Із зростанням використання алюмінію в промисловості зварювального виробництва та його визнанням як чудової альтернативи сталі для багатьох застосувань зростають вимоги до тих, хто займається розробкою алюмінієвих проектів, щоб краще ознайомитися з цією групою матеріалів. Щоб повністю зрозуміти алюміній, бажано почати з ознайомлення з системою ідентифікації/позначення алюмінію, багатьма доступними алюмінієвими сплавами та їхніми характеристиками.

Система загарту та позначення алюмінієвого сплаву- У Північній Америці Aluminium Association Inc. відповідає за розподіл і реєстрацію алюмінієвих сплавів. В даний час в Асоціації алюмінію зареєстровано понад 400 найменувань алюмінію та оброблених алюмінієвих сплавів і понад 200 алюмінієвих сплавів у формі виливків і зливків. Обмеження хімічного складу сплавів для всіх цих зареєстрованих сплавів містяться в Асоціації алюмініюЧиркова книгапід назвою «Міжнародні позначення сплавів і граничні значення хімічного складу для обробленого алюмінію та оброблених алюмінієвих сплавів» та в їхРожева книгапід назвою «Позначення та граничні значення хімічного складу для алюмінієвих сплавів у вигляді виливків і зливків. Ці публікації можуть бути надзвичайно корисними для інженерів зі зварювання при розробці зварювальних процедур, а також коли розгляд хімії та її зв’язку з чутливістю до тріщин є важливим.

Алюмінієві сплави можна розділити на кілька груп на основі характеристик конкретного матеріалу, таких як його здатність реагувати на термічну та механічну обробку та основний легуючий елемент, доданий до алюмінієвого сплаву. Коли ми розглядаємо систему нумерації / ідентифікації, що використовується для алюмінієвих сплавів, вищевказані характеристики ідентифікуються. Кований і литий алюміній мають різні системи ідентифікації. Кована система є 4-значною системою, а виливки мають 3-значну систему з 1 десятковою системою.

Система позначення кованого сплаву- Спочатку ми розглянемо 4-значну систему ідентифікації кованого алюмінієвого сплаву. Перша цифра (Xxxx) вказує на основний легуючий елемент, який був доданий до алюмінієвого сплаву і часто використовується для опису серії алюмінієвих сплавів, тобто серії 1000, серії 2000, серії 3000 і до серії 8000 (див. таблицю 1).

Друга єдина цифра (xXxx), якщо відрізняється від 0, означає модифікацію конкретного сплаву, а третя і четверта цифри (xxXX) є довільними числами, наданими для ідентифікації конкретного сплаву в серії. Приклад: у сплаві 5183 цифра 5 вказує на те, що він відноситься до серії магнієвих сплавів, 1 вказує на те, що це сплав 1^stмодифікація оригінального сплаву 5083, а 83 ідентифікує його в серії 5xxx.

Єдиним винятком із цієї системи нумерації сплавів є алюмінієві сплави серії 1xxx (чистий алюміній), у цьому випадку останні 2 цифри забезпечують мінімальний відсоток алюмінію понад 99%, тобто сплав 13(50)(99,50% мінімум алюмінію).

СИСТЕМА ПОЗНАЧЕННЯ КОВАНОГО АЛЮМІНІЄВОГО СПЛАВУ

Таблиця 1

Позначення литого сплаву- Система позначення литого сплаву базується на десятковому позначенні xxx.x (тобто 356.0) із 3 цифр плюс. Перша цифра (Xxx.x) вказує на основний легуючий елемент, який був доданий до алюмінієвого сплаву (див. таблицю 2).

СИСТЕМА ПОЗНАЧЕННЯ ЛИТОГО АЛЮМІНІЄВОГО СПЛАВУ

Таблиця 2

Друга і третя цифри (хXX.x) довільні числа, надані для ідентифікації конкретного сплаву в серії. Число після коми вказує, чи є сплав виливком (.0) чи зливком (.1 або .2). Префікс великої літери вказує на модифікацію певного сплаву.
Приклад: сплав – A356.0 велика A (Axxx.x) вказує на модифікацію сплаву 356.0. Число 3 (А3xx.x) вказує на те, що він із серії кремній плюс мідь та/або магній. 56 дюймів (Ax56.0) ідентифікує сплав із серії 3xx.x, а .0 (Axxx.0) вказує на те, що це лиття остаточної форми, а не злиток.

Система позначення температури алюмінію -Якщо ми розглянемо різні серії алюмінієвих сплавів, то побачимо, що існують значні відмінності в їх характеристиках і відповідному застосуванні. Перше, що слід визнати після розуміння системи ідентифікації, полягає в тому, що в згаданій вище серії є два чітко різних типи алюмінію. Це алюмінієві сплави, що піддаються термічній обробці (ті, які можуть отримати міцність за рахунок додавання тепла) і алюмінієві сплави, що не піддаються термічній обробці. Ця відмінність особливо важлива при розгляді впливу дугового зварювання на ці два типи матеріалів.

Деформовані алюмінієві сплави серії 1xxx, 3xxx і 5xxx не піддаються термічній обробці та піддаються лише деформаційному зміцненню. Алюмінієві сплави серії 2xxx, 6xxx і 7xxx піддаються термічній обробці, а серія 4xxx складається як із сплавів, що піддаються термічній обробці, так і без них. Литі сплави серій 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x і 7xx.x піддаються термообробці. Деформаційне зміцнення зазвичай не застосовується до виливків.

Сплави, що піддаються термічній обробці, набувають своїх оптимальних механічних властивостей у процесі термічної обробки, найпоширенішими термічними обробками є термічна обробка розчином і штучне старіння. Термічна обробка розчином — це процес нагрівання сплаву до підвищеної температури (близько 990 градусів F), щоб перетворити легуючі елементи або сполуки в розчин. Після цього відбувається гасіння, зазвичай у воді, для отримання перенасиченого розчину при кімнатній температурі. Термічна обробка розчину зазвичай супроводжується витримкою. Старіння — це осадження частини елементів або сполук із перенасиченого розчину з метою отримання бажаних властивостей.

Сплави, що не піддаються термічній обробці, набувають своїх оптимальних механічних властивостей завдяки зміцненню. Деформаційне зміцнення - це метод підвищення міцності шляхом застосування холодної обробки. T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

ОСНОВНІ ПОЗНАЧЕННЯ ГАРТУ

Таблиця 3

Додатково до основного позначення загарту є дві категорії підрозділів, одна стосується загарту «H» — зміцнення деформацією, а інша — позначення «T» загартування — термічна обробка.

Підрозділи H Temper – Strain Hardened

Перша цифра після H вказує на базову операцію:
H1– Лише загартований.
H2– Загартований і частково відпалений.
H3– Загартований і стабілізований.
H4– Загартований і лакований або пофарбований.

Друга цифра після Н вказує ступінь деформаційного зміцнення:
HX2– Quarter Hard HX4– Half Hard HX6– Три чверті важко
HX8– Full Hard HX9– Дуже жорсткий

Підрозділи T Temper – термічно оброблені

T1- Природно витриманий після охолодження в процесі формування при підвищеній температурі, наприклад екструдування.
T2- Холодна обробка після охолодження в процесі формування при підвищеній температурі, а потім природне старіння.
T3- Термообробка розчину, холодна обробка та природне старіння.
T4- Розчин термічно оброблений і природним чином витриманий.
T5- Штучно зістарений після охолодження в процесі формування при підвищеній температурі.
T6- Розчин термічно оброблений і штучно зістарений.
T7- Розчин термічно оброблений і стабілізований (перевитриманий).
T8- Розчин термічно оброблений, холоднооброблений і штучно зістарений.
T9- Термічна обробка розчину, штучне старіння та холодна обробка.
Т10- Холодна обробка після охолодження в процесі формування при підвищеній температурі, а потім штучне старіння.

Додаткові цифри вказують на зняття стресу.
Приклади:
TX51або TXX51– Зняття стресу шляхом розтяжки.
TX52або TXX52– Зняття стресу шляхом стиснення.

Алюмінієві сплави та їх характеристика- Якщо ми розглянемо сім серій кованих алюмінієвих сплавів, ми оцінимо їх відмінності та зрозуміємо їх застосування та характеристики.

Сплави серії 1xxx– (не піддається термічній обробці – з межею міцності на розрив від 10 до 27 фунтів на квадратний дюйм) цю серію часто називають серією чистого алюмінію, оскільки вона повинна мати мінімальний вміст алюмінію 99,0%. Вони піддаються зварюванню. Однак через вузький діапазон плавлення вони вимагають певних міркувань, щоб забезпечити прийнятні процедури зварювання. Коли розглядаються для виготовлення, ці сплави вибираються в першу чергу через їх чудову стійкість до корозії, наприклад у спеціальних хімічних резервуарах і трубопроводах, або через їх чудову електропровідність, як у системах шин. Ці сплави мають відносно погані механічні властивості і рідко розглядаються для загального конструкційного застосування. Ці базові сплави часто зварюють із відповідним наповнювачем або з наповнювачами 4xxx залежно від застосування та вимог до продуктивності.

Сплави серії 2xxx– (піддається термічній обробці – з межею міцності на розрив від 27 до 62 ksi) це сплави алюмінію та міді (додавання міді від 0,7 до 6,8%) і є високоміцними, високоефективними сплавами, які часто використовуються в аерокосмічній та авіаційній промисловості. Вони мають чудову міцність у широкому діапазоні температур. Деякі з цих сплавів вважаються непридатними для зварювання за допомогою процесів дугового зварювання через їх схильність до гарячого розтріскування та корозійного розтріскування під напругою; однак інші дуже успішно зварюються дуговим способом за допомогою правильних процедур зварювання. Ці базові матеріали часто зварюють високоміцними наповнювачами серії 2xxx, розробленими відповідно до їхніх характеристик, але іноді їх можна зварювати з наповнювачами серії 4xxx, що містять кремній або кремній і мідь, залежно від застосування та вимог до обслуговування.

Сплави серії 3xxx– (не піддається термічній обробці – з межею міцності на розрив від 16 до 41 ksi) Це сплави алюмінію та марганцю (додавання марганцю в діапазоні від 0,05 до 1,8%) і мають помірну міцність, гарну корозійну стійкість, хорошу формувальність і підходять для використання при підвищених температурах. Одним із перших застосувань були каструлі та сковорідки, і сьогодні вони є основним компонентом теплообмінників у транспортних засобах та електростанціях. Однак їхня помірна міцність часто не дозволяє розглядати їх для конструкційних застосувань. Ці базові сплави зварюються з наповнювачами серій 1xxx, 4xxx і 5xxx залежно від їх специфічного хімічного складу та особливого застосування та вимог до обслуговування.

Сплави серії 4xxx– (підлягає та не піддається термічній обробці – з межею міцності на розрив від 25 до 55 ksi) Це сплави алюмінію та кремнію (додавання кремнію в діапазоні від 0,6 до 21,5%) і є єдиною серією, яка містить як термообробку, так і не- термообробні сплави. Кремній, доданий до алюмінію, знижує температуру його плавлення та покращує текучість у розплавленому стані. Ці характеристики є бажаними для наповнювачів, які використовуються як для зварювання плавленням, так і для пайки. Отже, ця серія сплавів переважно використовується як наповнювач. Кремній, незалежно від алюмінію, не піддається термічній обробці; однак деякі з цих кремнієвих сплавів були розроблені з додаванням магнію або міді, що забезпечує їм здатність сприятливо реагувати на термічну обробку розчину. Як правило, ці наповнювальні сплави, що піддаються термічній обробці, використовуються лише тоді, коли зварний компонент підлягає термічній обробці після зварювання.

Сплави серії 5xxx– (не піддаються термічній обробці – з межею міцності на розрив від 18 до 51 ksi) Це алюмінієві/магнієві сплави (додавання магнію в діапазоні від 0,2 до 6,2%) і мають найвищу міцність серед сплавів, що не піддаються термічній обробці. Крім того, цю серію сплавів можна легко зварювати, і з цих причин вони використовуються для широкого спектру застосувань, таких як суднобудування, транспорт, посудини під тиском, мости та будівлі. Сплави на основі магнію часто зварюють із наповнювачами, які вибирають з урахуванням вмісту магнію в основному матеріалі, а також застосування та умов експлуатації зварного компонента. Сплави цієї серії з вмістом магнію понад 3,0% не рекомендуються для експлуатації при підвищених температурах вище 150 градусів F через їх потенційну сенсибілізацію та подальшу схильність до корозійного розтріскування під напругою. Основні сплави з менш ніж приблизно 2,5% магнію часто успішно зварюються з наповнювачами серії 5xxx або 4xxx. Базовий сплав 5052 загальновизнаний як базовий сплав із максимальним вмістом магнію, який можна зварювати з наповнювачем серії 4xxx. Через проблеми, пов’язані з евтектичним плавленням і пов’язаними з цим поганими механічними властивостями після зварювання, не рекомендується зварювати матеріал у цій серії сплавів, які містять більшу кількість магнію з наповнювачами серії 4xxx. Основні матеріали з високим вмістом магнію зварюються лише з наповнювачами 5xxx, які загалом відповідають складу основного сплаву.

Сплави серії 6XXX– (піддається термічній обробці – з межею міцності на розрив від 18 до 58 фунтів на квадратний дюйм) Це сплави алюмінію/магнію та кремнію (додавання магнію та кремнію приблизно 1,0%), які широко поширені у зварювальній промисловості та використовуються переважно у формі екструзії та включені в багато структурних компонентів. Додавання магнію та кремнію до алюмінію дає сполуку силіциду магнію, яка забезпечує цьому матеріалу здатність піддаватися термічній обробці розчину для покращення міцності. Ці сплави природно чутливі до розтріскування під час затвердіння, і з цієї причини їх не слід зварювати дуговим способом автогенним способом (без наповнювача). Додавання достатньої кількості присадочного матеріалу під час процесу дугового зварювання має важливе значення для забезпечення розрідження основного матеріалу, тим самим запобігаючи проблемі гарячого розтріскування. Вони зварюються з наповнювачами як 4xxx, так і 5xxx, залежно від застосування та вимог до обслуговування.

Сплави серії 7XXX– (піддається термічній обробці – з межею міцності на розрив від 32 до 88 фунтів на квадратний дюйм) Це сплави алюмінію та цинку (додавання цинку в діапазоні від 0,8 до 12,0%) і містять одні з найміцніших алюмінієвих сплавів. Ці сплави часто використовуються у високоефективних додатках, таких як літаки, аерокосмічне обладнання та спортивне обладнання для змагань. Подібно до серії сплавів 2xxx, ця серія включає сплави, які вважаються непридатними кандидатами для дугового зварювання, та інші, які часто успішно зварюються дуговим зварюванням. Зазвичай зварювані сплави цієї серії, такі як 7005, переважно зварюються з наповнювачами серії 5xxx.

Резюме- Сучасні алюмінієві сплави, разом з їх різним станом, містять широкий і універсальний діапазон виробничих матеріалів. Для оптимального дизайну виробу та успішної розробки процедури зварювання важливо розуміти відмінності між багатьма доступними сплавами та їх різними характеристиками та характеристиками зварюваності. При розробці процедур дугового зварювання для цих різних сплавів слід звернути увагу на конкретний сплав, який зварюється. Часто кажуть, що дугове зварювання алюмінію не складно, «просто інше». Я вважаю, що важливою частиною розуміння цих відмінностей є знайомство з різними сплавами, їхніми характеристиками та системою ідентифікації.