Med væksten af ​​aluminium inden for svejsefremstillingsindustrien og dets accept som et glimrende 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 stifte bekendtskab med aluminiums identifikations-/betegnelsessystemet, de mange tilgængelige aluminiumslegeringer og deres egenskaber.

Aluminiumslegerings tempererings- og betegnelsessystem- I Nordamerika er The Aluminium Association Inc. ansvarlig for allokering og registrering af aluminiumslegeringer.I øjeblikket er der over 400 bearbejdede aluminium og bearbejdede aluminiumslegeringer og over 200 aluminiumslegeringer i form af støbegods og barrer registreret hos Aluminium Association.De legeringskemiske sammensætningsgrænser for alle disse registrerede legeringer er indeholdt i Aluminium Association'sBlågrøn bogmed titlen "Internationale legeringsbetegnelser og kemiske sammensætningsgrænser for smedede aluminium og smedede 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 svejseingeniøren, når der skal udvikles svejseprocedurer, og når hensynet til kemi og dets sammenhæng med revnefølsomhed er vigtigt.

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 tilføjet til aluminiumslegeringen.Når vi betragter nummererings-/identifikationssystemet, der anvendes til aluminiumslegeringer, identificeres ovenstående egenskaber.Det smedede og støbte aluminium har forskellige systemer til identifikation.Det bearbejdede system er et 4-cifret system, og støbningerne har et 3-cifret og 1-decimal-system.

Betegnelsessystem for smedede legeringer- Vi skal først overveje det 4-cifrede identifikationssystem af smedede aluminiumslegeringer.Det første ciffer (Xxxx) angiver det primære legeringselement, som er blevet tilføjet til aluminiumslegeringen og ofte bruges til at beskrive aluminiumslegeringsserien, dvs. 1000-serien, 2000-serien, 3000-serien, op til 8000-serien (se tabel 1).

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

Den eneste undtagelse fra dette legeringsnummereringssystem er med 1xxx-seriens aluminiumslegeringer (rene aluminium), i hvilket tilfælde de sidste 2 cifre giver den mindste aluminiumsprocent over 99 %, dvs. Alloy 13(50)(99,50% minimum aluminium).

DESIGNATIONSSYSTEM AF BEMEJDET ALUMINIUMSLEGERING

tabel 1

Støbt legeringsbetegnelse- Betegnelsessystemet for støbt legering 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 tilføjet til aluminiumslegeringen (se tabel 2).

DESIGNATIONSSYSTEM I STØBET ALUMINIUM

Tabel 2

Det andet og tredje ciffer (xXX.x) er vilkårlige tal givet for at identificere en specifik legering i serien.Tallet efter decimaltegnet angiver, om legeringen er et støbegods (.0) eller en barre (.1 eller .2).Et stort bogstavpræfiks angiver en ændring af en specifik legering.
Eksempel: Legering – A356.0 hovedstaden 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.De 56 tommer (Axe56.0) identificerer legeringen i 3xx.x-serien, og .0 (Axxx.0) angiver, at det er en endelig formstøbning og ikke en barre.

Aluminium Temper Designation System -Hvis vi betragter de forskellige serier af aluminiumslegeringer, vil vi se, at der er betydelige forskelle i deres egenskaber og deraf følgende anvendelse.Det første punkt at erkende, efter at have forstået identifikationssystemet, er, at der er to tydeligt forskellige typer aluminium inden for ovennævnte serie.Disse er de varmebehandlelige aluminiumslegeringer (dem, der kan få styrke gennem tilførsel af varme) og de ikke-varmebehandlede aluminiumslegeringer.Denne skelnen er især vigtig, når man overvejer virkningerne af buesvejsning på disse to typer materialer.

1xxx, 3xxx og 5xxx serierne bearbejdede aluminiumslegeringer kan ikke varmebehandles og kan kun strækhærdes.2xxx-, 6xxx- og 7xxx-seriens smedede aluminiumslegeringer er varmebehandlelige, og 4xxx-serien består af både varmebehandlelige og ikke-varmebehandlelige legeringer.2xx.x, 3xx.x, 4xx.x og 7xx.x serie støbte legeringer kan varmebehandles.Deformationshærdning anvendes generelt ikke på støbegods.

De varmebehandlelige legeringer opnår deres optimale mekaniske egenskaber gennem en proces med termisk behandling, de mest almindelige termiske behandlinger er Solution Heat Treatment og Artificial Aging.Solution Heat Treatment er processen med at opvarme legeringen til en forhøjet temperatur (omkring 990 Deg. F) for at sætte legeringselementerne eller forbindelserne i opløsning.Dette efterfølges af bratkøling, normalt i vand, for at fremstille en overmættet opløsning ved stuetemperatur.Opløsningsvarmebehandling efterfølges normalt af ældning.Ældning er udfældning af en del af grundstofferne eller forbindelserne fra en overmættet opløsning for at give ønskværdige egenskaber.

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

DE GRUNDLÆGGENDE TEMPERADESIGNATIONER

Tabel 3

Ud over den grundlæggende temperamentbetegnelse er der to underinddelingskategorier, den ene omhandler "H"-temperering - Strain-hærdning, og den anden adresserer "T"-temperering - termisk behandlet betegnelsen.

Underinddelinger af H Temper – Strain Hardened

Det første ciffer efter H angiver en grundlæggende handling:
H1– Kun stammehærdet.
H2– Stammehærdet og delvist udglødet.
H3– Belastningshærdet og stabiliseret.
H4– Strækhærdet og lakeret eller malet.

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

Underafdelinger af T Temper – Termisk behandlet

T1- Naturlig ældet efter afkøling fra en forhøjet temperatur formgivningsproces, såsom ekstrudering.
T2- Koldbearbejdet efter afkøling fra en forhøjet temperatur formningsproces og derefter naturligt ældet.
T3- Opløsningsvarmebehandlet, koldbearbejdet og naturligt ældet.
T4- Opløsning varmebehandlet og naturligt ældet.
T5- Kunstigt ældet efter afkøling fra en forhøjet temperatur formningsproces.
T6- Opløsning varmebehandlet 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 forhøjet temperatur formningsproces og derefter kunstigt ældet.

Yderligere cifre angiver stressaflastning.
Eksempler:
TX51eller TXX51– Stress lindres ved udstrækning.
TX52eller TXX52– Stress lindres ved at komprimere.

Aluminiumslegeringer og deres egenskaber- Hvis vi betragter de syv serier af bearbejdede aluminiumslegeringer, vil vi værdsætte deres forskelle og forstå deres anvendelser og egenskaber.

1xxx serie legeringer– (ikke-varmebehandles – med ultimativ trækstyrke på 10 til 27 ksi) denne serie omtales ofte som den rene aluminiumsserie, fordi den skal have 99,0 % minimum aluminium.De er svejsbare.Men på grund af deres snævre smelteområde kræver de visse overvejelser for at producere acceptable svejseprocedurer.Når de overvejes til fremstilling, vælges disse legeringer 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 komme i betragtning til generelle strukturelle anvendelser.Disse basislegeringer svejses ofte med matchende fyldmateriale eller med 4xxx fyldstoflegeringer afhængigt af anvendelses- og ydeevnekrav.

2xxx serie legeringer– (kan varmebehandles – med ultimativ trækstyrke på 27 til 62 ksi) disse er aluminium/kobberlegeringer (kobbertilsætninger fra 0,7 til 6,8%) og er højstyrke, højtydende legeringer, der ofte bruges til rumfarts- og flyapplikationer.De har fremragende styrke over et bredt temperaturområde.Nogle af disse legeringer anses for ikke-svejsbare ved buesvejseprocesserne på grund af deres modtagelighed for varmerevner og spændingskorrosionsrevner;andre er dog lysbuesvejset meget vellykket med de korrekte svejseprocedurer.Disse basismaterialer er ofte svejset med højstyrke 2xxx-seriens fyldstoflegeringer designet til at matche deres ydeevne, men kan nogle gange svejses med 4xxx-seriens fyldstoffer, der indeholder silicium eller silicium og kobber, afhængigt af anvendelses- og servicekravene.

3xxx serie legeringer– (ikke varmebehandles – med ultimativ trækstyrke på 16 til 41 ksi) Disse er aluminium/manganlegeringerne (mangantilsætninger fra 0,05 til 1,8%) og har moderat styrke, har god korrosionsbestandighed, god formbarhed og er velegnede til brug ved høje temperaturer.En af deres første anvendelser var gryder og pander, og de er den vigtigste komponent i dag til varmevekslere i køretøjer og kraftværker.Deres moderate styrke udelukker dog ofte, at de overvejer strukturelle anvendelser.Disse basislegeringer er svejset med 1xxx, 4xxx og 5xxx serier fyldlegeringer, afhængigt af deres specifikke kemi og særlige anvendelses- og servicekrav.

4xxx serie legeringer– (varmebehandles og ikke-varmebehandles – med 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, når det tilsættes til aluminium, reducerer dets smeltepunkt og forbedrer dets flydende, når det smelter.Disse egenskaber er ønskelige for fyldmaterialer, der anvendes til både smeltesvejsning og lodning.Følgelig findes denne serie af legeringer overvejende som fyldmateriale.Silicium, uafhængigt af aluminium, kan ikke varmebehandles;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 bruges disse varmebehandlelige fyldstoflegeringer kun, når en svejset komponent skal underkastes termiske eftersvejsningsbehandlinger.

5xxx serie legeringer– (ikke-varmebehandles – med ultimativ trækstyrke på 18 til 51 ksi) Disse er aluminium/magnesium-legeringerne (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 bruges de til en lang række applikationer såsom skibsbygning, transport, trykbeholdere, broer og bygninger.Magnesiumbasislegeringerne svejses ofte med fyldlegeringer, som vælges efter hensyntagen til indholdet af magnesium i basismaterialet og den svejste komponents anvendelses- og servicebetingelser.Legeringer i denne serie med mere end 3,0 % magnesium anbefales ikke til brug ved høje temperaturer over 150 grader F på grund af deres potentiale for sensibilisering og efterfølgende modtagelighed for spændingskorrosionsrevner.Basislegeringer med mindre end ca. 2,5 % magnesium svejses ofte med succes med 5xxx- eller 4xxx-seriens fyldlegeringer.Basislegeringen 5052 er generelt anerkendt som basislegeringen med maksimalt magnesiumindhold, der kan svejses med en 4xxx-serie fyldlegering.På grund af problemer forbundet med eutektisk smeltning og tilhørende dårlige mekaniske egenskaber ved svejsning, anbefales det ikke at svejse materiale i denne legeringsserie, som indeholder større mængder magnesium med fyldstofferne i 4xxx-serien.De højere magnesiumbasismaterialer svejses kun med 5xxx fyldstoflegeringer, som generelt matcher basislegeringssammensætningen.

6XXX serie legeringer– (varmebehandles – med ultimativ trækstyrke på 18 til 58 ksi) Disse er aluminium/magnesium – siliciumlegeringerne (magnesium og siliciumtilsætninger på omkring 1,0%) og findes bredt i hele svejsefremstillingsindustrien, og de bruges overvejende i form af ekstruderinger og indbygget i mange strukturelle komponenter.Tilsætningen af ​​magnesium og silicium til aluminium producerer en forbindelse af magnesium-silicid, som giver dette materiale dets evne til at blive varmebehandlet i opløsning for forbedret styrke.Disse legeringer er naturligt størkningsrevnefølsomme, og af denne grund bør de ikke buesvejses autogent (uden fyldmateriale).Tilsætning af tilstrækkelige mængder fyldmateriale under lysbuesvejseprocessen er væsentlig for at tilvejebringe fortynding af basismaterialet og derved forhindre varmerevneproblemet.De er svejset med både 4xxx og 5xxx fyldmaterialer, afhængigt af anvendelsen og servicekravene.

7XXX serie legeringer– (kan varmebehandles – med ultimativ trækstyrke på 32 til 88 ksi) Disse er aluminium/zinklegeringerne (zinktilsætninger fra 0,8 til 12,0%) og omfatter nogle af de højeste styrke aluminiumslegeringer.Disse legeringer bruges ofte i højtydende applikationer såsom fly, rumfart og konkurrencedygtigt sportsudstyr.Ligesom 2xxx-serien af ​​legeringer, indeholder denne serie legeringer, som anses for uegnede kandidater til buesvejsning, og andre, som ofte lysbuesvejses med succes.De almindeligt svejsede legeringer i denne serie, såsom 7005, er overvejende svejset med 5xxx-seriens fyldlegeringer.

Resumé- Nutidens aluminiumslegeringer udgør sammen med deres forskellige temperamenter et bredt og alsidigt udvalg af fremstillingsmaterialer.For et optimalt produktdesign og en vellykket udvikling af svejseprocedurer er det vigtigt at forstå forskellene mellem de mange legeringer, der er tilgængelige, og deres forskellige ydeevne og svejseegenskaber.Ved udvikling af buesvejseprocedurer 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 forståelsen af ​​disse forskelle er at blive fortrolig med de forskellige legeringer, deres egenskaber og deres identifikationssystem.