Wraz z rozwojem aluminium w branży spawania i jej akceptacja jako doskonała alternatywa dla stali do wielu zastosowań, istnieją rosnące wymagania dla osób zaangażowanych w opracowywanie projektów aluminiowych, aby lepiej zapoznać się z tą grupą materiałów. Aby w pełni zrozumieć aluminium, zaleca się zacząć od zapoznania się z aluminiowym systemem identyfikacji / oznaczania, wielu dostępnych stopów aluminium i ich cech.

Aluminiowy system temperamentu i oznaczenia- W Ameryce Północnej Aluminium Association Inc. jest odpowiedzialne za alokacja i rejestrację stopów aluminiowych. Obecnie istnieje ponad 400 kutego aluminium i kutego aluminium oraz ponad 200 stopów aluminium w postaci odlewów i wlewków zarejestrowanych w Aluminium Association. Limity składu chemicznego ze stopu dla wszystkich zarejestrowanych stopów są zawarte w aluminium stowarzyszeniuTeal Bookzatytułowany „Międzynarodowe oznaczenia stopów i limity składu chemicznego dla kutego aluminium i stopów aluminium” oraz w ichRóżowa książkazatytułowany „Oznaczenia i limity składu chemicznego dla stopów aluminium w postaci odlewów i wlewków. Publikacje te mogą być niezwykle przydatne dla inżyniera spawalniczego podczas opracowywania procedur spawania, a także rozważanie chemii i jej związku z wrażliwością na pękanie.

Stopy aluminium można podzielić na szereg grup opartych na cechach konkretnego materiału, takich jak jego zdolność do reagowania na obróbkę termiczną i mechaniczną oraz podstawowy element stopu dodanego do stopu aluminium. Gdy weźmiemy pod uwagę system numeracji / identyfikacji stosowany w stopach aluminium, zidentyfikowane są powyższe cechy. Aliniów kutej i odlewanej mają różne systemy identyfikacji. System kutego to 4-cyfrowy system, a odlewy mające 3-cyfrowy i 1-decymowy system miejsca.

System oznaczenia stopu kutego- Najpierw rozważymy 4-cyfrowy system identyfikacji stopu aluminium. Pierwsza cyfra (Xxxx) wskazuje główny element stopowy, który został dodany do stopu aluminium i jest często używany do opisania serii stopu aluminium, IE, serii 1000, serii 2000, serii 3000, do serii 8000 (patrz Tabela 1).

Druga pojedyncza cyfra (xXxx), jeśli różni się od 0, wskazuje modyfikację określonego stopu oraz trzecie i czwarte cyfry (xxXX) są dowolnymi liczbami podawanymi w celu identyfikacji określonego stopu w serii. Przykład: W stopie 5183 liczba 5 wskazuje, że jest on z serii stopu magnezu, 1 wskazuje, że jest to 1^stModyfikacja oryginalnego stopu 5083, a 83 identyfikuje go w serii 5xxx.

Jedynym wyjątkiem od tego systemu numerowania stopu są ze stopami aluminium serii 1xxx (czyste aluminium).(50)(99,50% minimum aluminium).

System oznaczania stopu aluminium z kutego aluminium

Tabela 1

Oznaczenie stopu obsady- System oznaczania stopu odlewanego oparty jest na oznaczeniu dziesiętnym 3-cyfrowym dziesiętnym xxx.x (IE 356.0). Pierwsza cyfra (Xxx.x) wskazuje główny element stopowy, który został dodany do stopu aluminium (patrz Tabela 2).

Odlew aluminiowy system oznaczania stopu

Tabela 2

Druga i trzecia cyfra (xXX.x) to dowolne liczby podane w celu identyfikacji określonego stopu w serii. Liczba po przecinku wskazuje, czy stop jest odlewem (.0) czy wlewką (.1 lub .2). Prefiks litera kapitałowego wskazuje na modyfikację określonego stopu.
Przykład: stop - A356.0 The Capital A (Axxx.x) wskazuje modyfikację stopu 356.0. Numer 3 (a3xx.x) wskazuje, że jest to krzem plus seria miedzi i/lub magnezu. 56 cali (topór56.0) identyfikuje stop w serii 3xx.x i .0 (AXXX.0) Wskazuje, że jest to końcowe odlewanie kształtu, a nie wlewka.

System oznaczenia temperamentu aluminium -Jeśli weźmiemy pod uwagę różną serię stopów aluminium, zobaczymy, że istnieją znaczne różnice w ich cechach i wynikającej z tego zastosowaniu. Pierwszym punktem do rozpoznania, po zrozumieniu systemu identyfikacyjnego, jest to, że w serii wymienionej powyżej istnieją dwa wyraźnie różne typy aluminium. Są to stopnie aluminium obróbki cieplnej (te, które mogą zyskać siłę poprzez dodanie ciepła) i stopy nie poddane podgrzewaniu aluminium. To rozróżnienie jest szczególnie ważne przy rozważaniu wpływu spawania łuku na te dwa rodzaje materiałów.

Stopy aluminium z serii 1xxx, 3xxx i 5xxx nie podlegają leczeniu i tylko stwardnienie naprężeń. Stopy aluminium z serii 2xxx, 6xxx i 7xxx są uleczalne ciepło, a seria 4xxx składają się zarówno ze stopów oczyszczalnych ciepła, jak i nieogłani. Stopy odlewnicze 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x i seria 7xx.x podlegają rozlewie cieplnym. Hartowanie odkształcenia nie jest ogólnie stosowane do odlewów.

Stopy obróbki cieplnej nabierają optymalnych właściwości mechanicznych poprzez proces obróbki termicznej, a najczęstszym obróbką termiczną są obróbka cieplna roztworu i sztuczne starzenie się. Roztwór obróbki cieplnej to proces podgrzewania stopu do podwyższonej temperatury (około 990 ° F) w celu umieszczenia elementów lub związków stopowych w roztworze. Następnie następuje wygaszanie, zwykle w wodzie, w celu uzyskania przesyconego roztworu w temperaturze pokojowej. Po obróbce cieplnej roztworu zwykle następuje starzenie się. Starzenie się to wytrącanie części pierwiastków lub związków z przesyconego roztworu w celu uzyskania pożądanych właściwości.

Stopy oczyszczalne bez podgrzewania nabierają optymalnych właściwości mechanicznych poprzez utwardzenie odkształcenia. Hartowanie odkształcenia jest metodą zwiększania siły poprzez zastosowanie pracy na zimno. T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

Podstawowe oznaczenia temperamentu

Tabela 3

Ponadto do podstawowego oznaczenia temperamentu istnieją dwie kategorie podziału, jedna odnosząca się do „h” hartowania odkształcenia, a drugi odnoszący się do oznaczenia temperamentu „t”.

Podziały temperamentu H - utwardzone odkształcenie

Pierwsza cyfra po H wskazuje podstawową operację:
H1- Tylko odkształcenie.
H2- Stwardleni obciążenie i częściowo wyżarzone.
H3- Odcedź utwardzony i ustabilizowany.
H4- Odcedź utwardzony i lakierowany lub pomalowany.

Druga cyfra po H wskazuje stopień utwardzania odkształcenia:
HX2- Quarter Hard Hx4- pół twardego hx6-Trzy czwarte ciężko
HX8- Pełny twardy hx9- Extra trudne

Podział TEMPEMENT

T1- Naturalnie starzeje się po chłodzeniu z podwyższonego procesu kształtowania temperatury, takiego jak wytłaczanie.
T2- Zimno działało po ochłodzeniu z podwyższonego procesu kształtowania temperatury, a następnie naturalnie starzejącego się.
T3- Roztwór traktowany ciepłem, przeziębienie i naturalnie starzeje się.
T4- Roztwór traktowany ciepłem i naturalnie starzejący się.
T5- sztucznie starzejący się po chłodzeniu z podwyższonego procesu kształtowania temperatury.
T6- Roztwór traktowany ciepłem i sztucznie starzejący się.
T7- Roztwór traktowany ciepłem i stabilizowany (przepełniony).
T8- Rozwiązanie traktowane ciepłem, przeziębienie i sztucznie starzejące się.
T9- Roztwór poddany obróbce cieplnej, sztucznie starzejący się i przeziębiony.
T10- Zimno działało po ochłodzeniu z podwyższonego procesu kształtowania temperatury, a następnie sztucznie starzejącego się.

Dodatkowe cyfry wskazują na ulgę naprężeń.
Przykłady:
TX51lub TXX51- Stres z ulgą przez rozciąganie.
TX52lub TXX52- Stres z ulgą przez kompresję.

Stopy aluminium i ich cechy- Jeśli weźmiemy pod uwagę siedem serii kutego aluminium, docenimy ich różnice i zrozumiemy ich zastosowania i cechy.

Stopy serii 1xxx-(Niebłaniowe uleczalne-z najwyższą wytrzymałością na rozciąganie od 10 do 27 ksi) Seria ta jest często określana jako seria czystej aluminium, ponieważ wymagane jest posiadanie minimalnego aluminium 99,0%. Są spawalne. Jednak ze względu na ich wąski zakres topnienia wymagają one pewnych rozważań w celu uzyskania akceptowalnych procedur spawania. Uwzględniając do produkcji, stopy te są wybierane przede wszystkim ze względu na ich doskonałą odporność na korozję, na przykład w wyspecjalizowanych zbiornikach chemicznych i rurociągach, lub ze względu na ich doskonałą przewodność elektryczną jak w zastosowaniach paska magistrali. Stopy te mają stosunkowo słabe właściwości mechaniczne i rzadko byłyby rozpatrywane w przypadku ogólnych zastosowań strukturalnych. Te stopy podstawowe są często spawane pasującym materiałem wypełniającym lub ze stopami wypełniaczowymi 4xxx w zależności od wymagań dotyczących zastosowania i wydajności.

Stopy serii 2xxx- (ciepło - o najwyższej wytrzymałości na rozciąganie od 27 do 62 ksi) Są to stopy aluminiowe / miedzi (miedziane dodatki w zakresie od 0,7 do 6,8%) i są wysoką wytrzymałością, stopami o wysokiej wydajności, które są często używane do zastosowań lotniczych i samolotów. Mają doskonałą wytrzymałość w szerokim zakresie temperatury. Niektóre z tych stopów są uważane za niezapomniane przez procesy spawania łuku ze względu na ich podatność na pękanie gorąco i pękanie korozji naprężenia; Jednak inne są spawane bardzo skutecznie z prawidłowymi procedurami spawania. Te materiały podstawowe są często przyspawane stopami wypełniaczy serii o wysokiej wytrzymałości 2xxx zaprojektowanych tak, aby pasowały do ​​ich wydajności, ale czasami można je przyspawać z wypełniaczami serii 4xxx zawierającymi krzem lub krzem i miedź, zależne od wymagań dotyczących aplikacji i usług.

Stopy serii 3xxx-(niecheczkowe uleczalne-z najwyższą wytrzymałością na rozciąganie od 16 do 41 ksi) Są to stopy glinu / manganu (dodatki manganu od 0,05 do 1,8%) i mają umiarkowaną siłę, mają dobrą odporność na korozję, dobrą formowalność i nadają się do stosowania przy podwyższonych temperaturach. Jednym z ich pierwszych zastosowań były garnki i patelnie, a są dziś głównym elementem wymienników ciepła w pojazdach i elektrowniach. Ich umiarkowana siła często wyklucza ich rozważanie w zakresie zastosowań strukturalnych. Te stopy podstawowe są przyspawane stopami wypełniającymi 1xxx, 4xxx i 5xxx serii, zależnymi od ich konkretnej chemii oraz konkretnych wymagań dotyczących zastosowania i usług.

Stopy serii 4xxx-(Oczyszczalne ciepło i niecheniane-o najwyższej wytrzymałości na rozciąganie od 25 do 55 ksi) Są to stopy aluminiowe / krzemowe (dodatki krzemowe od 0,6 do 21,5%) i są jedyną serią zawierającą zarówno stople obróbki cieplnej, jak i stopów nieogłaniowych. Krzem, dodany do aluminium, zmniejsza swoją temperaturę topnienia i poprawia jego płynność, gdy stopi się. Te cechy są pożądane dla materiałów wypełniających stosowane zarówno do spawania fuzyjnego, jak i lutowania. W konsekwencji ta seria stopów znajduje się głównie jako materiał wypełniający. Krzem, niezależnie w aluminium, nie można leczyć; Jednak wiele tych stopów krzemowych zaprojektowano tak, aby dodali magnezu lub miedzi, co zapewnia im możliwość pozytywnego reagowania na obróbkę cieplną roztworu. Zazwyczaj te stopy wypełniacza oczyszczalnych cieplnych są używane tylko wtedy, gdy składnik spawany ma być poddany obróbce termicznej po spawaniu.

Stopy serii 5xxx-(niecheczkowe leczenie-o najwyższej wytrzymałości na rozciąganie od 18 do 51 ksi) Są to stopy glinu / magnezu (dodatki magnezu w zakresie od 0,2 do 6,2%) i mają najwyższą wytrzymałość stopów nieogłaniających uleczalnych. Ponadto ta seria stopów jest łatwo spawana i z tych powodów są one używane do szerokiej gamy zastosowań, takich jak budowa statków, transport, naczynia ciśnieniowe, mosty i budynki. Stopy zasadowe magnezu są często spawane stopami wypełniającymi, które są wybierane po uwzględnieniu zawartości magnezu materiału podstawowego oraz warunków zastosowania i obsługi spawanego komponentu. Stopy w tej serii z ponad 3,0% magnezem nie są zalecane dla podwyższonej usługi temperatury powyżej 150 stopni F ze względu na ich potencjał uczulenia, a następnie podatność na pękanie korozji naprężenia. Stopy podstawowe o mniej niż około 2,5% magnezu są często spawane pomyślnie ze stopami wypełniaczowymi serii 5xxx lub 4xxx. Stop podstawowy 5052 jest ogólnie rozpoznawany jako maksymalny stop podstawowy zawartości magnezu, który można spawać za pomocą stopu wypełniacza serii 4xxx. Ze względu na problemy związane z topnieniem eutektycznym i powiązanymi słabymi właściwościami mechanicznymi, nie zaleca się spawania materiału w tej serii stopu, które zawierają wyższe ilości magnezu z wypełniaczami serii 4xxx. Wyższe materiały podstawowe magnezu są spawane tylko ze stopami wypełniacza 5xxx, które ogólnie pasują do składu stopu podstawowego.

Stopy serii 6xxx- (Oczyszczalne ciepło - o najwyższej wytrzymałości na rozciąganie od 18 do 58 ksi) Są to aluminium / stopy krzemowe (dodatki magnezu i krzemu około 1,0%) i są szeroko występujące w branży spawania, stosowane głównie w postaci ekstruzji i uwzględniane w wielu komponentach strukturalnych. Dodanie magnezu i krzemu do aluminium wytwarza związek magnezu-siodelcy, który zapewnia ten materiał jego zdolność do stawania się roztworu oczyszczonym ciepłem dla lepszej wytrzymałości. Stopy te są naturalnie wrażliwe na pęknięcia zestalania i z tego powodu nie należy ich autogenicznie przyspawać (bez materiału wypełniającego). Dodanie odpowiednich ilości materiału wypełniającego podczas procesu spawania łukowego jest niezbędne w celu zapewnienia rozcieńczenia materiału podstawowego, zapobiegając w ten sposób problemu pękania na gorąco. Są spawane zarówno materiałami 4xxx, jak i 5xxx, zależnymi od wymagań dotyczących aplikacji i usług.

Stopy serii 7xxx- (Oczyszczalne ciepło - o najwyższej wytrzymałości na rozciąganie od 32 do 88 ksi) Są to stopy aluminiowe / cynku (dodatki cynku w zakresie od 0,8 do 12,0%) i obejmują niektóre z stopów aluminiowych o najwyższej wytrzymałości. Stopy te są często używane w aplikacjach o wysokiej wydajności, takich jak samoloty, lotnisko i wyczynowy sprzęt sportowy. Podobnie jak seria stopów 2xxx, seria ta zawiera stopy, które są uważane za nieodpowiednich kandydatów do spawania łuku, oraz inne, które często są spawane ARC. Często spawane stopy w tej serii, takie jak 7005, są głównie przyspawane stopami wypełniaczowymi serii 5xxx.

Streszczenie- Dzisiejsze stopy aluminium, wraz z różnymi temperamentami, obejmują szeroką i wszechstronną gamę materiałów produkcyjnych. Aby uzyskać optymalne projektowanie produktu i udane opracowanie procedury spawania, ważne jest, aby zrozumieć różnice między wieloma dostępnymi stopami a ich różnymi charakterystykami wydajności i spawania. Podczas opracowywania procedur spawania ARC dla tych różnych stopów należy rozważyć spawany stop. Często mówi się, że spawanie aluminium ARC nie jest trudne, „jest po prostu inne”. Uważam, że ważną częścią zrozumienia tych różnic jest zapoznanie się z różnymi stopami, ich cechami i systemem identyfikacji.