С ростом использования алюминия в сварочной промышленности и его признанием в качестве отличной альтернативы стали для многих применений, к тем, кто занимается разработкой алюминиевых проектов, предъявляются все более высокие требования более подробно ознакомиться с этой группой материалов. Чтобы полностью понять алюминий, желательно начать с ознакомления с системой идентификации/обозначения алюминия, множеством доступных алюминиевых сплавов и их характеристиками.

Система состояния и обозначения алюминиевых сплавов- В Северной Америке за распределение и регистрацию алюминиевых сплавов отвечает The Aluminium Association Inc. В настоящее время в Алюминиевой ассоциации зарегистрировано более 400 деформируемых алюминия и деформируемых алюминиевых сплавов, а также более 200 алюминиевых сплавов в виде отливок и слитков. Предельные значения химического состава сплавов для всех этих зарегистрированных сплавов указаны в документе Алюминиевой ассоциации.Бирюзовая книгапод названием «Международные обозначения сплавов и пределы химического состава деформируемого алюминия и деформируемых алюминиевых сплавов» и в ихРозовая книгапод названием «Обозначения и пределы химического состава алюминиевых сплавов в виде отливок и слитков». Эти публикации могут быть чрезвычайно полезны инженерам-сварщикам при разработке процедур сварки, а также в тех случаях, когда важное значение имеет химический состав и его связь с чувствительностью к образованию трещин.

Алюминиевые сплавы можно разделить на несколько групп в зависимости от характеристик конкретного материала, таких как его способность реагировать на термическую и механическую обработку, а также основного легирующего элемента, добавляемого в алюминиевый сплав. Когда мы рассматриваем систему нумерации/идентификации, используемую для алюминиевых сплавов, вышеуказанные характеристики идентифицируются. Кованый и литой алюминий имеют разные системы идентификации. Деформированная система представляет собой 4-значную систему, а отливки - 3-значную и 1-значную систему.

Система обозначения деформируемых сплавов- Сначала рассмотрим четырехзначную систему идентификации деформируемых алюминиевых сплавов. Первая цифра (Xxxx) указывает на основной легирующий элемент, который добавлен в алюминиевый сплав, и часто используется для описания серии алюминиевого сплава, т. е. серии 1000, серии 2000, серии 3000, серии до 8000 (см. таблицу 1).

Вторая однозначная цифра (xXхх), если он отличается от 0, указывает на модификацию конкретного сплава, а третья и четвертая цифры (ххXX) — произвольные числа, присвоенные для идентификации конкретного сплава в серии. Пример: В сплаве 5183 цифра 5 указывает на то, что он относится к серии магниевых сплавов, цифра 1 указывает на то, что это серия 1.^stмодификация исходного сплава 5083, а цифра 83 идентифицирует его в серии 5xxx.

Единственным исключением из этой системы нумерации сплавов являются алюминиевые сплавы серии 1xxx (чистые алюминии), в которых последние 2 цифры обозначают минимальное процентное содержание алюминия выше 99%, т. е. сплав 13.(50)(минимум 99,50% алюминия).

СИСТЕМА ОБОЗНАЧЕНИЯ ДЕВАЛИРУЕМЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Таблица 1

Обозначение литого сплава- Система обозначения литых сплавов основана на трехзначном десятичном обозначении xxx.x (т. е. 356,0). Первая цифра (Xхх.х) указывает на основной легирующий элемент, добавленный в алюминиевый сплав (см. таблицу 2).

СИСТЕМА ОБОЗНАЧЕНИЯ ЛИТОГО АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА

Таблица 2

Вторая и третья цифры (хXX.x) — произвольные числа, присвоенные для идентификации конкретного сплава в серии. Число после десятичной точки указывает, является ли сплав литым (.0) или слитком (.1 или .2). Префикс с заглавной буквы указывает на модификацию конкретного сплава.
Пример: Сплав – А356.0 с большой буквы А (Aххх.х) указывает на модификацию сплава 356.0. Число 3 (А3xx.x) указывает на то, что он относится к серии кремний плюс медь и/или магний. 56 дюймов (Топор56.0) идентифицирует сплав серии 3xx.x, а .0 (Axxx.x.0) указывает на то, что это отливка окончательной формы, а не слиток.

Система обозначения состояния алюминия -Если мы рассмотрим различные серии алюминиевых сплавов, мы увидим значительные различия в их характеристиках и последующем применении. Первое, что следует признать после понимания системы идентификации, это то, что в упомянутой выше серии существуют два совершенно разных типа алюминия. Это термообрабатываемые алюминиевые сплавы (те, которые могут набирать прочность за счет нагрева) и нетермообрабатываемые алюминиевые сплавы. Это различие особенно важно при рассмотрении влияния дуговой сварки на эти два типа материалов.

Деформируемые алюминиевые сплавы серий 1xxx, 3xxx и 5xxx не подлежат термической обработке и подлежат только деформационному упрочнению. Деформируемые алюминиевые сплавы серий 2xxx, 6xxx и 7xxx поддаются термической обработке, а серия 4xxx состоит как из термообрабатываемых, так и из нетермообрабатываемых сплавов. Литые сплавы серий 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x и 7xx.x подлежат термической обработке. Деформационное упрочнение отливок обычно не применяется.

Термически обрабатываемые сплавы приобретают оптимальные механические свойства в процессе термической обработки, наиболее распространенными термическими обработками являются термообработка на раствор и искусственное старение. Термическая обработка на раствор — это процесс нагревания сплава до повышенной температуры (около 990 градусов по Фаренгейту) с целью перевода легирующих элементов или соединений в раствор. За этим следует закалка, обычно в воде, для получения пересыщенного раствора при комнатной температуре. Термическая обработка раствора обычно сопровождается старением. Старение – это осаждение части элементов или соединений из перенасыщенного раствора с целью получения желаемых свойств.

Нетермообрабатываемые сплавы приобретают оптимальные механические свойства в результате деформационного упрочнения. Деформационное упрочнение – метод повышения прочности за счет применения холодной обработки. Т6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ТЕМПЕРА

Таблица 3

Помимо основного обозначения состояния, существуют две категории подразделов: одна относится к состоянию «H» — деформационное упрочнение, а другая — к обозначению «T» — состояние термической обработки.

Подразделения H Закал – деформационная закалка

Первая цифра после H указывает на базовую операцию:
H1– Только деформационная закалка.
H2– Деформационная закалка и частичный отжиг.
H3– Деформационно закаленная и стабилизированная.
H4– Деформационно закалённый и лакированный или окрашенный.

Вторая цифра после Н указывает степень деформационного упрочнения:
HX2— Четвертьтвердый HX4— Полутвердый HX6– Три четверти сложно
HX8- Полный жесткий HX9- Очень жесткий

Подразделения T Temper – термически обработанные

T1- Естественное старение после охлаждения в результате процесса формования при повышенной температуре, например, экструзии.
T2- Холодная обработка после охлаждения в процессе формования при повышенной температуре, а затем естественное старение.
T3- Раствор прошел термическую обработку, холодную обработку и естественное старение.
T4- Раствор термообработан и естественно состарен.
T5- Искусственно состарено после охлаждения в процессе формования при повышенной температуре.
T6- Раствор термообработан и искусственно состарен.
T7- Раствор термообработанный и стабилизированный (перестаренный).
T8- Раствор подвергнут термообработке, холодной обработке и искусственному старению.
T9- Раствор термически обработан, искусственно состарен и обработан холодом.
Т10- Холодная обработка после охлаждения в процессе формования при повышенной температуре, а затем искусственное старение.

Дополнительные цифры обозначают снятие стресса.
Примеры:
TX51или ТХХ51– Стресс снимается растяжкой.
TX52или ТХХ52– Стресс снимается сжатием.

Алюминиевые сплавы и их характеристики- Если мы рассмотрим семь серий деформируемых алюминиевых сплавов, мы оценим их различия и поймем их применение и характеристики.

Сплавы серии 1xxx– (не поддающиеся термообработке – с пределом прочности на разрыв от 10 до 27 фунтов на квадратный дюйм) эту серию часто называют серией из чистого алюминия, поскольку она должна содержать минимум 99,0% алюминия. Они свариваемые. Однако из-за узкого диапазона плавления они требуют определенных соображений для обеспечения приемлемых процедур сварки. При рассмотрении вопроса о производстве эти сплавы выбираются в первую очередь из-за их превосходной коррозионной стойкости, например, в специализированных химических резервуарах и трубопроводах, или из-за их превосходной электропроводности, как в шинах. Эти сплавы имеют относительно плохие механические свойства и редко используются в общих конструкционных целях. Эти базовые сплавы часто свариваются с соответствующим присадочным материалом или с присадочными сплавами 4xxx в зависимости от применения и требований к производительности.

Сплавы серии 2xxx– (термообрабатываемые – с пределом прочности на разрыв от 27 до 62 фунтов на квадратный дюйм) это сплавы алюминия и меди (добавки меди от 0,7 до 6,8%), высокопрочные сплавы с высокими эксплуатационными характеристиками, которые часто используются в аэрокосмической и авиационной промышленности. Они обладают превосходной прочностью в широком диапазоне температур. Некоторые из этих сплавов считаются несвариваемыми при помощи дуговой сварки из-за их склонности к горячему растрескиванию и коррозионному растрескиванию под напряжением; однако другие свариваются дуговой сваркой очень успешно при соблюдении правильных процедур сварки. Эти базовые материалы часто свариваются с использованием высокопрочных присадочных сплавов серии 2xxx, разработанных с учетом их характеристик, но иногда их можно сваривать с присадками серии 4xxx, содержащими кремний или кремний и медь, в зависимости от применения и требований к эксплуатации.

Сплавы серии 3xxx– (не подвергающиеся термической обработке – с пределом прочности на разрыв от 16 до 41 фунтов на квадратный дюйм) Это сплавы алюминия и марганца (добавки марганца от 0,05 до 1,8%), которые имеют умеренную прочность, обладают хорошей коррозионной стойкостью, хорошей формуемостью и подходят для для использования при повышенных температурах. Одним из первых их применений были кастрюли и сковородки, а сегодня они являются основным компонентом теплообменников в транспортных средствах и электростанциях. Однако их умеренная прочность часто исключает возможность их применения в конструкциях. Эти базовые сплавы свариваются с присадочными сплавами серий 1xxx, 4xxx и 5xxx, в зависимости от их конкретного химического состава и конкретных требований к применению и обслуживанию.

Сплавы серии 4xxx– (термообрабатываемые и нетермообрабатываемые – с пределом прочности на разрыв от 25 до 55 тысяч фунтов на квадратный дюйм) Это сплавы алюминия и кремния (добавки кремния от 0,6 до 21,5%), единственная серия, которая содержит как термообрабатываемые, так и нетермообрабатываемые сплавы. термообрабатываемые сплавы. Кремний, добавленный к алюминию, снижает его температуру плавления и улучшает его текучесть при плавлении. Эти характеристики желательны для присадочных материалов, используемых как для сварки плавлением, так и для пайки твердым припоем. Следовательно, этот ряд сплавов преимущественно используется в качестве присадочного материала. Кремний, отдельно от алюминия, не подлежит термической обработке; однако некоторые из этих кремниевых сплавов были разработаны с добавками магния или меди, что обеспечивает им способность благоприятно реагировать на термообработку в растворе. Обычно эти термообрабатываемые присадочные сплавы используются только тогда, когда сварной компонент должен быть подвергнут термической обработке после сварки.

Сплавы серии 5xxx– (не поддающиеся термической обработке – с пределом прочности на разрыв от 18 до 51 фунтов на квадратный дюйм) Это алюминиево-магниевые сплавы (добавки магния от 0,2 до 6,2%), которые обладают самой высокой прочностью среди нетермообрабатываемых сплавов. Кроме того, сплавы этой серии легко поддаются сварке, и по этим причинам они используются в самых разных областях, таких как судостроение, транспорт, сосуды под давлением, мосты и здания. Сплавы на основе магния часто свариваются с присадочными сплавами, которые выбираются с учетом содержания магния в основном материале, а также условий применения и эксплуатации свариваемого компонента. Сплавы этой серии с содержанием магния более 3,0% не рекомендуются для эксплуатации при температурах выше 150 градусов по Фаренгейту из-за их потенциальной сенсибилизации и последующей склонности к коррозионному растрескиванию под напряжением. Базовые сплавы с содержанием магния менее 2,5% часто успешно свариваются с присадочными сплавами серий 5xxx или 4xxx. Базовый сплав 5052 обычно считается базовым сплавом с максимальным содержанием магния, который можно сваривать с присадочным сплавом серии 4xxx. Из-за проблем, связанных с плавлением эвтектики и связанных с этим плохих механических свойств после сварки, не рекомендуется сваривать материалы этой серии сплавов, которые содержат большее количество магния, с присадками серии 4xxx. Базовые материалы с высоким содержанием магния свариваются только с присадочными сплавами 5xxx, состав которых обычно соответствует составу основного сплава.

Сплавы серии 6XXX– (термообрабатываемые – с пределом прочности на разрыв от 18 до 58 тысяч фунтов на квадратный дюйм) Это сплавы алюминия, магния и кремния (добавки магния и кремния около 1,0%), которые широко используются в сварочной промышленности и используются преимущественно в виде экструзии и включены во многие структурные компоненты. Добавление магния и кремния к алюминию дает соединение силицида магния, которое придает этому материалу способность подвергаться термической обработке в растворе для повышения прочности. Эти сплавы по своей природе чувствительны к растрескиванию при затвердевании, и по этой причине их не следует подвергать автогенной дуговой сварке (без присадочного материала). Добавление достаточного количества присадочного материала в процессе дуговой сварки необходимо для обеспечения разбавления основного материала и предотвращения образования горячих трещин. Они свариваются с присадочными материалами как 4xxx, так и 5xxx, в зависимости от применения и требований эксплуатации.

Сплавы серии 7XXX– (термообрабатываемые – с пределом прочности на разрыв от 32 до 88 фунтов на квадратный дюйм) Это сплавы алюминия и цинка (добавки цинка от 0,8 до 12,0%), которые включают в себя одни из самых прочных алюминиевых сплавов. Эти сплавы часто используются в высокопроизводительных устройствах, таких как самолеты, аэрокосмическая промышленность и спортивное оборудование. Как и серия сплавов 2xxx, эта серия включает сплавы, которые считаются непригодными для дуговой сварки, и другие, которые часто успешно свариваются дуговой сваркой. Обычно свариваемые сплавы этой серии, такие как 7005, преимущественно свариваются с присадочными сплавами серии 5xxx.

Краткое содержание- Современные алюминиевые сплавы, а также их различные состояния представляют собой широкий и универсальный спектр производственных материалов. Для оптимального проектирования изделия и успешной разработки процедур сварки важно понимать различия между многими доступными сплавами и их различными характеристиками и характеристиками свариваемости. При разработке процедур дуговой сварки для этих различных сплавов необходимо учитывать конкретный свариваемый сплав. Часто говорят, что дуговая сварка алюминия не сложна, «это просто другое». Я считаю, что важной частью понимания этих различий является знакомство с различными сплавами, их характеристиками и системой их идентификации.