Met de groei van aluminium binnen de lasfabricage-industrie en de acceptatie ervan als een uitstekend alternatief voor staal voor veel toepassingen, worden er steeds meer eisen gesteld aan degenen die betrokken zijn bij de ontwikkeling van aluminiumprojecten om beter vertrouwd te raken met deze groep materialen. Om aluminium volledig te begrijpen, is het raadzaam om eerst kennis te maken met het aluminium identificatie-/aanduidingssysteem, de vele beschikbare aluminiumlegeringen en hun kenmerken.

Het aluminiumlegerings- en aanduidingssysteem- In Noord-Amerika is The Aluminium Association Inc. verantwoordelijk voor de toewijzing en registratie van aluminiumlegeringen. Momenteel zijn er meer dan 400 gesmeed aluminium en gesmeed aluminiumlegeringen en meer dan 200 aluminiumlegeringen in de vorm van gietstukken en blokken geregistreerd bij de Aluminium Association. De limieten voor de chemische samenstelling van al deze geregistreerde legeringen zijn vastgelegd in die van de Aluminium AssociationBlauwgroen Boekgetiteld “Internationale legeringsaanduidingen en chemische samenstellingslimieten voor smeedaluminium en smeedaluminiumlegeringen” en in hunRoze Boekgetiteld “Aanduidingen en chemische samenstellingslimieten voor aluminiumlegeringen in de vorm van gietstukken en ingots. Deze publicaties kunnen uiterst nuttig zijn voor de lasingenieur bij het ontwikkelen van lasprocedures, en wanneer de overweging van de chemie en de associatie daarvan met scheurgevoeligheid van belang is.

Aluminiumlegeringen kunnen in een aantal groepen worden ingedeeld op basis van de kenmerken van het specifieke materiaal, zoals het vermogen om te reageren op thermische en mechanische behandeling en het primaire legeringselement dat aan de aluminiumlegering wordt toegevoegd. Wanneer we kijken naar het nummerings-/identificatiesysteem dat wordt gebruikt voor aluminiumlegeringen, worden de bovenstaande kenmerken geïdentificeerd. De smeed- en gegoten aluminiumsoorten hebben verschillende identificatiesystemen. Het smeedsysteem is een 4-cijferig systeem en de gietstukken hebben een 3-cijferig en 1-decimaal systeem.

Gesmeed legeringsaanduidingssysteem- We zullen eerst het 4-cijferige identificatiesysteem van een gesmeed aluminiumlegering bekijken. Het eerste cijfer (Xxxx) geeft het belangrijkste legeringselement aan dat aan de aluminiumlegering is toegevoegd en vaak wordt gebruikt om de serie aluminiumlegeringen te beschrijven, dwz serie 1000, serie 2000, serie 3000, tot en met 8000 serie (zie tabel 1).

Het tweede enkele cijfer (xXxx), indien verschillend van 0, duidt op een wijziging van de specifieke legering, en het derde en vierde cijfer (xxXX) zijn willekeurige getallen die worden gegeven om een ​​specifieke legering in de serie te identificeren. Voorbeeld: In legering 5183 geeft het getal 5 aan dat het uit de serie magnesiumlegeringen komt, de 1 geeft aan dat het de 1 is^stwijziging van de originele legering 5083, en de 83 identificeert deze in de 5xxx-serie.

De enige uitzondering op dit legeringsnummeringssysteem is bij de aluminiumlegeringen uit de 1xxx-serie (zuivere aluminiumsoorten). In dat geval geven de laatste 2 cijfers het minimale aluminiumpercentage boven 99% aan, dat wil zeggen legering 13(50)(99,50% minimaal aluminium).

AANWIJZINGSSYSTEEM VAN GESMEED ALUMINIUMLEGERING

Tabel 1

Benaming van gegoten legering- Het aanduidingssysteem voor gegoten legeringen is gebaseerd op een 3-cijferige plus decimale aanduiding xxx.x (dwz 356,0). Het eerste cijfer (Xxx.x) geeft het belangrijkste legeringselement aan dat aan de aluminiumlegering is toegevoegd (zie tabel 2).

AANWIJZINGSSYSTEEM VAN GEGOTEN ALUMINIUMLEGERING

Tabel 2

Het tweede en derde cijfer (xXX.x) zijn willekeurige getallen die worden gegeven om een ​​specifieke legering in de serie te identificeren. Het getal achter de komma geeft aan of de legering een gietstuk (.0) of een staaf (.1 of .2) is. Een voorvoegsel met een hoofdletter geeft een wijziging aan een specifieke legering aan.
Voorbeeld: Legering – A356.0 de hoofdletter A (Axxx.x) duidt op een wijziging van legering 356.0. Het getal 3 (A3xx.x) geeft aan dat het van de serie silicium plus koper en/of magnesium is. De 56 in (Ax56.0) identificeert de legering binnen de 3xx.x-serie, en de .0 (Axxx.0) geeft aan dat het een definitieve vormafgietsel is en geen staaf.

Het aluminium temperaanduidingssysteem -Als we de verschillende series aluminiumlegeringen bekijken, zullen we zien dat er aanzienlijke verschillen zijn in hun kenmerken en de daaruit voortvloeiende toepassing. Het eerste punt dat je moet onderkennen, nadat je het identificatiesysteem hebt begrepen, is dat er twee duidelijk verschillende soorten aluminium zijn binnen de hierboven genoemde serie. Dit zijn de warmtebehandelbare aluminiumlegeringen (die sterker kunnen worden door de toevoeging van warmte) en de niet-warmtebehandelbare aluminiumlegeringen. Dit onderscheid is vooral belangrijk als we kijken naar de invloed van booglassen op deze twee soorten materialen.

De gesmede aluminiumlegeringen uit de 1xxx-, 3xxx- en 5xxx-serie zijn niet warmtebehandelbaar en alleen spanningshardbaar. De gesmede aluminiumlegeringen uit de 2xxx-, 6xxx- en 7xxx-serie zijn warmtebehandelbaar en de 4xxx-serie bestaat uit zowel warmtebehandelbare als niet-warmtebehandelbare legeringen. De gietlegeringen uit de series 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x en 7xx.x zijn warmtebehandelbaar. Vervormingsharding wordt over het algemeen niet toegepast op gietstukken.

De met warmte behandelbare legeringen verkrijgen hun optimale mechanische eigenschappen door een proces van thermische behandeling, waarbij de meest voorkomende thermische behandelingen oplossingswarmtebehandeling en kunstmatige veroudering zijn. Oplossingswarmtebehandeling is het proces waarbij de legering wordt verwarmd tot een verhoogde temperatuur (ongeveer 990 graden F) om de legeringselementen of verbindingen in oplossing te brengen. Dit wordt gevolgd door afschrikken, gewoonlijk in water, om bij kamertemperatuur een oververzadigde oplossing te produceren. Oplossingswarmtebehandeling wordt meestal gevolgd door veroudering. Veroudering is het neerslaan van een deel van de elementen of verbindingen uit een oververzadigde oplossing om gewenste eigenschappen te verkrijgen.

De niet-warmtebehandelbare legeringen verkrijgen hun optimale mechanische eigenschappen door middel van spanningsharding. Vervormingsharden is de methode om de sterkte te vergroten door toepassing van koudvervormen.T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

DE BASISGEHALTE-AANDOENINGEN

Tabel 3

Naast de basistemperaanduiding zijn er twee onderverdelingscategorieën, één die betrekking heeft op de aanduiding “H” Temper – Strain Hardening, en de andere op de aanduiding “T” Temper – Thermisch behandeld.

Onderverdelingen van H Temper – Strain Hardened

Het eerste cijfer na de H geeft een basishandeling aan:
H1– Alleen spanningsgehard.
H2– Gehard en gedeeltelijk gegloeid.
H3– Spanning gehard en gestabiliseerd.
H4– Gehard en gelakt of geverfd.

Het tweede cijfer na de H geeft de mate van rekverharding aan:
HX2– Kwartharde HX4– Halfharde HX6– Driekwart moeilijk
HX8– Volledige harde HX9– Extra moeilijk

Onderverdelingen van T Temper – Thermisch behandeld

T1- Natuurlijk verouderd na afkoeling door een vormgevingsproces bij verhoogde temperatuur, zoals extruderen.
T2- Koud bewerkt na afkoeling door een vormgevingsproces bij verhoogde temperatuur en vervolgens op natuurlijke wijze verouderd.
T3- Oplosgegloeid, koud bewerkt en natuurlijk verouderd.
T4- Oplossingswarmtebehandeld en natuurlijk verouderd.
T5- Kunstmatig verouderd na afkoeling door een vormgevingsproces bij verhoogde temperatuur.
T6- Oplosgegloeid en kunstmatig verouderd.
T7- Oplossingswarmtebehandeld en gestabiliseerd (oververouderd).
T8- Oplosgegloeid, koud bewerkt en kunstmatig verouderd.
T9- Oplossingswarmtebehandeld, kunstmatig verouderd en koud bewerkt.
T10- Koud bewerkt na afkoeling door een vormgevingsproces bij verhoogde temperatuur en vervolgens kunstmatig verouderd.

Extra cijfers geven stressverlichting aan.
Voorbeelden:
TX51of TXX51– Stress verlicht door stretchen.
TX52of TXX52– Stress verlicht door compressie.

Aluminiumlegeringen en hun kenmerken- Als we de zeven series gesmede aluminiumlegeringen bekijken, zullen we hun verschillen waarderen en hun toepassingen en kenmerken begrijpen.

Legeringen uit de 1xxx-serie– (niet warmtebehandelbaar – met een ultieme treksterkte van 10 tot 27 ksi) Deze serie wordt vaak de serie puur aluminium genoemd omdat er minimaal 99,0% aluminium nodig is. Ze zijn lasbaar. Vanwege hun smalle smeltbereik vereisen ze echter bepaalde overwegingen om aanvaardbare lasprocedures te verkrijgen. Wanneer ze in aanmerking komen voor fabricage, worden deze legeringen in de eerste plaats geselecteerd vanwege hun superieure corrosieweerstand, zoals in gespecialiseerde chemische tanks en leidingen, of vanwege hun uitstekende elektrische geleidbaarheid, zoals bij busbar-toepassingen. Deze legeringen hebben relatief slechte mechanische eigenschappen en komen zelden in aanmerking voor algemene structurele toepassingen. Deze basislegeringen worden vaak gelast met bijpassend vulmateriaal of met 4xxx-vullegeringen, afhankelijk van de toepassing en prestatie-eisen.

Legeringen uit de 2xxx-serie– (hittebehandelbaar – met een ultieme treksterkte van 27 tot 62 ksi) Dit zijn aluminium/koperlegeringen (kopertoevoegingen variërend van 0,7 tot 6,8%), en het zijn zeer sterke, hoogwaardige legeringen die vaak worden gebruikt voor lucht- en ruimtevaarttoepassingen. Ze hebben een uitstekende sterkte over een breed temperatuurbereik. Sommige van deze legeringen worden door de booglasprocessen als niet-lasbaar beschouwd vanwege hun gevoeligheid voor heetscheuren en spanningscorrosie; Anderen worden echter zeer succesvol met de juiste lasprocedures booggelast. Deze basismaterialen worden vaak gelast met zeer sterke vullegeringen uit de 2xxx-serie die zijn ontworpen om hun prestaties te evenaren, maar kunnen soms worden gelast met de 4xxx-serie vulstoffen die silicium of silicium en koper bevatten, afhankelijk van de toepassing en servicevereisten.

Legeringen uit de 3xxx-serie– (niet warmtebehandelbaar – met ultieme treksterkte van 16 tot 41 ksi) Dit zijn de aluminium/mangaanlegeringen (mangaantoevoegingen variërend van 0,05 tot 1,8%) en hebben een gemiddelde sterkte, hebben een goede corrosieweerstand, goede vervormbaarheid en zijn geschikt voor gebruik bij verhoogde temperaturen. Een van hun eerste toepassingen waren potten en pannen, en tegenwoordig zijn ze het belangrijkste onderdeel van warmtewisselaars in voertuigen en energiecentrales. Hun matige sterkte sluit echter vaak hun overweging voor structurele toepassingen uit. Deze basislegeringen worden gelast met vullegeringen uit de series 1xxx, 4xxx en 5xxx, afhankelijk van hun specifieke chemie en specifieke toepassings- en servicevereisten.

Legeringen uit de 4xxx-serie– (warmtebehandelbaar en niet-warmtebehandelbaar – met ultieme treksterkte van 25 tot 55 ksi) Dit zijn de aluminium/siliciumlegeringen (siliciumtoevoegingen variërend van 0,6 tot 21,5%) en zijn de enige series die zowel warmtebehandelbare als niet-warmtebehandelbare warmtebehandelbare legeringen. Wanneer silicium aan aluminium wordt toegevoegd, wordt het smeltpunt ervan verlaagd en wordt de vloeibaarheid ervan verbeterd wanneer het gesmolten is. Deze eigenschappen zijn wenselijk voor vulmaterialen die worden gebruikt voor zowel smeltlassen als hardsolderen. Deze serie legeringen wordt dan ook vooral als vulmateriaal aangetroffen. Silicium, onafhankelijk van aluminium, is niet warmtebehandelbaar; een aantal van deze siliciumlegeringen is echter zo ontworpen dat ze toevoegingen van magnesium of koper bevatten, waardoor ze het vermogen hebben om gunstig te reageren op oplossingswarmtebehandeling. Normaal gesproken worden deze met warmte behandelbare vullegeringen alleen gebruikt wanneer een gelast onderdeel moet worden onderworpen aan thermische behandelingen na het lassen.

Legeringen uit de 5xxx-serie– (niet warmtebehandelbaar – met ultieme treksterkte van 18 tot 51 ksi) Dit zijn de aluminium/magnesiumlegeringen (magnesiumtoevoegingen variërend van 0,2 tot 6,2%) en hebben de hoogste sterkte van de niet-warmtebehandelbare legeringen. Bovendien is deze legeringsserie goed lasbaar en wordt daarom voor een grote verscheidenheid aan toepassingen gebruikt, zoals in de scheepsbouw, transport, drukvaten, bruggen en gebouwen. De magnesiumbasislegeringen worden vaak gelast met vullegeringen, die worden geselecteerd na overweging van het magnesiumgehalte van het basismateriaal en de toepassings- en gebruiksomstandigheden van het gelaste onderdeel. Legeringen in deze serie met meer dan 3,0% magnesium worden niet aanbevolen voor gebruik bij hogere temperaturen boven 150 graden F vanwege hun potentieel voor sensibilisering en daaropvolgende gevoeligheid voor spanningscorrosiescheuren. Basislegeringen met minder dan ongeveer 2,5% magnesium worden vaak met succes gelast met de vullegeringen uit de 5xxx- of 4xxx-serie. De basislegering 5052 wordt algemeen erkend als de basislegering met het maximale magnesiumgehalte die kan worden gelast met een vullegering uit de 4xxx-serie. Vanwege problemen die verband houden met eutectisch smelten en de daarmee samenhangende slechte mechanische eigenschappen bij het lassen, wordt het niet aanbevolen om materiaal uit deze legeringsserie te lassen, omdat deze hogere hoeveelheden magnesium bevatten met de vulstoffen uit de 4xxx-serie. De hogere magnesiumbasismaterialen worden alleen gelast met 5xxx-vullegeringen, die over het algemeen overeenkomen met de samenstelling van de basislegering.

Legeringen uit de 6XXX-serie– (warmtebehandelbaar – met ultieme treksterkte van 18 tot 58 ksi) Dit zijn de aluminium/magnesium-siliciumlegeringen (magnesium- en siliciumtoevoegingen van ongeveer 1,0%) en worden overal in de lasfabricage-industrie aangetroffen, voornamelijk gebruikt in de vorm van extrusies, en opgenomen in veel structurele componenten. De toevoeging van magnesium en silicium aan aluminium produceert een verbinding van magnesiumsilicide, waardoor dit materiaal een oplossingswarmtebehandeling kan ondergaan voor verbeterde sterkte. Deze legeringen zijn van nature gevoelig voor stollingsscheuren en mogen daarom niet autogeen (zonder vulmateriaal) met een boog worden gelast. De toevoeging van voldoende hoeveelheden vulmateriaal tijdens het booglasproces is essentieel om te zorgen voor verdunning van het basismateriaal, waardoor het probleem van heetscheuren wordt voorkomen. Ze worden gelast met zowel 4xxx- als 5xxx-vulmaterialen, afhankelijk van de toepassing en servicevereisten.

Legeringen uit de 7XXX-serie– (hittebehandelbaar – met ultieme treksterkte van 32 tot 88 ksi) Dit zijn de aluminium/zinklegeringen (zinktoevoegingen variërend van 0,8 tot 12,0%) en omvatten enkele van de aluminiumlegeringen met de hoogste sterkte. Deze legeringen worden vaak gebruikt in hoogwaardige toepassingen zoals vliegtuigen, ruimtevaart en competitieve sportuitrusting. Net als de 2xxx-serie legeringen bevat deze serie legeringen die als ongeschikte kandidaten voor booglassen worden beschouwd, en andere, die vaak met succes worden booggelast. De veelgebruikte legeringen in deze serie, zoals 7005, worden voornamelijk gelast met de vullegeringen uit de 5xxx-serie.

Samenvatting- De huidige aluminiumlegeringen omvatten, samen met hun verschillende temperaturen, een breed en veelzijdig assortiment productiematerialen. Voor een optimaal productontwerp en een succesvolle ontwikkeling van lasprocedures is het belangrijk om de verschillen te begrijpen tussen de vele beschikbare legeringen en hun verschillende prestatie- en laseigenschappen. Bij het ontwikkelen van booglasprocedures voor deze verschillende legeringen moet rekening worden gehouden met de specifieke legering die wordt gelast. Er wordt vaak gezegd dat booglassen van aluminium niet moeilijk is, “het is gewoon anders”. Ik geloof dat een belangrijk deel van het begrijpen van deze verschillen bestaat uit het vertrouwd raken met de verschillende legeringen, hun kenmerken en hun identificatiesysteem.