Alumiinin lisääntyessä hitsausvalmistusteollisuudessa ja sen hyväksyessä erinomaiseksi vaihtoehdoksi teräkselle monissa sovelluksissa, alumiiniprojektien kehittämisessä mukana oleville on yhä enemmän vaatimuksia tutustua tähän materiaaliryhmään. Alumiinin ymmärtämiseksi täysin, on suositeltavaa aloittaa tutustumalla alumiinin tunnistus-/merkintäjärjestelmään, moniin saatavilla oleviin alumiiniseoksiin ja niiden ominaisuuksiin.

Alumiiniseoksen lämpö- ja merkintäjärjestelmä- Pohjois-Amerikassa Aluminium Association Inc. vastaa alumiiniseosten allokoinnista ja rekisteröinnistä. Tällä hetkellä Alumiiniliitossa on rekisteröity yli 400 muokattua alumiinia ja muokattua alumiiniseosta sekä yli 200 alumiiniseosta valukappaleiden ja harkojen muodossa. Kaikkien näiden rekisteröityjen metalliseosten seoksen kemiallisen koostumuksen rajat sisältyvät Aluminium Associationin sopimukseenSinivihreä kirjajonka otsikko on "Muokatun alumiinin ja muokatun alumiiniseosten kansainväliset metalliseosten nimitykset ja kemiallisen koostumuksen rajat" ja niissäVaaleanpunainen kirjajonka otsikko on "Valujen ja harkon muodossa olevien alumiiniseosten nimitykset ja kemiallisen koostumuksen rajat. Nämä julkaisut voivat olla erittäin hyödyllisiä hitsausinsinöörille, kun hän kehittää hitsausmenetelmiä ja kun kemian huomioiminen ja sen yhteys halkeamisherkkyyteen on tärkeää.

Alumiinilejeeringit voidaan luokitella useisiin ryhmiin tietyn materiaalin ominaisuuksien, kuten sen kyvyn reagoida lämpö- ja mekaaniseen käsittelyyn sekä alumiiniseokseen lisätyn primääriseoselementin, perusteella. Kun tarkastelemme alumiiniseoksille käytettyä numerointi-/tunnistusjärjestelmää, yllä olevat ominaisuudet tunnistetaan. Muokatuilla ja valetuilla alumiinilla on erilaiset tunnistusjärjestelmät. Taottu järjestelmä on 4-numeroinen järjestelmä ja valukappaleet 3-numeroisella ja 1 desimaalilla.

Muokatun metalliseoksen merkintäjärjestelmä- Harkitsemme ensin 4-numeroista muokatun alumiiniseoksen tunnistusjärjestelmää. Ensimmäinen numero (Xxxx) osoittaa pääseoselementin, joka on lisätty alumiiniseokseen ja jota käytetään usein kuvaamaan alumiiniseossarjaa, eli 1000-sarja, 2000-sarja, 3000-sarja, 8000-sarjaan asti (katso taulukko 1).

Toinen yksinumeroinen (xXxx), jos se eroaa 0:sta, osoittaa tietyn seoksen muunnelman ja kolmannen ja neljännen numeron (xxXX) ovat mielivaltaisia ​​numeroita, jotka on annettu sarjan tietyn seoksen tunnistamiseksi. Esimerkki: Seoksessa 5183 numero 5 osoittaa, että se kuuluu magnesiumseossarjaan, 1 tarkoittaa, että se on 1^stmuutos alkuperäiseen metalliseokseen 5083, ja 83 tunnistaa sen 5xxx-sarjassa.

Ainoa poikkeus tähän seosten numerointijärjestelmään on 1xxx-sarjan alumiiniseokset (puhtaat alumiinit), jolloin 2 viimeistä numeroa antavat alumiinin vähimmäisosuuden yli 99 %, eli metalliseos 13(50)(99,50 % vähintään alumiinia).

MUOTETTU ALUMIINISETOKSEN MERKINTÄJÄRJESTELMÄ

Taulukko 1

Valumetallin nimitys- Valumetallien merkintäjärjestelmä perustuu 3-numeroiseen plus desimaalimerkkiin xxx.x (eli 356.0). Ensimmäinen numero (Xxx.x) osoittaa pääasiallisen seosaineen, joka on lisätty alumiiniseokseen (katso taulukko 2).

VALETTU ALUMIINISETOKSEN MERKINTÄJÄRJESTELMÄ

Taulukko 2

Toinen ja kolmas numero (xXX.x) ovat mielivaltaisia ​​numeroita, jotka on annettu sarjan tietyn seoksen tunnistamiseksi. Desimaalipilkun jälkeinen numero ilmaisee, onko metalliseos valu (.0) vai harkko (.1 vai .2). Iso kirjainetuliite tarkoittaa muutosta tiettyyn seokseen.
Esimerkki: metalliseos – A356.0 iso kirjain A (Axxx.x) tarkoittaa seoksen 356.0 modifikaatiota. Numero 3 (A3xx.x) osoittaa, että se kuuluu pii plus kupari ja/tai magnesium -sarjaan. 56 tuumaa (Ax56.0) tunnistaa 3xx.x-sarjan metalliseoksen ja .0 (Axxx.0) osoittaa, että kyseessä on lopullinen muotovalu, ei harkko.

Alumiinin lämpötilan merkintäjärjestelmä -Jos tarkastelemme alumiiniseosten eri sarjoja, huomaamme, että niiden ominaisuuksissa ja niiden soveltamisessa on huomattavia eroja. Ensimmäinen seikka, joka tulee tunnistaa tunnistusjärjestelmän ymmärtämisen jälkeen, on, että edellä mainitussa sarjassa on kaksi selvästi erilaista alumiinityyppiä. Nämä ovat lämpökäsitellyt alumiiniseokset (jotka voivat saada lujuutta lisäämällä lämpöä) ja ei-lämpökäsiteltävät alumiiniseokset. Tämä ero on erityisen tärkeä, kun tarkastellaan kaarihitsauksen vaikutuksia näihin kahteen materiaalityyppiin.

1xxx-, 3xxx- ja 5xxx-sarjan muokatut alumiiniseokset ovat ei-lämpökäsiteltäviä ja ovat vain jännityskarkaistuja. 2xxx-, 6xxx- ja 7xxx-sarjan muokatut alumiiniseokset ovat lämpökäsiteltäviä ja 4xxx-sarja koostuu sekä lämpökäsitellyistä että ei-lämpökäsiteltävissä olevista seoksista. 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x ja 7xx.x sarjan valuseokset ovat lämpökäsiteltäviä. Jännityskarkaisua ei yleensä sovelleta valuihin.

Lämpökäsiteltävät metalliseokset saavuttavat optimaaliset mekaaniset ominaisuudet lämpökäsittelyprosessin kautta. Yleisimmät lämpökäsittelyt ovat Solution Heat Treatment ja Artificial Aging. Liuoslämpökäsittely on prosessi, jossa seos kuumennetaan korotettuun lämpötilaan (noin 990 °F) seostettujen alkuaineiden tai yhdisteiden liuottamiseksi. Tätä seuraa sammutus, yleensä vedessä, ylikyllästyneen liuoksen tuottamiseksi huoneenlämpötilassa. Liuoslämpökäsittelyä seuraa yleensä vanhentaminen. Vanhentaminen on alkuaineiden tai yhdisteiden osan saostumista ylikyllästetystä liuoksesta haluttujen ominaisuuksien saamiseksi.

Lämpökäsittelemättömät seokset saavuttavat optimaaliset mekaaniset ominaisuutensa jännityskovetuksella. Jännityskarkaisu on menetelmä lujuuden lisäämiseksi kylmämuokkauksella.T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

PERUSTEMPERIMERKINNÄT

Taulukko 3

Lämpötilan perusmerkinnän lisäksi on olemassa kaksi alajakoluokkaa, joista toinen koskee "H" -temperointia - rasituskovettuminen ja toinen "T" -lämpötila - lämpökäsitelty -nimitystä.

H Temperin alaosastot – strain Hardened

Ensimmäinen numero H:n jälkeen tarkoittaa perustoimintoa:
H1– Vain siivilöityjä.
H2– Siivilöity ja osittain hehkutettu.
H3– Siivilöity ja stabiloitu.
H4– Kovetettu ja lakattu tai maalattu.

Toinen numero H:n jälkeen osoittaa jännityskovetusasteen:
HX2– Quarter Hard HX4– Puolikova HX6– Kolme neljäsosaa kovaa
HX8– Full Hard HX9– Erittäin kova

T Temperin alaosastot – lämpökäsitelty

T1- Luonnollisesti vanhentunut jäähdytyksen jälkeen korotetun lämpötilan muotoiluprosessista, kuten suulakepuristamisesta.
T2- Kylmätyöstetty jäähdytyksen jälkeen korotetun lämpötilan muotoiluprosessista ja sitten luonnollisesti vanhennettu.
T3- Liuoslämpökäsitelty, kylmätyöstetty ja luonnollisesti vanhennettu.
T4- Liuos lämpökäsitelty ja luonnollisesti vanhennettu.
T5- Keinotekoisesti vanhentunut jäähdytyksen jälkeen korotetussa lämpötilassa.
T6- Liuos lämpökäsitelty ja keinotekoisesti vanhennettu.
T7- Liuos lämpökäsitelty ja stabiloitu (ylivanhennettu).
T8- Liuos lämpökäsitelty, kylmätyöstetty ja keinotekoisesti vanhennettu.
T9- Liuos lämpökäsitelty, keinotekoisesti vanhennettu ja kylmätyöstetty.
T10- Kylmämuokattu jäähdytyksen jälkeen korotetun lämpötilan muotoiluprosessista ja sitten keinotekoisesti vanhentunut.

Lisänumerot osoittavat stressin lievitystä.
Esimerkkejä:
TX51tai TXX51– Stressiä lievitetään venyttämällä.
TX52tai TXX52– Stressiä lievitetään puristamalla.

Alumiiniseokset ja niiden ominaisuudet- Jos tarkastelemme seitsemää muokatun alumiiniseoksen sarjaa, arvostamme niiden eroja ja ymmärrämme niiden sovellukset ja ominaisuudet.

1xxx-sarjan metalliseokset– (ei lämpökäsiteltävä – murtolujuus 10-27 ksi) tätä sarjaa kutsutaan usein puhtaaksi alumiinisarjaksi, koska siinä vaaditaan vähintään 99,0 % alumiinia. Ne ovat hitsattavia. Kuitenkin niiden kapean sulamisalueen vuoksi ne vaativat tiettyjä huomioita hyväksyttävien hitsausmenetelmien tuottamiseksi. Valmistettaessa nämä seokset valitaan ensisijaisesti niiden erinomaisen korroosionkestävyyden, kuten erikoistuneiden kemikaalisäiliöiden ja putkien, tai erinomaisen sähkönjohtavuuden vuoksi, kuten kiskosovelluksissa. Näillä seoksilla on suhteellisen huonot mekaaniset ominaisuudet, ja niitä harvoin harkittaisiin yleisissä rakenteellisissa sovelluksissa. Nämä perusseokset hitsataan usein sopivalla täyteaineella tai 4xxx-täyteaineseoksilla riippuen sovelluksesta ja suorituskykyvaatimuksista.

2xxx-sarjan metalliseokset– (lämpökäsiteltävissä – murtolujuus on 27–62 ksi) nämä ovat alumiini/kupariseoksia (kuparin lisäykset vaihtelevat 0,7–6,8 %), ja ne ovat lujia ja suorituskykyisiä seoksia, joita käytetään usein ilmailu- ja lentokonesovelluksissa. Niillä on erinomainen lujuus laajalla lämpötila-alueella. Joitakin näistä seoksista pidetän hitsamattomina kaarihitsausprosesseissa, koska ne ovat alttiita kuumahalkeilulle ja jännityskorroosiohalkeilulle; toiset kuitenkin kaarihitsataan erittäin onnistuneesti oikeilla hitsausmenetelmillä. Nämä perusmateriaalit hitsataan usein lujilla 2xxx-sarjan täyteaineseoksilla, jotka on suunniteltu vastaamaan niiden suorituskykyä, mutta joskus ne voidaan hitsata 4xxx-sarjan täyteaineilla, jotka sisältävät piitä tai piitä ja kuparia, riippuen sovelluksesta ja huoltovaatimuksista.

3xxx-sarjan metalliseokset– (ei lämpökäsiteltävissä – murtolujuus 16 - 41 ksi) Nämä ovat alumiini/mangaaniseoksia (mangaanilisäosat 0,05 - 1,8 %) ja ovat kohtalaisen lujia, niillä on hyvä korroosionkestävyys, hyvä muovattavuus ja ne sopivat käytettäväksi korkeissa lämpötiloissa. Yksi heidän ensimmäisistä käyttötavoistaan ​​oli kattilat ja pannut, ja ne ovat nykyään ajoneuvojen ja voimalaitosten lämmönvaihtimien pääkomponentti. Niiden kohtalainen lujuus kuitenkin usein estää niitä harkitsemasta rakenteellisia sovelluksia. Nämä perusseokset hitsataan 1xxx-, 4xxx- ja 5xxx-sarjojen täyteaineseoksilla niiden erityisestä kemiasta ja erityisistä käyttö- ja huoltovaatimuksista riippuen.

4xxx-sarjan metalliseokset– (lämpökäsiteltävissä ja ei-lämpökäsiteltävissä – murtolujuus 25-55 ksi) Nämä ovat alumiini/pii-seoksia (piin lisäykset vaihtelevat 0,6-21,5 %) ja ovat ainoat sarjat, jotka sisältävät sekä lämpökäsiteltäviä että ei lämpökäsitellyt seokset. Alumiiniin lisätty pii alentaa sen sulamispistettä ja parantaa sen juoksevuutta sulana. Nämä ominaisuudet ovat toivottavia täyteaineille, joita käytetään sekä sulahitsaukseen että juottamiseen. Tämän seurauksena tämä sarja metalliseoksia esiintyy pääasiassa täyteaineena. Pii, itsenäisesti alumiinissa, ei ole lämpökäsiteltävissä; kuitenkin useat näistä piilejeeringeistä on suunniteltu sisältämään magnesiumin tai kuparin lisäyksiä, mikä antaa niille kyvyn reagoida suotuisasti liuoksen lämpökäsittelyyn. Tyypillisesti näitä lämpökäsiteltäviä täyteaineseoksia käytetään vain, kun hitsatulle komponentille tehdään hitsauksen jälkeiset lämpökäsittelyt.

5xxx-sarjan metalliseokset– (ei-lämpökäsiteltävissä – murtolujuus 18-51 ksi) Nämä ovat alumiini/magnesium-seoksia (magnesiumilisäykset vaihtelevat 0,2-6,2 %) ja niillä on suurin lujuus ei-lämpökäsiteltävissä lejeeringeissä. Lisäksi tämä metalliseossarja on helposti hitsattavissa, ja näistä syistä niitä käytetään monenlaisiin sovelluksiin, kuten laivanrakennukseen, kuljetuksiin, paineastioihin, siltoihin ja rakennuksiin. Magnesiumpohjaiset seokset hitsataan usein täyteaineseoksilla, jotka valitaan perusmateriaalin magnesiumpitoisuuden sekä hitsatun komponentin käyttö- ja käyttöolosuhteet huomioon ottaen. Tämän sarjan metalliseoksia, joissa on yli 3,0 % magnesiumia, ei suositella käytettäväksi kohotetussa lämpötilassa, joka on yli 150 celsiusastetta, koska ne voivat herkistyä ja olla alttiita jännityskorroosiohalkeilulle. Perusseokset, joissa on alle noin 2,5 % magnesiumia, hitsataan usein onnistuneesti 5xxx- tai 4xxx-sarjan täyteaineseoksilla. Perusseos 5052 on yleisesti tunnustettu suurimmaksi magnesiumpitoiseksi perusseokseksi, joka voidaan hitsata 4xxx-sarjan täyteaineseoksella. Eutektiseen sulamiseen liittyvien ongelmien ja siihen liittyvien huonojen hitsattujen mekaanisten ominaisuuksien vuoksi ei ole suositeltavaa hitsata materiaalia tässä metalliseossarjassa, joka sisältää suurempia määriä magnesiumia 4xxx-sarjan täyteaineilla. Korkeamman magnesiumin perusmateriaalit hitsataan vain 5xxx-täyteaineseoksilla, jotka yleensä vastaavat perusseoksen koostumusta.

6XXX-sarjan metalliseokset– (lämpökäsiteltävissä – murtolujuus 18-58 ksi) Nämä ovat alumiini/magnesium-pii-seoksia (magnesiumia ja piitä noin 1,0 %) ja niitä löytyy laajalti kaikkialla hitsausteollisuudessa, ja niitä käytetään pääasiassa ekstruusiot, ja se on sisällytetty moniin rakenneosiin. Magnesiumin ja piin lisääminen alumiiniin tuottaa magnesiumsilikidiyhdisteen, joka antaa tälle materiaalille kyvyn tulla liuoslämpökäsiteltyksi lujuuden parantamiseksi. Nämä seokset ovat luonnostaan ​​jähmettymishalkeamia herkkiä, ja tästä syystä niitä ei tule kaarihitsata autogeenisesti (ilman täyteainetta). Riittävien määrien täytemateriaalin lisääminen kaarihitsausprosessin aikana on olennaista, jotta saadaan aikaan perusmateriaalin laimentaminen, mikä estää kuumahalkeiluongelman. Ne hitsataan sekä 4xxx- että 5xxx-täyteaineilla sovelluksesta ja huoltovaatimuksista riippuen.

7XXX-sarjan metalliseokset– (lämpökäsiteltävä – murtolujuus 32–88 ksi) Nämä ovat alumiini/sinkkiseoksia (sinkkilisäosat vaihtelevat 0,8–12,0 %) ja ne ovat vahvimpia alumiiniseoksia. Näitä seoksia käytetään usein korkean suorituskyvyn sovelluksissa, kuten lentokoneissa, ilmailussa ja kilpaurheiluvälineissä. Kuten 2xxx-sarjan metalliseokset, tämä sarja sisältää metalliseoksia, joita ei pidetä sopivina ehdokkaina kaarihitsaukseen, ja muita, jotka usein kaarihitsataan onnistuneesti. Tämän sarjan yleisesti hitsatut seokset, kuten 7005, hitsataan pääasiassa 5xxx-sarjan täyteaineseoksilla.

Yhteenveto- Nykypäivän alumiiniseokset eri karkaisuineen muodostavat laajan ja monipuolisen valikoiman valmistusmateriaaleja. Optimaalisen tuotesuunnittelun ja onnistuneen hitsausprosessin kehittämisen kannalta on tärkeää ymmärtää useiden saatavilla olevien metalliseosten erot ja niiden erilaiset suorituskyky- ja hitsattavuusominaisuudet. Kun kehitetään kaarihitsausmenetelmiä näille eri seoksille, on otettava huomioon tietty hitsattava metalliseos. Usein sanotaan, että alumiinin kaarihitsaus ei ole vaikeaa, "se on vain erilaista". Uskon, että tärkeä osa näiden erojen ymmärtämistä on tutustua erilaisiin metalliseoksiin, niiden ominaisuuksiin ja tunnistusjärjestelmään.