Alumiiniumi populaarsuse kasvuga keevitustööstuses ja selle aktsepteerimisega suurepärase alternatiivina terasele paljudes rakendustes on alumiiniumprojektide väljatöötamisega tegelejatel üha suurem vajadus selle materjalirühmaga paremini tutvuda. Alumiiniumi täielikuks mõistmiseks on soovitatav alustada alumiiniumi identifitseerimis-/tähistussüsteemi, paljude saadaolevate alumiiniumisulamite ja nende omadustega tutvumisest.

Alumiiniumsulamite temperatuuri ja tähistussüsteem- Põhja-Ameerikas vastutab alumiiniumisulamite eraldamise ja registreerimise eest The Aluminum Association Inc. Praegu on Alumiiniumiühingus registreeritud üle 400 sepistatud alumiiniumi ja sepistatud alumiiniumisulami ning üle 200 alumiiniumisulami valandite ja valuplokkide kujul. Kõigi nende registreeritud sulamite keemilise koostise piirnormid on esitatud Alumiiniumiühingu ...Sinakasroheline raamatpealkirjaga „Sepistatud alumiiniumi ja sepistatud alumiiniumisulamite rahvusvahelised sulamite nimetused ja keemilise koostise piirväärtused“ ja nendeRoosa raamatpealkirjaga „Alumiiniumisulamite nimetused ja keemilise koostise piirväärtused valandite ja valuplokkide kujul“. Need publikatsioonid võivad olla keevitusinsenerile äärmiselt kasulikud keevitusprotseduuride väljatöötamisel ja siis, kui keemia ja selle seose arvestamine pragude tundlikkusega on oluline.

Alumiiniumsulameid saab liigitada mitmesse rühma, lähtudes konkreetse materjali omadustest, näiteks selle võimest reageerida termilisele ja mehaanilisele töötlemisele ning alumiiniumisulamist lisatavast peamisest legeerelemendist. Kui arvestada alumiiniumisulamite numeratsiooni-/identifitseerimissüsteemi, siis ülaltoodud omadused on identifitseeritud. Sepistatud ja valatud alumiiniumidel on erinevad identifitseerimissüsteemid. Sepistatud alumiiniumidel on neljakohaline süsteem ja valanditel kolmekohaline ja ühekohaline süsteem.

Sepistatud sulamite tähistussüsteem- Kõigepealt vaatleme neljakohalist sepistatud alumiiniumisulami identifitseerimissüsteemi. Esimene number (Xxxx) tähistab peamist legeerivat elementi, mis on alumiiniumisulamist valmistatud ja mida sageli kasutatakse alumiiniumisulamite seeriate kirjeldamiseks, nt 1000. seeria, 2000. seeria, 3000. seeria kuni 8000. seeriani (vt tabel 1).

Teine ühekohaline number (xXxx), kui see erineb nullist, näitab konkreetse sulami modifikatsiooni ning kolmas ja neljas number (xxXX) on suvalised numbrid, mis on antud seeria konkreetse sulami tähistamiseks. Näide: Sulamis 5183 näitab number 5, et see kuulub magneesiumisulamite seeriasse, 1 aga, et see kuulub seeriasse 1.^stalgse sulami 5083 modifikatsioon ja 83 tähistab seda 5xxx seerias.

Ainus erand sellest sulamite nummerdamissüsteemist on 1xxx seeria alumiiniumisulamid (puhtad alumiiniumid), mille puhul kaks viimast numbrit näitavad minimaalset alumiiniumisisaldust üle 99%, st sulam 13.(50)(Vähemalt 99,50% alumiiniumi).

Sepistatud alumiiniumisulamite tähistussüsteem

Tabel 1

Valatud sulami tähistus- Valu sulami tähistussüsteem põhineb kolmekohalisel ja kümnendsüsteemis tähistusel xxx.x (st 356,0). Esimene number (Xxx.x) näitab peamist legeerivat elementi, mis on alumiiniumisulamist valmistatud (vt tabel 2).

VALATU ALUMIINIUMISULAMITE MÄRKIMISSÜSTEEM

Tabel 2

Teine ja kolmas number (xXX.x) on suvalised numbrid, mis on antud seeria konkreetse sulami tähistamiseks. Koma järgnev number näitab, kas sulam on valand (.0) või valuplokk (.1 või .2). Suurtähega eesliide tähistab konkreetse sulami modifikatsiooni.
Näide: Sulam – A356.0 suurtäht A (Axxx.x) tähistab sulami 356.0 modifikatsiooni. Number 3 (A3xx.x) näitab, et see kuulub räni pluss vase ja/või magneesiumi seeriasse. 56 tolli (Ax56.0) tähistab sulamit 3xx.x seerias ja .0 (Axxx.0) näitab, et tegemist on lõpliku kujuga valandiga, mitte valuplokiga.

Alumiiniumi temperatuuri tähistussüsteem -Kui vaatleme erinevaid alumiiniumisulamite seeriaid, näeme, et nende omadustes ja sellest tulenevas rakenduses on märkimisväärseid erinevusi. Pärast identifitseerimissüsteemi mõistmist tuleb kõigepealt mõista, et eespool nimetatud seeriates on kaks selgelt erinevat tüüpi alumiiniumi. Need on kuumtöödeldavad alumiiniumisulamid (need, mis saavad kuumuse lisamise teel tugevust juurde) ja mittekuumtöödeldavad alumiiniumisulamid. See eristamine on eriti oluline kaarkeevituse mõju arvestamisel neile kahele materjalitüübile.

1xxx, 3xxx ja 5xxx seeria sepistatud alumiiniumisulamid ei ole kuumtöödeldavad ja on ainult deformatsioonikarastavad. 2xxx, 6xxx ja 7xxx seeria sepistatud alumiiniumisulamid on kuumtöödeldavad ning 4xxx seeria koosneb nii kuumtöödeldavatest kui ka mittekuumtöödeldavatest sulamitest. 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x ja 7xx.x seeria valusulamid on kuumtöödeldavad. Deformatsioonikarastust valanditele üldiselt ei rakendata.

Kuumtöödeldavad sulamid saavutavad oma optimaalsed mehaanilised omadused termilise töötlemise teel, millest levinumad on lahuse kuumtöötlus ja kunstlik vanandamine. Lahuse kuumtöötlus on sulami kuumutamine kõrgendatud temperatuurini (umbes 990 °F), et viia legeerivad elemendid või ühendid lahusesse. Sellele järgneb karastamine, tavaliselt vees, et saada toatemperatuuril üleküllastunud lahus. Lahuse kuumtöötlusele järgneb tavaliselt vanandamine. Vanandamine on osa elementide või ühendite sadestamine üleküllastunud lahusest soovitud omaduste saamiseks.

Mittekuumtöödeldavad sulamid saavutavad oma optimaalsed mehaanilised omadused deformatsioonikõvenemise teel. Deformatsioonikõvenemine on meetod tugevuse suurendamiseks külmtöötlemise abil. T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

PÕHILISED TEMPERATUURI MÄÄRTUSED

Tabel 3

Lisaks põhilisele karastusastmele on kaks alamkategooriat, millest üks hõlmab tähist „H” – karastamine – deformatsioonkarastamine ja teine ​​tähist „T” – termiliselt töödeldud.

H-karastuse alamjaotused – karastatud deformatsiooniga

Esimene number pärast H-tähte tähistab põhitoimingut:
H1– Ainult tõmbekarastatud.
H2– Karastatud ja osaliselt lõõmutatud.
H3– Karastatud ja stabiliseeritud.
H4– Karastatud ja lakitud või värvitud.

Teine number pärast H-tähte näitab deformatsioonikõvenemise astet:
HX2– Veerandkõva HX4– Poolkõva HX6– Kolmveerand kõva
HX8– Täiskõva HX9– Eriti kõva

T-temperatuuri alamjaotused – termiliselt töödeldud

T1- Loomulikult vanandatud pärast jahutamist kõrgendatud temperatuuril vormimisprotsessi, näiteks ekstrudeerimise teel.
T2- Külmtöödeldud pärast jahutamist kõrgendatud temperatuuril vormimisprotsessist ja seejärel loomulikult vanandatud.
T3- Lahuskuumtöödeldud, külmtöödeldud ja loomulikult vanandatud.
T4- Lahuskuumtöödeldud ja loomulikult vanandatud.
T5- Kunstlikult vanandatud pärast jahutamist kõrgendatud temperatuuril vormimisprotsessi abil.
T6- Lahuses kuumtöödeldud ja kunstlikult vanandatud.
T7- Lahuses kuumtöödeldud ja stabiliseeritud (üle vanandatud).
T8- Lahuskuumtöödeldud, külmtöödeldud ja kunstlikult vanandatud.
T9- Lahuses kuumtöödeldud, kunstlikult vanandatud ja külmtöödeldud.
T10- Külmtöödeldud pärast jahutamist kõrgendatud temperatuuril vormimisprotsessist ja seejärel kunstlikult vanandatud.

Lisanumbrid näitavad stressi leevendamist.
Näited:
TX51või TXX51– Stressi leevendamine venitamise teel.
TX52või TXX52– Pinge leevendub kokkusurumise teel.

Alumiiniumsulamid ja nende omadused- Kui kaalume seitset sepistatud alumiiniumisulamite seeriat, hindame nende erinevusi ning mõistame nende rakendusi ja omadusi.

1xxx seeria sulamid– (mittekuumtöödeldav – tõmbetugevusega 10–27 ksi) seda seeriat nimetatakse sageli puhta alumiiniumi seeriaks, kuna see peab sisaldama vähemalt 99,0% alumiiniumi. Need on keevitatavad. Kuid kuna nende sulamisvahemik on kitsas, tuleb vastuvõetavate keevitusprotseduuride saavutamiseks arvestada teatud kaalutlustega. Valmistamiseks valitakse need sulamid peamiselt nende suurepärase korrosioonikindluse tõttu, näiteks spetsiaalsetes keemiapaakides ja torustikes, või suurepärase elektrijuhtivuse tõttu, näiteks siinide puhul. Nendel sulamitel on suhteliselt halvad mehaanilised omadused ja neid kaalutakse harva üldiste konstruktsiooniliste rakenduste jaoks. Neid baassulameid keevitatakse sageli sobiva täitematerjali või 4xxx täitesulamitega, olenevalt rakendusest ja jõudlusnõuetest.

2xxx seeria sulamid– (kuumtöödeldav – tõmbetugevusega 27–62 ksi) need on alumiiniumi/vase sulamid (vaselisandid vahemikus 0,7–6,8%) ning on suure tugevusega ja suure jõudlusega sulamid, mida sageli kasutatakse lennunduses ja õhusõidukites. Neil on suurepärane tugevus laias temperatuurivahemikus. Mõnda neist sulamitest peetakse kaarkeevitusprotsessides mittekeevitatavaks, kuna nad on vastuvõtlikud kuumpragunemisele ja pingekorrosioonile; teisi aga keevitatakse kaarkeevitusega väga edukalt õigete keevitusprotseduuride abil. Neid põhimaterjale keevitatakse sageli suure tugevusega 2xxx seeria täitesulamitega, mis on loodud nende jõudlusele vastavaks, kuid mõnikord saab neid keevitada ka 4xxx seeria täiteainetega, mis sisaldavad räni või räni ja vaske, olenevalt rakendusest ja kasutusnõuetest.

3xxx seeria sulamid– (mittekuumtöödeldav – tõmbetugevusega 16–41 ksi) Need on alumiiniumi/mangaani sulamid (mangaani lisandid vahemikus 0,05–1,8%), millel on mõõdukas tugevus, hea korrosioonikindlus, hea vormitavus ja mis sobivad kasutamiseks kõrgetel temperatuuridel. Üks nende esimesi kasutusalasid oli potid ja pannid ning tänapäeval on need sõidukite ja elektrijaamade soojusvahetite peamine komponent. Nende mõõdukas tugevus välistab aga sageli nende kaalumise konstruktsioonilistes rakendustes. Neid põhisulameid keevitatakse 1xxx, 4xxx ja 5xxx seeria täitesulamitega, olenevalt nende spetsiifilisest keemilisest koostisest ning konkreetsest rakendusest ja teenindusnõuetest.

4xxx seeria sulamid– (kuumtöödeldav ja mittekuumtöödeldav – tõmbetugevusega 25–55 ksi) Need on alumiiniumi/räni sulamid (räni lisandid vahemikus 0,6–21,5%) ja ainsad seeriad, mis sisaldavad nii kuumtöödeldavaid kui ka mittekuumtöödeldavaid sulameid. Räni lisamine alumiiniumile alandab selle sulamistemperatuuri ja parandab selle voolavust sulamisel. Need omadused on soovitavad nii sulatuskeevitamiseks kui ka kõvajoodisega jootmiseks kasutatavate täitematerjalide puhul. Seetõttu leidub seda sulamite seeriat peamiselt täitematerjalina. Räni, mis on alumiiniumis iseseisvalt olemas, ei ole kuumtöödeldav; mitmed neist ränisulamist on aga konstrueeritud nii, et neil on magneesiumi või vase lisandid, mis annab neile võime reageerida soodsalt lahuse kuumtöötlusele. Tavaliselt kasutatakse neid kuumtöödeldavaid täitesulameid ainult siis, kui keevitatud komponenti tuleb pärast keevitamist termiliselt töödelda.

5xxx seeria sulamid– (mittekuumtöödeldav – tõmbetugevusega 18–51 ksi) Need on alumiiniumi/magneesiumisulamid (magneesiumilisandid vahemikus 0,2–6,2%) ja neil on mittekuumtöödeldavatest sulamitest kõrgeim tugevus. Lisaks on see sulamiseeria kergesti keevitatav ja seetõttu kasutatakse neid paljudes rakendustes, näiteks laevaehituses, transpordis, surveanumates, sildades ja hoonetes. Magneesiumisulameid keevitatakse sageli täitesulamitega, mis valitakse pärast põhimaterjali magneesiumisisalduse ning keevitatud komponendi kasutus- ja töötingimuste arvestamist. Selle seeria sulameid, milles on üle 3,0% magneesiumi, ei soovitata kasutada kõrgel temperatuuril üle 150 °F (75 °C), kuna need võivad tekitada sensibiliseerumist ja sellele järgnevat pingekorrosiooni pragunemist. Põhisulameid, milles on alla umbes 2,5% magneesiumi, keevitatakse sageli edukalt 5xxx või 4xxx seeria täitesulamitega. Põhisulam 5052 on üldiselt tunnustatud kui maksimaalse magneesiumisisaldusega põhisulam, mida saab keevitada 4xxx seeria täitesulamiga. Eutektilise sulamisega seotud probleemide ja sellega seotud halbade keevitatud mehaaniliste omaduste tõttu ei ole soovitatav keevitada selle sulami seeria materjale, mis sisaldavad suuremas koguses magneesiumi koos 4xxx seeria täiteainetega. Suurema magneesiumisisaldusega materjale keevitatakse ainult 5xxx täitesulamitega, mille koostis üldiselt vastab baassulami koostisele.

6XXX seeria sulamid– (kuumtöödeldav – tõmbetugevusega 18–58 ksi) Need on alumiiniumi/magneesiumi ja räni sulamid (magneesiumi ja räni lisandid umbes 1,0%) ning neid leidub laialdaselt keevitustööstuses, peamiselt ekstrusioonide kujul ja paljudes konstruktsioonielementides. Magneesiumi ja räni lisamine alumiiniumile tekitab magneesiumsilitsiidi ühendi, mis annab sellele materjalile võime lahuse kuumtöötlemiseks parema tugevuse saavutamiseks. Need sulamid on loomulikult tahkumispragude suhtes tundlikud ja seetõttu ei tohiks neid autogeenselt (ilma lisandita) kaarkeevitada. Piisava koguse lisandi lisamine kaarkeevitusprotsessi ajal on oluline, et tagada alusmaterjali lahjendamine, vältides seeläbi kuumpragunemise probleemi. Neid keevitatakse nii 4xxx kui ka 5xxx lisandimaterjalidega, olenevalt rakendusest ja hooldusnõuetest.

7XXX seeria sulamid– (kuumtöödeldav – tõmbetugevusega 32–88 ksi) Need on alumiiniumi/tsingi sulamid (tsingilisandid vahemikus 0,8–12,0%) ja hõlmavad ühtesid kõrgeima tugevusega alumiiniumisulameid. Neid sulameid kasutatakse sageli suure jõudlusega rakendustes, nagu lennukid, kosmosetööstus ja võistlusspordivarustus. Sarnaselt 2xxx-seeria sulamitele hõlmab ka see seeria sulameid, mida peetakse kaarkeevituseks sobimatuteks, ja teisi, mida sageli edukalt kaarkeevitatakse. Selle seeria tavaliselt keevitatud sulamid, näiteks 7005, keevitatakse peamiselt 5xxx-seeria täitesulamitega.

Kokkuvõte- Tänapäeva alumiiniumisulamid koos oma erinevate temperatuuridega moodustavad laia ja mitmekülgse valiku tootmismaterjale. Optimaalse tootekujunduse ja eduka keevitusprotseduuri väljatöötamise jaoks on oluline mõista erinevusi paljude saadaolevate sulamite vahel ning nende erinevaid jõudlus- ja keevitatavusomadusi. Nende erinevate sulamite kaarkeevitusprotseduuride väljatöötamisel tuleb arvestada konkreetse keevitatava sulamiga. Tihti öeldakse, et alumiiniumi kaarkeevitus ei ole keeruline, „see on lihtsalt erinev“. Usun, et nende erinevuste mõistmise oluline osa on tutvuda erinevate sulamite, nende omaduste ja identifitseerimissüsteemiga.