Зі зростанням популярності алюмінію в галузі зварювального виробництва та його визнанням як чудової альтернативи сталі для багатьох застосувань, зростають вимоги до тих, хто займається розробкою алюмінієвих проектів, щодо кращого ознайомлення з цією групою матеріалів. Щоб повністю зрозуміти алюміній, доцільно почати з ознайомлення із системою ідентифікації/позначення алюмінію, багатьма доступними алюмінієвими сплавами та їхніми характеристиками.

Система маркування та позначення алюмінієвих сплавів- У Північній Америці Алюмінієва асоціація Inc. відповідає за розподіл та реєстрацію алюмінієвих сплавів. Наразі в Алюмінієвій асоціації зареєстровано понад 400 видів кованого алюмінію та кованих алюмінієвих сплавів, а також понад 200 видів алюмінієвих сплавів у формі виливків та злитків. Обмеження хімічного складу сплавів для всіх цих зареєстрованих сплавів містяться в документах Алюмінієвої асоціації.Тіл Книгпід назвою «Міжнародні позначення сплавів та межі хімічного складу для кованого алюмінію та кованих алюмінієвих сплавів» та в їхРожева книгапід назвою «Позначення та межі хімічного складу алюмінієвих сплавів у формі виливків та злитків». Ці публікації можуть бути надзвичайно корисними для інженера-зварника під час розробки зварювальних процедур, а також коли важливе значення має врахування хімічного складу та його зв'язку з чутливістю до тріщин».

Алюмінієві сплави можна розділити на кілька груп залежно від характеристик конкретного матеріалу, таких як його здатність реагувати на термічну та механічну обробку, а також основний легуючий елемент, доданий до алюмінієвого сплаву. Якщо розглянути систему нумерації/ідентифікації, яка використовується для алюмінієвих сплавів, то вищезазначені характеристики виявляються ідентифікованими. Ковані та литі алюмінієві сплави мають різні системи ідентифікації. Ковані сплави мають 4-значну систему, а виливки - 3-значну систему з 1 десятковим знаком.

Система позначення кованих сплавів- Спочатку 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 одинична цифра (xXxx), якщо відрізняється від 0, вказує на модифікацію конкретного сплаву, а третя та четверта цифри (xxXX) – це довільні числа, що використовуються для ідентифікації конкретного сплаву в серії. Приклад: у сплаві 5183 число 5 вказує на те, що він належить до серії магнієвих сплавів, а 1 – на те, що це 1.^stмодифікація оригінального сплаву 5083, а 83 позначає його в серії 5xxx.

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

СИСТЕМА ПОЗНАЧЕННЯ КОВАНИХ АЛЮМІНІЄВИХ СПЛАВІВ

Таблиця 1

Позначення литого сплаву- Система позначення литих сплавів базується на позначенні xxx.x, що складається з трьох цифр плюс десяткова цифра (тобто 356.0). 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 та третя цифри (xXX.x) – це довільні числа, що використовуються для ідентифікації конкретного сплаву в серії. Число після десяткової коми вказує, чи є сплав виливком (.0) чи зливком (.1 або .2). Префікс з великої літери вказує на модифікацію конкретного сплаву.
Приклад: Сплав – A356.0, велика літера A (Axxx.x) вказує на модифікацію сплаву 356.0. Число 3 (A3xx.x) вказує на те, що він належить до серії кремній-мідь та/або магній. 56 в (Ax56.0) позначає сплав у серії 3xx.x, а .0 (Axxx.0) вказує на те, що це виливок остаточної форми, а не злиток.

Система позначення темперів алюмінію -Якщо розглянути різні серії алюмінієвих сплавів, то побачимо значні відмінності в їхніх характеристиках та відповідному застосуванні. Перше, що слід визнати після розуміння системи ідентифікації, це те, що в межах вищезгаданої серії існують два чітко різних типи алюмінію. Це термічно оброблювані алюмінієві сплави (ті, що можуть набувати міцності завдяки додаванню тепла) та нетермічно оброблювані алюмінієві сплави. Ця відмінність особливо важлива, якщо врахувати вплив дугового зварювання на ці два типи матеріалів.

Ковані алюмінієві сплави серій 1xxx, 3xxx та 5xxx не піддаються термічній обробці та піддаються лише зміцненню під тиском. Ковані алюмінієві сплави серій 2xxx, 6xxx та 7xxx піддаються термічній обробці, а серія 4xxx складається як з термічно оброблюваних, так і з термічно оброблюваних сплавів. Литі сплави серій 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x та 7xx.x піддаються термічній обробці. Деформаційне зміцнення зазвичай не застосовується до виливків.

Термооброблювані сплави набувають своїх оптимальних механічних властивостей завдяки процесу термічної обробки, найпоширенішими з яких є термічна обробка на розчин та штучне старіння. Термічна обробка на розчин – це процес нагрівання сплаву до підвищеної температури (близько 990°F) для переведення легуючих елементів або сполук у розчин. Після цього відбувається гартування, зазвичай у воді, для отримання перенасиченого розчину при кімнатній температурі. Після термічної обробки на розчин зазвичай відбувається старіння. Старіння – це осадження частини елементів або сполук з перенасиченого розчину для отримання бажаних властивостей.

Нетермічно необроблювані сплави набувають своїх оптимальних механічних властивостей шляхом деформаційного зміцнення. Деформаційне зміцнення – це метод підвищення міцності шляхом застосування холодної обробки. T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-Н112.

ОСНОВНІ ПОЗНАЧЕННЯ ТЕМПЕРАТУРИ

Таблиця 3

Окрім основного позначення відпуску, існують дві категорії підрозділів: один стосується відпуску «H» – зміцнення під напругою, а інший – відпуску «T» – термічно обробленого.

Підрозділи H-відпуску – зміцнення під напругою

Перша цифра після літери H вказує на основну операцію:
H1– Тільки зміцнені на деформацію.
H2– Зміцнений під напруженням та частково відпалений.
H3– Зміцнений та стабілізований на деформацію.
H4– Зміцнені на деформацію та покриті лаком або фарбою.

Друга цифра після літери H вказує на ступінь деформаційного зміцнення:
HX2– Чверть жорсткого HX4– Напівтвердий HX6– Три чверті складності
HX8– Повний жорсткий HX9– Надзвичайно жорсткий

Підрозділи Т-типу – термічно оброблені

T1- Природно витриманий після охолодження в процесі формування за підвищеної температури, такого як екструдування.
T2- Холодна обробка після охолодження в процесі формування за підвищеної температури та подальшого природного старіння.
T3- Обробка на твердий розчин, холодна деформація та природне старіння.
T4- Оброблено на розчинну термічну обробку та пройшло природне старіння.
T5- Штучно зістарений після охолодження в процесі формування за підвищеної температури.
T6- Обробка на розчинну термічну обробку та штучне старіння.
T7- Оброблено на розчинну термічну обробку та стабілізовано (перевитримано).
T8- Обробка на твердий розчин, холодна деформація та штучне старіння.
T9- Обробка на твердий розчин, штучне старіння та холодна обробка.
Т10- Холодна обробка після охолодження в процесі формування за підвищеної температури, а потім штучне старіння.

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

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

Сплави серії 1xxx– (не підлягають термічній обробці – з межею міцності на розтяг від 10 до 27 ksi) цю серію часто називають серією чистого алюмінію, оскільки вона повинна містити щонайменше 99,0% алюмінію. Вони зварюються. Однак, через вузький діапазон плавлення, вони вимагають певних міркувань для створення прийнятних зварювальних процедур. При розгляді для виготовлення ці сплави вибирають, перш за все, завдяки їхній високій корозійній стійкості, наприклад, у спеціалізованих хімічних резервуарах та трубопроводах, або завдяки їхній чудовій електропровідності, як у застосуванні шин. Ці сплави мають відносно погані механічні властивості і рідко розглядаються для загальних конструкційних застосувань. Ці базові сплави часто зварюються з відповідним присадним матеріалом або зі сплавами-присадками 4xxx залежно від застосування та вимог до експлуатаційних характеристик.

Сплави серії 2xxx– (термооброблювані – з межею міцності на розтяг від 27 до 62 ksi) – це алюмінієво-мідні сплави (з додаванням міді від 0,7 до 6,8%), високоміцні та високоефективні сплави, які часто використовуються в аерокосмічній та авіаційній промисловості. Вони мають чудову міцність у широкому діапазоні температур. Деякі з цих сплавів вважаються незварюваними за допомогою дугового зварювання через їхню схильність до гарячого розтріскування та корозійного розтріскування під напругою; однак інші дуже успішно зварюються дуговим зварюванням за умови правильного використання методів зварювання. Ці базові матеріали часто зварюються високоміцними присадними сплавами серії 2xxx, розробленими відповідно до їхніх характеристик, але іноді їх можна зварювати з присадними сплавами серії 4xxx, що містять кремній або кремній та мідь, залежно від застосування та вимог експлуатації.

Сплави серії 3xxx– (не підлягають термічній обробці – з межею міцності на розтяг від 16 до 41 ksi) Це алюмінієво-марганцеві сплави (додавання марганцю від 0,05 до 1,8%), які мають помірну міцність, добру корозійну стійкість, добру формуваність і підходять для використання за підвищених температур. Одним з їхніх перших застосувань були каструлі та сковорідки, і сьогодні вони є основним компонентом теплообмінників у транспортних засобах та електростанціях. Однак їхня помірна міцність часто виключає їх розгляд для конструкційного застосування. Ці базові сплави зварюються з присадними сплавами серій 1xxx, 4xxx та 5xxx, залежно від їхнього конкретного хімічного складу та конкретних вимог до застосування та експлуатації.

Сплави серії 4xxx– (термооброблювані та нетермооброблювані – з межею міцності на розрив від 25 до 55 ksi) Це алюмінієво-кремнієві сплави (додавання кремнію від 0,6 до 21,5%) і є єдиною серією, що містить як термічно оброблювані, так і нетермічно оброблювані сплави. Кремній, доданий до алюмінію, знижує його температуру плавлення та покращує його текучість у розплавленому стані. Ці характеристики є бажаними для присадних матеріалів, що використовуються як для зварювання плавленням, так і для паяння. Отже, ця серія сплавів переважно використовується як присадний матеріал. Кремній, незалежно від того, що міститься в алюмінії, не піддається термічній обробці; однак, ряд цих кремнієвих сплавів був розроблений з додаванням магнію або міді, що забезпечує їм здатність сприятливо реагувати на термічну обробку на розчин. Як правило, ці термічно оброблювані присадні сплави використовуються лише тоді, коли зварний компонент має бути підданий післязварювальній термічній обробці.

Сплави серії 5xxx– (нетермічно оброблювані – з межею міцності на розтяг від 18 до 51 ksi) Це алюмінієво-магнієві сплави (додавання магнію від 0,2 до 6,2%), які мають найвищу міцність серед нетермічно оброблюваних сплавів. Крім того, ця серія сплавів легко зварюється, і з цих причин вони використовуються для широкого спектру застосувань, таких як суднобудування, транспорт, посудини під тиском, мости та будівлі. Магнієві сплави часто зварюються з присадними сплавами, які вибираються з урахуванням вмісту магнію в основному матеріалі, а також умов застосування та експлуатації зварюваного компонента. Сплави цієї серії з вмістом магнію понад 3,0% не рекомендуються для експлуатації при підвищених температурах вище 150°F через їх потенціал для сенсибілізації та подальшої схильності до корозійного розтріскування під напругою. Базові сплави з вмістом магнію менше приблизно 2,5% часто успішно зварюються з присадними сплавами серії 5xxx або 4xxx. Базовий сплав 5052 загалом визнаний базовим сплавом з максимальним вмістом магнію, який можна зварювати з присадним сплавом серії 4xxx. Через проблеми, пов'язані з евтектичним плавленням та пов'язаними з ним поганими механічними властивостями після зварювання, не рекомендується зварювати матеріали зі сплавів цієї серії, які містять більшу кількість магнію, з присадними сплавами серії 4xxx. Базові матеріали з вищим вмістом магнію зварюються лише з присадними сплавами серії 5xxx, склад яких зазвичай відповідає складу основного сплаву.

Сплави серії 6XXX– (термооброблювані – з межею міцності на розтяг від 18 до 58 ksi) Це алюмінієво-магнієво-кремнієві сплави (з додаванням магнію та кремнію близько 1,0%), які широко зустрічаються у зварювальній промисловості, використовуються переважно у вигляді екструдованих виробів та входять до складу багатьох конструкційних компонентів. Додавання магнію та кремнію до алюмінію утворює сполуку магнію-силіциду, що забезпечує здатність цього матеріалу піддаватися термічній обробці на розчин для підвищення міцності. Ці сплави за своєю природою чутливі до тріщин при затвердінні, і з цієї причини їх не слід зварювати дуговим автогеном (без присадного матеріалу). Додавання достатньої кількості присадного матеріалу під час процесу дугового зварювання є важливим для забезпечення розрідження основного матеріалу, тим самим запобігаючи проблемі гарячих тріщин. Вони зварюються присадними матеріалами як 4xxx, так і 5xxx, залежно від застосування та вимог експлуатації.

Сплави серії 7XXX– (термооброблювані – з межею міцності на розтяг від 32 до 88 ksi) Це алюмінієво-цинкові сплави (з додаванням цинку від 0,8 до 12,0%), які є одними з найміцніших алюмінієвих сплавів. Ці сплави часто використовуються у високопродуктивних пристроях, таких як літаки, аерокосмічна промисловість та спортивне спорядження. Як і серія сплавів 2xxx, ця серія включає сплави, які вважаються непридатними для дугового зварювання, та інші, які часто успішно зварюються дуговим способом. Зазвичай зварювані сплави цієї серії, такі як 7005, переважно зварюються присадочними сплавами серії 5xxx.

Короткий зміст- Сучасні алюмінієві сплави, разом з їх різними станами, складають широкий та універсальний спектр виробничих матеріалів. Для оптимального проектування виробів та успішної розробки зварювальних процедур важливо розуміти відмінності між багатьма доступними сплавами та їхніми різними характеристиками експлуатаційних характеристик та зварюваності. Під час розробки дугових зварювальних процедур для цих різних сплавів необхідно враховувати конкретний сплав, що зварюється. Часто кажуть, що дугове зварювання алюмінію не є складним, «воно просто відрізняється». Я вважаю, що важливою частиною розуміння цих відмінностей є ознайомлення з різними сплавами, їхніми характеристиками та системою їх ідентифікації.