С разрастването на алуминия в заваръчната индустрия и приемането му като отлична алтернатива на стоманата за много приложения, има нарастващи изисквания към тези, които участват в разработването на алуминиеви проекти, да се запознаят по-добре с тази група материали. За да разберете напълно алуминия, е препоръчително да започнете, като се запознаете със системата за идентификация/обозначение на алуминия, многото налични алуминиеви сплави и техните характеристики.

Системата за обозначаване и темпериране на алуминиеви сплави- В Северна Америка, Алуминиевата асоциация Inc. отговаря за разпределението и регистрацията на алуминиеви сплави. Понастоящем в Алуминиевата асоциация са регистрирани над 400 вида ковани алуминиеви изделия и ковани алуминиеви сплави, както и над 200 вида алуминиеви сплави под формата на отливки и блокове. Границите за химичния състав на сплавите за всички тези регистрирани сплави се съдържат в регламента на Алуминиевата асоциация.Книга за синьо-зелениозаглавени „Международни обозначения на сплави и граници на химичния състав за деформиран алуминий и деформирани алуминиеви сплави“ и в технитеРозова книгаозаглавена „Обозначения и граници на химичния състав за алуминиеви сплави под формата на отливки и блокове“. Тези публикации могат да бъдат изключително полезни за инженера по заваряване при разработването на заваръчни процедури и когато е важно да се вземе предвид химичният състав и неговата връзка с чувствителността към пукнатини.

Алуминиевите сплави могат да бъдат категоризирани в редица групи въз основа на характеристиките на конкретния материал, като например способността му да реагира на термична и механична обработка и основния легиращ елемент, добавен към алуминиевата сплав. Когато разгледаме системата за номериране/идентификация, използвана за алуминиевите сплави, горните характеристики са идентифицирани. Кованите и лятите алуминии имат различни системи за идентификация. Кованите алуминии са 4-цифрени, а отливките - 3-цифрени и с 1 знак след десетичната запетая.

Система за обозначаване на ковани сплави- Първо ще разгледаме 4-цифрената система за идентификация на ковани алуминиеви сплави. Първата цифра (Xxxx) показва основния легиращ елемент, който е добавен към алуминиевата сплав и често се използва за описание на серията алуминиеви сплави, т.е. серия 1000, серия 2000, серия 3000, до серия 8000 (виж таблица 1).

Втората едноцифрена цифра (xXxx), ако е различна от 0, показва модификация на конкретната сплав, а третата и четвъртата цифра (xxXX) са произволни числа, дадени за идентифициране на конкретна сплав от серията. Пример: В сплав 5183 числото 5 показва, че е от серията магнезиеви сплави, а 1 показва, че е 1^stмодификация на оригиналната сплав 5083, а 83 я идентифицира в серията 5xxx.

Единственото изключение от тази система за номериране на сплави са алуминиевите сплави от серия 1xxx (чист алуминий), като в този случай последните 2 цифри показват минималния процент алуминий над 99%, т.е. сплав 13.(50)(минимум 99,50% алуминий).

СИСТЕМА ЗА ОБОЗНАЧАВАНЕ НА КОВАНИ АЛУМИНИЕВИ СПЛАВИ

Таблица 1

Обозначение на лята сплав- Системата за обозначаване на ляти сплави се основава на обозначение xxx.x, състоящо се от 3 цифри плюс десетична дроб (т.е. 356.0). Първата цифра (Xxx.x) показва основния легиращ елемент, който е добавен към алуминиевата сплав (виж таблица 2).

СИСТЕМА ЗА ОБОЗНАЧАВАНЕ НА ЛЯТИ АЛУМИНИЕВИ СПЛАВИ

Таблица 2

Втората и третата цифра (xXX.x) са произволни числа, дадени за идентифициране на конкретна сплав в серията. Числото след десетичната запетая показва дали сплавта е отливка (.0) или блок (.1 или .2). Префиксът с главна буква показва модификация на конкретна сплав.
Пример: Сплав – A356.0, главната буква A (Axxx.x) показва модификация на сплав 356.0. Числото 3 (A3xx.x) показва, че е от серията силиций плюс мед и/или магнезий. 56-те в (Ax56.0) идентифицира сплавта в серията 3xx.x, а .0 (Axxx.0) показва, че това е отливка с окончателна форма, а не слитък.

Системата за обозначаване на темперамента на алуминия -Ако разгледаме различните серии алуминиеви сплави, ще видим, че има значителни разлики в техните характеристики и последващото приложение. Първото нещо, което трябва да се отбележи, след като се разбере системата за идентификация, е, че в гореспоменатите серии има два ясно различни вида алуминий. Това са термообработваемите алуминиеви сплави (тези, които могат да придобият якост чрез добавяне на топлина) и нетермично обработваемите алуминиеви сплави. Това разграничение е особено важно, когато се разглежда влиянието на дъговото заваряване върху тези два вида материали.

Кованите алуминиеви сплави от сериите 1xxx, 3xxx и 5xxx не се поддават на термична обработка и са само закалени чрез деформация. Кованите алуминиеви сплави от сериите 2xxx, 6xxx и 7xxx са термично обработваеми, а серията 4xxx се състои както от термично обработваеми, така и от необработваеми чрез термична обработка сплави. Лятите сплави от сериите 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x и 7xx.x са термично обработваеми. Закаляването чрез деформация обикновено не се прилага при отливки.

Термично обработваемите сплави придобиват оптималните си механични свойства чрез процес на термична обработка, като най-често срещаните термични обработки са термична обработка в разтвор и изкуствено стареене. Термичната обработка в разтвор е процес на нагряване на сплавта до повишена температура (около 990°F), за да се поставят легиращите елементи или съединения в разтвор. Това е последвано от закаляване, обикновено във вода, за да се получи свръхнаситен разтвор при стайна температура. Термичната обработка в разтвор обикновено е последвана от стареене. Стареенето е утаяване на част от елементите или съединенията от свръхнаситен разтвор, за да се получат желаните свойства.

Нетермично обработваемите сплави придобиват оптималните си механични свойства чрез деформационно втвърдяване. Деформационното втвърдяване е метод за повишаване на якостта чрез прилагане на студена обработка. T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

ОСНОВНИ ОБОЗНАЧЕНИЯ НА ТЕМПЕРАТУРА

Таблица 3

В допълнение към основното обозначение на състоянието, има две категории подразделения, едната отнасяща се до състоянието „H“ – укрепване чрез деформация, а другата отнасяща се до обозначението „T“ – термично обработено състояние.

Подразделения на H-температура – ​​закалени чрез деформация

Първата цифра след H показва основна операция:
H1– Само закалено на напрежение.
H2– Закалени чрез деформация и частично отгряти.
H3– Укрепен и стабилизиран при деформация.
H4– Закалени чрез деформация и лакирани или боядисани.

Втората цифра след H показва степента на втвърдяване чрез деформация:
HX2– Четвърт твърд HX4– Половин твърд HX6– Три четвърти трудно
HX8– Пълен твърд HX9– Изключително твърд

Подразделения на Т-температура – ​​термично обработена

T1- Естествено отлежало след охлаждане от процес на формоване при повишена температура, като например екструдиране.
T2- Студено обработен след охлаждане от процес на формоване при повишена температура и след това естествено отлежаване.
T3- Термично обработени в разтвор, студено обработени и естествено състарени.
T4- Термично обработени в разтвор и естествено отлежали.
T5- Изкуствено отлежало след охлаждане от процес на формоване при повишена температура.
T6- Термично обработени с разтвор и изкуствено състарени.
T7- Термично обработени с разтвор и стабилизирани (престарени).
T8- Термично обработени с разтвор, студено обработени и изкуствено състарени.
T9- Термично обработено с разтвор, изкуствено състарено и студено обработено.
Т10- Студено обработен след охлаждане от процес на формоване при повишена температура и след това изкуствено състарен.

Допълнителните цифри показват облекчаване на стреса.
Примери:
TX51или TXX51– Облекчаване на стреса чрез разтягане.
TX52или TXX52– Облекчаване на напрежението чрез компресиране.

Алуминиеви сплави и техните характеристики- Ако разгледаме седемте серии ковани алуминиеви сплави, ще оценим техните разлики и ще разберем техните приложения и характеристики.

Сплави от серия 1xxx– (нетермично обработваеми – с максимална якост на опън от 10 до 27 ksi) тази серия често се нарича серия от чист алуминий, тъй като се изисква да съдържа минимум 99,0% алуминий. Те са заваряеми. Поради тесния си диапазон на топене обаче, те изискват определени съображения, за да се получат приемливи заваръчни процедури. Когато се разглеждат за производство, тези сплави се избират предимно заради превъзходната им устойчивост на корозия, например в специализирани химически резервоари и тръбопроводи, или заради отличната им електрическа проводимост, както в приложенията за шини. Тези сплави имат относително лоши механични свойства и рядко биха се разглеждали за общи структурни приложения. Тези основни сплави често се заваряват със съответстващ пълнителен материал или със пълнителни сплави 4xxx, в зависимост от приложението и изискванията за производителност.

Сплави от серия 2xxx– (термично обработваеми – с максимална якост на опън от 27 до 62 ksi) това са алуминиево-медни сплави (с добавки на мед от 0,7 до 6,8%) и са високоякостни, високопроизводителни сплави, които често се използват за аерокосмически и самолетни приложения. Те имат отлична якост в широк температурен диапазон. Някои от тези сплави се считат за незаваряеми чрез процесите на дъгово заваряване поради тяхната податливост на горещи пукнатини и корозионно напукване под напрежение; други обаче се заваряват много успешно чрез дъгово заваряване с правилните заваръчни процедури. Тези основни материали често се заваряват с високоякостни пълнителни сплави от серия 2xxx, проектирани да съответстват на техните характеристики, но понякога могат да се заваряват с пълнители от серия 4xxx, съдържащи силиций или силиций и мед, в зависимост от приложението и изискванията за обслужване.

Сплави от серия 3xxx– (нетермично обработваеми – с максимална якост на опън от 16 до 41 ksi) Това са алуминиево-манганови сплави (добавки на манган варират от 0,05 до 1,8%) и са с умерена якост, добра устойчивост на корозия, добра формовъчност и са подходящи за употреба при повишени температури. Едно от първите им приложения е било в производството на тенджери и тигани, а днес те са основният компонент за топлообменници в превозни средства и електроцентрали. Умерената им якост обаче често изключва разглеждането им за структурни приложения. Тези основни сплави се заваряват със сплави за пълнене от сериите 1xxx, 4xxx и 5xxx, в зависимост от специфичния им химичен състав и конкретните изисквания за приложение и експлоатация.

Сплави от серия 4xxx– (термично обработваеми и необработваеми – с максимална якост на опън от 25 до 55 ksi) Това са алуминиево-силициеви сплави (добавки на силиций варират от 0,6 до 21,5%) и са единствената серия, която съдържа както термообработваеми, така и необработваеми сплави. Силицият, когато се добави към алуминия, намалява точката му на топене и подобрява течливостта му в стопено състояние. Тези характеристики са желателни за пълнителни материали, използвани както за заваряване чрез сливане, така и за запояване. Следователно, тази серия сплави се среща предимно като пълнителен материал. Силицият, независимо от алуминия, не е термообработваем; въпреки това, редица от тези силициеви сплави са проектирани да съдържат добавки от магнезий или мед, което им осигурява способността да реагират благоприятно на термична обработка с разтвор. Обикновено тези термообработваеми пълнителни сплави се използват само когато завареният компонент трябва да бъде подложен на термична обработка след заваряване.

Сплави от серия 5xxx– (нетермично обработваеми – с максимална якост на опън от 18 до 51 ksi) Това са алуминиево-магнезиеви сплави (добавки на магнезий в диапазона от 0,2 до 6,2%) и имат най-високата якост от нетермично обработваемите сплави. Освен това, тази серия сплави е лесно заваряема и поради тези причини се използва за голямо разнообразие от приложения, като корабостроене, транспорт, съдове под налягане, мостове и сгради. Магнезиевите сплави често се заваряват с пълнителни сплави, които се избират след отчитане на съдържанието на магнезий в основния материал, както и на условията на приложение и експлоатация на заварения компонент. Сплавите от тази серия с повече от 3,0% магнезий не се препоръчват за работа при повишени температури над 150°F поради потенциала им за сенсибилизация и последваща податливост на напукване от корозия под напрежение. Основните сплави с по-малко от приблизително 2,5% магнезий често се заваряват успешно с пълнителни сплави от серия 5xxx или 4xxx. Основната сплав 5052 е общопризната като основна сплав с максимално съдържание на магнезий, която може да се заварява с пълнителна сплав от серия 4xxx. Поради проблеми, свързани с евтектичното топене и свързаните с него лоши механични свойства след заваряване, не се препоръчва заваряване на материали от тази серия сплави, които съдържат по-високи количества магнезий, с пълнители от серия 4xxx. Основните материали с по-високо съдържание на магнезий се заваряват само с пълнителни сплави от серия 5xxx, които обикновено съответстват на състава на основната сплав.

Сплави от серия 6XXX– (термично обработваеми – с максимална якост на опън от 18 до 58 ksi) Това са алуминиево-магнезиево-силициеви сплави (добавки на магнезий и силиций около 1,0%) и се срещат широко в заваръчната индустрия, използвани предимно под формата на екструдирани изделия и включени в много структурни компоненти. Добавянето на магнезий и силиций към алуминия води до съединение на магнезиев силицид, което осигурява на този материал способността му да се термично обработва в разтвор за подобрена якост. Тези сплави са естествено чувствителни към пукнатини при втвърдяване и поради тази причина не трябва да се заваряват автогенно (без пълнителен материал). Добавянето на адекватни количества пълнителен материал по време на процеса на дъгово заваряване е от съществено значение, за да се осигури разреждане на основния материал, като по този начин се предотврати проблемът с горещи пукнатини. Те се заваряват с пълнителни материали както 4xxx, така и 5xxx, в зависимост от приложението и изискванията за експлоатация.

Сплави от серия 7XXX– (термично обработваеми – с максимална якост на опън от 32 до 88 ksi) Това са алуминиево-цинкови сплави (добавки на цинк варират от 0,8 до 12,0%) и представляват едни от алуминиевите сплави с най-висока якост. Тези сплави често се използват във високопроизводителни приложения, като например самолети, аерокосмическа индустрия и състезателна спортна екипировка. Подобно на серията сплави 2xxx, тази серия включва сплави, които се считат за неподходящи кандидати за дъгово заваряване, и други, които често се заваряват успешно с дъгово заваряване. Често заваряваните сплави от тази серия, като 7005, се заваряват предимно с пълнителни сплави от серия 5xxx.

Обобщение- Днешните алуминиеви сплави, заедно с различните им условия на заваряване, обхващат широка и гъвкава гама от производствени материали. За оптимално проектиране на продукта и успешно разработване на заваръчни процедури е важно да се разберат разликите между многото налични сплави и техните различни характеристики на производителност и заваряемост. При разработването на процедури за дъгово заваряване за тези различни сплави трябва да се вземе предвид конкретната сплав, която се заварява. Често се казва, че дъговото заваряване на алуминий не е трудно, „просто е различно“. Вярвам, че важна част от разбирането на тези разлики е запознаването с различните сплави, техните характеристики и тяхната система за идентификация.