Med tillväxten av aluminium inom svetsindustrin, och dess acceptans som ett utmärkt alternativ till stål för många tillämpningar, finns det ökande krav på att de som är involverade i att utveckla aluminiumprojekt ska bli mer bekanta med denna materialgrupp. För att fullt ut förstå aluminium är det lämpligt att börja med att bekanta sig med aluminiumidentifierings-/beteckningssystemet, de många tillgängliga aluminiumlegeringarna och deras egenskaper.

Aluminiumlegeringens temperering och beteckningssystem- I Nordamerika ansvarar The Aluminum Association Inc. för allokering och registrering av aluminiumlegeringar. För närvarande finns det över 400 smidda aluminium- och smidda aluminiumlegeringar och över 200 aluminiumlegeringar i form av gjutgods och tackor registrerade hos Aluminum Association. Gränserna för legeringens kemiska sammansättning för alla dessa registrerade legeringar finns i Aluminum AssociationsBlågrön bokmed titeln ”Internationella legeringsbeteckningar och kemiska sammansättningsgränser för smides aluminium och smides aluminiumlegeringar” och i derasRosa bokmed titeln ”Beteckningar och kemiska sammansättningsgränser för aluminiumlegeringar i form av gjutgods och göt”. Dessa publikationer kan vara oerhört användbara för svetsingenjören vid utveckling av svetsprocedurer, och när hänsyn till kemi och dess samband med sprickkänslighet är av betydelse.

Aluminiumlegeringar kan kategoriseras i ett antal grupper baserat på det specifika materialets egenskaper, såsom dess förmåga att reagera på termisk och mekanisk behandling och det primära legeringselementet som tillsätts aluminiumlegeringen. När vi betraktar numrerings-/identifieringssystemet som används för aluminiumlegeringar identifieras ovanstående egenskaper. Smides- och gjutna aluminiumtyper har olika identifieringssystem. Smidessystemet är ett 4-siffrigt system och gjutna aluminiumtyper har ett 3-siffrigt system med 1 decimal.

Beteckningssystem för smideslegeringar- Vi ska först betrakta det fyrsiffriga identifieringssystemet för smides aluminiumlegeringar. Den första siffran (Xxxx) anger det huvudsakliga legeringselementet, som har tillsatts 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 det skiljer sig från 0, indikerar det en modifiering av den specifika legeringen, och den tredje och fjärde siffran (xxXX) är godtyckliga tal som anges för att identifiera en specifik legering i serien. Exempel: I legering 5183 indikerar siffran 5 att den är av magnesiumlegeringsserien, 1 indikerar att det är 1:an^stmodifiering av den ursprungliga legeringen 5083, och 83 identifierar den i 5xxx-serien.

Det enda undantaget från detta legeringsnumreringssystem är aluminiumlegeringarna i 1xxx-serien (rena aluminium), i vilket fall de två sista siffrorna anger den lägsta aluminiumhalten över 99 %, dvs. legering 13.(50)(minst 99,50 % aluminium).

BETECKNINGSSYSTEM FÖR SMIDAD ALUMINIUMLEGERING

Tabell 1

Beteckning för gjuten legering- Beteckningssystemet för gjutna legeringar är baserat på en 3-siffrig plus decimalbeteckning xxx.x (dvs. 356.0). Den första siffran (Xxx.x) anger det huvudsakliga legeringselementet som har tillsatts aluminiumlegeringen (se tabell 2).

BETECKNINGSSYSTEM FÖR GJUTEN ALUMINIUMLEGERING

Tabell 2

Den andra och tredje siffran (xXX.x) är godtyckliga tal som anges för att identifiera en specifik legering i serien. Siffran efter decimaltecknet anger om legeringen är ett gjutgods (.0) eller ett tackgods (.1 eller .2). Ett prefix med versalbokstav anger en modifiering av en specifik legering.
Exempel: Legering – A356.0 versal A (Axxx.x) indikerar en modifiering av legering 356.0. Siffran 3 (A3xx.x) indikerar att den är av kisel plus koppar och/eller magnesiumserien. 56 tum (Ax56.0) identifierar legeringen inom 3xx.x-serien, och .0 (Axxx.0) indikerar att det är en gjutning med slutgiltig form och inte ett göt.

Aluminiumhärdningsbeteckningssystemet -Om vi ​​betraktar de olika serierna av aluminiumlegeringar ser vi att det finns avsevärda skillnader i deras egenskaper och därmed följande tillämpningar. Det första man bör inse, efter att ha förstått identifieringssystemet, är att det finns två tydligt olika typer av aluminium inom den ovan nämnda serien. Dessa är värmebehandlingsbara aluminiumlegeringar (de som kan öka styrkan genom tillsats av värme) och icke-värmebehandlingsbara aluminiumlegeringar. Denna skillnad är särskilt viktig när man överväger effekterna av bågsvetsning på dessa två typer av material.

De smidda aluminiumlegeringarna i 1xxx-, 3xxx- och 5xxx-serien är inte värmebehandlingsbara och endast töjningshärdbara. De smidda aluminiumlegeringarna i 2xxx-, 6xxx- och 7xxx-serien är värmebehandlingsbara och 4xxx-serien består av både värmebehandlingsbara och icke-värmebehandlingsbara legeringar. De gjutna legeringarna i 2xx.x-, 3xx.x-, 4xx.x- och 7xx.x-serien är värmebehandlingsbara. Töjningshärdning tillämpas generellt inte på gjutgods.

De värmebehandlingsbara legeringarna erhåller sina optimala mekaniska egenskaper genom en process av termisk behandling, där de vanligaste termiska behandlingarna är lösningsvärmebehandling och artificiell åldring. Lösningsvärmebehandling är processen att värma legeringen till en förhöjd temperatur (cirka 990 °F) för att lösa upp legeringselementen eller föreningarna. Detta följs av kylning, vanligtvis i vatten, för att producera en övermättad lösning vid rumstemperatur. Lösningsvärmebehandling följs vanligtvis av åldring. Åldring är utfällning av en del av elementen 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 hållfastheten genom tillämpning av kallbearbetning. T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

DE GRUNDLÄGGANDE HÄRDBETECKNINGARNA

Tabell 3

Utöver den grundläggande anlöpningsbeteckningen finns det två underavdelningskategorier, en avser "H"-anlöpning – töjningshärdning, och den andra avser "T"-anlöpning – termiskt behandlad beteckning.

Underavdelningar av H-anlöpning – töjningshärdad

Den första siffran efter H:et anger en grundläggande operation:
H1– Endast töjningshärdad.
H2– Deformationshärdad och delvis glödgad.
H3– Töjningshärdad och stabiliserad.
H4– Deformationshärdad och lackerad eller målad.

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

Underavdelningar av T-härdning – termiskt behandlad

T1- Naturligt åldrad efter kylning från en formningsprocess vid förhöjd temperatur, såsom extrudering.
T2- Kallbearbetad efter kylning från en förhöjd temperaturformningsprocess och sedan naturlig åldring.
T3- Lösningsvärmebehandlad, kallbearbetad och naturligt åldrad.
T4- Lösningsvärmebehandlad och naturligt åldrad.
T5- Konstgjord åldrad efter kylning från en formningsprocess med förhöjd temperatur.
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– Stresslindring genom stretching.
TX52eller TXX52– Stresslindring genom kompression.

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

1xxx-seriens legeringar– (ej värmebehandlingsbar – med en draghållfasthet på 10 till 27 ksi) denna serie kallas ofta för ren aluminiumserie eftersom den måste ha minst 99,0 % aluminium. De är svetsbara. På grund av deras snäva smältområde kräver de dock vissa överväganden för att producera acceptabla svetsprocedurer. När de övervägs för tillverkning väljs dessa legeringar främst för sin överlägsna korrosionsbeständighet, såsom i specialiserade kemikalietankar och rörledningar, eller för sin utmärkta elektriska ledningsförmåga, såsom i samlingsskenstillämpningar. Dessa legeringar har relativt dåliga mekaniska egenskaper och skulle sällan övervägas för allmänna strukturella tillämpningar. Dessa baslegeringar svetsas ofta med matchande tillsatsmaterial eller med 4xxx-tillsatslegeringar beroende på tillämpning och prestandakrav.

2xxx-seriens legeringar– (värmebehandlingsbar – med en 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 rymdfartstillämpningar. De har utmärkt hållfasthet över ett brett temperaturområde. Vissa av dessa legeringar anses vara icke-svetsbara med bågsvetsprocesser på grund av deras känslighet för varmsprickbildning och spänningskorrosion; andra kan dock bågsvetsas mycket framgångsrikt med korrekta svetsprocedurer. Dessa basmaterial svetsas ofta med höghållfasta tillsatslegeringar i 2xxx-serien som är utformade för att matcha deras prestanda, men kan ibland svetsas med tillsatsmaterial i 4xxx-serien som innehåller kisel eller kisel och koppar, beroende på tillämpning och servicekrav.

3xxx-seriens legeringar– (ej värmebehandlingsbar – med en draghållfasthet på 16 till 41 ksi) Dessa är aluminium-/manganlegeringar (mangantillsatser från 0,05 till 1,8 %) och har måttlig hållfasthet, god korrosionsbeständighet, god formbarhet och är lämpliga för användning vid förhöjda temperaturer. En av deras första användningsområden var grytor och stekpannor, och de är idag huvudkomponenten för värmeväxlare i fordon och kraftverk. Deras måttliga hållfasthet utesluter dock ofta att de kan övervägas för strukturella tillämpningar. Dessa baslegeringar svetsas med fyllnadslegeringar i 1xxx-, 4xxx- och 5xxx-serien, beroende på deras specifika kemi och specifika tillämpnings- och servicekrav.

4xxx-seriens legeringar– (värmebehandlingsbara och icke-värmebehandlingsbara – med en draghållfasthet på 25 till 55 ksi) Dessa är aluminium/kisellegeringarna (kiseltillsatser från 0,6 till 21,5 %) och är den enda serie som innehåller både värmebehandlingsbara och icke-värmebehandlingsbara legeringar. Kisel, när det tillsätts aluminium, minskar dess smältpunkt och förbättrar dess fluiditet när det är smält. Dessa egenskaper är önskvärda för tillsatsmaterial som används för både smältsvetsning och lödning. Följaktligen finns denna serie legeringar huvudsakligen som tillsatsmaterial. Kisel, oberoende av aluminium, är icke-värmebehandlingsbart; dock har ett antal av dessa kisellegeringar utformats för att ha tillsatser av magnesium eller koppar, vilket ger dem förmågan att reagera positivt på lösningsvärmebehandling. Vanligtvis används dessa värmebehandlingsbara tillsatslegeringar endast när en svetsad komponent ska utsättas för värmebehandling efter svetsning.

5xxx-seriens legeringar– (ej värmebehandlingsbar – med en 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-värmebehandlingsbara legeringarna. Dessutom är denna legeringsserie lätt svetsbar, och av dessa skäl används de för en mängd olika tillämpningar såsom skeppsbyggnad, transport, tryckkärl, broar och byggnader. Magnesiumbaslegeringarna svetsas ofta med tillsatslegeringar, vilka väljs efter beaktande av magnesiumhalten i basmaterialet och den svetsade komponentens tillämpnings- och driftsförhållanden. Legeringar i denna serie med mer än 3,0 % magnesium rekommenderas inte för förhöjd temperatur över 71 °C på grund av deras potential för sensibilisering och efterföljande känslighet för spänningskorrosion. Baslegeringar med mindre än cirka 2,5 % magnesium svetsas ofta framgångsrikt med tillsatslegeringarna i 5xxx- eller 4xxx-serien. Baslegeringen 5052 är allmänt erkänd som den baslegering med högsta magnesiumhalt som kan svetsas med en tillsatslegering i 4xxx-serien. På grund av problem i samband med eutektisk smältning och därmed dåliga mekaniska egenskaper vid svetsning rekommenderas det inte att svetsa material i denna legeringsserie, som innehåller högre mängder magnesium, med tillsatsmaterial i 4xxx-serien. Basmaterialen med högre magnesiumhalt svetsas endast med 5xxx-tillsatslegeringar, som i allmänhet matchar baslegeringens sammansättning.

6XXX-seriens legeringar– (värmebehandlingsbar – med en draghållfasthet på 18 till 58 ksi) Dessa är aluminium/magnesium-kisellegeringar (magnesium- och kiseltillsatser på cirka 1,0 %) och finns i stor utsträckning inom svetsindustrin, används huvudsakligen i form av extruderade profiler och ingår i många strukturella komponenter. Tillsatsen av magnesium och kisel till aluminium producerar en förening av magnesiumsilicid, vilket ger detta material dess förmåga att bli lösningsvärmebehandlat för förbättrad hållfasthet. Dessa legeringar är naturligt känsliga för stelningssprickor, och av denna anledning bör de inte bågsvetsas autogent (utan tillsatsmaterial). Tillsatsen av tillräckliga mängder tillsatsmaterial under bågsvetsprocessen är avgörande för att ge utspädning av basmaterialet och därigenom förhindra problemet med varmsprickbildning. De svetsas med både 4xxx- och 5xxx-tillsatsmaterial, beroende på tillämpning och servicekrav.

7XXX-seriens legeringar– (värmebehandlingsbar – med en draghållfasthet på 32 till 88 ksi) Dessa är aluminium-/zinklegeringarna (zinktillsatser från 0,8 till 12,0 %) och utgör några av de aluminiumlegeringarna med högst hållfasthet. Dessa legeringar används ofta i högpresterande applikationer som flygplan, rymdfart och tävlingssportutrustning. Liksom 2xxx-serien av legeringar innehåller denna serie legeringar som anses vara olämpliga kandidater för bågsvetsning, och andra som ofta bågsvetsas framgångsrikt. De vanligt svetsade legeringarna i denna serie, såsom 7005, svetsas huvudsakligen med 5xxx-seriens tillsatslegeringar.

Sammanfattning- Dagens aluminiumlegeringar, tillsammans med deras olika härdningsgrader, omfattar 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. Vid utveckling av 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.