Con la crescita dell'alluminio nel settore della fabbricazione della saldatura e la sua accettazione come eccellente alternativa all'acciaio per molte applicazioni, vi sono requisiti crescenti per le persone coinvolte nello sviluppo di progetti di alluminio per acquisire più familiarità con questo gruppo di materiali. Per comprendere appieno l'alluminio, è consigliabile iniziare a conoscere il sistema di identificazione / designazione in alluminio, le molte leghe di alluminio disponibili e le loro caratteristiche.

Il temperamento in lega di alluminio e il sistema di designazione- In Nord America, l'Aluminio Association Inc. è responsabile dell'allocazione e della registrazione delle leghe di alluminio. Attualmente ci sono oltre 400 leghe in alluminio e in alluminio battuto e oltre 200 leghe di alluminio sotto forma di getti e lingotti registrati presso l'Associazione alluminio. I limiti di composizione chimica in lega per tutte queste leghe registrate sono contenuti nelle Associazioni di alluminioLibro verde acquaintitolato "Designazioni delle leghe internazionali e limiti di composizione chimica per l'alluminio e leghe di alluminio battuto" e nelle loroLibro rosaintitolato "Designazioni e limiti di composizione chimica per le leghe di alluminio sotto forma di getti e lingotti. Queste pubblicazioni possono essere estremamente utili all'ingegnere di saldatura quando si sviluppano procedure di saldatura e quando la considerazione della chimica e la sua associazione con la sensibilità alle crepe è importante.

Le leghe di alluminio possono essere classificate in un numero di gruppi in base alle caratteristiche del particolare materiale come la sua capacità di rispondere al trattamento termico e meccanico e all'elemento di lega primario aggiunto alla lega di alluminio. Quando consideriamo il sistema di numerazione / identificazione utilizzato per le leghe di alluminio, vengono identificate le caratteristiche di cui sopra. Gli alluminio battuti e cast hanno diversi sistemi di identificazione. Il sistema battuto è un sistema a 4 cifre e i getti con un sistema di luogo a 3 cifre e 1 decimale.

Sistema di designazione in lega battuto- Considereremo prima il sistema di identificazione in lega di alluminio a 4 cifre. La prima cifra (Xxxx) indica l'elemento legale principale, che è stato aggiunto alla lega di alluminio ed è spesso usato per descrivere la serie in lega di alluminio, IE, serie 1000, serie 2000, serie 3000, fino a 8000 serie (vedi Tabella 1).

La seconda cifra singola (xXxx), se diverso da 0, indica una modifica della lega specifica e la terza e la quarta cifra (xxXX) sono numeri arbitrari dati per identificare una lega specifica della serie. Esempio: in lega 5183, il numero 5 indica che è della serie in lega di magnesio, il 1 indica che è il 1^stModifica alla lega originale 5083 e l'83 la identifica nella serie 5xxx.

L'unica eccezione a questo sistema di numerazione in lega è con le leghe di alluminio serie 1xxx (alluminio puro), nel qual caso, le ultime 2 cifre forniscono la percentuale minima di alluminio superiore al 99%, cioè lega 13(50)(Aluminio minimo del 99,50%).

Sistema di designazione in lega di alluminio battuto

Tabella 1

Designazione in lega cast- Il sistema di designazione in lega cast si basa su una designazione decimale a 3 cifre xxx.x (cioè 356.0). La prima cifra (Xxx.x) indica l'elemento di lega principale, che è stato aggiunto alla lega di alluminio (vedere la tabella 2).

Sistema di designazione in lega in alluminio cast

Tabella 2

La seconda e la terza cifra (xXX.x) sono numeri arbitrari dati per identificare una lega specifica della serie. Il numero che segue il punto decimale indica se la lega è un casting (.0) o un lingotto (.1 o .2). Un prefisso di lettere maiuscole indica una modifica a una lega specifica.
Esempio: lega - A356.0 La capitale A (Axxx.x) indica una modifica della lega 356.0. Il numero 3 (a3xx.x) indica che è della serie di rame e/o magnesio di silicio più. Il 56 pollici (ascia56.0) identifica la lega all'interno della serie 3xx.x e .0 (AXXX.0) indica che si tratta di un casting di forma finale e non di un lingotto.

Il sistema di designazione del temperamento in alluminio -Se consideriamo le diverse serie di leghe di alluminio, vedremo che ci sono notevoli differenze nelle loro caratteristiche e nella conseguente applicazione. Il primo punto da riconoscere, dopo aver compreso il sistema di identificazione, è che ci sono due tipi distintamente diversi di alluminio all'interno della serie sopra menzionata. Queste sono le leghe di alluminio curabili da calore (quelle che possono guadagnare forza attraverso l'aggiunta di calore) e le leghe di alluminio curabili non calcolate. Questa distinzione è particolarmente importante quando si considerano gli effetti della saldatura ad arco su questi due tipi di materiali.

Le leghe di alluminio battute in serie 1xxx, 3xxx e 5xxx sono trattabili e non sono induribili. Le leghe di alluminio battute della serie 2xxx, 6xxx e 7xxx sono curabili e le serie 4xxx sono costituite da leghe curabili e non calcarie. Le leghe di fusione della serie 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x e 7xx.x sono curabili. L'indurimento della tensione non è generalmente applicato ai getti.

Le leghe curabili termiche acquisiscono le loro proprietà meccaniche ottimali attraverso un processo di trattamento termico, i trattamenti termici più comuni sono il trattamento termico della soluzione e l'invecchiamento artificiale. Il trattamento termico della soluzione è il processo di riscaldamento della lega a una temperatura elevata (circa 990 gradi F) per mettere in soluzione gli elementi o i composti in lega. Questo è seguito da estinzione, di solito in acqua, per produrre una soluzione sovrasatura a temperatura ambiente. Il trattamento termico della soluzione è generalmente seguito dall'invecchiamento. L'invecchiamento è la precipitazione di una porzione di elementi o composti da una soluzione supersaturata al fine di produrre proprietà desiderabili.

Le leghe curabili non caldibili acquisiscono le loro proprietà meccaniche ottimali attraverso l'indurimento della deformazione. L'indurimento della deformazione è il metodo per aumentare la forza attraverso l'applicazione del lavoro a freddo.T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

Le designazioni di temperamenti di base

Tabella 3

Oltre alla designazione del temperamento di base, esistono due categorie di suddivisione, una che affronta il temperamento "H": l'indurimento della deformazione e l'altro che affronta la designazione "T", trattata termicamente.

Suddivisioni del temperamento H - deformazione indurita

La prima cifra dopo l'H indica un'operazione di base:
H1- Filtra solo indurito.
H2- Filtra indurito e parzialmente ricotto.
H3- Filtra indurito e stabilizzato.
H4- Filtra indurito e laccato o dipinto.

La seconda cifra dopo l'H indica il grado di indurimento della deformazione:
HX2- Quarter Hard HX4- mezzo duro HX6-Tre quarti duri
HX8- FULL HARD HX9- Extra difficile

Suddivisioni del temperamento t - trattato termicamente

T1- Naturalmente invecchiato dopo il raffreddamento da un elevato processo di modellatura della temperatura, come l'estruso.
T2- Il freddo ha funzionato dopo il raffreddamento da un elevato processo di modellatura della temperatura e quindi invecchiato naturalmente.
T3- Soluzione trattata con calore, freddo e naturalmente invecchiato.
T4- Soluzione trattata con calore e naturale.
T5- Età artificialmente dopo il raffreddamento da un elevato processo di modellatura della temperatura.
T6- Soluzione trattata con calore e invecchiata artificialmente.
T7- Soluzione trattata con calore e stabilizzato (sovraagico).
T8- Soluzione trattata con calore, freddo e invecchiato artificialmente.
T9- Soluzione Calore Trattato, invecchiato artificialmente e freddo ha funzionato.
T10- Il freddo ha funzionato dopo il raffreddamento da un elevato processo di modellatura della temperatura e quindi invecchiato artificialmente.

Le cifre aggiuntive indicano un sollievo da stress.
Esempi:
TX51o txx51- Stress sollevato dall'allungamento.
TX52o txx52- Stress alleviato dalla compressione.

Leghe di alluminio e le loro caratteristiche- Se consideriamo le sette serie di leghe di alluminio battute, apprezzeremo le loro differenze e comprenderemo le loro applicazioni e caratteristiche.

Leghe della serie 1xxx-(curabile non calore-con la massima resistenza alla trazione di 10 a 27 KSI) Questa serie è spesso definita la serie di alluminio puro perché è necessario avere un alluminio minimo al 99,0%. Sono saldabili. Tuttavia, a causa del loro intervallo di fusione ristretto, richiedono determinate considerazioni per produrre procedure di saldatura accettabili. Se considerate per la fabbricazione, queste leghe sono selezionate principalmente per la loro resistenza alla corrosione superiore come nei serbatoi chimici specializzati e per le tubazioni o per la loro eccellente conduttività elettrica come nelle applicazioni della barra degli autobus. Queste leghe hanno proprietà meccaniche relativamente scarse e raramente verrebbero considerate per applicazioni strutturali generali. Queste leghe di base sono spesso saldate con materiale di riempimento corrispondente o con leghe di riempimento 4xxx che dipendono dalle applicazioni e dai requisiti delle prestazioni.

Leghe della serie 2xxx- (calore curabile– con ultima resistenza alla trazione da 27 a 62 ksi) Si tratta di leghe di alluminio / rame (aggiunte di rame che vanno dallo 0,7 al 6,8%) e sono leghe ad alta resistenza, ad alte prestazioni che vengono spesso utilizzate per applicazioni aerospaziali e aeronautiche. Hanno un'eccellente resistenza su una vasta gamma di temperature. Alcune di queste leghe sono considerate non accontensabili dai processi di saldatura ad arco a causa della loro suscettibilità al cracking a caldo e alla crepa di corrosione da stress; Tuttavia, altri sono saldati con molto successo con le procedure di saldatura corrette. Questi materiali di base sono spesso saldati con leghe di riempimento della serie 2xxx ad alta resistenza progettate per abbinare le loro prestazioni, ma a volte possono essere saldati con i riempitivi della serie 4xxx contenenti silicio o silicio e rame, dipendenti dalle esigenze dell'applicazione e del servizio.

Leghe della serie 3xxx-(curabile non calore-con la massima resistenza alla trazione da 16 a 41 ksi) Queste sono le leghe di alluminio / manganese (aggiunte di manganese che vanno da 0,05 all'1,8%) e sono di forza moderata, hanno una buona resistenza alla corrosione, una buona formabilità e sono adatte per l'uso a temperature elevate. Uno dei loro primi usi erano vasi e padelle e oggi sono la componente principale per gli scambiatori di calore nei veicoli e nelle centrali elettriche. La loro forza moderata, tuttavia, preclude spesso la loro considerazione per le applicazioni strutturali. Queste leghe di base sono saldate con leghe di riempimento serie 1xxx, 4xxx e 5xxx, dipendenti dalla loro chimica specifica e dai particolari requisiti di applicazione e servizio.

Leghe della serie 4xxx-(curabile curabile e non calore-con la massima resistenza alla trazione da 25 a 55 ksi) Queste sono le leghe di alluminio / silicio (aggiunte di silicio che vanno dallo 0,6 al 21,5%) e sono le uniche serie che contengono sia leghe curabili e non climatizzabili. Il silicio, se aggiunto all'alluminio, riduce il punto di fusione e migliora la sua fluidità quando fuso. Queste caratteristiche sono desiderabili per i materiali di riempimento utilizzati sia per la saldatura di fusione che per il brasatura. Di conseguenza, questa serie di leghe si trova principalmente come materiale di riempimento. Il silicio, indipendentemente in alluminio, non è curabile; Tuttavia, alcune di queste leghe di silicio sono state progettate per avere aggiunte di magnesio o rame, che fornisce loro la possibilità di rispondere favorevolmente al trattamento termico della soluzione. In genere, queste leghe di riempimento curabili da calore vengono utilizzate solo quando un componente saldato deve essere sottoposto a trattamenti termici post saldatura.

Leghe della serie 5xxx-(curabile non calore-con la massima resistenza alla trazione da 18 a 51 ksi) Queste sono le leghe di alluminio / magnesio (aggiunte di magnesio che vanno dallo 0,2 al 6,2%) e hanno la più alta resistenza delle leghe curabili non di calore. Inoltre, questa serie in lega è prontamente saldabile e per questi motivi vengono utilizzati per un'ampia varietà di applicazioni come costruzione navale, trasporto, vasi a pressione, ponti ed edifici. Le leghe di base di magnesio sono spesso saldate con leghe di riempimento, che sono selezionate dopo aver preso in considerazione il contenuto di magnesio del materiale di base e le condizioni di applicazione e servizio del componente saldato. Le leghe in questa serie con un magnesio superiore al 3,0% non sono raccomandate per un elevato servizio di temperatura superiore a 150 gradi F a causa del loro potenziale di sensibilizzazione e successiva suscettibilità allo stress di rottura della corrosione. Le leghe di base con magnesio inferiore al 2,5% sono spesso saldate con successo con le leghe di riempimento della serie 5xxx o 4xxx. La lega di base 5052 è generalmente riconosciuta come la massima lega di base di contenuto di magnesio che può essere saldata con una lega di riempimento in serie 4xxx. A causa dei problemi associati allo scioglimento eutettico e alle povere proprietà meccaniche a saldatura scarsa, non si raccomanda al materiale di saldatura in questa serie in lega, che contengono quantità più elevate di magnesio con i riempitivi della serie 4xxx. I materiali di base di magnesio più elevati sono saldati solo con leghe di riempimento 5xxx, che in genere corrispondono alla composizione della lega di base.

Leghe della serie 6xxx- (Calore Creabile - con ultima resistenza alla trazione da 18 a 58 ksi) Questi sono le leghe di alluminio / magnesio - silicio (aggiunte di magnesio e silicio di circa l'1,0%) e si trovano ampiamente in tutto il settore della fabbricazione di saldatura, utilizzati prevalentemente sotto forma di estrusioni e incorporate in molte componenti strutturali. L'aggiunta di magnesio e silicio all'alluminio produce un composto di magnesio-silicidio, che fornisce a questo materiale la sua capacità di diventare un calore di soluzione trattata per una migliore resistenza. Queste leghe sono naturalmente sensibili alla crepa di solidificazione e, per questo motivo, non dovrebbero essere saldate in arco autogeneo (senza materiale di riempimento). L'aggiunta di quantità adeguate di materiale di riempimento durante il processo di saldatura dell'arco è essenziale al fine di fornire diluizione del materiale di base, impedendo così il problema del cracking a caldo. Sono saldati con materiali di riempimento 4xxx e 5xxx, dipendenti dai requisiti di applicazione e di servizio.

Leghe della serie 7xxx- (Calore curabile - con la massima resistenza alla trazione da 32 a 88 ksi) Queste sono le leghe di alluminio / zinco (aggiunte di zinco che vanno dallo 0,8 al 12,0%) e comprendono alcune delle leghe di alluminio con la massima resistenza. Queste leghe sono spesso utilizzate in applicazioni ad alte prestazioni come aerei, aerospaziale e attrezzature sportive competitive. Come la serie 2xxx di leghe, questa serie incorpora leghe che sono considerati candidati inadatti per la saldatura ad arco e altre, che sono spesso saldate con successo. Le leghe comunemente saldate di questa serie, come 7005, sono prevalentemente saldate con le leghe di riempimento della serie 5xxx.

Riepilogo- Le leghe di alluminio di oggi, insieme ai loro vari tempi, comprendono una vasta gamma di materiali di produzione. Per una progettazione ottimale del prodotto e uno sviluppo di procedura di saldatura di successo, è importante comprendere le differenze tra le molte leghe disponibili e le loro varie caratteristiche di prestazioni e saldabilità. Quando si sviluppano procedure di saldatura ad arco per queste diverse leghe, è necessario considerare la saldatura della lega specifica. Si dice spesso che la saldatura ad arco di alluminio non è difficile, "è solo diversa". Credo che una parte importante della comprensione di queste differenze sia quella di acquisire familiarità con le varie leghe, le loro caratteristiche e il loro sistema di identificazione.