Con el crecimiento del aluminio dentro de la industria de fabricación de soldaduras y su aceptación como una excelente alternativa al acero para muchas aplicaciones, existen requisitos crecientes para aquellos involucrados en el desarrollo de proyectos de aluminio para familiarizarse más con este grupo de materiales. Para comprender completamente el aluminio, es aconsejable comenzar a conocer el sistema de identificación / designación de aluminio, las muchas aleaciones de aluminio disponibles y sus características.

El sistema de designación y temperamento de aleación de aluminio- En América del Norte, la Asociación Aluminio Inc. es responsable de la asignación y registro de aleaciones de aluminio. Actualmente hay más de 400 aleaciones de aluminio forjado y aluminio forjado y más de 200 aleaciones de aluminio en forma de piezas de fundición e lingotes registrados con la asociación de aluminio. Los límites de composición química de aleación para todas estas aleaciones registradas están contenidos en la asociación de aluminioLibro verde azuladotitulado "Designaciones de aleaciones internacionales y límites de composición química para aluminio forjado y aleaciones de aluminio forjado" y en susLibro rosaTitulado “Designaciones y límites de composición química para las aleaciones de aluminio en forma de piezas fundidas y lingotes. Estas publicaciones pueden ser extremadamente útiles para el ingeniero de soldadura al desarrollar procedimientos de soldadura, y cuando la consideración de la química y su asociación con la sensibilidad de las grietas es importante.

Las aleaciones de aluminio se pueden clasificar en varios grupos en función de las características del material particular, como su capacidad para responder al tratamiento térmico y mecánico y el elemento de aleación primario agregado a la aleación de aluminio. Cuando consideramos el sistema de numeración / identificación utilizado para aleaciones de aluminio, se identifican las características anteriores. Los aluminios forjados y fundidos tienen diferentes sistemas de identificación. El sistema forjado es un sistema de 4 dígitos y las fundiciones que tienen un sistema de 3 dígitos y 1 decimal.

Sistema de designación de aleación de propuesta- Primero consideraremos el sistema de identificación de aleación de aluminio forjado de 4 dígitos. El primer dígito (Xxxx) indica el elemento de aleación principal, que se ha agregado a la aleación de aluminio y a menudo se usa para describir la serie de aleación de aluminio, es decir, serie 1000, serie 2000, serie 3000, series hasta 8000 (ver Tabla 1).

El segundo dígito de un solo dígito (xXxx), si es diferente de 0, indica una modificación de la aleación específica, y el tercer y cuarto dígitos (xxXX) son números arbitrarios administrados para identificar una aleación específica en la serie. Ejemplo: en la aleación 5183, el número 5 indica que es de la serie de aleación de magnesio, el 1 indica que es el 1^stModificación a la aleación original 5083, y el 83 lo identifica en la serie 5xxx.

La única excepción a este sistema de numeración de aleación es con las aleaciones de aluminio de la serie 1xxx (aluminio puro) en cuyo caso, los últimos 2 dígitos proporcionan el porcentaje mínimo de aluminio por encima del 99%, es decir, aleación 13(50)(99.50% de aluminio mínimo).

Sistema de designación de aleación de aluminio forjado

Tabla 1

Designación de aleación de fundición- El sistema de designación de aleación de fundición se basa en una designación decimal de más de 3 dígitos XXX.X (es decir, 356.0). El primer dígito (Xxx.x) indica el elemento de aleación principal, que se ha agregado a la aleación de aluminio (ver Tabla 2).

Sistema de designación de aleación de aluminio fundido

Tabla 2

El segundo y tercer dígitos (xXX.x) son números arbitrarios administrados para identificar una aleación específica en la serie. El número que sigue al punto decimal indica si la aleación es una fundición (.0) o un lingote (.1 o .2). Un prefijo de letra mayúscula indica una modificación a una aleación específica.
Ejemplo: aleación - A356.0 The Capital A (Axxx.x) indica una modificación de la aleación 356.0. El número 3 (a3xx.x) indica que es de la serie de silicio más cobre y/o magnesio. El 56 en (hacha56.0) identifica la aleación dentro de la serie 3xx.x, y el .0 (AXXX.0) indica que es una fundición de forma final y no un lingote.

El sistema de designación de temperamento de aluminio -Si consideramos las diferentes series de aleaciones de aluminio, veremos que existen diferencias considerables en sus características y la consiguiente aplicación. El primer punto para reconocer, después de comprender el sistema de identificación, es que hay dos tipos de aluminio claramente diferentes dentro de la serie mencionada anteriormente. Estas son las aleaciones de aluminio tratables al calor (aquellas que pueden ganar resistencia a través de la adición de calor) y las aleaciones de aluminio tratables no con calor. Esta distinción es particularmente importante cuando se considera los efectos de la soldadura por arco en estos dos tipos de materiales.

Las aleaciones de aluminio forjadas 1xxx, 3xxx y 5xxx series son tratables no con calor y son de tensión solamente. Las aleaciones de aluminio forjado 2xxx, 6xxx y 7xxx series son tratables térmicamente y la serie 4xxx consisten en aleaciones tratables con calor térmicos y no tratables. Las aleaciones de reparto 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x.x y 7xx.x son tratables térmicamente. El endurecimiento por deformación generalmente no se aplica a las fundiciones.

Las aleaciones tratables térmicamente adquieren sus propiedades mecánicas óptimas a través de un proceso de tratamiento térmico, los tratamientos térmicos más comunes son el tratamiento térmico de la solución y el envejecimiento artificial. El tratamiento térmico de la solución es el proceso de calentar la aleación a una temperatura elevada (alrededor de 990 grados F) para poner los elementos o compuestos de aleación en solución. Esto es seguido por enfriamiento, generalmente en agua, para producir una solución sobresaturada a temperatura ambiente. El tratamiento térmico de la solución generalmente es seguido del envejecimiento. El envejecimiento es la precipitación de una porción de los elementos o compuestos de una solución sobresaturada para producir propiedades deseables.

Las aleaciones tratables no con calor adquieren sus propiedades mecánicas óptimas a través del endurecimiento por deformación. El endurecimiento por deformación es el método para aumentar la fuerza a través de la aplicación de trabajo en frío. T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

Las designaciones de temperamento básico

Tabla 3

Además de la designación de temperamento básico, hay dos categorías de subdivisión, una que abordan el temperamento "H" (endurecimiento por deformación y el otro que aborda el temperamento "T", la designación tratada térmicamente.

Subdivisiones de temperatura H endurecida

El primer dígito después de la H indica una operación básica:
H1- La cepa endurecida solamente.
H2- deformación endurecida y recocida parcialmente.
H3- deformación endurecida y estabilizada.
H4- Casa endurecida y lacada o pintada.

El segundo dígito después de la H indica el grado de endurecimiento por deformación:
HX2- Quarter Hard HX4- Medio duro HX6-Tres cuartos duros
HX8- completo HX HX9- Extra duro

Subdivisiones de temperatura T - tratado térmicamente

T1- Naturalmente envejecido después del enfriamiento de un proceso de conformación de temperatura elevado, como la extrusión.
T2- El frío funcionó después de enfriar desde un proceso de conformación de temperatura elevado y luego envejecido naturalmente.
T3- Solución tratada con calor, frío trabajado y envejecido naturalmente.
T4- Solución tratada con calor y envejecido naturalmente.
T5- Envejecimiento artificial después del enfriamiento desde un proceso de conformación de temperatura elevado.
T6- Solución tratada con calor y envejecida artificialmente.
T7- Solución tratada con calor y estabilizado (en exceso).
T8- Solución tratada con calor, trabajado en frío y envejecido artificialmente.
T9- Solución tratada con calor, envejecida artificialmente y trabajó en frío.
T10- El frío funcionó después de enfriar desde un proceso de conformación de temperatura elevado y luego envejecido artificialmente.

Los dígitos adicionales indican alivio del estrés.
Ejemplos:
TX51o txx51- Estrés aliviado por estiramiento.
TX52o txx52- Estrés aliviado por la comprimir.

Aleaciones de aluminio y sus características- Si consideramos la serie siete de aleaciones de aluminio forjado, apreciaremos sus diferencias y comprenderemos sus aplicaciones y características.

Aleaciones de la serie 1xxx-(tratable sin calor-con resistencia a la tracción final de 10 a 27 ksi) Esta serie a menudo se conoce como la serie de aluminio puro porque se requiere tener un 99.0% de aluminio mínimo. Son soldables. Sin embargo, debido a su rango de fusión estrecha, requieren ciertas consideraciones para producir procedimientos de soldadura aceptables. Cuando se considera para la fabricación, estas aleaciones se seleccionan principalmente para su resistencia a la corrosión superior, como en tanques químicos especializados y tuberías, o por su excelente conductividad eléctrica como en las aplicaciones de la barra de bus. Estas aleaciones tienen propiedades mecánicas relativamente pobres y rara vez se considerarían para aplicaciones estructurales generales. Estas aleaciones base a menudo se soldan con material de relleno a juego o con aleaciones de relleno 4xxx que dependen de los requisitos de aplicación y rendimiento.

Aleaciones de la serie 2xxx- (Tratable térmico: con una resistencia a la tracción final de 27 a 62 ksi) son aleaciones de aluminio / cobre (adiciones de cobre que varían de 0.7 a 6.8%), y son aleaciones de alta resistencia y alto rendimiento que a menudo se usan para aplicaciones aeroespaciales y de aviones. Tienen una excelente fuerza en una amplia gama de temperatura. Algunas de estas aleaciones se consideran no soldables por los procesos de soldadura por arco debido a su susceptibilidad a agrietos en caliente y agrietamiento por corrosión de estrés; Sin embargo, otros se soldan con mucho éxito con los procedimientos de soldadura correctos. Estos materiales base a menudo se soldan con aleaciones de llenado de la serie 2xxx de alta resistencia diseñadas para que coincidan con su rendimiento, pero a veces se pueden soldar con los rellenos de la serie 4xxx que contienen silicio o silicio y cobre, dependiendo de los requisitos de aplicación y servicio.

Aleaciones de la serie 3xxx-(Tratable no de Heat-con una resistencia a la tracción final de 16 a 41 KSI) Estas son las aleaciones de aluminio / manganeso (adiciones de manganeso que varían de 0.05 a 1.8%) y son de resistencia moderada, tienen una buena resistencia a la corrosión, una buena formabilidad y son adecuadas para usar a temperaturas elevadas. Uno de sus primeros usos fueron macetas y sartenes, y son el componente principal hoy para intercambiadores de calor en vehículos y centrales eléctricas. Sin embargo, su fuerza moderada a menudo impide su consideración para aplicaciones estructurales. Estas aleaciones base están soldadas con aleaciones de llenado de la serie 1xxx, 4xxx y 5xxx, dependiendo de su química específica y requisitos particulares de aplicación y servicio.

Aleaciones de la serie 4xxx-(Tratable térmico y tratable sin calor-con una resistencia a la tracción final de 25 a 55 ksi) Estas son las aleaciones de aluminio / silicio (adiciones de silicio que van desde 0.6 a 21.5%) y son la única serie que contienen aleaciones tratables de calor térmicos y tratables sin calor. El silicio, cuando se agrega al aluminio, reduce su punto de fusión y mejora su fluidez cuando se funden. Estas características son deseables para los materiales de relleno utilizados tanto para la soldadura por fusión como para la soldadura. En consecuencia, esta serie de aleaciones se encuentra predominantemente como material de relleno. El silicio, independientemente en aluminio, no es tratable a Heat; Sin embargo, varias de estas aleaciones de silicio han sido diseñadas para tener adiciones de magnesio o cobre, lo que les proporciona la capacidad de responder favorablemente al tratamiento térmico de la solución. Por lo general, estas aleaciones de relleno de tratamiento térmico se usan solo cuando un componente soldado se debe someter a tratamientos térmicos posteriores a la soldadura.

Aleaciones de la serie 5xxx-(Tratable sin calor-con una resistencia a la tracción final de 18 a 51 ksi) Estas son las aleaciones de aluminio / magnesio (adiciones de magnesio que van desde 0.2 a 6.2%) y tienen la mayor resistencia de las aleaciones tratables no con calor. Además, esta serie de aleación es fácilmente soldable, y por estas razones se utilizan para una amplia variedad de aplicaciones, como construcción naval, transporte, recipientes a presión, puentes y edificios. Las aleaciones de la base de magnesio a menudo se soldan con aleaciones de relleno, que se seleccionan después de la consideración del contenido de magnesio del material base y las condiciones de aplicación y servicio del componente soldado. Las aleaciones en esta serie con más del 3.0% de magnesio no se recomiendan para un servicio de temperatura elevado por encima de 150 grados F debido a su potencial de sensibilización y la posterior susceptibilidad al agrietamiento por corrosión del estrés. Las aleaciones base con menos de aproximadamente 2.5% de magnesio a menudo se soldan con éxito con las aleaciones de relleno de la serie 5xxx o 4xxx. La aleación de base 5052 generalmente se reconoce como la aleación de base de contenido de magnesio máximo que se puede soldar con una aleación de relleno de la serie 4xxx. Debido a los problemas asociados con la fusión eutéctica y las propiedades mecánicas pobres como las soldadas ascendentes, no se recomienda soldar material en esta serie de aleaciones, que contienen mayores cantidades de magnesio con los rellenos de la serie 4xxx. Los materiales base de magnesio más alto solo están soldados con aleaciones de relleno 5xxx, que generalmente coinciden con la composición de la aleación de base.

Aleaciones de la serie 6xxx- (Tratable térmico: con la máxima resistencia a la tracción de 18 a 58 ksi) Estas son las aleaciones de aluminio / magnesio - silicio (adiciones de magnesio y silicio de alrededor del 1.0%) y se encuentran ampliamente en toda la industria de fabricación de soldaduras, se usan predominantemente en forma de extrusiones e incorporadas en muchos componentes estructurales. La adición de magnesio y silicio al aluminio produce un compuesto de magnesio-silicida, lo que proporciona a este material su capacidad para convertirse en una solución tratada térmicamente para mejorar la resistencia. Estas aleaciones son sensibles a la grieta naturalmente solidificación, y por esta razón, no deben soldarse autógenamente (sin material de relleno). La adición de cantidades adecuadas de material de relleno durante el proceso de soldadura por arco es esencial para proporcionar la dilución del material base, evitando así el problema de agrietamiento en caliente. Están soldados con materiales de relleno 4xxx y 5xxx, dependiendo de los requisitos de aplicación y servicio.

Aleaciones de la serie 7xxx- (Tratable térmico: con la máxima resistencia a la tracción de 32 a 88 ksi) Estas son las aleaciones de aluminio / zinc (adiciones de zinc que van desde 0.8 a 12.0%) y comprenden algunas de las aleaciones de aluminio de mayor resistencia. Estas aleaciones a menudo se usan en aplicaciones de alto rendimiento, como aviones, aeroespaciales y equipos deportivos competitivos. Al igual que la serie 2xxx de aleaciones, esta serie incorpora aleaciones que se consideran candidatos inadecuados para la soldadura por arco, y otras, que a menudo se soldan con éxito. Las aleaciones comúnmente soldadas en esta serie, como 7005, están predominantemente soldadas con las aleaciones de llenado de la serie 5xxx.

Resumen- Las aleaciones de aluminio de hoy, junto con sus diversos temperaturas, comprenden una amplia y versátil gama de materiales de fabricación. Para un diseño óptimo del producto y un desarrollo exitoso del procedimiento de soldadura, es importante comprender las diferencias entre las muchas aleaciones disponibles y sus diversas características de rendimiento y soldabilidad. Al desarrollar procedimientos de soldadura de ARC para estas diferentes aleaciones, se debe considerar a la aleación específica que se está soldando. A menudo se dice que la soldadura por arco de aluminio no es difícil, "es simplemente diferente". Creo que una parte importante de comprender estas diferencias es familiarizarse con las diversas aleaciones, sus características y su sistema de identificación.