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

Системата за температура и обозначаване на алуминиева сплав- В Северна Америка, The Aluminium Association Inc. отговаря за разпределението и регистрацията на алуминиеви сплави. В момента има над 400 кован алуминий и деформирани алуминиеви сплави и над 200 алуминиеви сплави под формата на отливки и блокове, регистрирани в Алуминиевата асоциация. Границите на химическия състав на сплавта за всички тези регистрирани сплави се съдържат в алуминиевата асоциацияТил книгаозаглавен „Международни обозначения на сплави и граници на химичния състав за деформиран алуминий и деформирани алуминиеви сплави“ и в технитеРозова книгаозаглавен „Наименования 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 разработване на заваръчни процедури и когато разглеждането на химията и връзката й с чувствителността към пукнатини е от значение.

Алуминиевите сплави могат да бъдат категоризирани в няколко групи въз основа на характеристиките на конкретния материал, като способността му да реагира на термична и механична обработка и основния легиращ елемент, добавен към алуминиевата сплав. Когато вземем предвид системата за номериране/идентификация, използвана за алуминиеви сплави, горните характеристики са идентифицирани. Кованият и лят алуминий имат различни системи за идентификация. Кованата система е 4-цифрена система, а отливките имат 3-цифрена система и 1 знак след десетичната запетая.

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

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

Единственото изключение от тази система за номериране на сплави е с алуминиеви сплави от серия 1xxx (чисти алуминий), в който случай последните 2 цифри осигуряват минималния процент на алуминий над 99%, т.е. сплав 13(50)(99,50% минимум алуминий).

СИСТЕМА ЗА ОЗНАЧАВАНЕ ОТ КОВАНА АЛУМИНИЕВА СПЛАВ

Таблица 1

Обозначение на лята сплав- Системата за обозначаване на лятата сплав се основава на 3-цифрено плюс десетично обозначение xxx.x (т.е. 356.0). Първата цифра (Xxx.x) показва основния легиращ елемент, който е добавен към алуминиевата сплав (виж таблица 2).

СИСТЕМА ЗА ОЗНАЧАВАНЕ НА ЛЯТА АЛУМИНИЕВА СПЛАВ

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 слитък (.1 или .2). Префиксът с главна буква показва модификация на конкретна сплав.
Пример: сплав – A356.0 главното A (Axxx.x) показва модификация на сплав 356.0. Числото 3 (А3xx.x) показва, че е от серията силиций плюс мед и/или магнезий. 56-те инча (Ax56.0) идентифицира сплавта в рамките на серията 3xx.x, а .0 (Axxx.0) показва, че това е отливка с окончателна форма, а не слитък.

Системата за обозначаване на температурата на алуминия -Ако разгледаме различните серии алуминиеви сплави, ще видим, че има значителни разлики в техните характеристики и последващо приложение. Първата точка, която трябва да се признае, след разбиране на системата за идентификация, е, че има два ясно различни типа алуминий в серията, спомената по-горе. Това са алуминиеви сплави, подлежащи на термична обработка (тези, които могат да придобият здравина чрез добавяне на топлина) и алуминиеви сплави, които не подлежат на термична обработка. Това разграничение е особено важно, когато се разглежда влиянието на дъговата заварка върху тези два вида материали.

Деформираните алуминиеви сплави от сериите 1xxx, 3xxx и 5xxx не подлежат на термична обработка и могат да се закаляват само при деформация. Декованите алуминиеви сплави от сериите 2xxx, 6xxx и 7xxx подлежат на термична обработка, а серията 4xxx се състои както от подлежащи на термична обработка, така и от неподлежащи на термична обработка сплави. Летите сплави от сериите 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x и 7xx.x могат да се обработват топлинно. Деформационното закаляване обикновено не се прилага за отливки.

Сплавите, подлежащи на термична обработка, придобиват своите оптимални механични свойства чрез процес на термична обработка, като най-често срещаните термични обработки са топлинна обработка с разтвор и изкуствено стареене. Термичната обработка на разтвора е процес на нагряване на сплавта до повишена температура (около 990 градуса F), за да се поставят легиращите елементи или съединения в разтвор. Това е последвано от охлаждане, обикновено във вода, за да се получи свръхнаситен разтвор при стайна температура. Топлинната обработка на разтвора обикновено е последвана от стареене. Стареенето е утаяване на част от елементите или съединенията от свръхнаситен разтвор, за да се получат желаните свойства.

Сплавите, които не подлежат на термична обработка, придобиват своите оптимални механични свойства чрез закаляване на деформация. Деформационното закаляване е метод за увеличаване на якостта чрез прилагане на студена обработка. T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

ОСНОВНИТЕ ТЕМПЕР ОЗНАЧЕНИЯ

Таблица 3

В допълнение към основното обозначение на температурата, има две категории подразделения, едната се отнася до „H“ закалката – закаляване на деформация, а другата се отнася до „T“ закалката – термично обработено обозначение.

Подразделения на H Temper – Strain Hardened

Първата цифра след H показва основна операция:
H1– Само закалени.
H2– Закален чрез деформация и частично закален.
H3– Закален и стабилизиран.
H4– Закалени и лакирани или боядисани.

Втората цифра след Н показва степента на деформационно закаляване:
HX2– Четвърт твърд HX4– Half Hard HX6– Три четвърти трудно
HX8– Пълен твърд HX9– Изключително твърд

Подразделения на T Temper – термично обработени

T1- Естествено отлежало след охлаждане от процес на оформяне при висока температура, като например екструдиране.
T2- Студено обработено след охлаждане от процес на оформяне при повишена температура и след това естествено отлежало.
T3- Разтворът е термично обработен, студено обработен и естествено отлежал.
T4- Разтвор термично обработен и естествено отлежал.
T5- Изкуствено отлежало след охлаждане от процес на оформяне при повишена температура.
T6- Разтвор термично обработен и изкуствено състарен.
T7- Разтвор термично обработен и стабилизиран (свършек).
T8- Разтвор термично обработен, студено обработен и изкуствено състарен.
T9- Разтвор термично обработен, изкуствено състарен и студено обработен.
Т10- Студено обработено след охлаждане от процес на оформяне при повишена температура и след това изкуствено състарено.

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

Алуминиевите сплави и техните характеристики- Ако разгледаме седемте серии от ковани алуминиеви сплави, ще оценим разликите им и ще разберем техните приложения и характеристики.

Сплави от серия 1xxx– (неподлежащи на термична обработка – с максимална якост на опън от 10 до 27 ksi) тази серия често се нарича серия от чист алуминий, тъй като се изисква да има минимум 99,0% алуминий. Заваряеми са. Въпреки това, поради техния тесен диапазон на топене, те изискват определени съображения, за да се произведат приемливи процедури за заваряване. Когато се разглеждат за производство, тези сплави се избират предимно заради тяхната превъзходна устойчивост на корозия, като например в специализирани химически резервоари и тръбопроводи, или поради тяхната отлична електрическа проводимост, както при приложения в шини. Тези сплави имат относително лоши механични свойства и рядко биха били разглеждани за общи структурни приложения. Тези основни сплави често се заваряват със съвпадащ добавъчен материал или с 4ххх пълнежни сплави в зависимост от приложението и изискванията за производителност.

Сплави от серия 2xxx– (подлежащи на термична обработка– с максимална якост на опън от 27 до 62 ksi) това са алуминиеви / медни сплави (медни добавки варират от 0,7 до 6,8%) и са високоякостни сплави с висока производителност, които често се използват за аерокосмически и самолетни приложения. Те имат отлична здравина в широк температурен диапазон. Някои от тези сплави се считат за незаваряеми при процесите на електродъгово заваряване поради тяхната чувствителност към горещо напукване и корозионно напукване под напрежение; други обаче са дъгово заварени много успешно с правилните заваръчни процедури. Тези основни материали често се заваряват с високоякостни пълнежни сплави от серия 2xxx, проектирани да отговарят на тяхната производителност, но понякога могат да бъдат заварени с пълнители от серия 4xxx, съдържащи силиций или силиций и мед, в зависимост от приложението и изискванията за обслужване.

Сплави от серия 3xxx– (неподлежащи на термична обработка – с максимална якост на опън от 16 до 41 ksi) Това са алуминиеви / манганови сплави (манганови добавки варират от 0,05 до 1,8%) и са с умерена якост, имат добра устойчивост на корозия, добра формоспособност и са подходящи за използване при повишени температури. Едно от първите им приложения са тенджери и тигани и днес те са основният компонент за топлообменници в превозни средства и електроцентрали. Тяхната умерена сила обаче често изключва тяхното разглеждане за структурни приложения. Тези основни сплави се заваряват с добавъчни сплави от серия 1xxx, 4xxx и 5xxx, в зависимост от техния специфичен химичен състав и конкретно приложение и изисквания за обслужване.

Сплави от серия 4xxx– (подлежащи на топлинна обработка и неподлежащи на топлинна обработка – с максимална якост на опън от 25 до 55 ksi) Това са алуминиеви / силициеви сплави (добавки на силиций, вариращи от 0,6 до 21,5%) и са единствените серии, които съдържат както подлежащи на термична обработка, така и не- термично обработваеми сплави. Силицият, когато се добави към алуминия, намалява неговата точка на топене и подобрява неговата течливост, когато е разтопен. Тези характеристики са желателни за добавъчни материали, използвани както за заваряване чрез стопяване, така и за спояване. Следователно, тази серия сплави се намира предимно като пълнежен материал. Силицият, независимо в алуминия, не подлежи на термична обработка; въпреки това, някои от тези силициеви сплави са проектирани да имат добавки от магнезий или мед, което им осигурява способността да реагират благоприятно на топлинна обработка на разтвора. Обикновено тези подлежащи на термична обработка пълнежни сплави се използват само когато заварен компонент трябва да бъде подложен на термична обработка след заваряване.

Сплави от серия 5xxx– (неподлежащи на термична обработка – с крайна якост на опън от 18 до 51 ksi) Това са алуминиеви / магнезиеви сплави (магнезиеви добавки в диапазона от 0,2 до 6,2%) и имат най-високата якост от сплавите, които не подлежат на термична обработка. В допълнение, тази серия сплави е лесно заваряема и поради тези причини те се използват за голямо разнообразие от приложения като корабостроене, транспорт, съдове под налягане, мостове и сгради. Основните магнезиеви сплави често се заваряват с добавъчни сплави, които се избират след разглеждане на съдържанието на магнезий в основния материал и условията на приложение и експлоатация на заварения компонент. Сплави от тази серия с повече от 3,0% магнезий не се препоръчват за работа при повишена температура над 150 градуса F поради техния потенциал за сенсибилизация и последваща чувствителност към корозионно напукване под напрежение. Основни сплави с по-малко от приблизително 2,5% магнезий често се заваряват успешно с добавъчни сплави от серия 5xxx или 4xxx. Основната сплав 5052 е общопризната като основната сплав с максимално съдържание на магнезий, която може да бъде заварена с добавъчна сплав от серия 4xxx. Поради проблеми, свързани с евтектичното топене и свързаните с това лоши механични свойства след заваряване, не се препоръчва да се заварява материал от тази серия сплави, които съдържат по-големи количества магнезий с пълнители от серия 4xxx. Основните материали с по-високо съдържание на магнезий се заваряват само с добавъчни сплави 5xxx, които обикновено съответстват на състава на основната сплав.

Сплави от серия 6XXX– (подлежащи на топлинна обработка – с максимална якост на опън от 18 до 58 ksi) Това са алуминиево/магнезиево-силициеви сплави (добавени магнезий и силиций около 1,0%) и се срещат широко в заваръчната промишленост, използвани предимно под формата на екструзии и включени в много структурни компоненти. Добавянето на магнезий и силиций към алуминия произвежда съединение от магнезиев силицид, което осигурява на този материал способността му да стане термично обработен с разтвор за подобрена здравина. Тези сплави са естествено чувствителни към пукнатини при втвърдяване и поради тази причина те не трябва да се заваряват автогенно (без добавъчен материал). Добавянето на подходящи количества добавъчен материал по време на процеса на електродъгово заваряване е от съществено значение, за да се осигури разреждане на основния материал, като по този начин се предотврати проблема с горещо напукване. Те са заварени с добавъчни материали 4xxx и 5xxx, в зависимост от приложението и изискванията за обслужване.

Сплави от серия 7XXX– (подлежащи на термична обработка – с максимална якост на опън от 32 до 88 ksi) Това са алуминиеви / цинкови сплави (добавки на цинк в диапазона от 0,8 до 12,0%) и включват някои от алуминиевите сплави с най-висока якост. Тези сплави често се използват в приложения с висока производителност като самолети, космическа техника и състезателно спортно оборудване. 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. Често заваряваните сплави в тази серия, като 7005, се заваряват предимно с добавъчни сплави от серия 5xxx.

Резюме- Днешните алуминиеви сплави, заедно с техните различни темперации, включват широка и разнообразна гама от производствени материали. За оптимален дизайн на продукта и успешно разработване на процедура за заваряване е важно да се разберат разликите между многото налични сплави и техните различни характеристики на производителност и заваряемост. Когато се разработват процедури за електродъгово заваряване за тези различни сплави, трябва да се вземе предвид конкретната сплав, която се заварява. Често се казва, че електродъговото заваряване на алуминий не е трудно, „просто е различно“. Вярвам, че важна част от разбирането на тези разлики е да се запознаете с различните сплави, техните характеристики и тяхната система за идентификация.