Co crecemento do aluminio dentro da industria de fabricación de soldadura, e a súa aceptación como unha excelente alternativa ao aceiro para moitas aplicacións, cada vez son máis os requisitos para que os implicados no desenvolvemento de proxectos de aluminio se familiaricen con este grupo de materiais. Para entender plenamente o aluminio, recoméndase comezar por familiarizarse co sistema de identificación e designación do aluminio, as moitas aliaxes de aluminio dispoñibles e as súas características.

O sistema de temperamento e designación de aliaxe de aluminio- En América do Norte, The Aluminum Association Inc. é responsable da asignación e rexistro das aliaxes de aluminio. Actualmente hai máis de 400 aluminio forxado e aliaxes de aluminio forxado e máis de 200 aliaxes de aluminio en forma de fundición e lingotes rexistrados na Asociación do Aluminio. Os límites de composición química das aliaxes para todas estas aliaxes rexistradas están contidos na Asociación do AluminioLibro Tealtitulado "Denominacións internacionais de aliaxes e límites de composición química para o aluminio forxado e as aliaxes de aluminio forxado" e nos seusLibro rosatitulada “Denominacións e límites de composición química das aliaxes de aluminio en forma de fundición e lingote. Estas publicacións poden ser extremadamente útiles para o enxeñeiro de soldadura á hora de desenvolver procedementos de soldadura, e cando a consideración da química e a súa asociación coa sensibilidade ás fisuras é importante.

As aliaxes de aluminio pódense clasificar en varios grupos en función das características do material en particular, como a súa capacidade de responder ao tratamento térmico e mecánico e o elemento de aliaxe principal engadido á aliaxe de aluminio. Cando consideramos o sistema de numeración/identificación utilizado para as aliaxes de aluminio, identifícanse as características anteriores. Os aluminios forxados e fundidos teñen diferentes sistemas de identificación. O sistema forxado é un sistema de 4 díxitos e as fundicións teñen un sistema de lugares de 3 díxitos e 1 decimal.

Sistema de designación de aliaxes forxadas- Consideraremos primeiro o sistema de identificación de aliaxe de aluminio forxado de 4 díxitos. O primeiro díxito (Xxxx) indica o elemento de aliaxe principal, que foi engadido á aliaxe de aluminio e que adoita utilizarse para describir a serie de aliaxe de aluminio, é dicir, a serie 1000, a serie 2000, a serie 3000, ata a serie 8000 (consulta a táboa 1).

O segundo díxito único (xXxx), se é diferente de 0, indica unha modificación da aliaxe específica e o terceiro e cuarto díxitos (xxXX) son números arbitrarios que se dan para identificar unha aliaxe específica da serie. Exemplo: na aliaxe 5183, o número 5 indica que é da serie de aliaxes de magnesio, o 1 indica que é o 1^stmodificación á aliaxe orixinal 5083, e o 83 identifícao na serie 5xxx.

A única excepción a este sistema de numeración de aliaxes é coas aliaxes de aluminio da serie 1xxx (aluminios puros), en cuxo caso, os 2 últimos díxitos proporcionan a porcentaxe mínima de aluminio superior ao 99 %, é dicir, a aliaxe 13.(50)(99,50% mínimo de aluminio).

SISTEMA DE DESIGNACIÓN DE ALEACIÓN DE ALUMINIO FORXADO

Táboa 1

Denominación de aliaxe fundida- O sistema de designación da aliaxe fundida baséase nunha designación decimal de 3 díxitos máis xxx.x (é dicir, 356.0). O primeiro díxito (Xxx.x) indica o elemento de aliaxe principal, que foi engadido á aliaxe de aluminio (ver táboa 2).

SISTEMA DE DESIGNACIÓN DE ALEACIÓN DE ALUMINIO FUNDIDO

Táboa 2

O segundo e o terceiro díxitos (xXX.x) son números arbitrarios que se dan para identificar unha aliaxe específica da serie. O número que segue á coma decimal indica se a aliaxe é unha fundición (.0) ou un lingote (.1 ou .2). Un prefixo de maiúscula indica unha modificación dunha aliaxe específica.
Exemplo: aliaxe – A356.0 a capital A (Axxx.x) indica unha modificación da aliaxe 356.0. O número 3 (A3xx.x) indica que é da serie silicio máis cobre e/ou magnesio. O 56 polgadas (Ax56.0) identifica a aliaxe dentro da serie 3xx.x e o .0 (Axxx.0) indica que se trata dunha fundición de forma final e non dun lingote.

O sistema de designación do tempero de aluminio -Se temos en conta as distintas series de aliaxes de aluminio, veremos que existen diferenzas considerables nas súas características e na conseguinte aplicación. O primeiro punto a recoñecer, despois de entender o sistema de identificación, é que existen dous tipos de aluminio claramente diferentes dentro da serie mencionada anteriormente. Estas son as aliaxes de aluminio tratables térmicamente (aquelas que poden gañar forza coa adición de calor) e as aliaxes de aluminio non tratables térmicamente. Esta distinción é particularmente importante cando se consideran os efectos da soldadura por arco nestes dous tipos de materiais.

As aliaxes de aluminio forxado das series 1xxx, 3xxx e 5xxx non son tratables térmicamente e só se poden endurecer por deformación. As aliaxes de aluminio forxado das series 2xxx, 6xxx e 7xxx son tratables térmicamente e a serie 4xxx consiste en aliaxes tratables térmicamente e non tratables térmicamente. As aliaxes de fundición das series 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x e 7xx.x son tratables térmicamente. O endurecemento por deformación non se aplica xeralmente ás pezas de fundición.

As aliaxes tratables térmicamente adquiren as súas óptimas propiedades mecánicas mediante un proceso de tratamento térmico, sendo os tratamentos térmicos máis comúns o Tratamento Térmico en Solución e o Envellecemento Artificial. O tratamento térmico en solución é o proceso de quentar a aliaxe a unha temperatura elevada (ao redor de 990 graos F) para poñer os elementos ou compostos de aliaxe en solución. Isto é seguido do enfriamento, xeralmente en auga, para producir unha solución sobresaturada a temperatura ambiente. O tratamento térmico da solución adoita ser seguido do envellecemento. O envellecemento é a precipitación dunha parte dos elementos ou compostos dunha solución sobresaturada para obter propiedades desexables.

As aliaxes non tratables térmicamente adquiren as súas propiedades mecánicas óptimas mediante o endurecemento por deformación. O endurecemento por deformación é o método de aumentar a resistencia mediante a aplicación de traballos en frío.T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

AS DENOMINACIÓNS BÁSICAS DE TEMPO

Táboa 3

Ademais da designación de tempero básico, hai dúas categorías de subdivisión, unha que aborda o temple "H" - Endurecemento por deformación, e a outra aborda a denominación "T" Temper - Tratado térmicamente.

Subdivisións de H Temper - Endurecido por tensión

O primeiro díxito despois da H indica unha operación básica:
H1- Só endurecido por tensión.
H2– Endurecido e parcialmente recocido.
H3– Endurecido e estabilizado.
H4– Endurecido e Lacado ou Pintado.

O segundo díxito despois da H indica o grao de endurecemento por deformación:
HX2– Quarter Hard HX4- HX medio duro6– Tres cuartos duros
HX8- HX duro completo9- Extra duro

Subdivisións de T Temper – Tratado Termalmente

T1- Envellecemento natural despois do arrefriamento a partir dun proceso de conformación de temperatura elevada, como a extrusión.
T2- Traballado en frío despois do arrefriamento a partir dun proceso de conformación a elevada temperatura e despois envellecido naturalmente.
T3- Solución tratada térmicamente, traballada en frío e envellecida naturalmente.
T4- Solución tratada térmicamente e envellecida naturalmente.
T5- Envellecida artificialmente despois do arrefriamento dun proceso de conformación a temperatura elevada.
T6- Solución tratada térmicamente e envellecida artificialmente.
T7- Solución tratada térmicamente e estabilizada (excesivamente).
T8- Solución tratada térmicamente, traballada en frío e envellecida artificialmente.
T9- Solución tratada térmicamente, envellecida artificialmente e traballada en frío.
T10- Traballado en frío despois do arrefriamento a partir dun proceso de conformación a elevada temperatura e despois envellecido artificialmente.

Os díxitos adicionais indican alivio do estrés.
Exemplos:
TX51ou TXX51– Alivio do estrés mediante estiramentos.
TX52ou TXX52– Alivio de tensión mediante compresión.

Aliaxes de aluminio e as súas características- Se consideramos as sete series de aliaxes de aluminio forxado, apreciaremos as súas diferenzas e comprenderemos as súas aplicacións e características.

Ligas da serie 1xxx– (non tratable térmicamente - con resistencia máxima á tracción de 10 a 27 ksi) esta serie é a miúdo referida como a serie de aluminio puro porque se require ter un 99,0 % de aluminio mínimo. Son soldables. Non obstante, debido ao seu estreito intervalo de fusión, requiren certas consideracións para producir procedementos de soldadura aceptables. Cando se consideran para a fabricación, estas aliaxes son seleccionadas principalmente pola súa resistencia á corrosión superior, como en tanques e tubaxes químicos especializados, ou pola súa excelente condutividade eléctrica como nas aplicacións de barras colectoras. Estas aliaxes teñen propiedades mecánicas relativamente pobres e raramente serían consideradas para aplicacións estruturais xerais. Estas aliaxes de base adoitan soldarse con material de recheo correspondente ou con aliaxes de recheo 4xxx dependendo dos requisitos de aplicación e rendemento.

Ligas da serie 2xxx– (tratables térmicamente– con resistencia máxima á tracción de 27 a 62 ksi) son aliaxes de aluminio/cobre (adicións de cobre que van de 0,7 a 6,8%) e son aliaxes de alta resistencia e alto rendemento que adoitan usarse para aplicacións aeroespaciais e aeronaves. Teñen unha excelente resistencia nun amplo rango de temperatura. Algunhas destas aliaxes considéranse non soldables polos procesos de soldadura por arco debido á súa susceptibilidade á fisuración en quente e á fisuración por corrosión por tensión; con todo, outros son soldados con arco con moito éxito cos procedementos de soldadura correctos. Estes materiais de base adoitan soldarse con aliaxes de recheo da serie 2xxx de alta resistencia deseñadas para igualar o seu rendemento, pero ás veces pódense soldar cos recheos da serie 4xxx que conteñen silicio ou silicio e cobre, dependendo da aplicación e dos requisitos do servizo.

Serie 3xxx– (non tratable térmicamente – con resistencia máxima á tracción de 16 a 41 ksi) Estas son as aliaxes de aluminio/manganeso (adicións de manganeso que van de 0,05 a 1,8%) e son de resistencia moderada, teñen boa resistencia á corrosión, boa conformabilidade e son adecuadas. para usar a temperaturas elevadas. Un dos seus primeiros usos foron potas e tixolas, e son hoxe o principal compoñente dos intercambiadores de calor en vehículos e centrais eléctricas. A súa moderada resistencia, porén, a miúdo impide a súa consideración para aplicacións estruturais. Estas aliaxes de base están soldadas con aliaxes de recheo das series 1xxx, 4xxx e 5xxx, dependendo da súa química específica e dos requisitos particulares de aplicación e servizo.

Serie 4xxx– (tratables térmicamente e non tratables térmicamente – con resistencia máxima á tracción de 25 a 55 ksi) Estas son as aliaxes de aluminio/silicio (adicións de silicio que van do 0,6 ao 21,5%) e son as únicas series que conteñen tanto tratables térmicamente como non. aliaxes tratables térmicamente. O silicio, cando se engade ao aluminio, reduce o seu punto de fusión e mellora a súa fluidez cando se funde. Estas características son desexables para materiais de recheo utilizados tanto para soldeo por fusión como para soldar. En consecuencia, esta serie de aliaxes atópase predominantemente como material de recheo. O silicio, independentemente no aluminio, non é tratable térmicamente; con todo, algunhas destas aliaxes de silicio foron deseñadas para ter adicións de magnesio ou cobre, o que lles proporciona a capacidade de responder favorablemente ao tratamento térmico da solución. Normalmente, estas aliaxes de recheo tratables térmicamente úsanse só cando un compoñente soldado debe ser sometido a tratamentos térmicos posteriores á soldadura.

Ligas da serie 5xxx– (non tratable térmicamente – con resistencia máxima á tracción de 18 a 51 ksi) Estas son as aliaxes de aluminio/magnesio (adicións de magnesio que van de 0,2 a 6,2%) e teñen a maior resistencia das aliaxes non tratables térmicamente. Ademais, esta serie de aliaxes é facilmente soldable e, por estes motivos, úsanse para unha gran variedade de aplicacións, como construción naval, transporte, recipientes a presión, pontes e edificios. As aliaxes de base de magnesio adoitan soldarse con aliaxes de recheo, que se seleccionan despois de ter en conta o contido de magnesio do material base e as condicións de aplicación e servizo do compoñente soldado. As aliaxes desta serie con máis do 3,0 % de magnesio non se recomendan para temperaturas elevadas superiores a 150 graos F debido ao seu potencial de sensibilización e posterior susceptibilidade ao agrietamento por corrosión por tensión. As aliaxes de base con menos dun 2,5% de magnesio adoitan soldarse con éxito coas aliaxes de recheo da serie 5xxx ou 4xxx. A aliaxe base 5052 é xeralmente recoñecida como a aliaxe base de contido máximo de magnesio que se pode soldar cunha aliaxe de recheo da serie 4xxx. Debido aos problemas asociados á fusión eutéctica e ás propiedades mecánicas deficientes asociadas á soldadura, non se recomenda soldar o material desta serie de aliaxes, que conteñen maiores cantidades de magnesio cos recheos da serie 4xxx. Os materiais de base de magnesio máis alto só están soldados con aliaxes de recheo 5xxx, que xeralmente coinciden coa composición da aliaxe base.

Serie 6XXX– (tratable térmicamente – con resistencia á tracción máxima de 18 a 58 ksi) Estas son as aliaxes de aluminio/magnesio – silicio (adicións de magnesio e silicio de preto de 1,0%) e atópanse amplamente en toda a industria de fabricación de soldadura, utilizadas predominantemente en forma de extrusións, e incorporados en moitos compoñentes estruturais. A adición de magnesio e silicio ao aluminio produce un composto de siliciuro de magnesio, que proporciona a este material a súa capacidade para converterse en solución de tratamento térmico para mellorar a súa resistencia. Estas aliaxes son naturalmente sensibles ás fisuras de solidificación e, por este motivo, non deben soldarse por arco autóxeno (sen material de recheo). A adición de cantidades adecuadas de material de recheo durante o proceso de soldadura por arco é esencial para proporcionar a dilución do material de base, evitando así o problema de rachaduras en quente. Están soldadas con materiais de recheo 4xxx e 5xxx, dependendo da aplicación e dos requisitos do servizo.

Serie 7XXX– (tratable térmicamente – con resistencia á tracción máxima de 32 a 88 ksi) Estas son as aliaxes de aluminio/cinc (adicións de zinc que van de 0,8 a 12,0%) e comprenden algunhas das aliaxes de aluminio de maior resistencia. Estas aliaxes úsanse a miúdo en aplicacións de alto rendemento como aeronaves, aeroespaciais e equipos deportivos competitivos. Do mesmo xeito que a serie 2xxx de aliaxes, esta serie incorpora aliaxes que se consideran candidatas inadecuadas para a soldadura por arco e outras, que adoitan soldarse con arco con éxito. As aliaxes comúnmente soldadas nesta serie, como a 7005, están soldadas predominantemente coas aliaxes de recheo da serie 5xxx.

Resumo- As aliaxes de aluminio actuais, xunto cos seus distintos temperos, comprenden unha ampla e versátil gama de materiais de fabricación. Para un deseño óptimo do produto e un desenvolvemento exitoso do procedemento de soldadura, é importante comprender as diferenzas entre as moitas aliaxes dispoñibles e as súas diversas características de rendemento e soldabilidade. Ao desenvolver procedementos de soldadura por arco para estas diferentes aliaxes, débese ter en conta a aliaxe específica que se está soldando. Adoita dicirse que a soldadura por arco de aluminio non é difícil, "é simplemente diferente". Creo que unha parte importante para comprender estas diferenzas é familiarizarse coas distintas aliaxes, as súas características e o seu sistema de identificación.