Avec la croissance de l'aluminium dans l'industrie de la fabrication de soudage et son acceptation comme une excellente alternative à l'acier pour de nombreuses applications, il existe des exigences croissantes pour les personnes impliquées dans le développement de projets en aluminium pour se familiariser avec ce groupe de matériaux. Pour bien comprendre l'aluminium, il est conseillé de commencer par se familiariser avec le système d'identification / désignation en aluminium, les nombreux alliages d'aluminium disponibles et leurs caractéristiques.

Le système de tempérament en alliage en aluminium et de désignation- En Amérique du Nord, la Aluminium Association Inc. est responsable de l'allocation et de l'enregistrement des alliages d'aluminium. Actuellement, il y a plus de 400 alliages en aluminium forgé et en aluminium forgé et plus de 200 alliages en aluminium sous forme de moulages et de lingots enregistrés auprès de l'Association en aluminium. Les limites de composition chimique en alliage pour tous ces alliages enregistrés sont contenus dans laLivre de sarcellerieintitulé «Des désignations d'alliages internationaux et des limites de composition chimique pour l'aluminium forgé et les alliages en aluminium forgé» et dans leurLivre roseintitulé «Des désignations et des limites de composition chimique pour les alliages en aluminium sous forme de pièces moulées et de lingot. Ces publications peuvent être extrêmement utiles à l'ingénieur de soudage lors du développement de procédures de soudage, et lorsque la considération de la chimie et son association avec la sensibilité aux fissures est importante.

Les alliages d'aluminium peuvent être classés en un certain nombre de groupes en fonction des caractéristiques du matériau particulier telles que sa capacité à répondre au traitement thermique et mécanique et à l'élément d'alliage principal ajouté à l'alliage d'aluminium. Lorsque nous considérons le système de numérotation / identification utilisé pour les alliages d'aluminium, les caractéristiques ci-dessus sont identifiées. Les aluminiums forts et coulés ont différents systèmes d'identification. Le système forgé est un système à 4 chiffres et les pièces moulées ayant un système de place à 3 chiffres et 1 décimal.

Système de désignation en alliage forgé- Nous considérerons d'abord le système d'identification en alliage en aluminium à 4 chiffres. Le premier chiffre (Xxxx) indique l'élément d'alliage principal, qui a été ajouté à l'alliage en aluminium et est souvent utilisé pour décrire la série en alliage en aluminium, IE, 1000, série 2000, séries 3000, jusqu'à 8000 séries (voir tableau 1).

Le deuxième chiffre unique (xXxx), s'il est différent de 0, indique une modification de l'alliage spécifique et des troisième et quatrième chiffres (xxXX) sont des nombres arbitraires donnés pour identifier un alliage spécifique dans la série. Exemple: Dans l'alliage 5183, le numéro 5 indique qu'il est de la série d'alliages de magnésium, le 1 indique qu'il s'agit du 1^stModification de l'alliage d'origine 5083, et le 83 l'identifie dans la série 5xxx.

La seule exception à ce système de numérotation des alliages est avec les alliages d'aluminium de la série 1xxx (aluminium pur), dans ce cas, les 2 derniers chiffres fournissent le pourcentage d'aluminium minimum supérieur à 99%, c'est-à-dire en alliage 13(50)(99,50% d'aluminium minimum).

Système de désignation en alliage en aluminium forgé

Tableau 1

Désignation en alliage coulé- Le système de désignation en alliage coulé est basé sur une désignation décimale à 3 chiffres xxx.x (c'est-à-dire 356.0). Le premier chiffre (Xxx.x) indique l'élément d'alliage principal, qui a été ajouté à l'alliage d'aluminium (voir tableau 2).

Système de désignation en alliage en aluminium en aluminium

Tableau 2

Les deuxième et troisième chiffres (xXX.x) sont des nombres arbitraires donnés pour identifier un alliage spécifique dans la série. Le nombre suivant le point décimal indique si l'alliage est un moulage (.0) ou un lingot (.1 ou .2). Un préfixe de lettres de capital indique une modification d'un alliage spécifique.
Exemple: alliage - A356.0 La capitale A (Axxx.x) indique une modification de l'alliage 356.0. Le numéro 3 (A3xx.x) indique qu'il est de la série Silicon Plus Copper et / ou Magnésium. Le 56 po (hache56.0) identifie l'alliage dans la série 3xx.x et le .0 (axxx.0) indique qu'il s'agit d'une mouture de forme finale et non d'un lingot.

Le système de désignation à tempérament en aluminium -Si nous considérons les différentes séries d'alliages d'aluminium, nous verrons qu'il existe des différences considérables dans leurs caractéristiques et leur application conséquente. Le premier point à reconnaître, après avoir compris le système d'identification, est qu'il existe deux types d'aluminium nettement différents dans la série mentionnée ci-dessus. Ce sont les alliages en aluminium traitables par la chaleur (ceux qui peuvent gagner en force grâce à l'ajout de chaleur) et les alliages d'aluminium traitables non chauffants. Cette distinction est particulièrement importante lorsque l'on considère les effets du soudage à l'arc sur ces deux types de matériaux.

Les alliages en aluminium forgé de la série 1xxx, 3xxx et 5xxx sont traitables et ne sont pas durables. Les alliages en aluminium forgé 2xxx, 6xxx et 7xxx sont traitables par la chaleur et la série 4xxx est constituée à la fois en alliages traitables et non traités à la chaleur. Les alliages coulés de la série 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x et 7xx.x sont traitables par la chaleur. Le durcissement de la tension n'est généralement pas appliqué aux pièces moulées.

Les alliages traitables par la chaleur acquièrent leurs propriétés mécaniques optimales grâce à un processus de traitement thermique, les traitements thermiques les plus courants étant le traitement thermique de solution et le vieillissement artificiel. Le traitement thermique en solution est le processus de chauffage de l'alliage à une température élevée (environ 990 degrés F) afin de mettre en solution les éléments ou composés d'alliage. Ceci est suivi d'une extinction, généralement dans l'eau, pour produire une solution sursaturée à température ambiante. Le traitement thermique de la solution est généralement suivi du vieillissement. Le vieillissement est la précipitation d'une partie des éléments ou des composés d'une solution sursaturée afin de donner des propriétés souhaitables.

Les alliages traitables non chauffants acquièrent leurs propriétés mécaniques optimales par le durcissement des contraintes. Le durcissement de la tension est la méthode d'augmentation de la résistance grâce à l'application du travail à froid.T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

Les désignations de température de base

Tableau 3

Plus pour la désignation de température de base, il existe deux catégories de subdivision, l'une traitant du tempérament «H» - durcissement de la contrainte et l'autre s'adressant au tempérament «T» - la désignation traitée thermiquement.

Subdivisions de H tempéra

Le premier chiffre après le H indique une opération de base:
H1- La tension durcie uniquement.
H2- La tension durcie et partiellement recuite.
H3- La tension durcie et stabilisée.
H4- La tension durcie et laquée ou peinte.

Le deuxième chiffre après le H indique le degré de durcissement de la tension:
HX2- Quarter Hard HX4- Half Hard HX6- Treo-quartiers dur
HX8- Full Hard HX9- extra durement

Subdivisions du tempérament t - traité thermiquement

T1- Naturellement vieilli après refroidissement à partir d'un processus de mise en forme de température élevé, comme l'extrudage.
T2- Le froid a travaillé après refroidissement à partir d'un processus de mise en forme de température élevé puis naturellement vieilli.
T3- Solution traitée à la chaleur, à froid travaillé et naturellement vieilli.
T4- Solution traitée à la chaleur et vieillie naturellement.
T5- vieillis artificiellement après refroidissement à partir d'un processus de mise en forme de température élevé.
T6- Solution traitée à la chaleur et vieilli artificiellement.
T7- Solution traitée à la chaleur et stabilisée (suragée).
T8- Solution traitée à la chaleur, au froid travaillé et vieilli artificiellement.
T9- Solution traitée à la chaleur, vieillis artificiellement et au froid a travaillé.
T10- Le froid a travaillé après refroidissement à partir d'un processus de mise en forme de température élevé puis vieilli artificiellement.

Des chiffres supplémentaires indiquent un soulagement des contraintes.
Exemples:
TX51ou txx51- Stress soulagé par l'étirement.
TX52ou txx52- Contrainte soulagée par la compression.

Alliages en aluminium et leurs caractéristiques- Si nous considérons les sept séries d'alliages en aluminium forgé, nous apprécierons leurs différences et comprendrons leurs applications et leurs caractéristiques.

Alliages de la série 1xxx- (Traité sans chauffage - Avec une résistance à la traction ultime de 10 à 27 kSI) Cette série est souvent appelée série en aluminium pur car elle doit avoir une aluminium minimum à 99,0%. Ils sont soudables. Cependant, en raison de leur plage de fusion étroite, ils nécessitent certaines considérations afin de produire des procédures de soudage acceptables. Lorsqu'elles sont considérées pour la fabrication, ces alliages sont sélectionnés principalement pour leur résistance à la corrosion supérieure, comme dans les réservoirs chimiques spécialisés et les tuyaux, ou pour leur excellente conductivité électrique comme dans les applications de barre de bus. Ces alliages ont des propriétés mécaniques relativement médiocres et seraient rarement considérés pour les applications structurelles générales. Ces alliages de base sont souvent soudés avec un matériau de remplissage correspondant ou avec des alliages de remplissage 4xxx en fonction des exigences d'application et de performance.

Alliages de la série 2xxx- (traitable à la chaleur - avec une résistance à la traction ultime de 27 à 62 ksi) Ce sont des alliages en aluminium / cuivre (ajouts de cuivre allant de 0,7 à 6,8%), et sont des alliages à haute résistance et hautes performances qui sont souvent utilisés pour les applications aérospatiales et d'avion. Ils ont une excellente résistance sur une large gamme de températures. Certains de ces alliages sont considérés comme non facilitables par les processus de soudage de l'ARC en raison de leur sensibilité à la fissuration à chaud et à la fissuration de la corrosion du stress; Cependant, d'autres sont soudés par l'arc avec beaucoup de succès avec les procédures de soudage correctes. Ces matériaux de base sont souvent soudés avec des alliages de remplissage de série 2xxx à haute résistance conçus pour correspondre à leurs performances, mais peuvent parfois être soudés avec les charges de série 4xxx contenant du silicium ou du silicium et du cuivre, en fonction des exigences d'application et de service.

Alliages de la série 3xxx- (Traité sans chauffage - Avec une résistance à la traction ultime de 16 à 41 kSI) Ce sont les alliages en aluminium / manganèse (ajouts de manganèse allant de 0,05 à 1,8%) et sont de force modérée, ont une bonne résistance à la corrosion, une bonne formulation et sont adaptées à une utilisation à des températures élevées. L'une de leurs premières utilisations a été les pots et les casseroles, et ils sont aujourd'hui le composant principal pour les échangeurs de chaleur dans les véhicules et les centrales électriques. Leur force modérée, cependant, empêche souvent leur considération pour les applications structurelles. Ces alliages de base sont soudés avec des alliages de remplissage de la série 1xxx, 4xxx et 5xxx, en fonction de leur chimie spécifique et des exigences particulières d'application et de service.

Alliages de la série 4xxx- (traitable thermique et non traitable - avec une résistance à la traction ultime de 25 à 55 ksi) Ce sont les alliages en aluminium / silicium (ajouts de silicium allant de 0,6 à 21,5%) et sont la seule série qui contiennent à la fois des alliages traitables et non traitables thermiquement. Le silicium, lorsqu'il est ajouté à l'aluminium, réduit son point de fusion et améliore sa fluidité lorsqu'il est fondu. Ces caractéristiques sont souhaitables pour les matériaux de remplissage utilisés pour le soudage et le brasage de fusion. Par conséquent, cette série d'alliages est principalement trouvée comme matériau de remplissage. Le silicium, indépendamment en aluminium, est non traitable; Cependant, un certain nombre de ces alliages de silicium ont été conçus pour avoir des ajouts de magnésium ou de cuivre, ce qui leur donne la possibilité de répondre favorablement au traitement thermique de solution. En règle générale, ces alliages de remplissage traitables à la chaleur ne sont utilisés que lorsqu'un composant soudé doit être soumis à des traitements thermiques post-soudure.

Alliages de la série 5xxx- (Traité sans chauffage - avec une résistance à la traction ultime de 18 à 51 kSI) Ce sont les alliages en aluminium / magnésium (ajouts de magnésium allant de 0,2 à 6,2%) et ont la plus forte résistance des alliages non tolérables. De plus, cette série d'alliages est facilement soudable, et pour ces raisons, elles sont utilisées pour une grande variété d'applications telles que la construction navale, le transport, les navires sous pression, les ponts et les bâtiments. Les alliages de base de magnésium sont souvent soudés avec des alliages de remplissage, qui sont sélectionnés après la prise en compte de la teneur en magnésium du matériau de base, et les conditions d'application et de service du composant soudé. Les alliages de cette série avec plus de 3,0% de magnésium ne sont pas recommandés pour un service de température élevé supérieur à 150 degrés F en raison de leur potentiel de sensibilisation et de sensibilité ultérieure à la fissuration de la corrosion de contrainte. Les alliages de base avec moins d'environ 2,5% de magnésium sont souvent soudés avec succès avec les alliages de remplissage de la série 5xxx ou 4xxx. L'alliage de base 5052 est généralement reconnu comme l'alliage maximal de base de contenu de magnésium qui peut être soudé avec un alliage de remplissage de la série 4xxx. En raison des problèmes associés à la fusion eutectique et aux propriétés mécaniques assistées pauvres associées, il n'est pas recommandé de souder des matériaux dans cette série d'alliages, qui contiennent des quantités plus élevées de magnésium avec les charges de la série 4xxx. Les matériaux de base de magnésium plus élevés ne sont soudés qu'avec des alliages de remplissage 5xxx, qui correspondent généralement à la composition en alliage de base.

Alliages de la série 6xxx- (traitable à la chaleur - avec une résistance à la traction ultime de 18 à 58 ksi) Ce sont les alliages en aluminium / magnésium - silicium (ajouts de magnésium et de silicium d'environ 1,0%) et se trouvent largement dans toute l'industrie de la fabrication de soudage, utilisés principalement sous la forme d'extrusions, et incorporés dans de nombreuses composants structurels. L'ajout de magnésium et de silicium à l'aluminium produit un composé de magnésium-sicide, qui offre à ce matériau sa capacité à devenir traité à la chaleur en solution pour une résistance améliorée. Ces alliages sont naturellement sensibles aux fissures de solidification, et pour cette raison, ils ne devraient pas être soudés par arc de manière autogène (sans matériau de remplissage). L'ajout de quantités adéquates de matériel de remplissage pendant le processus de soudage de l'arc est essentielle afin de fournir une dilution du matériau de base, empêchant ainsi le problème de fissuration à chaud. Ils sont soudés avec des matériaux de remplissage 4xxx et 5xxx, en fonction des exigences d'application et de service.

Alliages de la série 7xxx- (traitable à la chaleur - avec une résistance à la traction ultime de 32 à 88 kSI) Ce sont les alliages en aluminium / zinc (ajouts de zinc allant de 0,8 à 12,0%) et comprennent certains des alliages d'aluminium les plus résistants. Ces alliages sont souvent utilisés dans des applications haute performance telles que les avions, l'aérospatiale et les équipements sportifs compétitifs. Comme la série 2xxx d'alliages, cette série intègre des alliages qui sont considérés comme des candidats inadaptés à un soudage à l'arc, et d'autres, qui sont souvent soudés avec succès. Les alliages couramment soudés de cette série, tels que 7005, sont principalement soudés avec les alliages de remplissage de la série 5xxx.

Résumé- Les alliages en aluminium d'aujourd'hui, ainsi que leurs différents tempéraments, comprennent une large gamme de matériaux de fabrication. Pour la conception optimale des produits et le développement de la procédure de soudage réussie, il est important de comprendre les différences entre les nombreux alliages disponibles et leurs diverses caractéristiques de performance et de soudabilité. Lors du développement de procédures de soudage à l'arc pour ces différents alliages, une considération doit être accordée à l'alliage spécifique soudé. On dit souvent que le soudage à l'arc de l'aluminium n'est pas difficile, «c'est juste différent». Je crois qu'une partie importante de la compréhension de ces différences est de se familiariser avec les différents alliages, leurs caractéristiques et leur système d'identification.