Với sự phát triển của nhôm trong ngành chế tạo hàn và sự chấp nhận của nó như là một sự thay thế tuyệt vời cho thép cho nhiều ứng dụng, ngày càng có nhiều yêu cầu đối với những người liên quan đến việc phát triển các dự án nhôm để trở nên quen thuộc hơn với nhóm vật liệu này. Để hiểu đầy đủ nhôm, nên bắt đầu bằng cách làm quen với hệ thống nhận dạng / chỉ định nhôm, nhiều hợp kim nhôm có sẵn và đặc điểm của chúng.

Hệ thống tính khí và chỉ định hợp kim nhôm- Ở Bắc Mỹ, Hiệp hội nhôm Inc. chịu trách nhiệm phân bổ và đăng ký hợp kim nhôm. Hiện tại có hơn 400 hợp kim nhôm và nhôm rèn và hơn 200 hợp kim nhôm dưới dạng đúc và thỏi được đăng ký với liên kết nhôm. Các giới hạn thành phần hóa học hợp kim cho tất cả các hợp kim đã đăng ký này được chứa trong Hiệp hội nhômSách tealcó tựa đề Chỉ định hợp kim quốc tế và giới hạn thành phần hóa học đối với nhôm và hợp kim nhôm rèn và trongSách hồngCó tựa đề chỉ định và giới hạn thành phần hóa học đối với các hợp kim nhôm dưới dạng đúc và thỏi. Các ấn phẩm này có thể cực kỳ hữu ích cho kỹ sư hàn khi phát triển các quy trình hàn, và khi việc xem xét hóa học và liên quan đến độ nhạy của vết nứt.

Hợp kim nhôm có thể được phân loại thành một số nhóm dựa trên các đặc điểm của vật liệu cụ thể như khả năng đáp ứng với xử lý nhiệt và cơ học và yếu tố hợp kim chính được thêm vào hợp kim nhôm. Khi chúng tôi xem xét hệ thống đánh số / nhận dạng được sử dụng cho hợp kim nhôm, các đặc điểm trên được xác định. Các nhôm rèn và đúc có các hệ thống nhận dạng khác nhau. Hệ thống rèn là một hệ thống 4 chữ số và các vật đúc có hệ thống 3 chữ số và 1 chiều.

Hệ thống chỉ định hợp kim rèn- Trước tiên chúng ta sẽ xem xét hệ thống nhận dạng hợp kim nhôm gồm 4 chữ số. Chữ số đầu tiên (Xxxx) chỉ ra phần tử hợp kim chính, đã được thêm vào hợp kim nhôm và thường được sử dụng để mô tả loạt hợp kim nhôm, IE, 1000 Series, 2000 Series, 3000 Series, tối đa 8000 Series (xem Bảng 1).

Chữ số thứ hai (xXxx), nếu khác với 0, biểu thị sự sửa đổi của hợp kim cụ thể và các chữ số thứ ba và thứ tư (xxXX) là các số tùy ý được đưa ra để xác định một hợp kim cụ thể trong chuỗi. Ví dụ: Trong hợp kim 5183, số 5 chỉ ra rằng đó là của chuỗi hợp kim magiê, 1 chỉ ra rằng đó là 1^stSửa đổi hợp kim ban đầu 5083 và 83 xác định nó trong chuỗi 5xxx.

Ngoại lệ duy nhất cho hệ thống đánh số hợp kim này là với hợp kim nhôm 1xxx (nhôm tinh khiết) trong trường hợp đó, 2 chữ số cuối cùng cung cấp tỷ lệ nhôm tối thiểu trên 99%, tức là hợp kim 13(50)(99,50% nhôm tối thiểu).

Hệ thống chỉ định hợp kim nhôm rèn

Bảng 1

Chỉ định hợp kim- Hệ thống chỉ định hợp kim đúc dựa trên chỉ định số thập phân 3 chữ số xxx.x (tức là 356.0). Chữ số đầu tiên (Xxx.x) chỉ ra phần tử hợp kim chính, đã được thêm vào hợp kim nhôm (xem Bảng 2).

Hệ thống chỉ định hợp kim nhôm đúc

Bảng 2

Chữ số thứ hai và thứ ba (xXX.x) là các số tùy ý được đưa ra để xác định một hợp kim cụ thể trong chuỗi. Số lượng theo điểm thập phân cho biết hợp kim là đúc (.0) hoặc thỏi (.1 hoặc .2). Một tiền tố chữ cái viết cho thấy một sửa đổi cho một hợp kim cụ thể.
Ví dụ: Hợp kim - A356.0 Thủ đô A (Axxx.x) cho biết sửa đổi hợp kim 356.0. Số 3 (a3xx.x) chỉ ra rằng nó thuộc loạt silicon cộng với đồng và/hoặc magiê. 56 in (rìu56.0) Xác định hợp kim trong chuỗi 3xx.x và .0 (AXXX.0) chỉ ra rằng nó là một hình dạng cuối cùng và không phải là một thỏi.

Hệ thống chỉ định tính khí bằng nhôm -Nếu chúng ta xem xét một loạt các hợp kim nhôm khác nhau, chúng ta sẽ thấy rằng có sự khác biệt đáng kể trong đặc điểm và ứng dụng do đó. Điểm đầu tiên để nhận ra, sau khi hiểu hệ thống nhận dạng, là có hai loại nhôm khác nhau khác nhau trong chuỗi được đề cập ở trên. Đây là các hợp kim nhôm có thể xử lý nhiệt (những hợp kim có thể đạt được sức mạnh thông qua việc bổ sung nhiệt) và các hợp kim nhôm không điều trị không nhiệt. Sự khác biệt này đặc biệt quan trọng khi xem xét ảnh hưởng của hàn hồ quang đối với hai loại vật liệu này.

Các hợp kim nhôm 1xxx, 3xxx và 5xxx được tạo ra không thể điều trị được và chỉ có thể biến dạng. Các hợp kim nhôm 2xxx, 6xxx và 7xxx được tạo ra là có thể xử lý nhiệt và chuỗi 4xxx bao gồm cả hợp kim có thể xử lý nhiệt và không có thể điều trị được. Các hợp kim cast sê -ri 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x và 7xx.x có thể xử lý nhiệt. Hardening căng thẳng thường không được áp dụng cho đúc.

Các hợp kim có thể xử lý nhiệt có được tính chất cơ học tối ưu của chúng thông qua quá trình xử lý nhiệt, phương pháp điều trị nhiệt phổ biến nhất là xử lý nhiệt giải pháp và lão hóa nhân tạo. Xử lý nhiệt dung dịch là quá trình làm nóng hợp kim đến nhiệt độ cao (khoảng 990 độ F) để đặt các yếu tố hợp kim hoặc hợp chất vào dung dịch. Điều này được theo sau là dập tắt, thường là trong nước, để tạo ra một dung dịch siêu bão hòa ở nhiệt độ phòng. Giải pháp xử lý nhiệt thường được theo sau bởi lão hóa. Lão hóa là sự kết tủa của một phần của các yếu tố hoặc hợp chất từ ​​dung dịch siêu bão hòa để mang lại các tính chất mong muốn.

Các hợp kim có thể xử lý không nhiệt có được tính chất cơ học tối ưu của chúng thông qua việc làm cứng biến dạng. Làm cứng căng thẳng là phương pháp tăng cường sức mạnh thông qua việc áp dụng làm việc lạnh.T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

Các chỉ định tính khí cơ bản

Bảng 3

Hơn nữa, chỉ định tính khí cơ bản, có hai loại phân khu, một loại giải quyết tính khí nóng hổi - làm cứng biến dạng và các loại khác giải quyết tính khí của Tiên - chỉ định được xử lý bằng nhiệt.

Phân khu của H agm - biến dạng cứng

Chữ số đầu tiên sau H chỉ ra một hoạt động cơ bản:
H1- Chỉ căng cứng.
H2- Lọc cứng và ủ một phần.
H3- Lọc cứng và ổn định.
H4- Lọc cứng và sơn mài hoặc sơn.

Chữ số thứ hai sau H cho biết mức độ làm cứng biến dạng:
HX2- Quý HX cứng4- một nửa HX cứng6-Khó ba phần tư
HX8- HX đầy đủ cứng9- thêm khó khăn

Các phân khu của T khí chất - được xử lý nhiệt

T1- Tự nhiên tuổi sau khi làm mát từ quá trình định hình nhiệt độ cao, chẳng hạn như đùn.
T2- Lạnh làm việc sau khi làm mát từ quá trình định hình nhiệt độ cao và sau đó tự nhiên tuổi.
T3- Giải pháp được xử lý nhiệt, lạnh làm việc và tự nhiên tuổi.
T4- Giải pháp được xử lý nhiệt và tuổi tự nhiên.
T5- Tuổi giả sau khi làm mát từ quá trình định hình nhiệt độ cao.
T6- Giải pháp được xử lý nhiệt và tuổi giả.
T7- Giải pháp được xử lý nhiệt và ổn định (quá mức).
T8- Giải pháp được xử lý nhiệt, làm việc lạnh và già nhân tạo.
T9- Giải pháp được xử lý nhiệt, già nhân tạo và lạnh làm việc.
T10- Lạnh làm việc sau khi làm mát từ một quá trình định hình nhiệt độ cao và sau đó già đi một cách giả tạo.

Các chữ số bổ sung cho thấy giảm căng thẳng.
Ví dụ:
TX51hoặc TXX51- Căng thẳng giảm bớt bằng cách kéo dài.
TX52hoặc TXX52- Căng thẳng giảm bớt bằng cách nén.

Hợp kim nhôm và đặc điểm của chúng- Nếu chúng tôi xem xét bảy loạt hợp kim nhôm rèn, chúng tôi sẽ đánh giá cao sự khác biệt của chúng và hiểu các ứng dụng và đặc điểm của chúng.

Hợp kim 1xxx-(không có thể điều trị được-với độ bền kéo cuối cùng từ 10 đến 27 ksi) Sê-ri này thường được gọi là loạt nhôm tinh khiết vì nó được yêu cầu phải có nhôm tối thiểu 99,0%. Họ được hàn. Tuy nhiên, vì phạm vi tan chảy hẹp, họ yêu cầu một số cân nhắc nhất định để tạo ra các quy trình hàn có thể chấp nhận được. Khi được xem xét để chế tạo, các hợp kim này được chọn chủ yếu cho khả năng chống ăn mòn vượt trội như trong các bể hóa học và đường ống chuyên dụng, hoặc cho độ dẫn điện tuyệt vời của chúng như trong các ứng dụng thanh bus. Những hợp kim này có tính chất cơ học tương đối kém và hiếm khi được xem xét cho các ứng dụng cấu trúc chung. Các hợp kim cơ sở này thường được hàn bằng vật liệu phụ phù hợp hoặc với hợp kim phụ 4xxx phụ thuộc vào các yêu cầu ứng dụng và hiệu suất.

Hợp kim loạt 2xxx- (có thể xử lý nhiệt với độ bền kéo cuối cùng từ 27 đến 62 ksi) Đây là các hợp kim nhôm / đồng (bổ sung đồng từ 0,7 đến 6,8%) và là các hợp kim cao, hiệu suất cao thường được sử dụng cho các ứng dụng hàng không vũ trụ và máy bay. Chúng có sức mạnh tuyệt vời trong một phạm vi nhiệt độ rộng. Một số trong các hợp kim này được coi là không thể hàn bởi các quá trình hàn hồ quang vì sự nhạy cảm của chúng đối với vết nứt nóng và nứt ăn mòn căng thẳng; Tuy nhiên, những người khác được hàn rất thành công với các quy trình hàn chính xác. Các vật liệu cơ bản này thường được hàn với các hợp kim filler 2xxx cường độ cao được thiết kế để phù hợp với hiệu suất của chúng, nhưng đôi khi có thể được hàn với các chất độn 4xxx có chứa silicon hoặc silicon và đồng, phụ thuộc vào các yêu cầu ứng dụng và dịch vụ.

Hợp kim loạt 3xxx-(không có thể điều trị được-với độ bền kéo cuối cùng từ 16 đến 41 ksi) Đây là các hợp kim nhôm / mangan (bổ sung mangan dao động từ 0,05 đến 1,8%) và có độ bền vừa phải, có khả năng chống ăn mòn tốt, định dạng tốt và phù hợp để sử dụng ở mức độ cao. Một trong những ứng dụng đầu tiên của họ là chậu và chảo, và chúng là thành phần chính ngày nay đối với các bộ trao đổi nhiệt trong xe và nhà máy điện. Sức mạnh vừa phải của họ, tuy nhiên, thường loại trừ sự xem xét của họ đối với các ứng dụng cấu trúc. Các hợp kim cơ sở này được hàn bằng hợp kim filler 1xxx, 4xxx và 5xxx, phụ thuộc vào hóa học cụ thể và các yêu cầu ứng dụng và dịch vụ cụ thể của chúng.

Hợp kim loạt 4xxx-(có thể xử lý nhiệt và không có thể điều trị được-với độ bền kéo cuối cùng từ 25 đến 55 ksi) Đây là các hợp kim nhôm / silicon (bổ sung silicon từ 0,6 đến 21,5%) và là chuỗi duy nhất có chứa cả hợp kim có thể xử lý nhiệt và không có thể điều trị được. Silicon, khi được thêm vào nhôm, làm giảm điểm nóng chảy của nó và cải thiện tính trôi chảy của nó khi nóng chảy. Những đặc điểm này là mong muốn đối với các vật liệu phụ được sử dụng cho cả hàn hợp nhất và hàn. Do đó, loạt hợp kim này chủ yếu được tìm thấy làm vật liệu phụ. Silicon, độc lập trong nhôm, không được điều trị bằng nhiệt; Tuy nhiên, một số hợp kim silicon này đã được thiết kế để bổ sung magiê hoặc đồng, cung cấp cho chúng khả năng đáp ứng thuận lợi với xử lý nhiệt giải pháp. Thông thường, các hợp kim chất độn có thể xử lý nhiệt này chỉ được sử dụng khi một thành phần hàn phải chịu các phương pháp xử lý nhiệt hàn.

Hợp kim sê -ri 5xxx-(không có thể điều trị được-với độ bền kéo cuối cùng từ 18 đến 51 ksi) Đây là các hợp kim nhôm / magiê (bổ sung magiê dao động từ 0,2 đến 6,2%) và có cường độ cao nhất của các hợp kim không điều trị được. Ngoài ra, loạt hợp kim này có thể hàn dễ dàng và vì những lý do này, chúng được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau như đóng tàu, vận chuyển, tàu áp lực, cầu và tòa nhà. Các hợp kim cơ sở magiê thường được hàn với các hợp kim phụ, được chọn sau khi xem xét hàm lượng magiê của vật liệu cơ sở, và các điều kiện ứng dụng và dịch vụ của thành phần hàn. Các hợp kim trong chuỗi này với hơn 3,0% magiê không được khuyến nghị cho dịch vụ nhiệt độ cao trên 150 độ F vì khả năng nhạy cảm và tính nhạy cảm sau đó đối với vết nứt ăn mòn căng thẳng. Hợp kim cơ sở với ít hơn khoảng 2,5% magiê thường được hàn thành công với các hợp kim filler 5xxx hoặc 4xxx. Hợp kim cơ sở 5052 thường được công nhận là hợp kim cơ sở hàm lượng magiê tối đa có thể được hàn bằng hợp kim filler 4xxx. Do các vấn đề liên quan đến sự nóng chảy eutectic và các tính chất cơ học có liên quan đến chất kém, nên không nên làm vật liệu hàn trong chuỗi hợp kim này, chứa lượng magiê cao hơn với chất độn loạt 4xxx. Các vật liệu cơ sở magiê cao hơn chỉ được hàn với hợp kim phụ 5xxx, thường phù hợp với thành phần hợp kim cơ sở.

Hợp kim loạt 6xxx- (có thể xử lý nhiệt - với độ bền kéo cuối cùng từ 18 đến 58 ksi) Đây là các hợp kim nhôm / magiê - silicon (bổ sung magiê và silicon khoảng 1,0%) và được tìm thấy rộng rãi trong ngành công nghiệp chế tạo hàn, chủ yếu được sử dụng dưới dạng vật liệu. Việc bổ sung magiê và silicon vào nhôm tạo ra một hợp chất của magiê-Silic, cung cấp cho vật liệu này khả năng trở thành dung dịch được xử lý để cải thiện cường độ. Những hợp kim này là sự hóa rắn tự nhiên nhạy cảm, và vì lý do này, chúng không nên được hàn tự động hàn (không có vật liệu phụ). Việc bổ sung đủ lượng vật liệu phụ trong quá trình hàn hồ quang là rất cần thiết để cung cấp độ pha loãng vật liệu cơ bản, do đó ngăn chặn vấn đề nứt nóng. Chúng được hàn bằng cả vật liệu phụ 4xxx và 5xxx, phụ thuộc vào các yêu cầu ứng dụng và dịch vụ.

Hợp kim 7xxx- (có thể xử lý nhiệt - với độ bền kéo cuối cùng từ 32 đến 88 ksi) Đây là các hợp kim nhôm / kẽm (bổ sung kẽm dao động từ 0,8 đến 12,0%) và bao gồm một số hợp kim nhôm cường độ cao nhất. Các hợp kim này thường được sử dụng trong các ứng dụng hiệu suất cao như máy bay, hàng không vũ trụ và thiết bị thể thao cạnh tranh. Giống như loạt hợp kim 2xxx, loạt hợp kim này kết hợp các hợp kim được coi là ứng cử viên không phù hợp cho hàn hồ quang và các loại khác, thường được hàn hồ quang thành công. Các hợp kim được hàn thường được hàn trong loạt bài này, chẳng hạn như 7005, chủ yếu được hàn bằng các hợp kim filler sê -ri 5xxx.

Bản tóm tắt- Hợp kim nhôm ngày nay, cùng với các tempers khác nhau của chúng, bao gồm một loạt các vật liệu sản xuất rộng và linh hoạt. Đối với thiết kế sản phẩm tối ưu và phát triển quy trình hàn thành công, điều quan trọng là phải hiểu sự khác biệt giữa nhiều hợp kim có sẵn và các đặc điểm hiệu suất và hàn khác nhau của chúng. Khi phát triển các quy trình hàn hồ quang cho các hợp kim khác nhau này, phải xem xét cho hợp kim cụ thể được hàn. Người ta thường nói rằng hàn bằng nhôm không khó, đó là điều khác biệt. Tôi tin rằng một phần quan trọng trong việc hiểu những khác biệt này là làm quen với các hợp kim khác nhau, đặc điểm của chúng và hệ thống nhận dạng của chúng.