З ростам выкарыстання алюмінію ў зварачнай прамысловасці і яго прызнаннем у якасці выдатнай альтэрнатывы сталі для многіх ужыванняў, узрастаюць патрабаванні да тых, хто ўдзельнічае ў распрацоўцы алюмініевых праектаў, каб лепш азнаёміцца ​​з гэтай групай матэрыялаў. Каб цалкам зразумець алюміній, рэкамендуецца пачаць з азнаямлення з сістэмай ідэнтыфікацыі/маркіроўкі алюмінію, шматлікімі даступнымі алюмініевымі сплавамі і іх характарыстыкамі.

Сістэма абазначэння і тэмпу алюмініевых сплаваў- У Паўночнай Амерыцы за размеркаванне і рэгістрацыю алюмініевых сплаваў адказвае Асацыяцыя алюмінію (The Aluminum Association Inc.). У цяперашні час у Асацыяцыі алюмінію зарэгістравана больш за 400 відаў каванага алюмінію і каваных алюмініевых сплаваў, а таксама больш за 200 алюмініевых сплаваў у выглядзе адлівак і зліткаў. Абмежаванні па хімічным складзе сплаваў для ўсіх гэтых зарэгістраваных сплаваў утрымліваюцца ў рэгламенце Асацыяцыі алюмінію.Бірузова-зялёная кнігапад назвай «Міжнародныя абазначэнні сплаваў і межы хімічнага складу для каванага алюмінію і каваных алюмініевых сплаваў» і ў іхРужовая кнігапад назвай «Абзначэнні і межы хімічнага складу алюмініевых сплаваў у выглядзе адлівак і зліткаў». Гэтыя публікацыі могуць быць надзвычай карыснымі для інжынера-зваршчыка пры распрацоўцы зварачных працэсаў, а таксама калі важны ўлік хімічнага складу і яго сувязі з адчувальнасцю да расколін.

Алюмініевыя сплавы можна падзяліць на некалькі груп у залежнасці ад характарыстык канкрэтнага матэрыялу, такіх як яго здольнасць рэагаваць на тэрмічную і механічную апрацоўку, а таксама асноўны легіруючы элемент, дададзены ў алюмініевы сплаў. Калі разглядаць сістэму нумарацыі/ідэнтыфікацыі, якая выкарыстоўваецца для алюмініевых сплаваў, вышэйзгаданыя характарыстыкі вылучаюцца. Каваныя і літыя алюмініевыя сплавы маюць розныя сістэмы ідэнтыфікацыі. Каваныя алюмініевыя сплавы маюць 4-значную сістэму, а літыя — 3-значную сістэму з 1 знакам пасля коскі.

Сістэма абазначэння каваных сплаваў- Спачатку разгледзім 4-значную сістэму ідэнтыфікацыі каванага алюмініевага сплаву. Першая лічба (Xxxx) паказвае асноўны легіруючы элемент, які быў дададзены ў алюмініевы сплаў і часта выкарыстоўваецца для апісання серыі алюмініевых сплаваў, г.зн. серыя 1000, серыя 2000, серыя 3000 і да серыі 8000 (гл. табліцу 1).

Другая адназначная лічба (xXxx), калі адрозніваецца ад 0, паказвае на мадыфікацыю канкрэтнага сплаву, а трэцяя і чацвёртая лічбы (xxXX) — гэта адвольныя лічбы, якія прысвойваюцца для ідэнтыфікацыі канкрэтнага сплаву ў серыі. Прыклад: у сплаве 5183 лічба 5 паказвае, што ён належыць да серыі магніевых сплаваў, а 1 — што гэта 1.^stмадыфікацыя зыходнага сплаву 5083, а лічба 83 абазначае яго ў серыі 5xxx.

Адзіным выключэннем з гэтай сістэмы нумарацыі сплаваў з'яўляюцца алюмініевыя сплавы серыі 1xxx (чысты алюміній), у якіх апошнія 2 лічбы паказваюць мінімальны працэнт алюмінію вышэй за 99%, г.зн. сплаў 13.(50)(мінімум 99,50% алюмінію).

СІСТЭМА АБАЗНАЧЭННЯ КОВАНЫХ АЛЮМІНІЕВЫХ СПЛАВАЎ

Табліца 1

Абазначэнне літога сплаву- Сістэма абазначэння літых сплаваў заснавана на трохзначным плюс дзесятковым абазначэнні xxx.x (г.зн. 356.0). Першая лічба (Xxx.x) паказвае асноўны легіруючы элемент, які быў дададзены ў алюмініевы сплаў (гл. табліцу 2).

СІСТЭМА АБАЗНАЧЭННЯ ЛІТЫХ АЛЮМІНІЕВЫХ СПЛАВАЎ

Табліца 2

Другая і трэцяя лічбы (xXX.x) — гэта адвольныя лічбы, якія прысвойваюцца для ідэнтыфікацыі канкрэтнага сплаву ў серыі. Лічба пасля дзесятковай коскі паказвае, ці з'яўляецца сплаў адліўкай (.0) або зліткам (.1 або .2). Прэфікс з вялікай літары паказвае на мадыфікацыю канкрэтнага сплаву.
Прыклад: Сплаў – A356.0, вялікая літара A (Axxx.x) паказвае на мадыфікацыю сплаву 356.0. Лічба 3 (A3xx.x) паказвае, што ён належыць да серыі крэмній-медзь і/або магній. 56 у (Ax56.0) абазначае сплаў у серыі 3xx.x, а .0 (Axxx.0) паказвае, што гэта адліўка канчатковай формы, а не злітак.

Сістэма абазначэння тэмператур алюмінію -Калі разгледзець розныя серыі алюмініевых сплаваў, то ўбачым значныя адрозненні ў іх характарыстыках і адпаведным ужыванні. Першае, што трэба ўлічыць пасля разумення сістэмы ідэнтыфікацыі, гэта тое, што ў вышэйзгаданых серыях існуюць два цалкам розныя тыпы алюмінію. Гэта тэрмаапрацоўваемыя алюмініевыя сплавы (тыя, якія могуць набыць трываласць за кошт дадання цяпла) і нетэрмаапрацоўваемыя алюмініевыя сплавы. Гэта адрозненне асабліва важнае пры разглядзе ўплыву дугавой зваркі на гэтыя два тыпы матэрыялаў.

Каваныя алюмініевыя сплавы серый 1xxx, 3xxx і 5xxx не паддаюцца тэрмічнай апрацоўцы і толькі ўмацоўваюцца пры дэфармацыі. Каваныя алюмініевыя сплавы серый 2xxx, 6xxx і 7xxx паддаюцца тэрмічнай апрацоўцы, а серыя 4xxx складаецца як з тэрмічна апрацоўваемых, так і з нетэрмічна апрацоўваемых сплаваў. Літыя сплавы серый 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x і 7xx.x паддаюцца тэрмічнай апрацоўцы. Дэфармацыйнае ўмацаванне звычайна не ўжываецца да адлівак.

Тэрмаапрацоўваемыя сплавы набываюць свае аптымальныя механічныя ўласцівасці праз працэс тэрмічнай апрацоўкі, найбольш распаўсюджанымі з якіх з'яўляюцца тэрмічная апрацоўка на раствор і штучнае старэнне. Тэрмаапрацоўка на раствор - гэта працэс награвання сплаву да падвышанай тэмпературы (каля 990°F) для пераводу легіруючых элементаў або злучэнняў у раствор. Затым адбываецца загартоўка, звычайна ў вадзе, для атрымання перасычанага раствора пры пакаёвай тэмпературы. Пасля тэрмічнай апрацоўкі на раствор звычайна ідзе старэнне. Старэнне - гэта асаджэнне часткі элементаў або злучэнняў з перасычанага раствора для атрымання жаданых уласцівасцей.

Нетэрмічна апрацоўваемыя сплавы набываюць свае аптымальныя механічныя ўласцівасці шляхам дэфармацыйнага ўмацавання. Дэфармацыйнае ўмацаванне - гэта метад павышэння трываласці шляхам прымянення халоднай апрацоўкі. T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-Н112.

Асноўныя абазначэнні тэмпераменту

Табліца 3

Акрамя асноўнага абазначэння стану, існуюць дзве катэгорыі падпадзяленняў: адна адносіцца да стану «H» — умацаванне пад ціскам, а другая — да стану «T» — тэрмічная апрацоўка.

Падраздзяленні H-стану — умацаванне пад ціскам

Першая лічба пасля літары H абазначае базавую аперацыю:
H1– Толькі ўмацаваныя пад ціскам.
H2– Дэфармацыйна загартаваныя і часткова адпаленыя.
H3– Умацаваны і стабілізаваны.
H4– Дэфармаванае загартаванне і лакаванае або пафарбаванае.

Другая лічба пасля літары H паказвае ступень дэфармацыйнага ўмацавання:
HX2– Чвэрць жорсткага HX4– Напалову цвёрды HX6– Тры чвэрці складанасці
HX8– Поўны жорсткі HX9– Вельмі цвёрды

Падраздзяленні T-стану — тэрмічная апрацоўка

T1- Натуральнае старэнне пасля астуджэння ў працэсе фарміравання пры падвышанай тэмпературы, напрыклад, экструзіі.
T2- Халодная апрацоўка пасля астуджэння пасля працэсу фармавання пад павышанай тэмпературай, а затым натуральнае старэнне.
T3- Апрацоўка на цвёрды раствор, халодная апрацоўка і натуральнае старэнне.
T4- Апрацоўка на растворнай аснове і натуральнае вытрымка.
T5- Штучнае старэнне пасля астуджэння ў працэсе фармавання пры падвышанай тэмпературы.
T6- Апрацоўка на растворную тэрмічную апрацоўку і штучнае старэнне.
T7- Апрацаваны на растворную тэрмічную апрацоўку і стабілізаваны (ператрыманы).
T8- Апрацоўка на цвёрды раствор, халодная апрацоўка і штучнае старэнне.
T9- Апрацоўка на растворную тэрмічную апрацоўку, штучнае старэнне і халодную апрацоўку.
Т10- Халодная апрацоўка пасля астуджэння пры падвышанай тэмпературы і наступнага штучнага старэння.

Дадатковыя лічбы паказваюць на зняцце стрэсу.
Прыклады:
TX51або Тэхас51– Зняцце стрэсу з дапамогай расцяжкі.
TX52або Тэхас52– Зняцце напружання шляхам сціскання.

Алюмініевыя сплавы і іх характарыстыкі— Калі мы разгледзім сем серый каваных алюмініевых сплаваў, мы ацэнім іх адрозненні і зразумеем іх прымяненне і характарыстыкі.

Сплавы серыі 1xxx– (не паддаюцца тэрмічнай апрацоўцы — з мяжой трываласці на расцяжэнне ад 10 да 27 ksi) гэтую серыю часта называюць серыяй чыстага алюмінію, таму што патрабуецца мінімум 99,0% алюмінію. Яны зварваюцца. Аднак з-за вузкага дыяпазону плаўлення яны патрабуюць пэўных умоў для атрымання прымальных зварачных працэсаў. Пры разглядзе гэтых сплаваў для вырабу іх выбіраюць у першую чаргу з-за іх высокай каразійнай устойлівасці, напрыклад, у спецыялізаваных хімічных рэзервуарах і трубаправодах, або з-за іх выдатнай электраправоднасці, як у шынах. Гэтыя сплавы маюць адносна дрэнныя механічныя ўласцівасці і рэдка разглядаюцца для агульнага канструкцыйнага прымянення. Гэтыя базавыя сплавы часта зварваюцца з адпаведным прысадачным матэрыялам або са сплавамі-прысадкамі 4xxx у залежнасці ад прымянення і патрабаванняў да эксплуатацыйных характарыстык.

Сплавы серыі 2xxx– (тэрмаапрацоўвальныя – з мяжой трываласці на расцяжэнне ад 27 да 62 ksi) гэта алюмініева-медныя сплавы (з дабаўкамі медзі ад 0,7 да 6,8%), якія з'яўляюцца высокатрывалымі, высокапрадукцыйнымі сплавамі, якія часта выкарыстоўваюцца ў аэракасмічнай і авіяцыйнай прамысловасці. Яны маюць выдатную трываласць у шырокім дыяпазоне тэмператур. Некаторыя з гэтых сплаваў лічацца незварвальнымі пры дугавой зварцы з-за іх схільнасці да гарачых расколін і каразійных расколін пад напружаннем; аднак іншыя вельмі паспяхова зварваюцца дугавой зваркай пры правільных працэдурах зваркі. Гэтыя асноўныя матэрыялы часта зварваюцца высокатрывалымі прысадачнымі сплавамі серыі 2xxx, распрацаванымі ў адпаведнасці з іх характарыстыкамі, але часам іх можна зварваць з прысадачнымі сплавамі серыі 4xxx, якія змяшчаюць крэмній або крэмній і медзь, у залежнасці ад прымянення і патрабаванняў эксплуатацыі.

Сплавы серыі 3xxx– (не паддаюцца тэрмічнай апрацоўцы – з мяжой трываласці на расцяжэнне ад 16 да 41 ksi) Гэта алюмініева-марганцавыя сплавы (дабаўкі марганцу ад 0,05 да 1,8%), якія маюць умераную трываласць, добрую каразійную ўстойлівасць, добрую фармавальнасць і падыходзяць для выкарыстання пры падвышаных тэмпературах. Адным з іх першых ужыванняў былі рондалі і патэльні, і сёння яны з'яўляюцца асноўным кампанентам цеплаабменнікаў у транспартных сродках і на электрастанцыях. Аднак іх умераная трываласць часта выключае іх разгляд для канструкцыйнага прымянення. Гэтыя базавыя сплавы зварваюцца з прысадачнымі сплавамі серый 1xxx, 4xxx і 5xxx у залежнасці ад іх канкрэтнага хімічнага складу і канкрэтных патрабаванняў да прымянення і эксплуатацыі.

Сплавы серыі 4xxx– (тэрмаапрацоўваемыя і нетэрмаапрацоўваемыя – з мяжой трываласці на расцяжэнне ад 25 да 55 ksi) Гэта алюмініева-крэмніевыя сплавы (дабаўкі крэмнію ад 0,6 да 21,5%) і з'яўляюцца адзінай серыяй, якая ўтрымлівае як тэрмаапрацоўваемыя, так і нетэрмаапрацоўваемыя сплавы. Даданне крэмнію да алюмінію зніжае яго тэмпературу плаўлення і паляпшае яго цякучасць у расплаўленым стане. Гэтыя характарыстыкі пажаданыя для прысадачных матэрыялаў, якія выкарыстоўваюцца як для зваркі плаўленнем, так і для пайкі. Такім чынам, гэтая серыя сплаваў пераважна выкарыстоўваецца ў якасці прысадачнага матэрыялу. Крэмній, незалежна ад алюмінію, не паддаецца тэрмаапрацоўцы; аднак шэраг гэтых крэмніевых сплаваў былі распрацаваны з дадаткамі магнію або медзі, што забяспечвае ім здольнасць спрыяльна рэагаваць на тэрмічную апрацоўку на раствор. Як правіла, гэтыя тэрмаапрацоўваемыя прысадачныя сплавы выкарыстоўваюцца толькі тады, калі звараны кампанент павінен падвяргацца паслязварочнай тэрмічнай апрацоўцы.

Сплавы серыі 5xxx– (нетэрмаапрацоўваемыя – з мяжой трываласці на расцяжэнне ад 18 да 51 ksi) Гэта алюмініева-магніевыя сплавы (дабаўкі магнію ад 0,2 да 6,2%), якія маюць найвышэйшую трываласць сярод нетэрмаапрацоўваемых сплаваў. Акрамя таго, гэтая серыя сплаваў лёгка зварваецца, і па гэтых прычынах яны выкарыстоўваюцца ў шырокім спектры прымянення, такіх як суднабудаванне, транспарт, сасуды пад ціскам, масты і будынкі. Магніевыя сплавы часта зварваюцца з прысадачнымі сплавамі, якія выбіраюцца з улікам утрымання магнію ў асноўным матэрыяле, а таксама ўмоў прымянення і эксплуатацыі зварваемага кампанента. Сплавы гэтай серыі з больш чым 3,0% магнію не рэкамендуюцца для эксплуатацыі пры падвышаных тэмпературах вышэй за 150°F з-за іх патэнцыялу да сенсібілізацыі і наступнай схільнасці да каразійнага растрэсквання пад напружаннем. Асноўныя сплавы з менш чым прыблізна 2,5% магнію часта паспяхова зварваюцца з прысадачнымі сплавамі серыі 5xxx або 4xxx. Асноўны сплаў 5052 звычайна прызнаны базавым сплавам з максімальным утрыманнем магнію, які можна зварваць з прысадачным сплавам серыі 4xxx. З-за праблем, звязаных з эўтэктычным плаўленнем і звязанымі з гэтым дрэннымі механічнымі ўласцівасцямі пасля зваркі, не рэкамендуецца зварваць матэрыялы са сплаваў гэтай серыі, якія ўтрымліваюць большую колькасць магнію, з прысадкамі серыі 4xxx. Асноўныя матэрыялы з больш высокім утрыманнем магнію зварваюцца толькі з прысадкамі 5xxx, склад якіх звычайна адпавядае складу асноўнага сплаву.

Сплавы серыі 6XXX– (тэрмаапрацоўваемыя – з мяжой трываласці на расцяжэнне ад 18 да 58 ksi) Гэта алюмініева-магніева-крэмніевыя сплавы (дабаўкі магнію і крэмнію каля 1,0%), якія шырока сустракаюцца ў зварачнай прамысловасці, выкарыстоўваюцца пераважна ў выглядзе экструзійных вырабаў і ўключаюцца ў многія канструкцыйныя кампаненты. Даданне магнію і крэмнію да алюмінію ўтварае злучэнне магнію-сіліцыду, якое забяспечвае гэтаму матэрыялу здольнасць падвяргацца тэрмічнай апрацоўцы на раствор для павышэння трываласці. Гэтыя сплавы натуральным чынам адчувальныя да расколін пры зацвярдзенні, і па гэтай прычыне іх нельга зварваць дугавым шляхам аўтагенна (без прысадачнага матэрыялу). Даданне дастатковай колькасці прысадачнага матэрыялу падчас працэсу дугавой зваркі неабходна для забеспячэння развядзення асноўнага матэрыялу, тым самым прадухіляючы праблему гарачых расколін. Іх зварваюць з прысадачнымі матэрыяламі як 4xxx, так і 5xxx у залежнасці ад прымянення і патрабаванняў эксплуатацыі.

Сплавы серыі 7XXX– (тэрмаапрацоўвальныя – з мяжой трываласці на расцяжэнне ад 32 да 88 ksi) Гэта алюмініева-цынкавыя сплавы (з дабаўкамі цынку ад 0,8 да 12,0%), якія з'яўляюцца аднымі з самых трывалых алюмініевых сплаваў. Гэтыя сплавы часта выкарыстоўваюцца ў высокапрадукцыйных прымяненнях, такіх як самалёты, аэракасмічная прамысловасць і абсталяванне для спаборніцтваў па спорце. Як і серыя сплаваў 2xxx, гэтая серыя ўключае сплавы, якія лічацца непрыдатнымі кандыдатамі для дугавой зваркі, і іншыя, якія часта паспяхова зварваюцца дугавой зваркай. Звычайна зварваныя сплавы гэтай серыі, такія як 7005, пераважна зварваюцца з прысадачнымі сплавамі серыі 5xxx.

Кароткі змест— Сучасныя алюмініевыя сплавы разам з іх рознымі станамі складаюць шырокі і ўніверсальны дыяпазон вытворчых матэрыялаў. Для аптымальнага праектавання вырабаў і паспяховай распрацоўкі зварачных працэдур важна разумець адрозненні паміж многімі даступнымі сплавамі і іх рознымі характарыстыкамі эксплуатацыйных характарыстык і зварачнасці. Пры распрацоўцы зварачных працэдур для гэтых розных сплаваў неабходна ўлічваць канкрэтны сплаў, які зварваецца. Часта кажуць, што зварачная дуга алюмінію нескладаная, «яна проста іншая». Я лічу, што важнай часткай разумення гэтых адрозненняў з'яўляецца знаёмства з рознымі сплавамі, іх характарыстыкамі і сістэмай ідэнтыфікацыі.