Med framväxten av aluminium inom svetstillverkningsindustrin, och dess acceptans som ett utmärkt alternativ till stål för många applikationer, finns det ökande krav på att de som arbetar med att utveckla aluminiumprojekt ska bli mer bekanta med denna grupp av material. För att till fullo förstå aluminium är det lämpligt att börja med att bekanta sig med aluminiumidentifierings-/beteckningssystemet, de många tillgängliga aluminiumlegeringarna och deras egenskaper.

Aluminiumlegeringshärdning och beteckningssystem- I Nordamerika är The Aluminium Association Inc. ansvarig för tilldelning och registrering av aluminiumlegeringar. För närvarande finns över 400 bearbetade aluminium- och bearbetade aluminiumlegeringar och över 200 aluminiumlegeringar i form av gjutgods och göt registrerade hos Aluminiumföreningen. Gränsvärdena för legeringens kemiska sammansättning för alla dessa registrerade legeringar finns i Aluminum AssociationsKricka bokmed titeln "International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys" och i derasRosa bokmed titeln "Beteckningar och kemiska sammansättningsgränser för aluminiumlegeringar i form av gjutgods och göt. Dessa publikationer kan vara extremt användbara för svetsingenjören vid utveckling av svetsprocedurer, och när hänsyn till kemi och dess samband med sprickkänslighet är av vikt.

Aluminiumlegeringar kan kategoriseras i ett antal grupper baserat på det speciella materialets egenskaper, såsom dess förmåga att svara på termisk och mekanisk behandling och det primära legeringselementet som läggs till aluminiumlegeringen. När vi betraktar numrerings-/identifieringssystemet som används för aluminiumlegeringar, identifieras ovanstående egenskaper. De smidda och gjutna aluminiumen har olika identifieringssystem. Det smidda systemet är ett 4-siffrigt system och gjutgodset har ett 3-siffrigt och 1-decimalt system.

Beteckningssystem för smideslegering- Vi ska först överväga det 4-siffriga identifieringssystemet för bearbetad aluminiumlegering. Den första siffran (Xxxx) anger det huvudsakliga legeringselementet, som har lagts till aluminiumlegeringen och används ofta för att beskriva aluminiumlegeringsserien, dvs 1000-serien, 2000-serien, 3000-serien, upp till 8000-serien (se tabell 1).

Den andra ensiffran (xXxx), om den skiljer sig från 0, indikerar en modifiering av den specifika legeringen, och den tredje och fjärde siffran (xxXX) är godtyckliga siffror som ges för att identifiera en specifik legering i serien. Exempel: I legering 5183 anger siffran 5 att den är av magnesiumlegeringsserien, 1:an anger att det är 1^stmodifiering av den ursprungliga legeringen 5083, och 83:an identifierar den i 5xxx-serien.

Det enda undantaget från detta legeringsnumreringssystem är med 1xxx-seriens aluminiumlegeringar (rena aluminium) i vilket fall de sista 2 siffrorna ger den minsta aluminiumprocenten över 99 %, dvs. Alloy 13(50)(99,50 % minimum aluminium).

DESIGNATIONSSYSTEM FÖR SMIDAD ALUMINIUMLEGERING

Tabell 1

Beteckning för gjuten legering- Beteckningssystemet för gjutlegering är baserat på en 3-siffrig plus decimalbeteckning xxx.x (dvs. 356,0). Den första siffran (Xxx.x) anger det huvudsakliga legeringselementet, som har lagts till aluminiumlegeringen (se tabell 2).

DESIGNATIONSSYSTEM AV GJUT ALUMINIUM

Tabell 2

Den andra och tredje siffran (xXX.x) är godtyckliga siffror som ges för att identifiera en specifik legering i serien. Siffran efter decimaltecknet anger om legeringen är ett gjutgods (.0) eller ett göt (.1 eller .2). Ett prefix med stor bokstav indikerar en modifiering av en specifik legering.
Exempel: Legering – A356.0 det stora A (Axxx.x) indikerar en modifiering av legering 356.0. Siffran 3 (A3xx.x) indikerar att den är av kisel plus koppar och/eller magnesium. The 56 in (Axe56.0) identifierar legeringen inom 3xx.x-serien och .0 (Axxx.0) indikerar att det är en slutlig formgjutning och inte ett göt.

Aluminiumtempereringssystem -Om vi ​​betraktar de olika serierna av aluminiumlegeringar, kommer vi att se att det finns avsevärda skillnader i deras egenskaper och därav följande tillämpning. Den första punkten att känna igen, efter att ha förstått identifieringssystemet, är att det finns två distinkt olika typer av aluminium inom serien som nämns ovan. Dessa är de värmebehandlingsbara aluminiumlegeringarna (de som kan få styrka genom tillsats av värme) och de icke-värmebehandlade aluminiumlegeringarna. Denna distinktion är särskilt viktig när man överväger effekterna av bågsvetsning på dessa två typer av material.

1xxx-, 3xxx- och 5xxx-seriens bearbetade aluminiumlegeringar kan inte värmebehandlas och är endast töjningshärdbara. 2xxx-, 6xxx- och 7xxx-seriens bearbetade aluminiumlegeringar är värmebehandlingsbara och 4xxx-serien består av både värmebehandlingsbara och icke-värmebehandlingsbara legeringar. De gjutna legeringarna 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x och 7xx.x är värmebehandlingsbara. Töjningshärdning tillämpas vanligtvis inte på gjutgods.

De värmebehandlingsbara legeringarna får sina optimala mekaniska egenskaper genom en process av termisk behandling, de vanligaste termiska behandlingarna är Solution Heat Treatment och Artificiell åldrande. Solution Heat Treatment är processen att värma legeringen till en förhöjd temperatur (cirka 990 Deg. F) för att sätta legeringselementen eller föreningarna i lösning. Detta följs av släckning, vanligtvis i vatten, för att producera en övermättad lösning vid rumstemperatur. Lösningsvärmebehandling följs vanligtvis av åldrande. Åldring är utfällningen av en del av grundämnena eller föreningarna från en övermättad lösning för att ge önskvärda egenskaper.

De icke värmebehandlingsbara legeringarna får sina optimala mekaniska egenskaper genom töjningshärdning. Töjningshärdning är metoden för att öka styrkan genom applicering av kallbearbetning.T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

DE GRUNDLÄGGANDE TEMPERADESIGNATIONERNA

Tabell 3

Utöver den grundläggande tempereringsbeteckningen finns det två underindelningskategorier, en som adresserar "H" Temperation – Töjningshärdning, och den andra som adresserar "T" Temperation – Thermally Treated-beteckningen.

Underavdelningar av H Temper – Strain Hardened

Den första siffran efter H indikerar en grundläggande operation:
H1– Endast stamhärdad.
H2– Stamhärdad och delvis glödgad.
H3– Stamhärdad och stabiliserad.
H4– Stamhärdad och lackad eller målad.

Den andra siffran efter H anger graden av töjningshärdning:
HX2– Quarter Hard HX4– Halvhård HX6– Tre fjärdedelar hårt
HX8– Full Hard HX9– Extra hårt

Underavdelningar av T Temper – Termiskt behandlad

T1- Naturligt åldrad efter kylning från en förhöjd temperatur formningsprocess, såsom extrudering.
T2- Kallbearbetad efter kylning från en förhöjd temperaturformningsprocess och sedan naturligt åldrad.
T3- Lösningsvärmebehandlad, kallbearbetad och naturligt åldrad.
T4- Lösningsvärmebehandlad och naturligt åldrad.
T5- Artificiellt åldrat efter kylning från en förhöjd temperaturformningsprocess.
T6- Lösningsvärmebehandlad och artificiellt åldrad.
T7- Lösningsvärmebehandlad och stabiliserad (överåldrad).
T8- Lösningsvärmebehandlad, kallbearbetad och artificiellt åldrad.
T9- Lösningsvärmebehandlad, artificiellt åldrad och kallbearbetad.
T10- Kallbearbetad efter kylning från en förhöjd temperaturformningsprocess och sedan artificiellt åldrad.

Ytterligare siffror indikerar stressavlastning.
Exempel:
TX51eller TXX51– Stress lindras genom stretching.
TX52eller TXX52– Stress lindras genom att komprimera.

Aluminiumlegeringar och deras egenskaper– Om vi ​​betraktar de sju serierna av bearbetade aluminiumlegeringar kommer vi att uppskatta deras skillnader och förstå deras tillämpningar och egenskaper.

1xxx serie legeringar– (ej värmebehandlingsbar – med en draghållfasthet på 10 till 27 ksi) kallas denna serie ofta för den rena aluminiumserien eftersom den måste ha minst 99,0 % aluminium. De är svetsbara. På grund av deras smala smältområde kräver de emellertid vissa överväganden för att åstadkomma acceptabla svetsprocedurer. När de övervägs för tillverkning, väljs dessa legeringar främst för deras överlägsna korrosionsbeständighet, såsom i specialiserade kemikalietankar och rörledningar, eller för deras utmärkta elektriska ledningsförmåga som i samlingsskenor. Dessa legeringar har relativt dåliga mekaniska egenskaper och kommer sällan att övervägas för allmänna strukturella tillämpningar. Dessa baslegeringar är ofta svetsade med matchande tillsatsmaterial eller med 4xxx tillsatslegeringar beroende på applikation och prestandakrav.

2xxx serie legeringar– (värmebehandlas – med en maximal draghållfasthet på 27 till 62 ksi) dessa är aluminium-/kopparlegeringar (koppartillsatser från 0,7 till 6,8%) och är höghållfasta, högpresterande legeringar som ofta används för flyg- och flygplanstillämpningar. De har utmärkt styrka över ett brett temperaturområde. Vissa av dessa legeringar anses icke svetsbara av bågsvetsningsprocessen på grund av deras känslighet för hetsprickbildning och spänningskorrosionssprickor; andra är dock bågsvetsade mycket framgångsrikt med rätt svetsprocedurer. Dessa basmaterial är ofta svetsade med höghållfasta 2xxx-seriens fyllmedelslegeringar utformade för att matcha deras prestanda, men kan ibland svetsas med 4xxx-seriens fyllmedel som innehåller kisel eller kisel och koppar, beroende på applikations- och servicekrav.

3xxx serie legeringar– (ej värmebehandlingsbar – med maximal draghållfasthet på 16 till 41 ksi) Dessa är aluminium/manganlegeringarna (mangantillsatser från 0,05 till 1,8%) och har måttlig styrka, har bra korrosionsbeständighet, god formbarhet och är lämpliga för användning vid förhöjda temperaturer. En av deras första användningsområden var kastruller och stekpannor, och de är idag den viktigaste komponenten för värmeväxlare i fordon och kraftverk. Deras måttliga styrka utesluter emellertid ofta att de övervägs för strukturella tillämpningar. Dessa baslegeringar är svetsade med 1xxx, 4xxx och 5xxx serier tillsatslegeringar, beroende på deras specifika kemi och särskilda applikations- och servicekrav.

4xxx serie legeringar– (värmebehandlas och icke-värmebehandlas – med maximal draghållfasthet på 25 till 55 ksi) Dessa är aluminium/kisellegeringarna (kiseltillsatser varierar från 0,6 till 21,5%) och är de enda serierna som innehåller både värmebehandlingsbara och icke- värmebehandlingsbara legeringar. Kisel, när det tillsätts till aluminium, minskar dess smältpunkt och förbättrar dess flytbarhet när den smälts. Dessa egenskaper är önskvärda för tillsatsmaterial som används för både smältsvetsning och lödning. Följaktligen återfinns denna serie av legeringar övervägande som fyllnadsmaterial. Kisel, oberoende i aluminium, är icke värmebehandlad; ett antal av dessa kisellegeringar har emellertid designats för att ha tillsatser av magnesium eller koppar, vilket ger dem förmågan att reagera positivt på lösningsvärmebehandling. Typiskt används dessa värmebehandlingsbara fyllmedelslegeringar endast när en svetsad komponent ska utsättas för termiska eftersvetsbehandlingar.

5xxx serie legeringar– (ej värmebehandlingsbar – med maximal draghållfasthet på 18 till 51 ksi) Dessa är aluminium-/magnesiumlegeringarna (magnesiumtillsatser från 0,2 till 6,2%) och har den högsta hållfastheten av de icke värmebehandlade legeringarna. Dessutom är denna legeringsserie lätt svetsbar, och av dessa skäl används de för en mängd olika applikationer såsom skeppsbyggnad, transport, tryckkärl, broar och byggnader. Magnesiumbaslegeringarna är ofta svetsade med tillsatslegeringar, som väljs efter hänsyn till magnesiumhalten i basmaterialet, och den svetsade komponentens användnings- och serviceförhållanden. Legeringar i denna serie med mer än 3,0 % magnesium rekommenderas inte för drift med förhöjda temperaturer över 150 grader F på grund av deras potential för sensibilisering och efterföljande känslighet för spänningskorrosionssprickor. Baslegeringar med mindre än cirka 2,5 % magnesium svetsas ofta framgångsrikt med 5xxx- eller 4xxx-seriens tillsatslegeringar. Baslegeringen 5052 är allmänt erkänd som baslegeringen med maximalt magnesiuminnehåll som kan svetsas med en tillsatslegering i 4xxx-serien. På grund av problem förknippade med eutektisk smältning och tillhörande dåliga mekaniska egenskaper vid svetsning, rekommenderas det inte att svetsa material i denna legeringsserie, som innehåller större mängder magnesium med 4xxx-seriens fyllmedel. De högre magnesiumbasmaterialen svetsas endast med 5xxx fyllmedelslegeringar, som i allmänhet matchar baslegeringssammansättningen.

6XXX serie legeringar– (värmebehandlas – med en maximal draghållfasthet på 18 till 58 ksi) Dessa är aluminium/magnesium – kisellegeringar (magnesium och kiseltillsatser på cirka 1,0%) och finns i stor utsträckning inom svetstillverkningsindustrin, och används främst i form av extruderingar och ingår i många strukturella komponenter. Tillsatsen av magnesium och kisel till aluminium ger en förening av magnesium-silicid, vilket ger detta material dess förmåga att bli lösningsvärmebehandlat för förbättrad styrka. Dessa legeringar är naturligt känsliga för stelningssprickor, och av denna anledning bör de inte bågsvetsas autogent (utan fyllnadsmaterial). Tillsatsen av tillräckliga mängder tillsatsmaterial under bågsvetsningsprocessen är väsentlig för att tillhandahålla utspädning av basmaterialet och därigenom förhindra hetsprickbildningsproblemet. De är svetsade med både 4xxx och 5xxx tillsatsmaterial, beroende på applikation och servicekrav.

7XXX serie legeringar– (värmebehandlas – med maximal draghållfasthet på 32 till 88 ksi) Dessa är aluminium/zinklegeringar (zink tillsatser varierar från 0,8 till 12,0%) och utgör några av de högsta hållfasthetsaluminiumlegeringarna. Dessa legeringar används ofta i högpresterande applikationer som flygplan, rymd- och tävlingsutrustning. Liksom 2xxx-serien av legeringar, innehåller denna serie legeringar som anses vara olämpliga kandidater för bågsvetsning och andra som ofta bågsvetsas framgångsrikt. De vanligen svetsade legeringarna i denna serie, såsom 7005, är huvudsakligen svetsade med 5xxx-seriens tillsatslegeringar.

Sammanfattning– Dagens aluminiumlegeringar utgör tillsammans med deras olika härdning ett brett och mångsidigt utbud av tillverkningsmaterial. För optimal produktdesign och framgångsrik utveckling av svetsprocedurer är det viktigt att förstå skillnaderna mellan de många tillgängliga legeringarna och deras olika prestanda och svetsbarhetsegenskaper. När man utvecklar bågsvetsprocedurer för dessa olika legeringar måste hänsyn tas till den specifika legering som svetsas. Det sägs ofta att bågsvetsning av aluminium inte är svårt, "det är bara annorlunda". Jag tror att en viktig del av att förstå dessa skillnader är att bli bekant med de olika legeringarna, deras egenskaper och deras identifieringssystem.