با رشد آلومینیوم در صنعت ساخت جوش و پذیرش آن به عنوان یک جایگزین عالی برای فولاد برای بسیاری از کاربردها، نیازهای فزاینده ای برای کسانی که در حال توسعه پروژه های آلومینیوم هستند برای آشنایی بیشتر با این گروه از مواد وجود دارد. برای درک کامل آلومینیوم، توصیه می شود با آشنایی با سیستم شناسایی / نامگذاری آلومینیوم، آلیاژهای آلومینیوم فراوان موجود و ویژگی های آنها شروع کنید.

سیستم دما و نامگذاری آلیاژ آلومینیوم- در آمریکای شمالی، شرکت Aluminium Association مسئولیت تخصیص و ثبت آلیاژهای آلومینیوم را بر عهده دارد. در حال حاضر بیش از 400 آلیاژ آلومینیوم فرفورژه و آلیاژ آلومینیوم و بیش از 200 آلیاژ آلومینیوم در قالب ریخته گری و شمش در انجمن آلومینیوم ثبت شده است. محدودیت های ترکیب شیمیایی آلیاژ برای همه این آلیاژهای ثبت شده در انجمن آلومینیوم موجود است.کتاب تیلبا عنوان "تعیین های بین المللی آلیاژ و محدودیت های ترکیب شیمیایی برای آلومینیوم فرفورژه و آلیاژهای آلومینیوم فرفورژه" و در آنهاکتاب صورتیبا عنوان «تعیین ها و محدودیت های ترکیب شیمیایی برای آلیاژهای آلومینیوم به شکل ریخته گری و شمش. این انتشارات می تواند برای مهندس جوش در هنگام توسعه روش های جوشکاری، و زمانی که در نظر گرفتن شیمی و ارتباط آن با حساسیت به ترک اهمیت دارد، بسیار مفید باشد.

آلیاژهای آلومینیوم را می‌توان بر اساس ویژگی‌های ماده خاص مانند توانایی آن در پاسخ به عملیات حرارتی و مکانیکی و عنصر آلیاژی اولیه اضافه شده به آلیاژ آلومینیوم به تعدادی گروه طبقه‌بندی کرد. هنگامی که سیستم شماره گذاری / شناسایی مورد استفاده برای آلیاژهای آلومینیوم را در نظر می گیریم، ویژگی های فوق مشخص می شوند. آلومینیوم های فرفورژه و ریخته گری دارای سیستم های مختلف شناسایی هستند. سیستم فرفورژه یک سیستم 4 رقمی و ریخته گری ها دارای سیستم مکان 3 رقمی و 1 اعشاری است.

سیستم تعیین آلیاژ فرفورژه- ابتدا سیستم شناسایی آلیاژ آلومینیوم فرفورژه 4 رقمی را در نظر می گیریم. رقم اول (Xxxx) عنصر آلیاژی اصلی را نشان می دهد که به آلیاژ آلومینیوم اضافه شده است و اغلب برای توصیف سری آلیاژ آلومینیوم استفاده می شود، یعنی سری 1000، سری 2000، سری 3000، تا سری 8000 (جدول 1 را ببینید).

دومین تک رقمی (xXxx)، اگر با 0 متفاوت باشد، نشان دهنده تغییر آلیاژ خاص است و رقم سوم و چهارم (xx)XX) اعداد دلخواه هستند که برای شناسایی یک آلیاژ خاص در سری داده می شوند. مثال: در آلیاژ 5183 عدد 5 نشان دهنده این است که از سری آلیاژ منیزیم است، عدد 1 نشان دهنده 1 است.^stاصلاح به آلیاژ اصلی 5083، و 83 آن را در سری 5xxx شناسایی می کند.

تنها استثنای این سیستم شماره گذاری آلیاژ، آلیاژهای آلومینیوم سری 1xxx (آلومینیوم های خالص) است که در این صورت، 2 رقم آخر حداقل درصد آلومینیوم بالای 99% را ارائه می دهد، یعنی آلیاژ 13.(50)(99.50٪ حداقل آلومینیوم).

سیستم نامگذاری آلیاژ آلومینیوم فرفورژه

جدول 1

نامگذاری آلیاژ ریخته گری- سیستم تعیین آلیاژ ریخته گری بر اساس یک نامگذاری اعشاری 3 رقمی به اضافه xxx.x (یعنی 356.0) است. رقم اول (Xxx.x) عنصر آلیاژی اصلی را نشان می دهد که به آلیاژ آلومینیوم اضافه شده است (جدول 2 را ببینید).

سیستم طراحی آلیاژ آلومینیوم ریخته گری

جدول 2

رقم دوم و سوم (xXXx) اعداد دلخواه هستند که برای شناسایی یک آلیاژ خاص در سری داده می شوند. عدد بعد از نقطه اعشار نشان می دهد که آلیاژ ریخته گری (0.0) یا شمش (.1 یا 0.2) است. پیشوند حرف بزرگ نشان دهنده تغییر در یک آلیاژ خاص است.
به عنوان مثال: آلیاژ - A356.0 سرمایه A (Axxx.x) اصلاح آلیاژ 356.0 را نشان می دهد. عدد 3 (A3xx.x) نشان می دهد که از سری سیلیکون به علاوه مس و/یا منیزیم است. 56 در (Ax560.0 آلیاژ را در سری 3xx.x و 0.0 (Axxx.0) نشان می دهد که ریخته گری شکل نهایی است و نه شمش.

سیستم تعیین دمای آلومینیوم -اگر سری های مختلف آلیاژهای آلومینیوم را در نظر بگیریم، خواهیم دید که تفاوت های قابل توجهی در ویژگی ها و در نتیجه کاربرد آنها وجود دارد. اولین نکته ای که پس از درک سیستم شناسایی باید تشخیص داد این است که دو نوع آلومینیوم کاملاً متفاوت در سری ذکر شده در بالا وجود دارد. اینها آلیاژهای آلومینیوم قابل عملیات حرارتی (آنهایی که می توانند از طریق افزودن گرما استحکام پیدا کنند) و آلیاژهای آلومینیوم غیر قابل عملیات حرارتی هستند. این تمایز به ویژه هنگام در نظر گرفتن تأثیر جوش قوس الکتریکی بر روی این دو نوع ماده مهم است.

آلیاژهای آلومینیوم فرفورژه سری 1xxx، 3xxx، و 5xxx غیر قابل عملیات حرارتی هستند و فقط با کرنش سخت می شوند. آلیاژهای آلومینیوم فرفورژه سری 2xxx، 6xxx و 7xxx قابل عملیات حرارتی هستند و سری 4xxx از هر دو آلیاژ قابل عملیات حرارتی و غیر قابل عملیات حرارتی تشکیل شده است. آلیاژهای ریختگی سری 2xx.x، 3xx.x، 4xx.x و 7xx.x قابل عملیات حرارتی هستند. سخت شدن کرنش معمولاً برای ریخته گری اعمال نمی شود.

آلیاژهای قابل عملیات حرارتی خواص مکانیکی بهینه خود را از طریق فرآیند عملیات حرارتی به دست می‌آورند، که رایج‌ترین عملیات حرارتی، عملیات حرارتی محلول و پیری مصنوعی است. عملیات حرارتی محلول فرآیند گرم کردن آلیاژ تا دمای بالا (حدود 990 درجه فارنهایت) به منظور قرار دادن عناصر یا ترکیبات آلیاژی در محلول است. به دنبال آن کوئنچ، معمولاً در آب، برای تولید محلول فوق اشباع در دمای اتاق انجام می شود. عملیات حرارتی محلول معمولاً با پیری دنبال می شود. پیری رسوب بخشی از عناصر یا ترکیبات از محلول فوق اشباع به منظور ایجاد خواص مطلوب است.

آلیاژهای غیر قابل عملیات حرارتی خواص مکانیکی بهینه خود را از طریق سخت شدن کرنش به دست می آورند. سخت شدن کرنش روشی برای افزایش استحکام از طریق کار سرد است.T6, 6063-T4، 5052-H32، 5083-H112.

نام‌گذاری‌های مزاج پایه

جدول 3

علاوه بر تعیین مزاج اولیه، دو دسته فرعی وجود دارد که یکی به مزاج "H" - سخت شدن کرنش و دیگری به "T" Temper - نامگذاری حرارتی می پردازد.

زیرشاخه های H Temper – Strain Hardened

اولین رقم بعد از H یک عملیات اساسی را نشان می دهد:
H1- فقط با فشار سخت شده.
H2- کرنش سخت شده و تا حدی آنیل شده.
H3- کرنش سخت شده و تثبیت شده است.
H4- سفت شده و لاکی یا رنگ شده.

رقم دوم بعد از H درجه سخت شدن کرنش را نشان می دهد:
HX2– ربع هارد HX4– نیمه سخت HX6- سه چهارم سخت
HX8– فول هارد HX9- فوق العاده سخت

زیرمجموعه های T Temper - تحت درمان با حرارت

T1- به طور طبیعی پس از خنک شدن از فرآیند شکل دهی با دمای بالا، مانند اکسترود کردن، پیر می شود.
T2- سرما پس از خنک شدن از فرآیند شکل دهی دمای بالا کار می کند و سپس به طور طبیعی پیر می شود.
T3- محلول عملیات حرارتی، سرد کار شده و به طور طبیعی کهنه شده است.
T4- محلول عملیات حرارتی شده و به طور طبیعی کهنه شده است.
T5- به طور مصنوعی پس از خنک شدن از فرآیند شکل دهی دمای بالا پیر می شود.
T6- محلول با عملیات حرارتی و پیری مصنوعی.
T7- محلول عملیات حرارتی و تثبیت شده (بیش از حد).
T8- محلول عملیات حرارتی، سرد کار شده و سن مصنوعی.
T9- محلول عملیات حرارتی، کهنه مصنوعی و سرد کار شده است.
T10- سرما پس از خنک شدن از فرآیند شکل دهی با دمای بالا کار می کند و سپس به طور مصنوعی پیر می شود.

ارقام اضافی نشان دهنده کاهش استرس است.
مثال ها:
TX51یا TXX51- استرس با حرکات کششی کاهش می یابد.
TX52یا TXX52- استرس با فشرده سازی کاهش می یابد.

آلیاژهای آلومینیوم و خصوصیات آنها- اگر سری هفت آلیاژ آلومینیوم فرفورژه را در نظر بگیریم، تفاوت آنها را درک خواهیم کرد و کاربردها و ویژگی های آنها را درک خواهیم کرد.

آلیاژهای سری 1xxx– (غیر قابل عملیات حرارتی – با استحکام کششی نهایی 10 تا 27 ksi) این سری اغلب به عنوان سری آلومینیوم خالص شناخته می‌شود، زیرا لازم است حداقل 99.0٪ آلومینیوم داشته باشد. قابل جوش هستند. با این حال، به دلیل محدوده ذوب باریک آنها، به ملاحظات خاصی نیاز دارند تا فرآیندهای جوشکاری قابل قبولی تولید شود. هنگامی که برای ساخت در نظر گرفته می شود، این آلیاژها عمدتاً به دلیل مقاومت در برابر خوردگی برترشان مانند مخازن شیمیایی و لوله کشی تخصصی یا برای هدایت الکتریکی عالی آنها مانند کاربردهای باس بار انتخاب می شوند. این آلیاژها خواص مکانیکی نسبتا ضعیفی دارند و به ندرت برای کاربردهای ساختاری عمومی در نظر گرفته می شوند. این آلیاژهای پایه اغلب با مواد پرکننده منطبق یا با آلیاژهای پرکننده 4xxx بسته به کاربرد و الزامات عملکرد جوش داده می شوند.

آلیاژهای سری 2xxx– (قابل عملیات حرارتی – با استحکام کششی نهایی 27 تا 62 ksi) اینها آلیاژهای آلومینیوم / مس هستند (افزودن مس بین 0.7 تا 6.8٪) و آلیاژهایی با استحکام بالا و عملکرد بالا هستند که اغلب برای کاربردهای هوافضا و هواپیما استفاده می شوند. آنها دارای استحکام عالی در طیف وسیعی از دما هستند. برخی از این آلیاژها به دلیل حساسیت به ترک خوردگی داغ و ترک خوردگی ناشی از تنش، توسط فرآیندهای جوشکاری قوس الکتریکی غیر قابل جوش در نظر گرفته می شوند. با این حال، برخی دیگر با روش‌های صحیح جوشکاری با موفقیت جوش داده می‌شوند. این مواد پایه اغلب با آلیاژهای پرکننده سری 2xxx با استحکام بالا که برای مطابقت با عملکرد آنها طراحی شده اند، جوش داده می شوند، اما گاهی اوقات بسته به کاربرد و نیازهای خدمات، می توان با پرکننده های سری 4xxx حاوی سیلیکون یا سیلیکون و مس جوش داد.

آلیاژهای سری 3xxx- (غیر قابل عملیات حرارتی - با مقاومت کششی نهایی 16 تا 41 ksi) اینها آلیاژهای آلومینیوم / منگنز هستند (افزودن منگنز از 0.05 تا 1.8٪) و دارای استحکام متوسط، مقاومت در برابر خوردگی خوب، شکل پذیری خوب و مناسب هستند. برای استفاده در دماهای بالا یکی از اولین کاربردهای آن ها قابلمه و تابه بود و امروزه جزء اصلی مبدل های حرارتی در وسایل نقلیه و نیروگاه ها هستند. با این حال، استحکام متوسط ​​آنها اغلب مانع از توجه آنها به کاربردهای ساختاری می شود. این آلیاژهای پایه با آلیاژهای پرکننده سری 1xxx، 4xxx و 5xxx، بسته به شیمی خاص آنها و نیازهای کاربردی و خدماتی خاص، جوش داده می شوند.

آلیاژهای سری 4xxx– (قابل عملیات حرارتی و غیر قابل عملیات حرارتی – با استحکام کششی نهایی 25 تا 55 ksi) اینها آلیاژهای آلومینیوم / سیلیکون هستند (اضافه‌های سیلیکونی از 0.6 تا 21.5%) و تنها سری‌هایی هستند که هم دارای قابلیت عملیات حرارتی و هم غیر قابل عملیات حرارتی هستند. آلیاژهای قابل عملیات حرارتی سیلیکون هنگامی که به آلومینیوم اضافه می شود، نقطه ذوب آن را کاهش می دهد و سیالیت آن را هنگام مذاب بهبود می بخشد. این ویژگی ها برای مواد پرکننده مورد استفاده برای جوشکاری ذوبی و لحیم کاری مطلوب است. در نتیجه، این سری از آلیاژها عمدتاً به عنوان مواد پرکننده یافت می شوند. سیلیکون، به طور مستقل در آلومینیوم، غیر قابل عملیات حرارتی است. با این حال، تعدادی از این آلیاژهای سیلیکون به گونه‌ای طراحی شده‌اند که دارای منیزیم یا مس باشند، که توانایی پاسخ مطلوب به عملیات حرارتی محلول را فراهم می‌کند. به طور معمول، این آلیاژهای پرکننده قابل عملیات حرارتی تنها زمانی استفاده می شوند که یک جزء جوش داده شده تحت عملیات حرارتی پس از جوش قرار گیرد.

آلیاژهای سری 5xxx- (غیر قابل عملیات حرارتی - با مقاومت کششی نهایی 18 تا 51 ksi) اینها آلیاژهای آلومینیوم / منیزیم هستند (افزودن منیزیم از 0.2 تا 6.2٪) و بالاترین استحکام را در بین آلیاژهای غیر قابل عملیات حرارتی دارند. علاوه بر این، این سری آلیاژی به راحتی قابل جوش است و به همین دلایل برای کاربردهای بسیار متنوعی مانند کشتی سازی، حمل و نقل، مخازن تحت فشار، پل ها و ساختمان ها استفاده می شود. آلیاژهای پایه منیزیم اغلب با آلیاژهای پرکننده جوش داده می شوند که پس از در نظر گرفتن محتوای منیزیم در ماده پایه و شرایط کاربرد و خدمات جزء جوش داده شده انتخاب می شوند. آلیاژهای این سری با بیش از 3.0 درصد منیزیم به دلیل پتانسیل حساس شدن و متعاقب آن حساسیت به ترک خوردگی ناشی از تنش برای سرویس های دمایی بالاتر از 150 درجه فارنهایت توصیه نمی شوند. آلیاژهای پایه با کمتر از 2.5 درصد منیزیم اغلب با موفقیت با آلیاژهای پرکننده سری 5xxx یا 4xxx جوش داده می شوند. آلیاژ پایه 5052 به طور کلی به عنوان آلیاژ پایه حداکثر محتوای منیزیم شناخته می شود که می تواند با آلیاژ پرکننده سری 4xxx جوش داده شود. به دلیل مشکلات مربوط به ذوب یوتکتیک و خواص مکانیکی ضعیف جوشکاری شده، جوش دادن مواد در این سری آلیاژی که حاوی مقادیر بالاتری از منیزیم با پرکننده های سری 4xxx هستند، توصیه نمی شود. مواد پایه منیزیم بالاتر فقط با آلیاژهای پرکننده 5xxx جوش داده می شوند که عموماً با ترکیب آلیاژ پایه مطابقت دارند.

آلیاژهای سری 6XXX– (قابل عملیات حرارتی – با استحکام کششی نهایی 18 تا 58 ksi) اینها آلیاژهای آلومینیوم / منیزیم - سیلیکون (افزودن منیزیم و سیلیکون حدود 1.0٪) هستند و به طور گسترده در سراسر صنعت ساخت جوش یافت می شوند و عمدتاً به شکل استفاده می شوند. اکستروژن و در بسیاری از اجزای ساختاری گنجانده شده است. افزودن منیزیم و سیلیکون به آلومینیوم ترکیبی از سیلیسید منیزیم را تولید می کند که توانایی این ماده را برای تبدیل شدن به محلول حرارتی برای استحکام بهتر می دهد. این آلیاژها به طور طبیعی به ترک انجماد حساس هستند و به همین دلیل نباید به صورت خودزا (بدون مواد پرکننده) جوش داده شوند. افزودن مقادیر کافی از مواد پرکننده در طول فرآیند جوشکاری قوس الکتریکی برای رقیق شدن مواد پایه ضروری است و در نتیجه از مشکل ترک داغ جلوگیری می کند. آنها با مواد پرکننده 4xxx و 5xxx بسته به کاربرد و خدمات مورد نیاز جوش داده می شوند.

آلیاژهای سری 7XXX– (قابل عملیات حرارتی – با استحکام کششی نهایی 32 تا 88 ksi) اینها آلیاژهای آلومینیوم/روی هستند (افزودن روی از 0.8 تا 12.0 درصد) و برخی از آلیاژهای آلومینیوم با بالاترین استحکام را تشکیل می دهند. این آلیاژها اغلب در کاربردهای با کارایی بالا مانند هواپیما، هوا فضا و تجهیزات ورزشی رقابتی استفاده می شوند. مانند سری 2xxx از آلیاژها، این سری از آلیاژهایی که کاندیدای نامناسب برای جوشکاری قوس الکتریکی در نظر گرفته می شوند و سایر آلیاژهایی که اغلب با موفقیت جوش داده می شوند، در خود جای می دهد. آلیاژهای معمولی جوش داده شده در این سری، مانند 7005، عمدتاً با آلیاژهای پرکننده سری 5xxx جوش داده می شوند.

خلاصه- آلیاژهای آلومینیوم امروزی، همراه با خلق و خوی مختلف، طیف وسیع و متنوعی از مواد تولیدی را در بر می گیرند. برای طراحی محصول بهینه و توسعه موفقیت آمیز فرآیند جوشکاری، درک تفاوت بین بسیاری از آلیاژهای موجود و عملکرد و ویژگی های مختلف جوشکاری آنها مهم است. هنگام توسعه روش های جوشکاری قوس الکتریکی برای این آلیاژهای مختلف، باید به آلیاژ خاصی که جوش داده می شود توجه شود. اغلب گفته می شود که جوشکاری قوس آلومینیومی دشوار نیست، "فقط متفاوت است". من معتقدم که بخش مهمی از درک این تفاوت ها، آشنایی با آلیاژهای مختلف، ویژگی های آنها و سیستم شناسایی آنهاست.