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 cada cop més exigències perquè els 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 tremp i designació d'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 fosa i lingots inscrits a l'Associació de l'Alumini. Els límits de composició química de l'aliatge per a tots aquests aliatges registrats es troben a l'Associació de l'AluminiLlibre Tealtitulat "Denominacions internacionals d'aliatge i límits de composició química per a l'alumini forjat i els aliatges d'alumini forjat" i en el seuLlibre Rosatitulat “Denominacions i límits de composició química dels aliatges d'alumini en forma de fosa i lingot. 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 en funció de les característiques del material en particular, com ara la seva capacitat de respondre al tractament tèrmic i mecànic i l'element d'aliatge primari 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 foses tenen un sistema de posició de 3 dígits i 1 decimal.

Sistema de designació d'aliatges forjats- Considerarem primer el sistema d'identificació d'aliatge d'alumini forjat de 4 dígits. El primer dígit (Xxxx) indica l'element d'aliatge principal, que s'ha afegit a l'aliatge d'alumini i sovint s'utilitza per descriure la sèrie d'aliatge d'alumini, és a dir, sèrie 1000, sèrie 2000, sèrie 3000, fins a 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 dígit (xxXX) són nombres arbitraris donats per identificar un aliatge específic de la sèrie. Exemple: a l'aliatge 5183, el número 5 indica que és de la sèrie d'aliatge de magnesi, l'1 indica que és l'1^stmodificació a l'aliatge original 5083, i el 83 l'identifica a la sèrie 5xxx.

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

SISTEMA DE DESIGNACIÓ D'ALIACIÓ D'ALUMINI FORJAT

Taula 1

Designació d'aliatge fos- El sistema de designació d'aliatge fos es basa en una designació decimal de 3 dígits més 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'ALIACIÓ D'ALUMINI FOST

Taula 2

El segon i tercer dígit (xXX.x) són nombres arbitraris donats 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 a un aliatge específic.
Exemple: aliatge – A356.0 la capital A (Axxx.x) indica una modificació de l'aliatge 356.0. El número 3 (A3xx.x) indica que és de la sèrie silici més coure i/o magnesi. Els 56 polzades (Ax56.0) identifica l'aliatge de la sèrie 3xx.x i el .0 (Axxx.0) indica que es tracta d'una fosa de forma final i no d'un lingot.

El sistema de designació del tremp d'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 (els que poden guanyar força mitjançant l'addició de calor) i els aliatges d'alumini no tractables tèrmics. Aquesta distinció és especialment 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 es poden tractar tèrmicament i només es poden endurir per tensió. 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 de fosa 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 tèrmics adquireixen les seves propietats mecàniques òptimes mitjançant un procés de tractament tèrmic, els tractaments tèrmics més habituals són el Tractament tèrmic en solució i l'envelliment artificial. El tractament tèrmic en 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. Això és seguit de l'extinció, generalment en aigua, per produir una solució sobresaturada a temperatura ambient. El tractament tèrmic de la solució sol anar seguit de l'envelliment. L'envelliment és la precipitació d'una part dels elements o compostos d'una solució sobresaturada per tal d'aconseguir propietats desitjables.

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

LES DESIGNACIONS BÀSIQUES DE GRAN

Taula 3

A més de la designació bàsica de temperament, hi ha dues categories de subdivisions, una que s'adreça al tremp "H" - Enduriment per tensió, i l'altra que s'adreça a la designació "T" del tremp - Tractat tèrmicament.

Subdivisions d'H Tremp - Endurit per tensió

El primer dígit després de la H indica una operació bàsica:
H1- Només endurit per tensió.
H2– Endurit i parcialment recuit.
H3– Colar endurit i estabilitzat.
H4– Endurit 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 durs
HX8- Full Hard HX9- Extra dur

Subdivisions de T Tremp – Tractat tèrmicament

T1- Envellit naturalment després del refredament a partir d'un procés de conformació a temperatura elevada, com l'extrusió.
T2- Treballat en fred després d'un refredament a partir d'un procés de conformació a temperatura elevada i després envellit naturalment.
T3- Solució tractada tèrmicament, treballada en fred i envellida naturalment.
T4- Solució tractada tèrmicament i envellida naturalment.
T5- Envellit artificialment després del refredament d'un procés de conformació a temperatura elevada.
T6- Solució tractada tèrmicament i envellida artificialment.
T7- Solució tractada tèrmicament i estabilitzada (sobreenvelliment).
T8- Solució tractada tèrmicament, treballada en fred i envellida artificialment.
T9- Solució tractada tèrmicament, envellida artificialment i treballada en fred.
T10- Treballat en fred després d'un procés de conformació a temperatura elevada i després envellit artificialment.

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

Aliatges d'alumini i les seves característiques- Si tenim en compte 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 màxima de 10 a 27 ksi) aquesta sèrie sovint es coneix com la sèrie d'alumini pur perquè es requereix que tingui un 99,0% d'alumini mínim. Són soldables. Tanmateix, a causa del seu rang de fusió reduït, requereixen determinades 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 a la corrosió superior, com ara en tancs i canonades químiques especialitzades, o per la seva excel·lent conductivitat elèctrica com en aplicacions de barres de bus. Aquests aliatges tenen propietats mecàniques relativament pobres i poques vegades es tindrien en compte per a aplicacions estructurals generals. Aquests aliatges de base sovint es solden amb material de farciment coincident o amb aliatges de farciment 4xxx depenent dels requisits d'aplicació i rendiment.

Aliatges de la sèrie 2xxx– (tractable tèrmicament– amb una resistència a la tracció màxima de 27 a 62 ksi) són aliatges d'alumini / coure (addicions de coure que van del 0,7 al 6,8%) i són aliatges d'alta resistència i alt rendiment que s'utilitzen sovint per a aplicacions aeroespacials i aeronaus. 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 la corrosió per tensió; no obstant això, altres es solden amb arc amb molt èxit amb els procediments de soldadura correctes. Aquests materials base solen soldar-se amb aliatges de farciment de la sèrie 2xxx d'alta resistència dissenyats per igualar el seu rendiment, però de vegades es poden soldar amb els farcits de la sèrie 4xxx que contenen silici o silici i coure, depenent de l'aplicació i els requisits del servei.

Aliatges de la sèrie 3xxx– (no tractable tèrmicament – ​​amb una resistència a la tracció màxima de 16 a 41 ksi) Aquests són els aliatges d'alumini/manganès (addicions de manganès que oscil·len entre 0,05 i 1,8%) i són de resistència moderada, tenen bona resistència a la corrosió, bona conformabilitat i són adequats. per al seu ús a temperatures elevades. Un dels seus primers usos va ser olles i paelles, i avui són el component principal dels intercanviadors de calor en vehicles i centrals elèctriques. La seva força moderada, però, 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 d'aplicació i servei particulars.

Aliatges de la sèrie 4xxx– (tractable tèrmicament i no tractable tèrmicament – ​​amb una resistència a la tracció màxima de 25 a 55 ksi) Aquests són els aliatges d'alumini/silici (addicions de silici que van del 0,6 al 21,5%) i són les úniques sèries que contenen tant tractables tèrmicament com no. aliatges tractables tèrmicament. El silici, quan s'afegeix a l'alumini, redueix el seu punt de fusió i millora la seva fluïdesa quan es fon. 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 principalment com a material de farciment. El silici, independentment de l'alumini, no es pot tractar tèrmicament; no obstant això, alguns d'aquests aliatges de silici s'han dissenyat per tenir addicions de magnesi o coure, que els proporciona la capacitat de respondre favorablement al tractament tèrmic de la solució. Normalment, aquests aliatges de farciment tractables tèrmicament s'utilitzen només 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 màxima de 18 a 51 ksi) Aquests són els aliatges d'alumini / magnesi (addicions de magnesi que van del 0,2 al 6,2%) i tenen la resistència més alta dels aliatges no tractables tèrmicament. A més, aquesta sèrie d'aliatges és fàcilment soldable, i per aquests motius s'utilitzen per a una gran varietat d'aplicacions com 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 considerar el contingut de magnesi del material base i les condicions d'aplicació i servei del component soldat. Els aliatges d'aquesta sèrie amb més d'un 3,0% de magnesi no es recomanen per a un servei a temperatura elevada per sobre de 150 graus F a causa del seu potencial de sensibilització i la seva susceptibilitat posterior a l'esquerdament per corrosió per 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 la sèrie 5xxx o 4xxx. L'aliatge de base 5052 es reconeix generalment com l'aliatge de base de contingut màxim 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 propietats mecàniques deficients associades a la soldadura, no es recomana soldar material en aquesta sèrie d'aliatges, que contenen quantitats més altes de magnesi amb els farcits de la sèrie 4xxx. Els materials de base de magnesi més alts 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 màxima de 18 a 58 ksi) Aquests són els aliatges d'alumini / magnesi - silici (addicions de magnesi i silici d'al voltant de l'1,0%) i es troben àmpliament a la indústria de la fabricació de soldadura, utilitzats principalment en forma de extrusions, i incorporat 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 seva capacitat per convertir-se en un tractament tèrmic en solució per millorar la resistència. Aquests aliatges són naturalment sensibles a les esquerdes de 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 la dilució del material de base, evitant així el problema d'esquerdes en calent. Estan soldats amb materials de farciment 4xxx i 5xxx, depenent de l'aplicació i dels requisits del servei.

Aliatges de la sèrie 7XXX– (tractable tèrmicament – ​​amb una resistència a la tracció màxima de 32 a 88 ksi) Aquests són els aliatges d'alumini/zinc (addicions de zinc que van del 0,8 al 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 avions, aeroespacials i equips esportius competitius. Igual que la sèrie d'aliatges 2xxx, aquesta sèrie incorpora aliatges que es consideren candidats inadequats per a la soldadura d'arc, i altres, que sovint es solden amb èxit a l'arc. Els aliatges que solen soldar-se en aquesta sèrie, com el 7005, es solden principalment amb els aliatges de farciment de la sèrie 5xxx.

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