Sa rastom aluminijuma u industriji proizvodnje zavarivanja, i njegovim prihvatanjem kao izvrsnom alternativom čeliku za mnoge primene, postoje sve veći zahtevi za one koji se bave razvojem aluminijumskih projekata da se bolje upoznaju sa ovom grupom materijala. Da biste u potpunosti razumjeli aluminijum, preporučljivo je započeti upoznavanjem sa sistemom identifikacije / označavanja aluminija, brojnim dostupnim aluminijskim legurama i njihovim karakteristikama.

Sistem temperiranja i označavanja od legure aluminijuma- U Sjevernoj Americi, Aluminum Association Inc. je odgovorna za dodjelu i registraciju aluminijskih legura. Trenutno postoji preko 400 kovanog aluminijuma i kovanih legura aluminijuma i preko 200 legura aluminijuma u obliku odlivaka i ingota registrovanih kod Udruženja aluminijuma. Granice hemijskog sastava legura za sve ove registrovane legure sadržane su u Asocijaciji za aluminijum.Teal Bookpod nazivom “Međunarodne oznake legura i ograničenja hemijskog sastava za kovani aluminijum i kovane legure aluminijuma” iu njihovimPink Bookpod nazivom „Oznake i granice hemijskog sastava za legure aluminijuma u obliku odlivaka i ingota. Ove publikacije mogu biti izuzetno korisne inženjeru zavarivanja pri razvoju postupaka zavarivanja i kada je važno uzeti u obzir hemiju i njenu povezanost sa osjetljivošću na pukotine.

Legure aluminijuma se mogu kategorisati u nekoliko grupa na osnovu karakteristika određenog materijala, kao što su njegova sposobnost da reaguje na termičku i mehaničku obradu i primarni legirajući element koji se dodaje leguri aluminijuma. Kada uzmemo u obzir sistem numerisanja/identifikacije koji se koristi za legure aluminijuma, gore navedene karakteristike su identifikovane. Kovani i liveni aluminijum imaju različite sisteme identifikacije. Kovani sistem je 4-cifreni sistem, a odlivci imaju 3-cifreni i 1-decimalni sistem.

Sistem označavanja kovanih legura- Prvo ćemo razmotriti 4-cifreni sistem identifikacije legure aluminijuma. Prva cifra (Xxxx) označava glavni legirajući element, koji je dodan leguri aluminijuma i često se koristi za opisivanje serije legure aluminijuma, tj. serije 1000, serije 2000, serije 3000, do serije 8000 (vidi tabelu 1).

Druga jednoznamenkasta brojka (xXxx), ako se razlikuje od 0, označava modifikaciju određene legure, a treća i četvrta znamenka (xxXX) su proizvoljni brojevi dati za identifikaciju određene legure u seriji. Primjer: U leguri 5183, broj 5 označava da je iz serije legure magnezijuma, 1 označava da je 1^stmodifikacija originalne legure 5083, a 83 je identificira u seriji 5xxx.

Jedini izuzetak od ovog sistema numerisanja legura su legure aluminijuma serije 1xxx (čisti aluminijum) u kom slučaju poslednje 2 cifre daju minimalni procenat aluminijuma iznad 99%, tj. legura 13(50)(99,50% minimalno aluminijum).

SISTEM OZNAČAVANJA KOVANE ALUMINIJUMSKE LEGURE

Tabela 1

Oznaka livene legure- Sistem označavanja livene legure baziran je na 3 cifre plus decimalna oznaka xxx.x (tj. 356.0). Prva cifra (Xxx.x) označava glavni legirajući element, koji je dodan leguri aluminijuma (vidi tabelu 2).

SISTEM OZNAČAVANJA LIVENOG ALUMINIJA

Tabela 2

Druga i treća cifra (xXX.x) su proizvoljni brojevi dati za identifikaciju određene legure u seriji. Broj iza decimalnog zareza označava da li je legura odljevak (.0) ili ingot (.1 ili .2). Prefiks velikog slova označava modifikaciju određene legure.
Primjer: legura – A356.0 veliko A (Axxx.x) označava modifikaciju legure 356.0. Broj 3 (A3xx.x) označava da je iz serije silicijum plus bakar i/ili magnezijum. 56 in (Ax56.0) identificira leguru unutar serije 3xx.x, a .0 (Axxx.0) označava da se radi o odljevku konačnog oblika, a ne o ingotu.

Sistem označavanja temperamenta aluminijuma -Ako razmotrimo različite serije aluminijskih legura, vidjet ćemo da postoje značajne razlike u njihovim karakteristikama i posljedičnoj primjeni. Prva stvar koju treba prepoznati, nakon razumijevanja sistema identifikacije, je da postoje dvije izrazito različite vrste aluminija unutar gore spomenute serije. To su legure aluminijuma koje se mogu termički obrađivati ​​(one koje mogu dobiti snagu dodavanjem toplote) i legure aluminijuma koje se ne obrađuju toplotom. Ova razlika je posebno važna kada se razmatraju utjecaji elektrolučnog zavarivanja na ove dvije vrste materijala.

Kovane legure aluminijuma serije 1xxx, 3xxx i 5xxx se ne mogu termički obrađivati ​​i samo kaljive na naprezanje. Kovane legure aluminijuma serije 2xxx, 6xxx i 7xxx su termički obrađene, a serija 4xxx se sastoji od legura koje se obrađuju i od legura koje se ne obrađuju. 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x i 7xx.x serije livenih legure su termički obrađene. Deformacijsko stvrdnjavanje se općenito ne primjenjuje na odljevke.

Toplinski obradive legure stiču svoja optimalna mehanička svojstva kroz proces termičke obrade, a najčešći termički tretmani su toplotna obrada rastvorom i veštačko starenje. Toplotna obrada rastvorom je proces zagrevanja legure na povišenu temperaturu (oko 990°F) kako bi se legirajući elementi ili jedinjenja stavili u rastvor. Nakon toga slijedi gašenje, obično u vodi, kako bi se dobila prezasićena otopina na sobnoj temperaturi. Toplinska obrada rastvora obično je praćena starenjem. Starenje je taloženje dijela elemenata ili jedinjenja iz prezasićene otopine kako bi se dobila poželjna svojstva.

Legure koje se ne mogu termički obrađivati ​​stiču svoja optimalna mehanička svojstva kroz stvrdnjavanje deformacijom. Deformacijsko kaljenje je metoda povećanja čvrstoće primjenom hladnog rada.T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

OSNOVNE ODREDBE TEMPERA

Tabela 3

Uz osnovnu oznaku temperamenta, postoje dvije podkategorije, jedna se odnosi na "H" temperament – ​​stvrdnjavanje deformacijom, a druga na oznaku “T” temper – termički obrađeno.

Pododjeljci H temperamenta – otvrdnuli deformacijom

Prva cifra iza H označava osnovnu operaciju:
H1– Samo očvršćeno.
H2– Kaljeno i djelomično žareno.
H3– Ojačano i stabilizovano.
H4– Očvršćeno i lakirano ili farbano.

Druga cifra iza H označava stepen deformacijskog očvršćavanja:
HX2– Quarter Hard HX4– Half Hard HX6– Tri četvrtine teško
HX8– Full Hard HX9– Ekstra teško

Pododjeljci T tempera – termički obrađeni

T1- Prirodno ostario nakon hlađenja u procesu oblikovanja na povišenoj temperaturi, kao što je ekstrudiranje.
T2- Hladno obrađeno nakon hlađenja iz procesa oblikovanja na povišenoj temperaturi i zatim prirodno odležano.
T3- Rastvor termički obrađen, hladno obrađen i prirodno odležan.
T4- Rastvor termički obrađen i prirodno ostario.
T5- Vještački ostario nakon hlađenja u procesu oblikovanja na povišenoj temperaturi.
T6- Otopina termički obrađena i veštački odležana.
T7- Otopina termički obrađena i stabilizirana (pretjerana).
T8- Rastvor termički obrađen, hladno obrađen i veštački odležan.
T9- Toplinski obrađeni rastvorom, veštački odležani i hladno obrađeni.
T10- Hladno obrađen nakon hlađenja iz procesa oblikovanja na povišenoj temperaturi i zatim veštački odležan.

Dodatne brojke označavaju oslobađanje od stresa.
primjeri:
TX51ili TXX51– Stres se oslobađa istezanjem.
TX52ili TXX52– Stres se oslobađa kompresijom.

Aluminijske legure i njihove karakteristike- Ako uzmemo u obzir sedam serija kovanih aluminijskih legura, shvatit ćemo njihove razlike i razumjeti njihovu primjenu i karakteristike.

Legure serije 1xxx– (ne može se tretirati toplinom – s krajnjom vlačnom čvrstoćom od 10 do 27 ksi) ova serija se često naziva serijom čistog aluminija jer se zahtijeva da ima 99,0% minimalnog aluminija. Zavarljivi su. Međutim, zbog njihovog uskog raspona topljenja, zahtijevaju određena razmatranja kako bi proizveli prihvatljive postupke zavarivanja. Kada se razmatraju za proizvodnju, ove legure su odabrane prvenstveno zbog njihove superiorne otpornosti na koroziju, kao što je u specijalizovanim hemijskim rezervoarima i cevima, ili zbog njihove odlične električne provodljivosti kao u aplikacijama sabirnica. Ove legure imaju relativno loša mehanička svojstva i rijetko bi se razmatrale za opće strukturalne primjene. Ove osnovne legure se često zavaruju s odgovarajućim materijalom za punjenje ili sa 4xxx legurama za punjenje ovisno o zahtjevima primjene i performansi.

Legure serije 2xxx– (termički obrađeni – sa krajnjom vlačnom čvrstoćom od 27 do 62 ksi) ovo su legure aluminijuma/bakra (dodatak bakra u rasponu od 0,7 do 6,8%) i legure visoke čvrstoće i visokih performansi koje se često koriste u vazduhoplovstvu i vazduhoplovstvu. Imaju odličnu čvrstoću u širokom rasponu temperatura. Neke od ovih legura se smatraju nezavarljivim u postupcima elektrolučnog zavarivanja zbog njihove podložnosti pucanju od vrućeg i korozijskog napona; međutim, drugi se vrlo uspješno zavaruju sa ispravnim postupcima zavarivanja. Ovi osnovni materijali se često zavaruju sa legurama punila visoke čvrstoće serije 2xxx dizajniranim da odgovaraju njihovim performansama, ali se ponekad mogu zavariti sa punilima serije 4xxx koja sadrže silicij ili silicij i bakar, ovisno o zahtjevima primjene i servisa.

Legure serije 3xxx– (nepodložni termičkoj obradi – s krajnjom vlačnom čvrstoćom od 16 do 41 ksi) To su legure aluminijuma/mangana (dodatak mangana u rasponu od 0,05 do 1,8%) i umjerene su čvrstoće, imaju dobru otpornost na koroziju, dobru formabilnost i pogodne su za za upotrebu na povišenim temperaturama. Jedna od njihovih prvih upotreba bili su lonci i tave, a danas su glavna komponenta za izmjenjivače topline u vozilima i elektranama. Njihova umjerena snaga, međutim, često onemogućuje njihovo razmatranje za konstruktivne primjene. Ove osnovne legure su zavarene sa legurama punila serije 1xxx, 4xxx i 5xxx, ovisno o njihovoj specifičnoj hemiji i posebnim zahtjevima primjene i servisiranja.

Legure serije 4xxx– (koji se mogu termički obrađivati ​​i termički ne obrađuju – s krajnjom vlačnom čvrstoćom od 25 do 55 ksi) Ovo su legure aluminijuma/silikona (dodatci silicijuma u rasponu od 0,6 do 21,5%) i jedina su serija koja sadrži i termički obrađene i ne- legura koje se mogu termički obrađivati. Silicijum, kada se doda aluminijumu, smanjuje njegovu tačku topljenja i poboljšava njegovu fluidnost kada se rastali. Ove karakteristike su poželjne za materijale za punjenje koji se koriste i za fuziono zavarivanje i za lemljenje. Shodno tome, ova serija legura se pretežno nalazi kao materijal za punjenje. Silicijum, nezavisno u aluminijumu, nije termički obrađen; međutim, određeni broj ovih silicijumskih legura je dizajniran da ima dodatke magnezijuma ili bakra, što im daje sposobnost da povoljno reaguju na toplotnu obradu rastvora. Obično se ove legure punila koje se mogu tretirati toplinom koriste samo kada se zavarena komponenta podvrgne termičkoj obradi nakon zavarivanja.

Legure serije 5xxx– (nepodložni termičkoj obradi – s krajnjom vlačnom čvrstoćom od 18 do 51 ksi) Ovo su legure aluminijuma/magnezijuma (dodatak magnezijuma u rasponu od 0,2 do 6,2%) i imaju najveću čvrstoću od legura koje se ne obrađuju termički. Osim toga, ova serija legura je lako zavariva i iz tih razloga se koriste za širok spektar primjena kao što su brodogradnja, transport, posude pod pritiskom, mostovi i zgrade. Legure na bazi magnezijuma se često zavaruju sa legurama za punjenje, koje se biraju uzimajući u obzir sadržaj magnezijuma u osnovnom materijalu, kao i uslove primene i upotrebe zavarene komponente. Legure u ovoj seriji sa više od 3,0% magnezijuma se ne preporučuju za rad na povišenim temperaturama iznad 150°F zbog njihovog potencijala za senzibilizaciju i naknadnu podložnost pucanju korozijom pod naponom. Bazne legure sa manje od približno 2,5% magnezijuma često se uspešno zavaruju sa legurama punila serije 5xxx ili 4xxx. Osnovna legura 5052 je općenito prepoznata kao osnovna legura s maksimalnim sadržajem magnezija koja se može zavariti sa legurom za punjenje serije 4xxx. Zbog problema povezanih s eutektičkim topljenjem i povezanih loših mehaničkih svojstava pri zavarivanju, ne preporučuje se zavarivanje materijala u ovoj seriji legura, koja sadrži veće količine magnezija, sa punilima serije 4xxx. Osnovni materijali sa visokim sadržajem magnezijuma zavareni su samo sa 5xxx legurama punila, koje uglavnom odgovaraju sastavu osnovne legure.

Legure serije 6XXX– (termički obrađeni – s krajnjom zateznom čvrstoćom od 18 do 58 ksi) To su legure aluminijum/magnezijum – silicijum (dodatak magnezijuma i silicijuma od oko 1,0%) i široko se nalaze u industriji zavarivanja, a koriste se pretežno u obliku ekstruzije, i ugrađen u mnoge strukturne komponente. Dodatak magnezijuma i silicijuma aluminijumu proizvodi spoj magnezijum-silicida, koji ovom materijalu daje sposobnost da se termički obrađuje u rastvoru radi poboljšane čvrstoće. Ove legure su prirodno osjetljive na pukotine i zbog toga ih ne treba zavarivati ​​autogeno (bez materijala za punjenje). Dodatak adekvatne količine materijala za punjenje tokom procesa elektrolučnog zavarivanja je od suštinskog značaja kako bi se obezbedilo razblaživanje osnovnog materijala, čime se sprečava problem pucanja od vrućeg materijala. Zavareni su i sa 4xxx i 5xxx materijalima za punjenje, ovisno o zahtjevima primjene i servisa.

Legure serije 7XXX– (termička obrada – sa krajnjom zateznom čvrstoćom od 32 do 88 ksi) Ovo su legure aluminijuma/cinka (dodatak cinka u rasponu od 0,8 do 12,0%) i sastoje se od nekih od legura aluminijuma najveće čvrstoće. Ove legure se često koriste u aplikacijama visokih performansi kao što su avioni, vazduhoplovstvo i takmičarska sportska oprema. Kao i serija legura 2xxx, ova serija uključuje legure koje se smatraju nepogodnim kandidatima za elektrolučno zavarivanje i druge, koje se često uspješno zavaruju. Obično zavarene legure u ovoj seriji, kao što je 7005, pretežno su zavarene sa legurama punila serije 5xxx.

Rezime- Današnje legure aluminijuma, zajedno sa svojim različitim temperamentima, obuhvataju širok i svestran spektar materijala za proizvodnju. Za optimalan dizajn proizvoda i uspješan razvoj postupka zavarivanja, važno je razumjeti razlike između mnogih dostupnih legura i njihovih različitih performansi i karakteristika zavarljivosti. Prilikom razvoja postupaka elektrolučnog zavarivanja za ove različite legure, mora se uzeti u obzir specifična legura koja se zavari. Često se kaže da elektrolučno zavarivanje aluminijuma nije teško, „samo je drugačije“. Vjerujem da je važan dio razumijevanja ovih razlika upoznavanje sa različitim legurama, njihovim karakteristikama i njihovim sistemom identifikacije.