Alumīnija pieaugumam metināšanas ražošanas nozarē un tā pieņemšanai kā lieliskai alternatīvai tēraudam daudzos lietojumos, alumīnija projektu izstrādē iesaistītajiem tiek izvirzītas arvien lielākas prasības labāk iepazīt šo materiālu grupu. Lai pilnībā izprastu alumīniju, ir ieteicams sākt, iepazīstoties ar alumīnija identifikācijas/apzīmēšanas sistēmu, daudzajiem pieejamajiem alumīnija sakausējumiem un to īpašībām.

Alumīnija sakausējuma temperatūras un apzīmējumu sistēma- Ziemeļamerikā par alumīnija sakausējumu piešķiršanu un reģistrāciju ir atbildīga Aluminium Association Inc. Pašlaik Alumīnija asociācijā ir reģistrēti vairāk nekā 400 kalts alumīnija un kaltas alumīnija sakausējumi un vairāk nekā 200 alumīnija sakausējumi lējumu un lietņu veidā. Sakausējumu ķīmiskā sastāva ierobežojumi visiem šiem reģistrētajiem sakausējumiem ir ietverti Alumīnija asociācijas dokumentosTeal grāmataar nosaukumu “Starptautiskie sakausējumu apzīmējumi un ķīmiskā sastāva ierobežojumi kaltam alumīnijam un kaltiem alumīnija sakausējumiem” un tajosRozā grāmataar nosaukumu “Apzīmējumi un ķīmiskā sastāva ierobežojumi alumīnija sakausējumiem lējumu un stieņu veidā. Šīs publikācijas var būt ārkārtīgi noderīgas metināšanas inženierim, izstrādājot metināšanas procedūras, kā arī gadījumos, kad ir svarīgi ņemt vērā ķīmiju un tās saistību ar plaisu jutīgumu.

Alumīnija sakausējumus var iedalīt vairākās grupās, pamatojoties uz konkrētā materiāla īpašībām, piemēram, tā spēju reaģēt uz termisko un mehānisko apstrādi un alumīnija sakausējumam pievienoto primāro sakausējuma elementu. Aplūkojot alumīnija sakausējumiem izmantoto numerācijas/identifikācijas sistēmu, tiek identificētas iepriekš minētās īpašības. Kaltam un lietajam alumīnijam ir dažādas identifikācijas sistēmas. Kalta sistēma ir 4 ciparu sistēma, un lējumi ar 3 ciparu un 1 ciparu aiz komata sistēmu.

Kalta sakausējuma apzīmējumu sistēma- Vispirms apskatīsim 4 ciparu kaltā alumīnija sakausējuma identifikācijas sistēmu. Pirmais cipars (Xxxx) norāda galveno sakausējuma elementu, kas ir pievienots alumīnija sakausējumam un ko bieži izmanto, lai aprakstītu alumīnija sakausējumu sēriju, ti, 1000. sēriju, 2000. sēriju, 3000. sēriju, līdz 8000. sēriju (sk. 1. tabulu).

Otrais viens cipars (xXxx), ja atšķiras no 0, norāda konkrētā sakausējuma modifikāciju un trešo un ceturto ciparu (xxXX) ir patvaļīgi skaitļi, kas doti, lai identificētu konkrētu sakausējumu sērijā. Piemērs: sakausējumā 5183 skaitlis 5 norāda, ka tas ir no magnija sakausējuma sērijas, bet 1 norāda, ka tas ir 1.^stmodifikācija oriģinālajam sakausējumam 5083, un 83 to identificē 5xxx sērijā.

Vienīgais izņēmums šai sakausējumu numerācijas sistēmai ir 1xxx sērijas alumīnija sakausējumi (tīri alumīniji), un šajā gadījumā pēdējie 2 cipari nodrošina minimālo alumīnija procentuālo daudzumu virs 99%, ti, sakausējums 13(50)(minimālais alumīnijs 99,50%).

APSTRĀDĀTA ALUMĪNIJA SAKAUSĒJUMA APZĪMĒŠANAS SISTĒMA

1. tabula

Lietā sakausējuma apzīmējums- Lieto sakausējumu apzīmējumu sistēmas pamatā ir 3 ciparu un decimāldaļas apzīmējums xxx.x (ti, 356.0). Pirmais cipars (Xxx.x) norāda galveno sakausējuma elementu, kas ir pievienots alumīnija sakausējumam (sk. 2. tabulu).

ALUMĪNIJA SAKAUSĒJUMA APZĪMĒŠANAS SISTĒMA

2. tabula

Otrais un trešais cipars (xXX.x) ir patvaļīgi skaitļi, kas doti, lai identificētu konkrētu sakausējumu sērijā. Skaitlis aiz komata norāda, vai sakausējums ir lējums (.0) vai lietnis (.1 vai .2). Lielo burtu prefikss norāda uz konkrēta sakausējuma modifikāciju.
Piemērs: sakausējums — A356.0 ar lielo burtu A (Axxx.x) norāda uz sakausējuma 356.0 modifikāciju. Skaitlis 3 (A3xx.x) norāda, ka tas ir no silīcija plus vara un/vai magnija sērijas. 56 collas (Ax56.0) identificē sakausējumu sērijā 3xx.x un .0 (Axxx.0) norāda, ka tas ir galīgās formas lējums, nevis lietnis.

Alumīnija temperatūras apzīmējumu sistēma -Ja ņemam vērā dažādas alumīnija sakausējumu sērijas, mēs redzēsim, ka pastāv ievērojamas atšķirības to īpašībās un attiecīgi pielietojumā. Pirmais punkts, kas jāatzīst pēc identifikācijas sistēmas izpratnes, ir tas, ka iepriekš minētajā sērijā ir divi skaidri atšķirīgi alumīnija veidi. Tie ir termiski apstrādājamie alumīnija sakausējumi (tie, kas var iegūt stiprību, pievienojot siltumu) un termiski neapstrādājamie alumīnija sakausējumi. Šī atšķirība ir īpaši svarīga, apsverot loka metināšanas ietekmi uz šiem divu veidu materiāliem.

1xxx, 3xxx un 5xxx sērijas kaltie alumīnija sakausējumi nav termiski apstrādājami un ir rūdāmi tikai ar deformāciju. 2xxx, 6xxx un 7xxx sērijas kaltie alumīnija sakausējumi ir termiski apstrādājami, un sērija 4xxx sastāv gan no termiski apstrādājamiem, gan no termiski neapstrādājamiem sakausējumiem. 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x un 7xx.x sērijas lietie sakausējumi ir termiski apstrādājami. Sacietēšana ar deformāciju parasti netiek piemērota lējumiem.

Termiski apstrādājamie sakausējumi iegūst savas optimālās mehāniskās īpašības termiskās apstrādes procesā, visizplatītākās termiskās apstrādes metodes ir termiskā apstrāde ar šķīdumu un mākslīgā novecošana. Šķīduma termiskā apstrāde ir sakausējuma karsēšanas process līdz paaugstinātai temperatūrai (apmēram 990 °F), lai leģējošos elementus vai savienojumus ievietotu šķīdumā. Tam seko dzēšana, parasti ūdenī, lai istabas temperatūrā iegūtu pārsātinātu šķīdumu. Šķīduma termiskai apstrādei parasti seko novecošana. Novecošana ir elementu vai savienojumu daļas izgulsnēšana no pārsātināta šķīduma, lai iegūtu vēlamās īpašības.

Termiski neapstrādājamie sakausējumi iegūst optimālās mehāniskās īpašības, izmantojot deformācijas sacietēšanu. Cietināšana ir stiprības palielināšanas metode, izmantojot aukstu apstrādi.T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

PAMATAPZĪMĒJUMI

3. tabula

Papildus rūdīšanas pamatapzīmējumam ir divas apakškategorijas, no kurām viena attiecas uz “H” temperatūru — deformācijas sacietēšana, bet otra attiecas uz apzīmējumu — “T” temperatūra — termiski apstrādāta.

H tempera apakšnodaļas – izturīgs pret deformāciju

Pirmais cipars aiz H norāda pamatdarbību:
H1– Tikai cietināts celms.
H2– Sacietēts un daļēji atkvēlināts.
H3– Sacietēts un stabilizēts celms.
H4– Sacietēts un lakots vai krāsots.

Otrais cipars aiz H norāda deformācijas sacietēšanas pakāpi:
HX2– Quarter Hard HX4– Pusciets HX6– Trīs ceturtdaļas grūti
HX8- Full Hard HX9- Īpaši grūti

T tempera apakšnodaļas – termiski apstrādāts

T1- Dabiski novecots pēc atdzesēšanas no paaugstinātas temperatūras formēšanas procesa, piemēram, ekstrūzijas.
T2- Aukstā apstrāde pēc atdzesēšanas no paaugstinātas temperatūras formēšanas procesa un pēc tam dabiski izturēta.
T3- Termiski apstrādāts, auksti apstrādāts un dabiski izturēts.
T4- Šķīdums termiski apstrādāts un dabiski izturēts.
T5- Mākslīgi izturēts pēc atdzesēšanas no paaugstinātas temperatūras formēšanas procesa.
T6- Šķīdums termiski apstrādāts un mākslīgi izturēts.
T7- Šķīdums termiski apstrādāts un stabilizēts (pārāk vecs).
T8- Šķīdums termiski apstrādāts, auksti apstrādāts un mākslīgi izturēts.
T9- Šķīdums termiski apstrādāts, mākslīgi izturēts un auksti apstrādāts.
T10- Aukstā apstrāde pēc atdzesēšanas no paaugstinātas temperatūras formēšanas procesa un pēc tam mākslīgi izturēta.

Papildu cipari norāda uz stresa mazināšanu.
Piemēri:
TX51vai TXX51– Stresu mazina stiepšanās.
TX52vai TXX52– Stresa mazināšana, saspiežot.

Alumīnija sakausējumi un to īpašības- Ja ņemsim vērā septiņas kalto alumīnija sakausējumu sērijas, mēs novērtēsim to atšķirības un sapratīsim to pielietojumu un īpašības.

1xxx sērijas sakausējumi– (nav termiski apstrādājama – ar maksimālo stiepes izturību no 10 līdz 27 ksi) šo sēriju bieži dēvē par tīra alumīnija sēriju, jo tai ir jābūt vismaz 99,0% alumīnija. Tie ir metināmi. Tomēr šaurā kušanas diapazona dēļ tiem ir nepieciešami noteikti apsvērumi, lai nodrošinātu pieņemamas metināšanas procedūras. Apsverot to izgatavošanu, šie sakausējumi galvenokārt tiek izvēlēti, ņemot vērā to izcilo izturību pret koroziju, piemēram, specializētās ķīmisko vielu tvertnēs un cauruļvados, vai lielisko elektrovadītspēju, piemēram, kopņu lietojumos. Šiem sakausējumiem ir salīdzinoši sliktas mehāniskās īpašības, un tos reti varētu apsvērt vispārīgiem strukturāliem lietojumiem. Šie bāzes sakausējumi bieži tiek metināti ar atbilstošu pildvielu vai ar 4xxx pildvielu sakausējumiem atkarībā no pielietojuma un veiktspējas prasībām.

2xxx sērijas sakausējumi– (termiski apstrādājami – ar maksimālo stiepes izturību no 27 līdz 62 ksi) tie ir alumīnija/vara sakausējumi (vara piedevas robežās no 0,7 līdz 6,8%), un tie ir augstas stiprības, augstas veiktspējas sakausējumi, ko bieži izmanto kosmosa un gaisa kuģu vajadzībām. Viņiem ir lieliska izturība plašā temperatūras diapazonā. Dažus no šiem sakausējumiem loka metināšanas procesos uzskata par nemetināmiem, jo ​​tie ir jutīgi pret karsto plaisāšanu un sprieguma korozijas plaisāšanu; tomēr citi tiek ļoti veiksmīgi loka metināti ar pareizām metināšanas procedūrām. Šie pamatmateriāli bieži tiek metināti ar augstas stiprības 2xxx sērijas pildvielu sakausējumiem, kas izstrādāti, lai tie atbilstu to veiktspējai, taču dažreiz tos var metināt ar 4xxx sērijas pildvielām, kas satur silīciju vai silīciju un varu atkarībā no pielietojuma un apkalpošanas prasībām.

3xxx sērijas sakausējumi– (termiski neapstrādājams – ar maksimālo stiepes izturību no 16 līdz 41 ksi) Tie ir alumīnija/mangāna sakausējumi (mangāna piedevas robežās no 0,05 līdz 1,8%), un tiem ir mērena izturība, laba izturība pret koroziju, laba formējamība un tie ir piemēroti lietošanai paaugstinātā temperatūrā. Viens no to pirmajiem lietojumiem bija katli un pannas, un mūsdienās tie ir galvenā siltummaiņu sastāvdaļa transportlīdzekļos un spēkstacijās. Tomēr to mērenā izturība bieži vien neļauj apsvērt to strukturālo pielietojumu. Šie bāzes sakausējumi tiek metināti ar 1xxx, 4xxx un 5xxx sērijas pildvielu sakausējumiem atkarībā no to īpašās ķīmiskās īpašības un īpašām pielietojuma un apkalpošanas prasībām.

4xxx sērijas sakausējumi– (termiski apstrādājams un termiski neapstrādājams – ar maksimālo stiepes izturību no 25 līdz 55 ksi) Tie ir alumīnija/silīcija sakausējumi (silīcija piedevas robežās no 0,6 līdz 21,5%) un ir vienīgā sērija, kas satur gan termiski apstrādājamu, gan neapstrādātu termiski apstrādājami sakausējumi. Silīcijs, ja to pievieno alumīnijam, samazina tā kušanas temperatūru un uzlabo tā plūstamību, kad tas izkausēts. Šīs īpašības ir vēlamas pildmateriāliem, ko izmanto gan kausēšanas metināšanai, gan cietlodēšanai. Līdz ar to šī sakausējumu sērija galvenokārt tiek izmantota kā pildviela. Silīcijs, neatkarīgi no alumīnija, nav termiski apstrādājams; tomēr vairāki no šiem silīcija sakausējumiem ir izstrādāti tā, lai tiem būtu pievienots magnijs vai varš, kas nodrošina tiem spēju labvēlīgi reaģēt uz šķīduma termisko apstrādi. Parasti šos termiski apstrādājamos pildvielu sakausējumus izmanto tikai tad, ja metinātā detaļa ir pakļauta pēcmetināšanas termiskai apstrādei.

5xxx sērijas sakausējumi– (termiski neapstrādājams – ar maksimālo stiepes izturību no 18 līdz 51 ksi) Tie ir alumīnija/magnija sakausējumi (magnija piedevas robežās no 0,2 līdz 6,2%), un tiem ir visaugstākā izturība no termiski neapstrādājamiem sakausējumiem. Turklāt šī sakausējuma sērija ir viegli metināma, un šo iemeslu dēļ tos izmanto ļoti dažādiem lietojumiem, piemēram, kuģu būvē, transportēšanā, spiedtvertnēs, tiltos un ēkās. Magnija bāzes sakausējumi bieži tiek metināti ar pildvielu sakausējumiem, kurus izvēlas, ņemot vērā magnija saturu pamatmateriālā, kā arī metinātās detaļas pielietojuma un ekspluatācijas apstākļus. Šīs sērijas sakausējumi ar vairāk nekā 3,0% magnija nav ieteicami lietošanai paaugstinātā temperatūrā virs 150 °F, jo tie var izraisīt sensibilizāciju un pēc tam pakļauti sprieguma korozijas plaisāšanai. Bāzes sakausējumi ar mazāk nekā aptuveni 2,5% magnija bieži tiek veiksmīgi metināti ar 5xxx vai 4xxx sērijas pildvielu sakausējumiem. Bāzes sakausējums 5052 parasti tiek atzīts par maksimālo magnija saturu bāzes sakausējumu, ko var metināt ar 4xxx sērijas pildvielu sakausējumu. Sakarā ar problēmām, kas saistītas ar eitektisko kušanu un ar to saistītajām sliktajām metināšanas mehāniskajām īpašībām, šajā sakausējuma sērijā, kas satur lielāku magnija daudzumu, nav ieteicams metināt materiālus ar 4xxx sērijas pildvielām. Augstāki magnija bāzes materiāli tiek metināti tikai ar 5xxx pildvielu sakausējumiem, kas parasti atbilst bāzes sakausējuma sastāvam.

6XXX sērijas sakausējumi– (termiski apstrādājams – ar maksimālo stiepes izturību no 18 līdz 58 ksi) Tie ir alumīnija/magnija – silīcija sakausējumi (magnija un silīcija piedevas aptuveni 1,0 %), un tie ir plaši sastopami visā metināšanas ražošanas nozarē, ko galvenokārt izmanto kā ekstrūzijas un iekļautas daudzos strukturālos komponentos. Magnija un silīcija pievienošana alumīnijam rada magnija silicīda savienojumu, kas nodrošina šī materiāla spēju termiski apstrādāt šķīdumā, lai uzlabotu izturību. Šie sakausējumi dabiski ir jutīgi pret sacietēšanas plaisām, un šī iemesla dēļ tos nedrīkst metināt ar loku autogēni (bez pildvielas). Loka metināšanas procesā ir svarīgi pievienot atbilstošu pildvielu daudzumu, lai nodrošinātu pamatmateriāla atšķaidīšanu, tādējādi novēršot karstās plaisāšanas problēmu. Tie ir metināti gan ar 4xxx, gan ar 5xxx pildvielu materiāliem atkarībā no pielietojuma un apkalpošanas prasībām.

7XXX sērijas sakausējumi– (termiski apstrādājams – ar maksimālo stiepes izturību no 32 līdz 88 ksi) Tie ir alumīnija/cinka sakausējumi (cinka piedevas robežās no 0,8 līdz 12,0%), un tie ir daži no augstākās stiprības alumīnija sakausējumiem. Šos sakausējumus bieži izmanto augstas veiktspējas lietojumos, piemēram, lidmašīnās, aviācijā un sacensību sporta aprīkojumā. Tāpat kā 2xxx sakausējumu sērija, arī šajā sērijā ir iekļauti sakausējumi, kas tiek uzskatīti par nepiemērotiem loka metināšanai, un citi, kas bieži tiek veiksmīgi loka metināti. Šīs sērijas parasti metinātie sakausējumi, piemēram, 7005, galvenokārt tiek metināti ar 5xxx sērijas pildvielu sakausējumiem.

Kopsavilkums- Mūsdienu alumīnija sakausējumi, kā arī to dažādība, ietver plašu un daudzpusīgu ražošanas materiālu klāstu. Optimālam izstrādājuma dizainam un veiksmīgai metināšanas procedūru izstrādei ir svarīgi saprast atšķirības starp daudziem pieejamajiem sakausējumiem un to dažādajām veiktspējas un metināmības īpašībām. Izstrādājot loka metināšanas procedūras šiem dažādajiem sakausējumiem, jāņem vērā konkrētais metināmais sakausējums. Mēdz teikt, ka alumīnija loka metināšana nav grūta, “tas vienkārši ir savādāk”. Es uzskatu, ka svarīga šo atšķirību izpratnes sastāvdaļa ir iepazīties ar dažādiem sakausējumiem, to īpašībām un identifikācijas sistēmu.