Amb el creixement de l'alumini dins de la indústria de la fabricació de soldadura i la seva acceptació com una excel·lent alternativa a l'acer per a moltes aplicacions, hi ha uns requisits creixents perquè aquells que participen en el desenvolupament de projectes d'alumini es familiaritzin més amb aquest grup de materials. Per entendre completament l'alumini, és recomanable començar per familiaritzar-se amb el sistema d'identificació/designació de l'alumini, els nombrosos aliatges d'alumini disponibles i les seves característiques.

El sistema de designació i tremp de l'aliatge d'alumini- A Amèrica del Nord, The Aluminum Association Inc. és responsable de l'assignació i el registre dels aliatges d'alumini. Actualment hi ha més de 400 aliatges d'alumini forjat i d'alumini forjat i més de 200 aliatges d'alumini en forma de foses i lingots registrats a l'Associació d'Aluminum. Els límits de composició química de l'aliatge per a tots aquests aliatges registrats es troben a la normativa de l'Associació d'Aluminum.Llibre turquesatitulat "Designacions internacionals d'aliatges i límits de composició química per a alumini forjat i aliatges d'alumini forjat" i en els seusLlibre Rosatitulat “Designacions i límits de composició química per a aliatges d'alumini en forma de foses i lingots”. Aquestes publicacions poden ser extremadament útils per a l'enginyer de soldadura a l'hora de desenvolupar procediments de soldadura i quan la consideració de la química i la seva associació amb la sensibilitat a les esquerdes és important.

Els aliatges d'alumini es poden classificar en diversos grups segons les característiques particulars del material, com ara la seva capacitat per respondre al tractament tèrmic i mecànic i l'element d'aliatge principal afegit a l'aliatge d'alumini. Quan considerem el sistema de numeració/identificació utilitzat per als aliatges d'alumini, s'identifiquen les característiques anteriors. Els aluminis forjats i fosos tenen diferents sistemes d'identificació. El sistema forjat és un sistema de 4 dígits i les peces de fosa tenen un sistema de 3 dígits i 1 decimal.

Sistema de designació d'aliatges forjats- Primer considerarem el sistema d'identificació d'aliatge d'alumini forjat de 4 dígits. El primer dígit (Xxxx) indica el principal element d'aliatge, que s'ha afegit a l'aliatge d'alumini i que sovint s'utilitza per descriure la sèrie d'aliatges d'alumini, és a dir, la sèrie 1000, la sèrie 2000, la sèrie 3000, fins a la sèrie 8000 (vegeu la taula 1).

El segon dígit (xXxx), si és diferent de 0, indica una modificació de l'aliatge específic, i el tercer i quart dígits (xxXX) són nombres arbitraris que es donen per identificar un aliatge específic de la sèrie. Exemple: A l'aliatge 5183, el nombre 5 indica que és de la sèrie d'aliatges de magnesi, l'1 indica que és l'1^stmodificació de l'aliatge original 5083, i el 83 l'identifica a la sèrie 5xxx.

L'única excepció a aquest sistema de numeració d'aliatges són els aliatges d'alumini de la sèrie 1xxx (aluminis purs), en aquest cas els 2 últims dígits proporcionen el percentatge mínim d'alumini superior al 99%, és a dir, l'aliatge 13.(50)(99,50% mínim d'alumini).

SISTEMA DE DESIGNACIÓ D'ALIATGE D'ALUMINI FORJAT

Taula 1

Designació d'aliatge fos- El sistema de designació d'aliatges fosos es basa en una designació decimal de més de 3 dígits xxx.x (és a dir, 356.0). El primer dígit (Xxx.x) indica l'element d'aliatge principal que s'ha afegit a l'aliatge d'alumini (vegeu la taula 2).

SISTEMA DE DESIGNACIÓ D'ALIATGE D'ALUMINI FOS

Taula 2

El segon i tercer dígits (xXX.x) són números arbitraris que es donen per identificar un aliatge específic de la sèrie. El número que segueix el punt decimal indica si l'aliatge és una fosa (.0) o un lingot (.1 o .2). Un prefix de majúscula indica una modificació d'un aliatge específic.
Exemple: Aliatge – A356.0 la A majúscula (Axxx.x) indica una modificació de l'aliatge 356.0. El número 3 (A3xx.x) indica que és de la sèrie de silici més coure i/o magnesi. Els 56 polzades (Ax56.0) identifica l'aliatge dins de la sèrie 3xx.x, i .0 (Axxx.0) indica que és una fosa amb forma final i no un lingot.

El sistema de designació de tremp de l'alumini -Si considerem les diferents sèries d'aliatges d'alumini, veurem que hi ha diferències considerables en les seves característiques i la consegüent aplicació. El primer punt a reconèixer, després d'entendre el sistema d'identificació, és que hi ha dos tipus d'alumini clarament diferents dins de la sèrie esmentada anteriorment. Aquests són els aliatges d'alumini tractables tèrmicament (aquells que poden guanyar resistència mitjançant l'addició de calor) i els aliatges d'alumini no tractables tèrmicament. Aquesta distinció és particularment important quan es consideren els efectes de la soldadura per arc en aquests dos tipus de materials.

Els aliatges d'alumini forjat de les sèries 1xxx, 3xxx i 5xxx no són tractables tèrmicament i només són enduribles per deformació. Els aliatges d'alumini forjat de les sèries 2xxx, 6xxx i 7xxx són tractables tèrmicament i la sèrie 4xxx consta d'aliatges tractables tèrmicament i no tractables tèrmicament. Els aliatges fosos de les sèries 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x i 7xx.x són tractables tèrmicament. L'enduriment per deformació no s'aplica generalment a les peces de fosa.

Els aliatges tractables tèrmicament adquireixen les seves propietats mecàniques òptimes mitjançant un procés de tractament tèrmic, sent els tractaments tèrmics més comuns el tractament tèrmic de solució i l'envelliment artificial. El tractament tèrmic de solució és el procés d'escalfar l'aliatge a una temperatura elevada (al voltant de 990 graus F) per tal de posar els elements o compostos d'aliatge en solució. A continuació, es realitza un refredament, generalment en aigua, per produir una solució sobresaturada a temperatura ambient. El tractament tèrmic de solució sol anar seguit de l'envelliment. L'envelliment és la precipitació d'una porció dels elements o compostos d'una solució sobresaturada per tal d'obtenir les propietats desitjables.

Els aliatges no tractables tèrmicament adquireixen les seves propietats mecàniques òptimes mitjançant l'enduriment per deformació. L'enduriment per deformació és el mètode d'augmentar la resistència mitjançant l'aplicació de treball en fred. T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

LES DESIGNACIONS DE TEMPERAMENT BÀSIQUES

Taula 3

A més de la designació bàsica de tremp, hi ha dues subcategories, una que tracta el tremp "H" - enduriment per deformació i l'altra que tracta la designació de tremp "T" - tractat tèrmicament.

Subdivisions del tremp H – Endurit per deformació

El primer dígit després de la H indica una operació bàsica:
H1– Només endurit per deformació.
H2– Endurit per deformació i parcialment recuit.
H3– Endurit per deformació i estabilitzat.
H4– Endurit per deformació i lacat o pintat.

El segon dígit després de la H indica el grau d'enduriment per deformació:
HX2– Quarter Hard HX4– HX mig dur6– Tres quarts de durada
HX8– HX completament dur9– Extra dur

Subdivisions del tremp T – Tractat tèrmicament

T1- Envellit naturalment després del refredament a partir d'un procés de conformació a temperatura elevada, com ara l'extrusió.
T2- Treballat en fred després de refredar-se a partir d'un procés de conformació a temperatura elevada i després envellit de manera natural.
T3- Tractament tèrmic en solució, treballat en fred i envellit de manera natural.
T4- Solució tractada tèrmicament i envellida naturalment.
T5- Envellit artificialment després del refredament mitjançant un procés de conformació a temperatura elevada.
T6- Solució tractada tèrmicament i envellida artificialment.
T7- Solució tractada tèrmicament i estabilitzada (sobreenvellida).
T8- Tractament tèrmic en solució, treballat en fred i envellit artificialment.
T9- Tractat tèrmicament en solució, envellit artificialment i treballat en fred.
T10- Treballat en fred després de refredar-se a partir d'un procés de conformació a temperatura elevada i després envellit artificialment.

Els dígits addicionals indiquen alleujament de l'estrès.
Exemples:
TX51o TXX51– Alleujament de l'estrès mitjançant estiraments.
TX52o TXX52– Alleujament de la tensió mitjançant la compressió.

Aliatges d'alumini i les seves característiques- Si considerem les set sèries d'aliatges d'alumini forjat, apreciarem les seves diferències i entendrem les seves aplicacions i característiques.

Aliatges de la sèrie 1xxx– (no tractable tèrmicament – ​​amb una resistència a la tracció final de 10 a 27 ksi) aquesta sèrie sovint es coneix com la sèrie d'alumini pur perquè es requereix que tingui un mínim del 99,0% d'alumini. Són soldables. Tanmateix, a causa del seu estret rang de fusió, requereixen certes consideracions per tal de produir procediments de soldadura acceptables. Quan es consideren per a la fabricació, aquests aliatges es seleccionen principalment per la seva resistència superior a la corrosió, com ara en tancs i canonades de productes químics especialitzats, o per la seva excel·lent conductivitat elèctrica, com en aplicacions de barres col·lectores. Aquests aliatges tenen propietats mecàniques relativament pobres i poques vegades es considerarien per a aplicacions estructurals generals. Aquests aliatges base sovint es solden amb material de farciment coincident o amb aliatges de farciment 4xxx segons l'aplicació i els requisits de rendiment.

Aliatges de la sèrie 2xxx– (tractables tèrmicament, amb una resistència a la tracció final de 27 a 62 ksi) aquests són aliatges d'alumini/coure (addicions de coure que oscil·len entre el 0,7 i el 6,8%), i són aliatges d'alta resistència i alt rendiment que s'utilitzen sovint per a aplicacions aeroespacials i aeronàutiques. Tenen una resistència excel·lent en un ampli rang de temperatures. Alguns d'aquests aliatges es consideren no soldables pels processos de soldadura per arc a causa de la seva susceptibilitat a l'esquerdament en calent i a l'esquerdament per corrosió sota tensió; no obstant això, d'altres es solden per arc amb molt d'èxit amb els procediments de soldadura correctes. Aquests materials base sovint es solden amb aliatges de farciment d'alta resistència de la sèrie 2xxx dissenyats per adaptar-se al seu rendiment, però de vegades es poden soldar amb els farciments de la sèrie 4xxx que contenen silici o silici i coure, depenent de l'aplicació i els requisits de servei.

Aliatges de la sèrie 3xxx– (no tractable tèrmicament – ​​amb una resistència a la tracció final de 16 a 41 ksi) Aquests són els aliatges d'alumini/manganès (addicions de manganès que oscil·len entre el 0,05 i l'1,8%) i tenen una resistència moderada, una bona resistència a la corrosió, una bona conformabilitat i són adequats per al seu ús a temperatures elevades. Un dels seus primers usos van ser les olles i paelles, i actualment són el component principal dels intercanviadors de calor en vehicles i centrals elèctriques. Tanmateix, la seva resistència moderada sovint impedeix la seva consideració per a aplicacions estructurals. Aquests aliatges base es solden amb aliatges de farciment de les sèries 1xxx, 4xxx i 5xxx, depenent de la seva química específica i dels requisits particulars d'aplicació i servei.

Aliatges de la sèrie 4xxx– (tractables tèrmicament i no tractables tèrmicament – ​​amb una resistència a la tracció final de 25 a 55 ksi) Aquests són els aliatges d'alumini/silici (addicions de silici que oscil·len entre el 0,6 i el 21,5%) i són les úniques sèries que contenen aliatges tractables tèrmicament i no tractables tèrmicament. El silici, quan s'afegeix a l'alumini, redueix el seu punt de fusió i millora la seva fluïdesa quan està fos. Aquestes característiques són desitjables per als materials de farciment utilitzats tant per a la soldadura per fusió com per a la soldadura forta. En conseqüència, aquesta sèrie d'aliatges es troba predominantment com a material de farciment. El silici, independentment de l'alumini, no és tractable tèrmicament; tanmateix, diversos d'aquests aliatges de silici han estat dissenyats per tenir addicions de magnesi o coure, cosa que els proporciona la capacitat de respondre favorablement al tractament tèrmic de solució. Normalment, aquests aliatges de farciment tractables tèrmicament només s'utilitzen quan un component soldat s'ha de sotmetre a tractaments tèrmics posteriors a la soldadura.

Aliatges de la sèrie 5xxx– (no tractable tèrmicament – ​​amb una resistència a la tracció final de 18 a 51 ksi) Aquests són els aliatges d'alumini/magnesi (addicions de magnesi que oscil·len entre el 0,2 i el 6,2%) i tenen la resistència més alta dels aliatges no tractables tèrmicament. A més, aquesta sèrie d'aliatges és fàcilment soldable i, per aquestes raons, s'utilitza per a una àmplia varietat d'aplicacions com ara la construcció naval, el transport, els recipients a pressió, els ponts i els edificis. Els aliatges de base de magnesi sovint es solden amb aliatges de farciment, que es seleccionen després de tenir en compte el contingut de magnesi del material base i les condicions d'aplicació i servei del component soldat. Els aliatges d'aquesta sèrie amb més del 3,0% de magnesi no es recomanen per a un servei a temperatures elevades per sobre dels 150 graus F a causa del seu potencial de sensibilització i la posterior susceptibilitat a l'esquerdament per corrosió sota tensió. Els aliatges de base amb menys d'aproximadament un 2,5% de magnesi sovint es solden amb èxit amb els aliatges de farciment de les sèries 5xxx o 4xxx. L'aliatge base 5052 es reconeix generalment com l'aliatge base amb el màxim contingut de magnesi que es pot soldar amb un aliatge de farciment de la sèrie 4xxx. A causa dels problemes associats amb la fusió eutèctica i les males propietats mecàniques associades a la soldadura, no es recomana soldar material d'aquesta sèrie d'aliatges, que conté quantitats més elevades de magnesi, amb els farciments de la sèrie 4xxx. Els materials base amb un contingut més elevat de magnesi només es solden amb aliatges de farciment 5xxx, que generalment coincideixen amb la composició de l'aliatge base.

Aliatges de la sèrie 6XXX– (tractable tèrmicament – ​​amb una resistència a la tracció final de 18 a 58 ksi) Aquests són els aliatges d'alumini/magnesi-silici (addicions de magnesi i silici d'aproximadament l'1,0%) i es troben àmpliament a la indústria de la fabricació de soldadura, utilitzats predominantment en forma d'extrusions i incorporats en molts components estructurals. L'addició de magnesi i silici a l'alumini produeix un compost de siliciur de magnesi, que proporciona a aquest material la capacitat de ser tractat tèrmicament en solució per a una millor resistència. Aquests aliatges són naturalment sensibles a les esquerdes per solidificació i, per aquest motiu, no s'han de soldar per arc de forma autògena (sense material de farciment). L'addició de quantitats adequades de material de farciment durant el procés de soldadura per arc és essencial per proporcionar una dilució del material base, evitant així el problema de les esquerdes en calent. Es solden amb materials de farciment 4xxx i 5xxx, depenent de l'aplicació i els requisits de servei.

Aliatges de la sèrie 7XXX– (tractable tèrmicament – ​​amb una resistència a la tracció final de 32 a 88 ksi) Aquests són els aliatges d'alumini/zinc (addicions de zinc que oscil·len entre el 0,8 i el 12,0%) i comprenen alguns dels aliatges d'alumini de més alta resistència. Aquests aliatges s'utilitzen sovint en aplicacions d'alt rendiment com ara aeronaus, aeroespacial i equipament esportiu competitiu. Igual que la sèrie d'aliatges 2xxx, aquesta sèrie incorpora aliatges que es consideren candidats inadequats per a la soldadura per arc i altres, que sovint es solden per arc amb èxit. Els aliatges soldats habitualment d'aquesta sèrie, com ara el 7005, es solden predominantment amb els aliatges de farciment de la sèrie 5xxx.

Resum- Els aliatges d'alumini actuals, juntament amb els seus diversos tremps, comprenen una gamma àmplia i versàtil de materials de fabricació. Per a un disseny òptim del producte i un desenvolupament reeixit del procediment de soldadura, és important comprendre les diferències entre els molts aliatges disponibles i les seves diverses característiques de rendiment i soldabilitat. A l'hora de desenvolupar procediments de soldadura per arc per a aquests diferents aliatges, cal tenir en compte l'aliatge específic que es solda. Sovint es diu que la soldadura per arc d'alumini no és difícil, "només és diferent". Crec que una part important per comprendre aquestes diferències és familiaritzar-se amb els diversos aliatges, les seves característiques i el seu sistema d'identificació.