S rastom aluminija u industriji izrade zavarivanja i njegovim prihvaćanjem kao izvrsne alternative čeliku za mnoge primjene, sve su veći zahtjevi za one koji su uključeni u razvoj aluminijskih projekata da se bolje upoznaju s ovom skupinom materijala. Kako biste u potpunosti razumjeli aluminij, preporučljivo je započeti upoznavanjem sa sustavom identifikacije/označavanja aluminija, mnogim dostupnim aluminijskim legurama i njihovim karakteristikama.

Sustav kaljenja i označavanja aluminijske legure- U Sjevernoj Americi, The Aluminium Association Inc. odgovorna je za dodjelu i registraciju aluminijskih legura. Trenutačno postoji više od 400 kovanog aluminija i kovanih aluminijskih legura te preko 200 aluminijskih legura u obliku odljevaka i ingota registriranih u Udruzi za aluminij. Ograničenja kemijskog sastava legura za sve ove registrirane legure sadržana su u Udruženju aluminijaTeal knjigapod nazivom “Međunarodne oznake legura i ograničenja kemijskog sastava za prerađeni aluminij i prerađene aluminijske legure” i u njihovimRužičasta knjigapod nazivom „Oznake i granice kemijskog sastava za aluminijske legure u obliku odljevaka i ingota. Ove publikacije mogu biti izuzetno korisne inženjeru zavarivanja pri razvijanju postupaka zavarivanja i kada je važno razmatranje kemije i njezine povezanosti s osjetljivošću na pukotine.

Aluminijske legure mogu se kategorizirati u brojne skupine na temelju karakteristika određenog materijala kao što je njegova sposobnost da reagira na toplinsku i mehaničku obradu i primarni legirajući element dodan aluminijskoj leguri. Kada uzmemo u obzir sustav numeriranja/identifikacije koji se koristi za aluminijske legure, identificiraju se gore navedene karakteristike. Kovani i lijevani aluminij imaju različite sustave identifikacije. Kovani sustav je 4-znamenkasti sustav, a odljevci imaju 3-znamenkasti i 1-znamenkasti sustav.

Sustav označavanja kovanih legura- Prvo ćemo razmotriti 4-znamenkasti sustav identifikacije kovane aluminijske legure. Prva znamenka (Xxxx) označava glavni legirajući element koji je dodan aluminijskoj leguri i često se koristi za opisivanje serije aluminijske legure, tj. serije 1000, serije 2000, serije 3000, do serije 8000 (vidi tablicu 1).

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

Jedina iznimka od ovog sustava numeriranja legura je kod aluminijskih legura serije 1xxx (čisti aluminij) u kojem slučaju zadnje 2 znamenke daju minimalni postotak aluminija iznad 99%, tj. legura 13(50)(99,50% minimalno aluminija).

SUSTAV OZNAČAVANJA KOVANE ALUMINIJSKE LEGURE

Tablica 1

Oznaka lijevane legure- Sustav označavanja lijevane legure temelji se na decimalnoj oznaci od 3 znamenke i plus xxx.x (tj. 356.0). Prva znamenka (Xxx.x) označava glavni legirajući element koji je dodan aluminijskoj leguri (vidi tablicu 2).

SUSTAV OZNAČAVANJA LIJEVANE ALUMINIJSKE LEGURE

Tablica 2

Druga i treća znamenka (xXX.x) su proizvoljni brojevi koji se daju za identifikaciju određene legure u seriji. Broj iza decimalne točke označava je li legura odljevak (.0) ili ingot (.1 ili .2). Prefiks 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 silicij plus bakar i/ili magnezij. 56 in (Ax56.0) identificira leguru unutar serije 3xx.x, a .0 (Axxx.0) označava da je to odljev konačnog oblika, a ne poluga.

Sustav označavanja temperamenta aluminija -Ako razmotrimo različite serije aluminijskih legura, vidjet ćemo da postoje značajne razlike u njihovim karakteristikama i posljedičnoj primjeni. Prvo što treba prepoznati, nakon razumijevanja sustava identifikacije, jest da postoje dvije jasno različite vrste aluminija unutar gore spomenute serije. To su aluminijske legure koje se mogu toplinski obrađivati ​​(one koje mogu dobiti na čvrstoći dodavanjem topline) i aluminijske legure koje se ne mogu toplinski obrađivati. Ova je razlika osobito važna kada se razmatraju učinci elektrolučnog zavarivanja na ove dvije vrste materijala.

Kovane aluminijske legure serije 1xxx, 3xxx i 5xxx ne mogu se toplinski obrađivati ​​i mogu se očvrsnuti samo na naprezanje. Kovane aluminijske legure serije 2xxx, 6xxx i 7xxx mogu se toplinski obraditi, a serija 4xxx sastoji se od legura koje se mogu toplinski obraditi i onih koje se ne mogu toplinski obraditi. Lijevane legure serije 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x i 7xx.x mogu se toplinski obraditi. Kaljenje naprezanjem općenito se ne primjenjuje na odljevke.

Legure koje se mogu toplinski obraditi postižu svoja optimalna mehanička svojstva postupkom toplinske obrade, a najčešći toplinski tretmani su toplinska obrada otopinom i umjetno starenje. Toplinska obrada otopinom je proces zagrijavanja legure na povišenu temperaturu (oko 990 stupnjeva F) kako bi se legirajući elementi ili spojevi stavili u otopinu. Nakon toga slijedi gašenje, obično u vodi, kako bi se proizvela prezasićena otopina na sobnoj temperaturi. Toplinska obrada otopine obično je praćena odležavanjem. Starenje je taloženje dijela elemenata ili spojeva iz prezasićene otopine kako bi se postigla željena svojstva.

Legure koje se ne mogu toplinski obraditi postižu svoja optimalna mehanička svojstva otvrdnjavanjem naprezanjem. Kaljenje naprezanjem je metoda povećanja čvrstoće primjenom hladne obrade.T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

OSNOVNE OZNAKE TEMPERA

Tablica 3

Uz osnovnu oznaku otpornosti, postoje dvije potkategorije, jedna se odnosi na "H" stanje - otvrdnuće, a druga se odnosi na "T" stanje - oznaku toplinski obrađeno.

Pododjeljci H tempera – Strain Hardened

Prva znamenka nakon H označava osnovnu operaciju:
H1– Samo otvrdnuto.
H2– Snažno otvrdnuto i djelomično žareno.
H3– Očvrsnuto i stabilizirano.
H4– Očvrsnuto i lakirano ili obojeno.

Druga znamenka nakon H označava stupanj otvrdnuća deformacije:
HX2– Četvrtina tvrdi HX4– Polutvrdi HX6– Tri četvrtine teško
HX8– Potpuno tvrdi HX9– Ekstra teško

Pododjeljci T kaljenja – toplinski obrađeni

T1- Prirodno odležao nakon hlađenja u procesu oblikovanja na povišenoj temperaturi, kao što je ekstrudiranje.
T2- Hladno obrađeno nakon hlađenja u procesu oblikovanja na povišenoj temperaturi i zatim prirodno odležano.
T3- Otopina toplinski obrađena, hladno obrađena i prirodno odležana.
T4- Otopina toplinski obrađena i prirodno odležana.
T5- Umjetno odležao nakon hlađenja u procesu oblikovanja na povišenoj temperaturi.
T6- Otopina toplinski obrađena i umjetno odležana.
T7- Otopina toplinski obrađena i stabilizirana (pretjerana).
T8- Otopina toplinski obrađena, hladno obrađena i umjetno odležana.
T9- Otopina toplinski obrađena, umjetno starena i hladno obrađena.
T10- Hladno obrađeno nakon hlađenja od procesa oblikovanja na povišenoj temperaturi i zatim umjetno odležano.

Dodatne znamenke označavaju smanjenje stresa.
Primjeri:
TX51ili TXX51– Stres se oslobađa istezanjem.
TX52ili TXX52– Ublažen stres kompresijom.

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

Legure serije 1xxx– (ne može se toplinski obraditi – s krajnjom vlačnom čvrstoćom od 10 do 27 ksi) ova serija se često naziva serija čistog aluminija jer se zahtijeva minimalni udio aluminija od 99,0%. Mogu se zavarivati. Međutim, zbog njihovog uskog raspona taljenja, oni zahtijevaju određena razmatranja kako bi se proizveli prihvatljivi postupci zavarivanja. Kada se uzimaju u obzir za proizvodnju, ove legure se primarno biraju zbog njihove vrhunske otpornosti na koroziju, kao što su specijalizirani kemijski spremnici i cjevovodi, ili zbog njihove izvrsne električne vodljivosti kao što je to slučaj kod sabirnica. Ove legure imaju relativno loša mehanička svojstva i rijetko bi se razmatrale za opću konstrukcijsku primjenu. Ove osnovne legure često se zavaruju s odgovarajućim dodatnim materijalom ili s 4xxx dodatnim legurama, ovisno o primjeni i zahtjevima izvedbe.

Legure serije 2xxx– (toplinski obradive– s krajnjom vlačnom čvrstoćom od 27 do 62 ksi) to su legure aluminija/bakra (dodaci bakra u rasponu od 0,7 do 6,8%), i to su legure visoke čvrstoće, visokih performansi koje se često koriste u zrakoplovima i zrakoplovima. Imaju izvrsnu čvrstoću u širokom rasponu temperatura. Neke od ovih legura smatraju se nezavarljivim u postupcima elektrolučnog zavarivanja zbog njihove osjetljivosti na vruće pucanje i pucanje od korozije uslijed naprezanja; međutim, drugi se vrlo uspješno zavaruju pomoću ispravnog postupka zavarivanja. Ovi osnovni materijali često se zavaruju s punilima serije 2xxx visoke čvrstoće dizajniranim da odgovaraju njihovim performansama, ali ponekad se mogu zavarivati ​​s punilima serije 4xxx koja sadrže silicij ili silicij i bakar, ovisno o primjeni i zahtjevima usluge.

Legure serije 3xxx– (ne može se toplinski obraditi – s krajnjom vlačnom čvrstoćom od 16 do 41 ksi) To su legure aluminija/mangana (dodaci mangana u rasponu od 0,05 do 1,8%) i umjerene su čvrstoće, imaju dobru otpornost na koroziju, dobru sposobnost oblikovanja i prikladne su za korištenje na povišenim temperaturama. Jedna od njihovih prvih upotreba bili su lonci i tave, a danas su glavna komponenta izmjenjivača topline u vozilima i elektranama. Njihova umjerena čvrstoća, međutim, često isključuje njihovu razmatranje za strukturalne primjene. Ove osnovne legure zavarene su s legurama za punjenje serije 1xxx, 4xxx i 5xxx, ovisno o njihovoj specifičnoj kemiji i posebnoj primjeni i zahtjevima usluge.

Legure serije 4xxx– (mogu se toplinski obraditi i ne mogu se toplinski obraditi – s krajnjom vlačnom čvrstoćom od 25 do 55 ksi) Ovo su legure aluminija / silicija (dodaci silicija u rasponu od 0,6 do 21,5%) i jedine su serije koje sadrže i materijale koji se mogu toplinski obraditi i ne- legure koje se mogu toplinski obraditi. Silicij, kada se doda aluminiju, smanjuje njegovu točku taljenja i poboljšava njegovu fluidnost kada se rastali. Ove karakteristike su poželjne za dodatne materijale koji se koriste i za zavarivanje taljenjem i za lemljenje. Posljedično, ova serija legura se pretežno nalazi kao dodatni materijal. Silicij, neovisno o aluminiju, nije podložan toplinskoj obradi; međutim, određeni broj ovih silicijskih legura dizajniran je tako da ima dodatke magnezija ili bakra, što im daje mogućnost da povoljno reagiraju na toplinsku obradu otopine. Obično se ove legure za toplinsku obradu koriste samo kada se zavarena komponenta treba podvrgnuti toplinskoj obradi nakon zavarivanja.

Legure serije 5xxx– (ne mogu se toplinski obrađivati ​​– s krajnjom vlačnom čvrstoćom od 18 do 51 ksi) To su legure aluminija/magnezija (dodaci magnezija u rasponu od 0,2 do 6,2%) i imaju najveću čvrstoću od legura koje se ne mogu toplinski obrađivati. Osim toga, ova serija legura je lako zavarljiva, i iz tih razloga se koriste za širok raspon primjena kao što su brodogradnja, transport, posude pod tlakom, 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 primjene i uvjeta rada zavarene komponente. Legure u ovoj seriji s više od 3,0% magnezija ne preporučuju se za rad na povišenim temperaturama iznad 150 stupnjeva F zbog njihove mogućnosti senzibilizacije i naknadne osjetljivosti na pucanje od korozije pod naponom. Bazne legure s manje od otprilike 2,5% magnezija često se uspješno zavaruju s legurama za punjenje serije 5xxx ili 4xxx. Osnovna legura 5052 općenito je prepoznata kao osnovna legura s maksimalnim sadržajem magnezija koja se može zavarivati ​​s legurom za punjenje serije 4xxx. Zbog problema povezanih s eutektičkim taljenjem i povezanim lošim mehaničkim svojstvima nakon zavarivanja, ne preporučuje se zavarivanje materijala u ovoj seriji legura, koji sadrže veće količine magnezija s punilima serije 4xxx. Osnovni materijali s više magnezija zavareni su samo s 5xxx legurama za punjenje, koje općenito odgovaraju sastavu osnovne legure.

Legure serije 6XXX– (toplinski obradive – s krajnjom vlačnom čvrstoćom od 18 do 58 ksi) To su legure aluminija/magnezija i silicija (dodaci magnezija i silicija od oko 1,0%) i nalaze se široko u industriji izrade zavarivanja, uglavnom se koriste u obliku ekstruzije i ugrađene u mnoge strukturne komponente. Dodavanje magnezija i silicija aluminiju proizvodi spoj magnezij-silicida, koji ovom materijalu daje sposobnost da postane toplinski tretiran otopinom za poboljšanu čvrstoću. Ove legure su prirodno osjetljive na pukotine skrućivanja i zbog toga se ne smiju zavarivati ​​autogeno (bez dodatnog materijala). Dodavanje odgovarajućih količina dodatnog materijala tijekom procesa elektrolučnog zavarivanja bitno je kako bi se osiguralo razrjeđivanje osnovnog materijala, čime se sprječava problem vrućih pukotina. Zavareni su s dodatnim materijalima 4xxx i 5xxx, ovisno o primjeni i zahtjevima usluge.

Legure serije 7XXX– (toplinski obradivo – s krajnjom vlačnom čvrstoćom od 32 do 88 ksi) Ovo su legure aluminija/cinka (dodaci cinka u rasponu od 0,8 do 12,0%) i sadržavaju neke od aluminijskih legura najveće čvrstoće. Ove se legure često koriste u aplikacijama visokih performansi kao što su zrakoplovi, svemirska i natjecateljska sportska oprema. Kao i 2xxx serija legura, 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, uglavnom su zavarene s legurama za punjenje serije 5xxx.

Sažetak- Današnje aluminijske legure, zajedno sa svojim različitim temperamentima, 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 njihove različite izvedbe i karakteristika zavarljivosti. Pri razvoju postupaka elektrolučnog zavarivanja za te različite legure, mora se uzeti u obzir specifična legura koja se zavariva. 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 sustavom identifikacije.