Co crecemento do aluminio na industria da fabricación de soldaduras e a súa aceptación como unha excelente alternativa ao aceiro para moitas aplicacións, existen requisitos crecentes para que as persoas involucradas no desenvolvemento de proxectos de aluminio se familiaricen máis con este grupo de materiais. Para comprender plenamente o aluminio, é recomendable comezar por familiarizarse co sistema de identificación/designación do aluminio, as moitas aliaxes de aluminio dispoñibles e as súas características.

O sistema de designación e temple da aliaxe de aluminio- En América do Norte, The Aluminum Association Inc. é a responsable da asignación e o rexistro das aliaxes de aluminio. Actualmente hai máis de 400 aliaxes de aluminio forxado e aliaxes de aluminio forxado e máis de 200 aliaxes de aluminio en forma de pezas fundidas e lingotes rexistradas na Aluminum Association. Os límites de composición química das aliaxes para todas estas aliaxes rexistradas están incluídos no documento da Aluminum Association.Libro verde azuladotitulado "Designacións internacionais de aliaxes e límites de composición química para aluminio forxado e aliaxes de aluminio forxado" e nos seusLibro Rosatitulado “Designacións e límites de composición química para aliaxes de aluminio en forma de pezas fundidas e lingotes”. Estas publicacións poden ser extremadamente útiles para o enxeñeiro de soldadura á hora de desenvolver procedementos de soldadura e cando sexa importante ter en conta a química e a súa asociación coa sensibilidade ás fisuras.

As aliaxes de aluminio pódense clasificar en varios grupos segundo as características particulares do material, como a súa capacidade para 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 pezas fundidas teñen un sistema de 3 díxitos e 1 decimal.

Sistema de designación de aliaxes forxadas- Primeiro consideraremos o sistema de identificación de aliaxe de aluminio forxado de 4 díxitos. O primeiro díxito (Xxxx) indica o principal elemento de aliaxe, que se engadiu á aliaxe de aluminio e que se emprega a miúdo para describir a serie de aliaxes de aluminio, é dicir, a serie 1000, a serie 2000, a serie 3000 e ata a serie 8000 (véxase a táboa 1).

O segundo díxito (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 da aliaxe de magnesio, o 1 indica que é a 1^stmodificación da aliaxe orixinal 5083, e o 83 identifícaa na serie 5xxx.

A única excepción a este sistema de numeración de aliaxes son as aliaxes de aluminio da serie 1xxx (aluminios puros), nese caso, os últimos 2 díxitos indican a porcentaxe mínima de aluminio por riba do 99 %, é dicir, a aliaxe 13.(50)(99,50 % mínimo de aluminio).

SISTEMA DE DESIGNACIÓN DE ALIAXES DE ALUMINIO FORXADO

Táboa 1

Designación de aliaxe fundida- O sistema de designación de aliaxes fundidas baséase nunha designación decimal de máis de 3 díxitos xxx.x (é dicir, 356,0). O primeiro díxito (Xxx.x) indica o principal elemento de aliaxe que se engadiu á aliaxe de aluminio (véxase a táboa 2).

SISTEMA DE DESIGNACIÓN DE ALIAXES 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 o punto decimal indica se a aliaxe é unha peza fundida (.0) ou un lingote (.1 ou .2). Un prefixo de maiúscula indica unha modificación dunha aliaxe específica.
Exemplo: Aleación – A356.0 a maiúscula A (Axxx.x) indica unha modificación da aliaxe 356.0. O número 3 (A3xx.x) indica que é da serie de silicio máis cobre e/ou magnesio. Os 56 polgadas (Ax56.0) identifica a aliaxe dentro da serie 3xx.x e .0 (Axxx.0) indica que se trata dunha peza fundida con forma final e non dun lingote.

O sistema de designación de estado do aluminio -Se consideramos as diferentes series de aliaxes de aluminio, veremos que existen diferenzas considerables nas súas características e na súa consecuente aplicación. O primeiro punto a recoñecer, despois de comprender o sistema de identificación, é que existen dous tipos de aluminio claramente diferentes dentro da serie mencionada anteriormente. Trátase das aliaxes de aluminio tratables termicamente (aquelas que poden gañar resistencia mediante a adición de calor) e as aliaxes de aluminio non tratables termicamente. Esta distinción é particularmente importante ao considerar 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 termicamente e só son endurecibles por deformación. As aliaxes de aluminio forxado das series 2xxx, 6xxx e 7xxx son tratables termicamente e a serie 4xxx consta de aliaxes tratables termicamente e non tratables termicamente. As aliaxes fundidas das series 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x e 7xx.x son tratables termicamente. O endurecemento por deformación non se aplica xeralmente ás pezas fundidas.

As aliaxes tratables termicamente adquiren as súas propiedades mecánicas óptimas 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 (arredor de 990 °F) para poñer os elementos ou compostos de aliaxe en solución. Isto é seguido por un arrefriamento, xeralmente en auga, para producir unha solución sobresaturada a temperatura ambiente. O tratamento térmico en solución adoita ir seguido do envellecemento. O envellecemento é a precipitación dunha porción dos elementos ou compostos dunha solución sobresaturada para obter as propiedades desexables.

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

AS DESIGNACIÓNS BÁSICAS DE TEMPERAMENTO

Táboa 3

Ademais da designación básica de temple, existen dúas subcategorías, unha que aborda o temple "H" - endurecemento por deformación e a outra que aborda a designación de temple "T" - tratado termicamente.

Subdivisións do temple H – Endurecemento por deformación

O primeiro díxito despois do H indica unha operación básica:
H1– Só endurecido por deformación.
H2– Endurecido por deformación e parcialmente recocido.
H3– Endurecido por deformación e estabilizado.
H4– Endurecido por deformación e lacado ou pintado.

O segundo díxito despois do H indica o grao de endurecemento por deformación:
HX2– Cuarto de duro HX4– Medio duro HX6– Tres cuartos de duro
HX8– HX duro completo9– Extra duro

Subdivisións do estado T: tratado termicamente

T1- Envellecido de forma natural despois do arrefriamento mediante un proceso de conformado a temperatura elevada, como a extrusión.
T2- Traballado en frío despois do arrefriamento a partir dun proceso de conformado a temperatura elevada e logo envellecido de forma natural.
T3- Tratada termicamente en solución, traballada en frío e envellecida de forma natural.
T4- Solución tratada termicamente e envellecida de forma natural.
T5- Envellecido artificialmente tras o arrefriamento mediante un proceso de conformado a temperatura elevada.
T6- Solución tratada termicamente e envellecida artificialmente.
T7- Solución tratada termicamente e estabilizada (sobreenvellecida).
T8- Tratada termicamente en solución, traballada en frío e envellecida artificialmente.
T9- Tratado termicamente en solución, envellecido artificialmente e traballado en frío.
T10- Traballado en frío despois do arrefriamento a partir dun proceso de conformado a temperatura elevada e logo envellecido artificialmente.

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

Ligas 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 termicamente – cunha resistencia á tracción máxima de 10 a 27 ksi) Esta serie adoita denominarse serie de aluminio puro porque se require que teña un mínimo do 99,0 % de aluminio. Son soldables. Non obstante, debido ao seu estreito rango de fusión, requiren certas consideracións para producir procedementos de soldadura aceptables. Cando se consideran para a fabricación, estas aliaxes escóllense principalmente pola súa resistencia superior á corrosión, como en tanques e tubaxes de produtos químicos especializados, ou pola súa excelente condutividade eléctrica, como nas aplicacións de barras colectoras. Estas aliaxes teñen propiedades mecánicas relativamente pobres e raramente se considerarían para aplicacións estruturais xerais. Estas aliaxes base adoitan soldarse con material de recheo correspondente ou con aliaxes de recheo 4xxx dependendo da aplicación e dos requisitos de rendemento.

Ligas da serie 2xxx– (tratables termicamente, cunha resistencia máxima á tracción de 27 a 62 ksi) trátase de aliaxes de aluminio/cobre (con engadidos de cobre que oscilan entre o 0,7 e o 6,8 %), e son aliaxes de alta resistencia e alto rendemento que se empregan a miúdo en aplicacións aeroespaciais e aeronáuticas. Teñen unha excelente resistencia nunha ampla gama de temperaturas. Algunhas destas aliaxes considéranse non soldables nos procesos de soldadura por arco debido á súa susceptibilidade á fisuración en quente e á fisuración por corrosión baixo tensión; non obstante, outras soldanse por arco con moito éxito cos procedementos de soldadura correctos. Estes materiais base adoitan soldarse con aliaxes de recheo de alta resistencia da serie 2xxx 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 de servizo.

Ligas da serie 3xxx– (non tratable termicamente – cunha resistencia máxima á tracción de 16 a 41 ksi) Trátase de aliaxes de aluminio/manganeso (con engadidos de manganeso que oscilan entre o 0,05 e o 1,8 %) e teñen unha resistencia moderada, boa resistencia á corrosión, boa conformabilidade e son axeitadas para o seu uso a temperaturas elevadas. Un dos seus primeiros usos foron as potas e tixolas, e hoxe en día son o principal compoñente dos intercambiadores de calor en vehículos e centrais eléctricas. Non obstante, a súa resistencia moderada a miúdo impide a súa consideración para aplicacións estruturais. Estas aliaxes base soldanse con aliaxes de recheo das series 1xxx, 4xxx e 5xxx, dependendo da súa química específica e dos requisitos particulares de aplicación e servizo.

Ligas da serie 4xxx– (tratables termicamente e non tratables termicamente, cunha resistencia á tracción máxima de 25 a 55 ksi) Trátase das aliaxes de aluminio/silicio (adicións de silicio que oscilan entre o 0,6 e o ​​21,5 %) e son as únicas series que conteñen aliaxes tratables termicamente e non tratables termicamente. O silicio, cando se engade ao aluminio, reduce o seu punto de fusión e mellora a súa fluidez cando está fundido. Estas características son desexables para os materiais de recheo utilizados tanto para a soldadura por fusión como para a brasaxe. En consecuencia, esta serie de aliaxes atópase predominantemente como material de recheo. O silicio, independentemente do aluminio, non é tratable termicamente; non obstante, varias 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 en solución. Normalmente, estas aliaxes de recheo tratables termicamente úsanse só cando un compoñente soldado vai ser sometido a tratamentos térmicos posteriores á soldadura.

Ligas da serie 5xxx– (non tratable termicamente – cunha resistencia máxima á tracción de 18 a 51 ksi) Trátase de aliaxes de aluminio/magnesio (con adicións de magnesio que oscilan entre o 0,2 e o 6,2 %) e que teñen a maior resistencia das aliaxes non tratables termicamente. Ademais, esta serie de aliaxes é facilmente soldable e, por estas razóns, utilízase para unha ampla variedade de aplicacións, como a construción naval, o transporte, os recipientes a presión, as pontes e os 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 o servizo a temperaturas elevadas por riba dos 150 °F debido ao seu potencial de sensibilización e á posterior susceptibilidade á corrosión por tensión. As aliaxes de base con menos do 2,5 % de magnesio aproximadamente adoitan soldarse con éxito coas aliaxes de recheo das series 5xxx ou 4xxx. A aliaxe base 5052 recoñécese xeralmente como a aliaxe base con máximo contido de magnesio que se pode soldar cunha aliaxe de recheo da serie 4xxx. Debido aos problemas asociados coa fusión eutéctica e ás malas propiedades mecánicas asociadas ao soldar, non se recomenda soldar material desta serie de aliaxes, que contén maiores cantidades de magnesio cos recheos da serie 4xxx. Os materiais base con maior contido de magnesio só se soldan con aliaxes de recheo 5xxx, que xeralmente coinciden coa composición da aliaxe base.

Ligas da serie 6XXX– (tratables termicamente, cunha resistencia máxima á tracción de 18 a 58 ksi) Trátase de aliaxes de aluminio/magnesio-silicio (adicións de magnesio e silicio de arredor do 1,0 %) e atópanse amplamente na industria da fabricación de soldaduras, utilízanse principalmente en forma de extrusións e incorpóranse en moitos compoñentes estruturais. A adición de magnesio e silicio ao aluminio produce un composto de siliciuro de magnesio, que lle proporciona a este material a capacidade de ser tratado termicamente en solución para unha mellor resistencia. Estas aliaxes son naturalmente sensibles ás fisuras por solidificación e, por este motivo, non deben soldarse por arco de forma autóxena (sen material de recheo). A adición de cantidades axeitadas de material de recheo durante o proceso de soldadura por arco é esencial para proporcionar unha dilución do material base, evitando así o problema das fisuras en quente. Soldanse con materiais de recheo 4xxx e 5xxx, dependendo da aplicación e dos requisitos de servizo.

Ligas da serie 7XXX– (tratables termicamente, cunha resistencia á tracción máxima de 32 a 88 ksi) Trátase de aliaxes de aluminio/cinc (con engadidos de cinc que oscilan entre o 0,8 e o 12,0 %) e constitúen algunhas das aliaxes de aluminio de maior resistencia. Estas aliaxes úsanse a miúdo en aplicacións de alto rendemento, como aeronaves, industria aeroespacial e equipamento deportivo de competición. Do mesmo xeito que a serie de aliaxes 2xxx, esta serie incorpora aliaxes que se consideran candidatas inadecuadas para a soldadura por arco e outras que adoitan soldarse por arco con éxito. As aliaxes que se soldan habitualmente nesta serie, como a 7005, soldanse predominantemente coas aliaxes de recheo da serie 5xxx.

Resumo- As aliaxes de aluminio actuais, xunto cos seus diversos estados, compoñen 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 vai soldar. Adoita dicirse que a soldadura por arco de aluminio non é difícil, "simplemente é diferente". Creo que unha parte importante para comprender estas diferenzas é familiarizarse coas distintas aliaxes, as súas características e o seu sistema de identificación.