Са растом употребе алуминијума у ​​индустрији заваривања и његовим прихватањем као одличне алтернативе челику за многе примене, постоје све већи захтеви да се они који су укључени у развој алуминијумских пројеката боље упознају са овом групом материјала. Да бисте у потпуности разумели алуминијум, препоручљиво је почети са упознавањем са системом идентификације/означавања алуминијума, многим доступним легурама алуминијума и њиховим карактеристикама.

Систем за означавање и темперацију алуминијумских легура- У Северној Америци, Удружење алуминијума је одговорно за расподелу и регистрацију легура алуминијума. Тренутно је код Удружења алуминијума регистровано преко 400 врста кованог алуминијума и кованих легура алуминијума и преко 200 легура алуминијума у ​​облику одливака и ингота. Ограничења хемијског састава легура за све ове регистроване легуре садржана су у прописима Удружења алуминијума...Тирна књигапод називом „Међународне ознаке легура и ограничења хемијског састава за ковани алуминијум и легуре кованог алуминијума“ и у њиховимРужичаста књигапод називом „Ознаке и ограничења хемијског састава за легуре алуминијума у ​​облику одливака и ингота“. Ове публикације могу бити изузетно корисне инжењеру заваривања приликом развоја поступака заваривања и када је разматрање хемије и њене повезаности са осетљивошћу на пукотине важно.

Легуре алуминијума могу се сврстати у неколико група на основу карактеристика одређеног материјала, као што су његова способност да реагује на термичку и механичку обраду и примарни легирајући елемент који се додаје легури алуминијума. Када узмемо у обзир систем нумерације/идентификације који се користи за легуре алуминијума, горе наведене карактеристике су идентификоване. Ковани и ливени алуминијум имају различите системе идентификације. Ковани систем је четвороцифрени систем, а одливци имају троцифрени систем са једним децималним местом.

Систем означавања кованих легура- Прво ћемо размотрити четвороцифрени систем идентификације коване легуре алуминијума. Прва цифра (Xxxx) означава главни легирајући елемент, који је додат легури алуминијума и често се користи за описивање серије легура алуминијума, тј. серије 1000, серије 2000, серије 3000, па све до серије 8000 (видети табелу 1).

Друга једноцифрена цифра (xXxx), ако се разликује од 0, означава модификацију специфичне легуре, а трећа и четврта цифра (xxXX) су произвољни бројеви дати за идентификацију одређене легуре у серији. Пример: Код легуре 5183, број 5 означава да је из серије легура магнезијума, број 1 означава да је из серије легура 1^stмодификација оригиналне легуре 5083, а број 83 је идентификује у серији 5xxx.

Једини изузетак од овог система нумерације легура су легуре алуминијума серије 1xxx (чисти алуминијум), у ком случају последње 2 цифре означавају минимални проценат алуминијума изнад 99%, тј. легура 13.(50)(минимум 99,50% алуминијума).

СИСТЕМ ЗА ОЗНАЧАВАЊЕ КОВАНИХ АЛУМИНИЈУМСКИХ ЛЕГУРА

Табела 1

Ознака ливене легуре- Систем означавања ливених легура заснива се на ознаци од 3 цифре плус децимални запис xxx.x (нпр. 356.0). Прва цифра (Xxx.x) означава главни легирајући елемент, који је додат легури алуминијума (видети табелу 2).

СИСТЕМ ЗА ОЗНАЧАВАЊЕ ЛИВЕНИХ АЛУМИНИЈУМСКИХ ЛЕГУРА

Табела 2

Друга и трећа цифра (xXX.x) су произвољни бројеви дати за идентификацију одређене легуре у серији. Број који следи децималну тачку означава да ли је легура ливење (.0) или ингот (.1 или .2). Префикс великог слова означава модификацију одређене легуре.
Пример: Легура – ​​А356.0 велико А (Axxx.x) означава модификацију легуре 356.0. Број 3 (A3xx.x) указује да је из серије силицијума плус бакар и/или магнезијум. 56 у (Ax56.0) идентификује легуру унутар серије 3xx.x, а .0 (Axxx.0) указује да је у питању одливак коначног облика, а не ингот.

Систем означавања темперамента алуминијума -Ако узмемо у обзир различите серије легура алуминијума, видећемо да постоје значајне разлике у њиховим карактеристикама и последичној примени. Прва ствар коју треба препознати, након разумевања система идентификације, јесте да постоје две јасно различите врсте алуминијума унутар горе поменутих серија. То су легуре алуминијума које се могу термички обрађивати (оне које могу добити чврстоћу додавањем топлоте) и легуре алуминијума које се не могу термички обрађивати. Ова разлика је посебно важна када се разматрају ефекти електролучног заваривања на ове две врсте материјала.

Коване алуминијумске легуре серија 1xxx, 3xxx и 5xxx се не могу термички обрађивати и могу се само очврснути деформацијом. Коване алуминијумске легуре серија 2xxx, 6xxx и 7xxx се могу термички обрађивати, а серија 4xxx се састоји и од термички обрађивих и од легура које се не могу термички обрађивати. Ливене легуре серија 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x и 7xx.x се могу термички обрађивати. Очвршћивање деформацијом се генерално не примењује на одливке.

Термички обрадиве легуре стичу своја оптимална механичка својства кроз процес термичке обраде, а најчешћи термички третмани су обрада раствором и вештачко старење. Обрада раствором је процес загревања легуре на повишену температуру (око 990 степени Фаренхајта) како би се легирајући елементи или једињења ставили у раствор. Након тога следи каљење, обично у води, да би се добио презасићени раствор на собној температури. Након термичке обраде раствором обично следи старење. Старење је таложење дела елемената или једињења из презасићеног раствора како би се добила пожељна својства.

Легуре које се не могу термички обрађивати добијају своја оптимална механичка својства очвршћавањем напрезањем. Очвршћивање напрезањем је метод повећања чврстоће применом хладне обраде. Т6, 6063-T4, 5052-Х32, 5083-Х112.

ОСНОВНЕ ОЗНАКЕ ТЕМПЕРАТУРЕ

Табела 3

Поред основне ознаке темперамента, постоје две подкатегорије, једна се односи на „H“ темпер – очвршћавање на деформацију, а друга на „T“ темпер – термички обрађено.

Подељења H темперамента – очврснуто напрезање

Прва цифра после слова H означава основну операцију:
H1– Само ојачано напрезањем.
H2– Ојачано на деформацију и делимично жарено.
H3– Ојачано на напрезање и стабилизовано.
H4– Ојачано напрезањем и лакирано или фарбано.

Друга цифра после слова H означава степен очвршћавања под деформацијом:
HX2– Четврт тврдог ХX-а4– Пола тврдог HX-а6– Три четвртине тешко
HX8– Потпуно тврди HX9– Екстра тврдо

Подељења Т темперамента – термички обрађено

T1- Природно остарело након хлађења у процесу обликовања на повишеној температури, као што је екструдирање.
T2- Хладно обрађено након хлађења из процеса обликовања на повишеној температури, а затим природно старење.
T3- Обрађено растворном термичком обрадом, хладно обрађено и природно старено.
T4- Термички обрађено раствором и природно старено.
T5- Вештачки старено након хлађења у процесу обликовања на повишеној температури.
T6- Обрађено растворном термичком обрадом и вештачки старено.
T7- Термички обрађено раствором и стабилизовано (престарено).
T8- Обрађено растворном термичком обрадом, хладно обрађено и вештачки старено.
T9- Обрађено растворном термичком обрадом, вештачки старено и хладно обрађено.
Т10- Хладно обрађено након хлађења поступком обликовања на повишеној температури, а затим вештачки старено.

Додатне цифре означавају ублажавање стреса.
Примери:
TX51или TXX51– Стрес се ублажава истезањем.
TX52или TXX52– Напрезање се ублажава компресијом.

Алуминијумске легуре и њихове карактеристике- Ако узмемо у обзир седам серија кованих алуминијумских легура, ценићемо њихове разлике и разумећемо њихове примене и карактеристике.

Легуре серије 1xxx– (не може се термички обрађивати – са граничном затезном чврстоћом од 10 до 27 ksi) ова серија се често назива серијом чистог алуминијума јер се захтева да садржи најмање 99,0% алуминијума. Заварљиве су. Међутим, због уског опсега топљења, захтевају одређена разматрања како би се произвели прихватљиви поступци заваривања. Када се разматрају за производњу, ове легуре се бирају првенствено због своје супериорне отпорности на корозију, као што је случај са специјализованим хемијским резервоарима и цевима, или због своје одличне електричне проводљивости као што је случај са сабирницама. Ове легуре имају релативно лоша механичка својства и ретко би се разматрале за опште структурне примене. Ове основне легуре се често заварују са одговарајућим додатним материјалом или са легурама додатног материјала 4xxx, у зависности од примене и захтева за перформансе.

Легуре серије 2xxx– (термички обрадиве – са граничном затезном чврстоћом од 27 до 62 ksi) ово су легуре алуминијума/бакра (додатак бакра у распону од 0,7 до 6,8%), и то су легуре високе чврстоће и високих перформанси које се често користе за ваздухопловство и авионе. Имају одличну чврстоћу у широком опсегу температура. Неке од ових легура се сматрају незаваривим процесима електролучног заваривања због њихове подложности топлотним пуцањима и пуцањима услед корозије под напоном; међутим, друге се веома успешно електролучно заварују уз исправне поступке заваривања. Ови основни материјали се често заварују високочврстим легурама додатка серије 2xxx дизајнираним да одговарају њиховим перформансама, али се понекад могу заварити и додатцима серије 4xxx који садрже силицијум или силицијум и бакар, у зависности од захтева примене и услуге.

Легуре серије 3xxx– (не може се термички обрађивати – са граничном затезном чврстоћом од 16 до 41 ksi) То су легуре алуминијума/мангана (додатак мангана у распону од 0,05 до 1,8%) и умерене су чврстоће, имају добру отпорност на корозију, добру обликовност и погодне су за употребу на повишеним температурама. Једна од њихових првих употреба били су лонци и тигањи, а данас су главна компонента за измењиваче топлоте у возилима и електранама. Међутим, њихова умерена чврстоћа често искључује њихово разматрање за структурне примене. Ове основне легуре се заварују са легурама додатка серије 1xxx, 4xxx и 5xxx, у зависности од њихове специфичне хемије и посебних захтева примене и услуге.

Легуре серије 4xxx– (термички обрадиве и нетермички обрадиве – са граничном затезном чврстоћом од 25 до 55 ksi) То су легуре алуминијума/силицијума (додатак силицијума се креће од 0,6 до 21,5%) и једине су серије које садрже и легуре које се могу термички обрадити и легуре које се не могу термички обрадити. Силицијум, када се дода алуминијуму, смањује његову тачку топљења и побољшава његову флуидност када се растопи. Ове карактеристике су пожељне за додатне материјале који се користе и за заваривање топљењем и за лемљење. Сходно томе, ова серија легура се претежно налази као додатни материјал. Силицијум, независно у алуминијуму, није термички обрадив; међутим, бројне од ових силицијумских легура су дизајниране да садрже додатке магнезијума или бакра, што им пружа могућност да повољно реагују на термичку обраду раствором. Типично, ове термички обрадиве легуре додатног материјала користе се само када заварена компонента треба да буде подвргнута термичкој обради након заваривања.

Легуре серије 5xxx– (нетермички обрадиве – са граничном затезном чврстоћом од 18 до 51 ksi) То су легуре алуминијума/магнезијума (додатак магнезијума у ​​распону од 0,2 до 6,2%) и имају највећу чврстоћу од легура које се не термички обрађују. Поред тога, ова серија легура се лако заварује и из тих разлога се користи за широк спектар примена као што су бродоградња, транспорт, посуде под притиском, мостови и зграде. Легуре на бази магнезијума се често заварују са легурама додатка, које се бирају након разматрања садржаја магнезијума у ​​основном материјалу и услова примене и рада заварене компоненте. Легуре у овој серији са више од 3,0% магнезијума се не препоручују за рад на повишеним температурама изнад 150 степени Фаренхајта због њиховог потенцијала за сензибилизацију и накнадну подложност пуцању од корозије под напоном. Базне легуре са мање од приближно 2,5% магнезијума се често успешно заварују са легурама додатка серије 5xxx или 4xxx. Базна легура 5052 је генерално препозната као основна легура са максималним садржајем магнезијума која се може заваривати са легуром додатка серије 4xxx. Због проблема повезаних са еутектичким топљењем и лошим механичким својствима након заваривања, не препоручује се заваривање материјала из ове серије легура, који садрже веће количине магнезијума, са пунилима серије 4xxx. Материјали са вишим садржајем магнезијума заварују се само са легурама пунила серије 5xxx, које се генерално подударају са саставом основне легуре.

Легуре серије 6XXX– (термички обрадиве – са граничном затезном чврстоћом од 18 до 58 ksi) То су легуре алуминијума / магнезијума и силицијума (додатак магнезијума и силицијума око 1,0%) и широко се налазе у индустрији заваривања, претежно се користе у облику екструзија и уграђују се у многе структурне компоненте. Додавање магнезијума и силицијума алуминијуму производи једињење магнезијум-силицида, што овом материјалу даје могућност да се термички обради раствором ради побољшане чврстоће. Ове легуре су природно осетљиве на пукотине услед очвршћавања и због тога не би требало да се аутогено заварују електролучно (без додатног материјала). Додавање одговарајућих количина додатног материјала током процеса електролучног заваривања је неопходно како би се обезбедило разблаживање основног материјала, чиме се спречава проблем врућих пукотина. Заварују се са додатним материјалима класе 4xxx и 5xxx, у зависности од примене и захтева услуге.

Легуре серије 7XXX– (термички обрадиве – са граничном затезном чврстоћом од 32 до 88 ksi) То су легуре алуминијума/цинка (додатак цинка у распону од 0,8 до 12,0%) и чине неке од легура алуминијума највише чврстоће. Ове легуре се често користе у високоперформансним применама као што су авиони, ваздухопловство и такмичарска спортска опрема. Као и серија легура 2xxx, ова серија укључује легуре које се сматрају непогодним кандидатима за електролучно заваривање и друге, које се често успешно електролучно заварују. Уобичајено заварене легуре у овој серији, као што је 7005, претежно се заварују са легурама додатка серије 5xxx.

Резиме- Данашње легуре алуминијума, заједно са својим различитим тврдоћама, чине широк и разноврстан спектар производних материјала. За оптималан дизајн производа и успешан развој поступака заваривања, важно је разумети разлике између многих доступних легура и њихових различитих перформанси и карактеристика заваривости. Приликом развоја поступака електролучног заваривања за ове различите легуре, мора се узети у обзир специфична легура која се заварује. Често се каже да електролучно заваривање алуминијума није тешко, „само је другачије“. Верујем да је важан део разумевања ових разлика упознавање са различитим легурама, њиховим карактеристикама и њиховим системом идентификације.