Med tillväxten av aluminium inom svetstillverkningsindustrin och dess acceptans som ett utmärkt alternativ till stål för många applikationer finns det ökande krav för de som är involverade i att utveckla aluminiumprojekt för att bli mer bekant med denna grupp av material. För att fullt ut förstå aluminium är det tillrådligt att börja med att bli bekant med aluminiumidentifierings- / beteckningssystemet, de många tillgängliga aluminiumlegeringarna och deras egenskaper.

Aluminiumlegeringens temperament och beteckningssystem- I Nordamerika är Aluminium Association Inc. ansvarig för tilldelning och registrering av aluminiumlegeringar. För närvarande finns det över 400 smides aluminium- och smidesaluminiumlegeringar och över 200 aluminiumlegeringar i form av gjutningar och göt registrerade i aluminiumföreningen. Gränserna för legeringskemisk sammansättning för alla dessa registrerade legeringar finns i aluminiumföreningensKrickbokmed 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 gjutningar och göt. Dessa publikationer kan vara extremt användbara för svetstekniker när man utvecklar svetsprocedurer, och när hänsyn till kemi och dess associering med sprickkänslighet är av betydelse.

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 överväger numrerings- / identifieringssystemet som används för aluminiumlegeringar identifieras ovanstående egenskaper. De smides- och gjutna aluminiumen har olika identifieringssystem. Smidesystemet är ett fyrsiffrigt system och gjutningarna har ett 3-siffrigt och 1-decimalt platssystem.

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

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

Det enda undantaget från detta legeringssystem är med 1xxx -serien aluminiumlegeringar (rena aluminum) i vilket fall de sista 2 siffrorna ger minsta aluminiumprocent över 99%, dvs. legering 13(50)(99,50% minsta aluminium).

System för utformning av aluminiumlegeringssystem

Tabell 1

Gjutlegeringsbeteckning- Det gjutna legeringssystemet är baserat på en 3-siffrig plus decimalbeteckning xxx.x (dvs. 356.0). Den första siffran (Xxx.x) indikerar det huvudsakliga legeringselementet, som har lagts till aluminiumlegeringen (se tabell 2).

Gjutningssystem för aluminiumlegering

Tabell 2

Den andra och tredje siffrorna (xXX.x) är godtyckliga siffror som ges för att identifiera en specifik legering i serien. Antalet efter decimalpunkten indikerar om legeringen är en gjutning (.0) eller en göt (.1 eller .2). Ett bokstavsprefix indikerar en modifiering av en specifik legering.
Exempel: legering - A356.0 Kapitalet A (Axxx.x) indikerar en modifiering av legering 356.0. Nummer 3 (a3xx.x) indikerar att det är av kisel plus koppar- och/eller magnesiumserie. 56 in (yxa56.0) Identifierar legeringen inom 3xx.x -serien och .0 (Axxx.0) indikerar att det är en slutlig formgjutning och inte en göt.

Aluminiumtemperkonteringssystemet -Om vi ​​överväger den olika serien av aluminiumlegeringar, kommer vi att se att det finns betydande skillnader i deras egenskaper och därmed tillämpning. Den första punkten att erkänna, efter att ha förstått identifieringssystemet, är att det finns två tydligt olika typer av aluminium inom serien som nämns ovan. Dessa är värmebehandlingsbara aluminiumlegeringar (de som kan få styrka genom tillsats av värme) och de icke-värmbara behandlingen av aluminiumlegeringar. Denna distinktion är särskilt viktig när man överväger påverkan av bågsvetsning på dessa två typer av material.

1xxx-, 3xxx- och 5xxx-serien smides aluminiumlegeringar är icke-värmebehandlingsbara och är endast stamhärdbara. 2xxx-, 6xxx- och 7xxx-serien smides aluminiumlegeringar är värmebehandlingsbara och 4xxx-serien består av både värmebehandlingsbara och icke-värmebehandlingsbara legeringar. 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x och 7xx.x -serien gjutna legeringar är värmebehandlingsbara. Stamhärdning tillämpas i allmänhet inte på gjutningar.

De värmebehandlingsliga legeringarna förvärvar sina optimala mekaniska egenskaper genom en process för termisk behandling, de vanligaste termiska behandlingarna är lösningsvärmebehandling och konstgjord åldrande. Lösningsvärmebehandling är processen för att värma legeringen till en förhöjd temperatur (cirka 990 ° F) för att sätta legeringselement eller föreningar i lösningen. Detta följs av släckning, vanligtvis i vatten, för att producera en övermättad lösning vid rumstemperatur. Lösningsvärmebehandling följs vanligtvis av åldrande. Åldrande är utfällningen av en del av elementen eller föreningarna från en övermättad lösning för att ge önskvärda egenskaper.

De icke-värmningsbara legeringarna förvärvar sina optimala mekaniska egenskaper genom stamhärdning. Stamhärdning är metoden för att öka styrkan genom applicering av förkylning. T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

De grundläggande temperamentsbeteckningarna

Tabell 3

Vidare till den grundläggande temperamentsbeteckningen finns det två underavdelningskategorier, en som behandlar "H" -trumper - stamhärdning och den andra som adresserar "T" -trumper - termiskt behandlade beteckningen.

Underavdelningar av H Temper - Stamning härdad

Den första siffran efter H indikerar en grundläggande operation:
H1- Stamning härdad.
H2- Stamning härdad och delvis glödgad.
H3- Stamning härdad och stabiliserad.
H4- Stamning härdad och lackerad eller målad.

Den andra siffran efter H indikerar graden av stamhärdning:
HX2- Quarter Hard HX4- Half Hard HX6-Tre fjärdedelar hårt
HX8- Full Hard HX9- extra hårt

Underavdelningar av T -humör - termiskt behandlade

T1- Naturligt åldras efter kylning från en förhöjd temperaturformningsprocess, såsom extrudering.
T2- Kall arbetade efter kylning från en förhöjd temperaturformningsprocess och sedan naturligt åldrad.
T3- Lösning värmebehandlad, kall arbetad och naturligt åldrad.
T4- Lösning värmebehandlad och naturligt åldrad.
T5- Konstgjord åldras efter kylning från en förhöjd temperaturformningsprocess.
T6- Lösning värmebehandlad och konstgjord åldras.
T7- Lösning värmebehandlad och stabiliserad (överagerad).
T8- Lösning värmebehandlad, kall arbetad och konstgjord åldras.
T9- Lösningsvärmebehandlad, konstgjord åldrande och kallt fungerade.
T10- Kylning arbetade efter kylning från en förhöjd temperaturformningsprocess och sedan artificiellt åldras.

Ytterligare siffror indikerar stressavlastning.
Exempel:
TX51eller txx51- Stress lättad genom att sträcka.
TX52eller txx52- Stress lättad genom att komprimera.

Aluminiumlegeringar och deras egenskaper- Om vi ​​överväger de sju serien av smides aluminiumlegeringar, kommer vi att uppskatta deras skillnader och förstå deras tillämpningar och egenskaper.

1xxx -serie legeringar-(Icke-värmebehandling-med ultimat draghållfasthet på 10 till 27 KSI) kallas denna serie ofta den rena aluminiumserien eftersom den krävs att ha 99,0% minimum aluminium. De är svetsbara. På grund av deras smala smältområde kräver de emellertid vissa överväganden för att producera acceptabla svetsprocedurer. När de beaktas för tillverkning väljs dessa legeringar främst för deras överlägsna korrosionsbeständighet, såsom i specialiserade kemiska tankar och rörledningar, eller för deras utmärkta elektriska konduktivitet som i busstångsapplikationer. Dessa legeringar har relativt dåliga mekaniska egenskaper och skulle sällan övervägas för allmänna strukturella tillämpningar. Dessa baslegeringar är ofta svetsade med matchande påfyllningsmaterial eller med 4xxxfyllningslegeringar beroende på applikations- och prestandakrav.

2xxx -serie legeringar- (Värmebehandlingsbar - med den ultimata draghållfastheten på 27 till 62 ksi) Dessa är aluminium / kopparlegeringar (koppartillägg som sträcker sig från 0,7 till 6,8%) och är högstyrka, högpresterande legeringar som ofta används för flyg- och flygplan. De har utmärkt styrka över ett brett temperaturintervall. Vissa av dessa legeringar betraktas som icke-svetsbara av bågsvetsningsprocesserna på grund av deras mottaglighet för hett sprickor och stresskorrosionsprickor; Andra är emellertid bågsvetsade mycket framgångsrika med rätt svetsprocedurer. Dessa basmaterial är ofta svetsade med högstyrka 2xxx -seriefyllnadslegeringar som är utformade för att matcha deras prestanda, men kan ibland svetsas med 4xxx -serien som innehåller kisel eller kisel och koppar, beroende på applikations- och servicekraven.

3xxx -serie legeringar-(Icke-värmebehandling-med den ultimata draghållfastheten på 16 till 41 ksi) Dessa är aluminium / manganlegeringar (mangantillägg som sträcker sig från 0,05 till 1,8%) och har måttlig styrka, har god korrosionsbeständighet, god formbarhet och är lämpliga för användning vid förhöjda temperaturer. En av deras första användningsområden var krukor och kokkärl, och de är den viktigaste komponenten idag för värmeväxlare i fordon och kraftverk. Deras måttliga styrka utesluter emellertid ofta deras hänsyn till strukturella tillämpningar. Dessa baslegeringar är svetsade med 1xxx, 4xxx och 5xxx -seriefyllnadslegeringar, beroende på deras specifika kemi och särskilda applikations- och servicekrav.

4xxx -serie legeringar-(Värmebehandlingsbar och icke-värmebehandlingsbar-med den ultimata draghållfastheten på 25 till 55 ksi) Dessa är aluminium / kisellegeringar (kiseltillägg som sträcker sig från 0,6 till 21,5%) och är de enda serien som innehåller både värmebehandlingsbara och icke-värmebehandlingsbelyser. Kisel, när det läggs till aluminium, minskar sin smältpunkt och förbättrar dess flytande när den är smält. Dessa egenskaper är önskvärda för fyllmedelsmaterial som används för både fusionssvetsning och hårdlödning. Följaktligen hittas denna serie legeringar främst som fyllmedelmaterial. Kisel, oberoende i aluminium, är icke-värme behandlingbar; Emellertid har ett antal av dessa kisellegeringar utformats för att ha tillägg av magnesium eller koppar, vilket ger dem förmågan att reagera positivt på lösningsvärmebehandling. Vanligtvis används dessa värmebehandlingsbara fyllmedellegeringar endast när en svetsad komponent ska underkastas termiska behandlingar efter svets.

5xxx -serie legeringar-(Icke-värmebehandlingsbar-med den ultimata draghållfastheten på 18 till 51 ksi) Dessa är aluminium / magnesiumlegeringar (magnesiumtillägg som sträcker sig från 0,2 till 6,2%) och har den högsta styrkan hos de icke-värmbara legeringarna. Dessutom är denna legeringsserie lätt svetsbar, och av dessa skäl används de för ett brett utbud av applikationer som skeppsbyggnad, transport, tryckfartyg, broar och byggnader. Magnesiumbaslegeringarna är ofta svetsade med fyllmedellegeringar, som väljs efter hänsyn till magnesiuminnehållet i basmaterialet och applikations- och servicevillkoren för den svetsade komponenten. Legeringar i denna serie med mer än 3,0% magnesium rekommenderas inte för förhöjd temperaturservice över 150 ° F på grund av deras potential för sensibilisering och efterföljande mottaglighet för stresskorrosion. Baslegeringar med mindre än cirka 2,5% magnesium svetsas ofta framgångsrikt med 5xxx- eller 4xxx -serien. Baslegeringen 5052 är allmänt erkänd som den maximala magnesiuminnehållsbaslegeringen som kan svetsas med en 4xxx -seriefyllnadslegering. På grund av problem förknippade med eutektisk smältning och tillhörande dåliga svetsade mekaniska egenskaper rekommenderas det inte att svetsa material i denna legeringsserie, som innehåller högre mängder magnesium med 4xxx-serien. De högre magnesiumbasmaterialet svetsas endast med 5xxxfyllningslegeringar, som i allmänhet matchar baslegeringens sammansättning.

6xxx -serie legeringar- (Värmebehandlingsbar - med den ultimata draghållfastheten på 18 till 58 ksi) Dessa är aluminium / magnesium - kisellegeringar (magnesium och kiseltillägg på cirka 1,0%) och finns allmänt i hela svetstillverkningsindustrin, som främst används i form av extusioner och integreras i många strukturella komponenter. Tillsatsen av magnesium och kisel till aluminium producerar en förening av magnesiumsilicid, vilket ger detta material dess förmåga att bli lösningsvärme behandlad för förbättrad styrka. Dessa legeringar är naturligt stelningsprickkänsliga, och av denna anledning bör de inte vara bågsvetsade autogent (utan fyllmedelsmaterial). Tillsatsen av adekvata mängder fyllmedelsmaterial under bågsvetsningsprocessen är avgörande för att ge utspädning av basmaterialet och därmed förhindra det heta sprickproblemet. De är svetsade med både 4xxx- och 5xxxfyllningsmaterial, beroende på applikations- och servicekraven.

7xxx -serie legeringar- (Värmebehandlingsbar - med den ultimata draghållfastheten på 32 till 88 ksi) Dessa är dessa aluminium / zinklegeringar (zink tillsatser från 0,8 till 12,0%) och utgör några av de högsta styrkans aluminiumlegeringar. Dessa legeringar används ofta i högpresterande applikationer som flygplan, flyg- och konkurrensutrustning. Liksom 2xxx -serien med legeringar innehåller denna serie legeringar som betraktas som olämpliga kandidater för bågsvetsning, och andra, som ofta är svetsade framgångsrikt. De vanligt svetsade legeringarna i denna serie, såsom 7005, svetsas främst med 5xxx -serien.

Sammanfattning- Dagens aluminiumlegeringar, tillsammans med deras olika tempers, utgör ett brett och mångsidigt utbud av tillverkningsmaterial. För optimal produktdesign och framgångsrik svetsprocedurutveckling är det viktigt att förstå skillnaderna mellan de många tillgängliga legeringarna och deras olika prestanda- och svetsbarhetsegenskaper. När man utvecklar bågsvetsförfaranden för dessa olika legeringar måste hänsyn tas till den specifika legeringen 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.