejsningsprocedureudvikling er det vigtigt at forstå forskellene mellem de mange tilgængelige legeringer og deres forskellige ydelse og svejselighedskarakteristika. Når man udvikler buesvejsningsprocedurer for disse forskellige legeringer, skal der tages hensyn til den specifikke legering, der svejses. Det siges ofte, at lysbuesvejsning af aluminium ikke er vanskelig, ”det er bare anderledes”. Jeg tror, ​​at en vigtig del af forståelsen af ​​disse forskelle er at blive fortrolig med de forskellige legeringer, deres egenskaber og deres identifikationssystem.