S rastom upotrebe aluminija u industriji zavarivanja i njegovim prihvatanjem kao odlične alternative čeliku za mnoge primjene, sve su veći zahtjevi da se oni koji su uključeni u razvoj aluminijskih projekata bolje upoznaju s ovom grupom materijala. Da biste u potpunosti razumjeli aluminij, preporučljivo je započeti upoznavanjem sa sistemom identifikacije/označavanja aluminija, mnogim dostupnim legurama aluminija i njihovim karakteristikama.

Sistem označavanja i temperature aluminijskih legura- U Sjevernoj Americi, Udruženje aluminija (The Aluminum Association Inc.) je odgovorno za dodjelu i registraciju aluminijskih legura. Trenutno je kod Udruženja aluminija registrovano preko 400 vrsta kovanog aluminija i kovanih aluminijskih legura te preko 200 vrsta aluminijskih legura u obliku odljevaka i ingota. Ograničenja hemijskog sastava legura za sve ove registrovane legure sadržana su u dokumentu Udruženja aluminija...Tirkizna knjigapod nazivom „Međunarodne oznake legura i ograničenja hemijskog sastava za kovani aluminij i kovane aluminijske legure“ i u njihovimRužičasta knjigapod nazivom „Oznake i ograničenja hemijskog sastava za aluminijumske legure u obliku odlivaka i ingota“. Ove publikacije mogu biti izuzetno korisne inženjeru zavarivanja prilikom razvoja postupaka zavarivanja i kada je važno uzeti u obzir hemiju i njenu povezanost sa osjetljivošću na pukotine.

Aluminijske legure mogu se kategorizirati u nekoliko grupa na osnovu karakteristika određenog materijala, kao što su njegova sposobnost reagovanja na termičku i mehaničku obradu i primarni legirajući element koji se dodaje aluminijskoj leguri. Kada uzmemo u obzir sistem numeriranja/identifikacije koji se koristi za aluminijske legure, gore navedene karakteristike su identifikovane. Kovani i lijevani aluminij imaju različite sisteme identifikacije. Kovani sistem je 4-cifreni sistem, a odlivci imaju 3-cifreni sistem i 1 decimalno mjesto.

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

Druga jednocifrena cifra (xXxx), ako se razlikuje od 0, označava modifikaciju specifične legure, a treća i četvrta cifra (xxXX) su proizvoljni brojevi dati za identifikaciju određene legure u seriji. Primjer: Kod legure 5183, broj 5 označava da je iz serije legura magnezija, a broj 1 označava da je to legura 1.^stmodifikacija originalne legure 5083, a 83 je identificira u seriji 5xxx.

Jedini izuzetak od ovog sistema numerisanja legura su legure aluminija serije 1xxx (čisti aluminij), u kom slučaju posljednje dvije cifre označavaju minimalni postotak aluminija iznad 99%, tj. legura 13.(50)(minimalno 99,50% aluminija).

SISTEM OZNAČAVANJA KOVANIH ALUMINIJUMSKIH LEGURA

Tabela 1

Oznaka livene legure- Sistem označavanja livenih legura zasniva se na oznaci xxx.x sa 3 cifre i decimalom (tj. 356.0). Prva cifra (Xxx.x) označava glavni legirajući element koji je dodan aluminijskoj leguri (vidi tabelu 2).

SISTEM OZNAČAVANJA LIVENIH ALUMINIJUMSKIH LEGURA

Tabela 2

Druga i treća cifra (xXX.x) su proizvoljni brojevi koji se daju za identifikaciju određene legure u seriji. Broj iza decimalne tačke označava da li je legura odlivak (.0) ili ingot (.1 ili .2). Prefiks sa velikim slovom 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 silicija plus bakra i/ili magnezija. Broj od 56 u (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 temperature aluminija -Ako uzmemo u obzir 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, jeste da postoje dvije jasno različite vrste aluminija unutar gore spomenutih serija. To su legure aluminija koje se mogu termički obraditi (one koje mogu dobiti čvrstoću dodavanjem topline) i legure aluminija koje se ne mogu termički obraditi. Ova razlika je posebno važna kada se razmatraju utjecaji elektrolučnog zavarivanja na ove dvije vrste materijala.

Kovane aluminijske legure serija 1xxx, 3xxx i 5xxx nisu termički obradive i mogu se samo ojačati naprezanjem. Kovane aluminijske legure serija 2xxx, 6xxx i 7xxx su termički obradive, a serija 4xxx se sastoji od legura koje se mogu termički obraditi i legura koje se ne mogu termički obraditi. Lijevane legure serija 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x i 7xx.x su termički obradive. Očvršćavanje naprezanjem se uglavnom ne primjenjuje na odljevke.

Termički obradive legure postižu svoja optimalna mehanička svojstva procesom termičke obrade, pri čemu su najčešći termički tretmani obrada rastvorom i vještačko starenje. Obrada rastvorom je proces zagrijavanja legure na povišenu temperaturu (oko 990°F) kako bi se legirajući elementi ili spojevi stavili u rastvor. Nakon toga slijedi kaljenje, obično u vodi, kako bi se dobio prezasićeni rastvor na sobnoj temperaturi. Nakon obrade rastvorom obično slijedi starenje. Starenje je taloženje dijela elemenata ili spojeva iz prezasićenog rastvora kako bi se dobila željena svojstva.

Legure koje se ne mogu termički obraditi postižu svoja optimalna mehanička svojstva očvršćavanjem pod naponom. Očvršćavanje pod naponom je metoda povećanja čvrstoće primjenom hladne obrade. T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

OSNOVNE OZNAKE TEMPERATURE

Tabela 3

Pored osnovne oznake stanja, postoje dvije podkategorije, jedna koja se odnosi na stanje "H" - očvršćavanje pod naponom, a druga na stanje "T" - termički obrađeno.

Podjela H stanja – Očvršćavanje naprezanjem

Prva cifra nakon slova H označava osnovnu operaciju:
H1– Samo ojačano naprezanjem.
H2– Očvrsnuto naprezanjem i djelimično žareno.
H3– Ojačano na naprezanje i stabilizirano.
H4– Ojačano naprezanjem i lakirano ili obojeno.

Druga cifra nakon slova H označava stepen očvršćavanja pod naponom:
HX2– Četvrtina tvrdog HX-a4– Polutvrdi HX6– Tri četvrtine teško
HX8– Potpuno tvrdi HX9– Ekstra tvrdo

Podjela T stanja – termički obrađeno

T1- Prirodno odležano nakon hlađenja u procesu oblikovanja na povišenoj temperaturi, kao što je ekstruzija.
T2- Hladno obrađeno nakon hlađenja iz procesa oblikovanja na povišenoj temperaturi, a zatim prirodno odležano.
T3- Obrađeno termičkom obradom rastvora, hladno deformisano i prirodno ostarjelo.
T4- Tretirano rastvornom termičkom obradom i prirodno odležano.
T5- Vještački ostarjelo nakon hlađenja u procesu oblikovanja na povišenoj temperaturi.
T6- Tretirano rastvornom termičkom obradom i vještačkim starenjem.
T7- Obrađeno termičkom obradom rastvora i stabilizovano (predostarjelo).
T8- Obrađeno termičkom obradom rastvorom, hladno obrađeno i vještački ostarjelo.
T9- Tretirano rastvornom termičkom obradom, vještačkim starenjem i hladnom obradom.
T10- Hladno obrađeno nakon hlađenja procesom oblikovanja na povišenoj temperaturi, a zatim vještački stareno.

Dodatne cifre označavaju ublažavanje stresa.
Primjeri:
TX51ili TXX51– Stres se ublažava istezanjem.
TX52ili TXX52– Napon se ublažava 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 termički se obrađuje – s graničnom zateznom čvrstoćom od 10 do 27 ksi) ova serija se često naziva serijom čistog aluminija jer se zahtijeva minimalno 99,0% aluminija. Zavarljive su. Međutim, zbog uskog raspona topljenja, zahtijevaju određena razmatranja kako bi se proizveli prihvatljivi postupci zavarivanja. Kada se razmatraju za proizvodnju, ove legure se prvenstveno biraju zbog svoje superiorne otpornosti na koroziju, kao što je to slučaj kod specijaliziranih hemijskih rezervoara i cijevi, ili zbog svoje odlične električne provodljivosti kao što je slučaj kod primjena u sabirnicama. Ove legure imaju relativno loša mehanička svojstva i rijetko bi se razmatrale za opće konstrukcijske primjene. Ove osnovne legure se često zavaruju s odgovarajućim dodatnim materijalom ili s 4xxx dodatnim legurama, ovisno o primjeni i zahtjevima za performansama.

Legure serije 2xxx– (termički obradive – s graničnom zateznom čvrstoćom od 27 do 62 ksi) ovo su legure aluminija/bakra (dodaci bakra u rasponu od 0,7 do 6,8%), te su legure visoke čvrstoće i visokih performansi koje se često koriste u zrakoplovstvu i avionima. Imaju odličnu čvrstoću u širokom rasponu temperatura. Neke od ovih legura smatraju se nezavarljivima postupcima elektrolučnog zavarivanja zbog njihove osjetljivosti na vruće pucanje i pucanje od korozije pod naponom; međutim, druge se vrlo uspješno elektrolučno zavaruju uz ispravne postupke zavarivanja. Ovi osnovni materijali često se zavaruju s visokočvrstim legurama za punjenje serije 2xxx, dizajniranim da odgovaraju njihovim performansama, ali se ponekad mogu zavariti s punilima serije 4xxx koja sadrže silicijum ili silicijum i bakar, ovisno o primjeni i zahtjevima usluge.

Legure serije 3xxx– (ne mogu se termički obrađivati ​​– sa zateznom čvrstoćom od 16 do 41 ksi) Ovo su legure aluminija/mangana (dodaci mangana u rasponu od 0,05 do 1,8%) i umjerene su čvrstoće, imaju dobru otpornost na koroziju, dobru oblikovljivost i pogodne su 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. Međutim, njihova umjerena čvrstoća često isključuje njihovo razmatranje za konstrukcijske primjene. Ove osnovne legure zavaruju se s dodatnim legurama serije 1xxx, 4xxx i 5xxx, ovisno o njihovoj specifičnoj kemiji i posebnim zahtjevima primjene i usluge.

Legure serije 4xxx– (termički obradive i neobradive – s graničnom zateznom čvrstoćom od 25 do 55 ksi) Ovo su legure aluminija/silicijuma (dodaci silicija u rasponu od 0,6 do 21,5%) i jedine su serije koje sadrže i legure koje se mogu termički obraditi i legure koje se ne mogu termički obraditi. Silicijum, kada se doda aluminijumu, smanjuje njegovu tačku topljenja i poboljšava njegovu fluidnost kada se rastali. Ove karakteristike su poželjne za dodatne materijale koji se koriste i za zavarivanje topljenjem i za lemljenje. Posljedično, ova serija legura se pretežno nalazi kao dodatni materijal. Silicijum, nezavisno u aluminijumu, nije termički obradiv; međutim, brojne od ovih silicijumskih legura su dizajnirane da imaju dodatke magnezijuma ili bakra, što im omogućava da povoljno reaguju na termičku obradu rastvorom. Tipično, ove termički obradive dodatne legure se koriste samo kada se zavarena komponenta podvrgava termičkoj obradi nakon zavarivanja.

Legure serije 5xxx– (netermički neobradive – sa graničnom zateznom čvrstoćom od 18 do 51 ksi) Ovo su legure aluminija/magnezija (dodaci magnezija u rasponu od 0,2 do 6,2%) i imaju najveću čvrstoću od legura koje se ne termički obrađuju. Osim toga, ova serija legura se lako zavaruje i iz tih razloga se koristi za širok spektar primjena kao što su brodogradnja, transport, posude pod pritiskom, mostovi i zgrade. Legure na bazi magnezija često se zavaruju s legurama za punjenje, koje se odabiru nakon razmatranja sadržaja magnezija u osnovnom materijalu te uvjeta primjene i rada zavarene komponente. Legure u ovoj seriji s više od 3,0% magnezija ne preporučuju se za rad na povišenim temperaturama iznad 150 stepeni Fahrenheita zbog njihovog potencijala za senzibilizaciju i posljedične podložnosti pucanju od korozije usljed napona. Osnovne legure s manje od približno 2,5% magnezija često se uspješno zavaruju s legurama za punjenje serije 5xxx ili 4xxx. Osnovna legura 5052 općenito se prepoznaje kao osnovna legura s maksimalnim sadržajem magnezija koja se može zavariti s legurom za punjenje serije 4xxx. Zbog problema povezanih s eutektičkim topljenjem i lošim mehaničkim svojstvima zavarivanja, ne preporučuje se zavarivanje materijala iz ove serije legura, koji sadrže veće količine magnezija, s punilima serije 4xxx. Osnovni materijali s višim sadržajem magnezija zavaruju se samo s legurama punila 5xxx, koje uglavnom odgovaraju sastavu osnovne legure.

Legure serije 6XXX– (termički obradive – sa graničnom zateznom čvrstoćom od 18 do 58 ksi) Ovo su legure aluminija / magnezija i silicija (dodatak magnezija i silicija oko 1,0%) i široko se nalaze u industriji zavarivanja, pretežno se koriste u obliku ekstruzija i ugrađene su u mnoge strukturne komponente. Dodavanje magnezija i silicija aluminijumu proizvodi spoj magnezijum-silicida, koji ovom materijalu daje sposobnost da se termički obradi rastvorom radi poboljšane čvrstoće. Ove legure su prirodno osjetljive na pukotine pri skrućivanju i zbog toga se ne bi trebale zavarivati ​​autogeno (bez dodatnog materijala). Dodavanje odgovarajućih količina dodatnog materijala tokom procesa elektrolučnog zavarivanja je neophodno kako bi se osiguralo razrjeđivanje osnovnog materijala, čime se sprječava problem vrućih pukotina. Zavaruju se sa dodatnim materijalima 4xxx i 5xxx, ovisno o primjeni i zahtjevima usluge.

Legure serije 7XXX– (termički obradive – s graničnom zateznom čvrstoćom od 32 do 88 ksi) Ovo su legure aluminija/cinka (dodaci cinka u rasponu od 0,8 do 12,0%) i čine neke od legura aluminija najveće čvrstoće. Ove legure se često koriste u visokoperformansnim primjenama kao što su avioni, vazduhoplovstvo i takmičarska sportska oprema. Poput serije legura 2xxx, ova serija uključuje legure koje se smatraju neprikladnim kandidatima za elektrolučno zavarivanje i druge, koje se često uspješno elektrolučno zavaruju. Uobičajeno zavarene legure u ovoj seriji, kao što je 7005, pretežno se zavaruju s dodatnim legurama serije 5xxx.

Sažetak- Današnje aluminijske legure, zajedno s njihovim različitim stanjima, čine širok i svestran raspon proizvodnih materijala. 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 zavaruje. Često se kaže da elektrolučno zavarivanje aluminija nije teško, „samo je drugačije“. Vjerujem da je važan dio razumijevanja ovih razlika upoznavanje s različitim legurama, njihovim karakteristikama i njihovim sistemom identifikacije.