Hvilke aluminiumslegeringer er bedst til svejsning?

Hvilket Aluminiumslegeringer er bedst til svejsning? Aluminium er blevet det mest populære af de metaller, der bruges i moderne industrier, på grund af dets store mobilitet, stærke modstandsdygtighed over for elementerne og lette fremstilling. Legeringerne er uvurderlige i luftfarts-, bil- og skibsindustrien samt i bolig- og byggeindustrien. Men udfordringerne ved svejsning af aluminium er anderledes end ved svejsning af andre metaller, blandt andet på grund af aluminiums høje varmeledningsevne, hurtige oxiddannelse og forvrængnings- og revnedannelsesegenskaber i svejseprocessen. Viden om de forskellige aluminiumlegeringers egenskaber og karakteristika er vigtig, når man skal vælge det materiale, der passer til en bestemt opgave.

Ikke alle aluminiumslegeringer er lige svejsbare, mens nogle er velegnede til traditionel svejsning, har andre brug for en særlig svejseprocedure som f.eks. friktionsomrøringssvejsning. Valget af legering og svejsemetode afhænger af faktorer som styrke, korrosionsbestandighed, duktilitet og muligheden for varmebehandling. Overfladerne skal også forberedes ordentligt, tilsatsmaterialerne skal være kompatible, og der skal tages højde for efterbehandlinger for at opnå samlinger af høj kvalitet.

Artiklen vil give en dybdegående rapport om de bedste typer aluminiumslegeringer til svejsning, deres egenskaber, fordelene ved at bruge dem, anbefalinger, der skal følges, og de udfordringer, man kan forvente, når man svejser disse typer aluminiumslegeringer. Baseret på denne viden vil fagfolk være i stand til at opnå holdbare, pålidelige og velfungerende svejsede strukturer på tværs af forskellige industrielle og strukturelle anvendelser.

Hvad er aluminiumslegeringer

Aluminiumslegeringer er de materialer, der bruges ved at tilføje andre metaller til aluminium for at forbedre dets kvaliteter som styrke, korrosionsbestandighed, bearbejdelighed eller svejsbarhed. Rent aluminium er svagt, let, blødt og meget modstandsdygtigt over for korrosion. Ved at blande yderligere elementer (f.eks. kobber (Cu), magnesium (Mg), silicium (Si), mangan (Mn) eller zink (Zn)) kan ingeniører lave legeringer, der er egnede til en række forskellige anvendelser, herunder rumfart, bildele, marine- og bygningskonstruktioner.

Et par punkter om aluminiumslegeringer

• Forbedret styrke: Legering giver en forhøjet styrke sammenlignet med uforfalsket aluminium.
• Modstandsdygtighed over for korrosion: Nogle legeringer omfatter magnesium og andre legeringer med ry for at modstå rust og korrosion forårsaget af miljøforhold.
• Svejsbarhed: Andre aluminiumslegeringer er lette at svejse, men nogle har tendens til at revne.
• Kategorier:
• Mekanisk bearbejdede smedelegeringer: (anvendelse på) ekstruderede, plader, ark (f.eks. 1xxx-, 5xxx-, 6xxx-serien).
• Støbelegeringer: De skabes ved at støbe en strøm af smeltet aluminium i forme for at skabe komplekse typer.

Kort sagt har aluminiumslegeringer aluminiums lette, korrosionsbestandige egenskaber med ekstra gunstige kvaliteter, der er nødvendige for at opfylde behovene i en industriel anvendelse.

Kendskab til aluminiumslegeringer

Aluminiumslegeringer er blevet opdelt i smedelegeringer og støbelegeringer. Mekanisk bearbejdede legeringer smedes til plader eller ekstruderinger, men støbelegeringer er i form af smeltet aluminium, der hældes i forme. Smeltelegeringerne inddeles yderligere i serier efter legeringselementerne:

• 1xxx-serien (rent aluminium) Indeholder hovedsageligt aluminium med en renhed på 99 procent eller derover. Sådanne legeringer er bløde, meget korrosionsfri og nemme at svejse.
• 2xxx-serien (Al-Cu-legeringer)De har høj styrke, men de har nedsat korrosionsbestandighed, og de er sværere at svejse, fordi de er mere tilbøjelige til at revne.
• 3xxx-serien (Al-Mn-legeringer)God korrosionsbestandighed, moderat styrke og god svejsbarhed.
• 4xxx-serien (Al-Si-legeringer)De har typisk medium svejseegenskaber og bruges i bil- og rumfartsindustrien.
• 5xxx-serien (Al-Mg-legeringer) God korrosionsbestandighed, høj styrke og god svejsbarhed.
• 6xxx-serien (Al-Mg-Si-legeringer)God styrke og korrosionsbestandighed; moderat svejsbarhed.
• 7xxx-serien (Al-Zn-Mg-Cu-legeringer).superhøj styrke med lav svejseevne og tilbøjelighed til at revne.
• Valg af legering har stor indflydelse på dens evne til at blive svejset og dens evne til at blive svejset sammen med kvaliteten af samlingen, der også påvirkes på denne måde.

Forhold, der påvirker svejsbarhed

Aluminiumslegeringer kan svejses, afhængigt af en række faktorer:

• Legeringselementer: Det er elementer som magnesium (Mg), silicium (Si), kobber (Cu) og zink (Zn), som påvirker svejsbarheden. Kobber: Høje niveauer af kobber, som i legeringer i 2xxx-serien, kan forværre den lette svejsning og gøre det mere sandsynligt, at der opstår varme revner.
• Varmeledningsevne og smeltepunkt: Aluminium leder varme ca. fire gange så meget som stål, hvilket gør, at varmen let spredes, og at det er svært at opretholde et ensartet svejsebad. En anden risiko ved aluminiums lave smeltepunkt er gennembrænding under svejsning.
• Modstandsdygtighed over for revner: Legeringerne i 2xxx og 7xxx har en tendens til at revne ved størkning på grund af spændinger, der koncentreres under afkøling.
• Oxidering af overfladen: Aluminium danner let og spontant en meget hård oxidhinde, når det kommer i kontakt med luft. Dette oxidlag smelter ved en højere temperatur sammenlignet med det underliggende metal og bør være det.

De bedste aluminiumslegeringer at svejse på

5052-legering

Al-Mg (aluminium-magnesium)-legeringen 5052 anses af mange for at være en af de mest svejsevenlige legeringer. Det skyldes det høje magnesiumindhold, og derfor har den god modstandsdygtighed over for korrosion, især i havmiljøer og ved kemisk forarbejdning.

Applikationer: Moderat til høj styrke, høj duktilitet og korrosionsbestandighed over gennemsnittet.

Fordele:

• Rigtig god svejsbarhed med TIG- eller MIG-teknik.
• Ikke modstandsdygtig over for forvrængning og varme revner under svejsning.
• Har fremragende svejsebestandige korrosionsegenskaber.

Materialer: Marinekonstruktioner, kemikalietanke, paneler til biler, tagplader og industrielt udstyr.

Legering 5083

Aluminium-magnesium-legering 5083 har høj styrke ved lave temperaturer og kan derfor anvendes i marine- og kryoteknik. Den modstår korrosion, især i industri- og havvand.

Karakteristika: Ekstra høj styrke, god korrosionsbeskyttelse, god udmattelsesmodstand.

Fordele:

• Fremragende svejseegenskaber med et minimum af forberedelse efter svejsning.
• Meget modstandsdygtig over for spændingsrevner og korrosion.
• Anvendes i applikationer, der kræver høj strukturel integritet, som f.eks. i tunge applikationer.

Anvendelser: Skibsbygning, trykbeholdere og tanke, bilrammer og -udstyr og transportudstyr.

5754 Legering

En anden Al-Mg-legering er A-Mg 5754, som kan beskrives som mellemstærk med høj korrosionsbestandighed og høj formbarhed. Den opnår også strukturel styrke såvel som svejsbarhed, og derfor bruges den ofte, hvor strukturel styrke er nøglen såvel som svejsbarhed.

Karakteristika: Moderat styrke, høj duktilitet, er korrosionsbestandig.

Fordele:

• Fremragende svejsning med tilgængelige svejsemetoder.
• Fremragende korrosion under marine og industrielle forhold.
• Har god formbarhed og rimelig god styrke, selv når den svejses.

Applikationer: Karosseripaneler, strukturpaneler, bygningsbeklædning og marine.

6061 legering

Al-Mg-Si-legering med sammensætningen 6061 har fundet bred anvendelse inden for konstruktion og rumfart. Den er et kompromis mellem sejhed, korrosionsbestandighed og anvendelighed.

Type af ejendomme: Middelhøj styrke, meget god korrosionsbestandighed og moderat duktilitet.

Fordele:

• Kan svejses med TIG eller MIG med mulig forvarmning på tykke sektioner.
• De mekaniske egenskaber genoprettes ved en varmebehandling efter svejsning.
• Det har et fremragende forhold mellem styrke og vægt og er velegnet til brug i konstruktionsdele.

Applikationer: Flykonstruktioner, rørledninger, bilkomponenter, brokonstruktioner og strukturelle produkter.

6063 Legering

Al-Mg-Si-legering (6063) er en anden arkitektonisk og dekorativ Al-legering, der er kendt for at have en glat finish på overfladen og evnen til at modstå korrosion.

Egenskaber: En stærk eller moderat styrke, god korrosionsbestandighed, en god overfladefinish.

Fordele:

• Udmærker sig ved svejsbarhed af alle typer tykkelse.
• Kan også modstå korrosion, også udendørs og i arkitekturen.
• Glat overflade kan anodiseres og mærkes med dekor.

Applikationer: Arkitektonisk struktur, vinduesrammer, døre, gardinvægge og profiler.

Legering 1100

Aluminiumslegering 1100 kan næsten virke som en ren aluminiumslegering (det er 99% aluminium). Den er blød, duktil og meget let at svejse, så den er velegnet, hvor modstandsdygtighed er et problem snarere end styrke.

Høj duktilitet: Fremragende korrosionsbestandighed, lav styrke.

Fordele:

• Meget let at svejse med lidt eller ingen forberedelse.
• Meget god korrosionsbestandighed, selv over for svære kemikalier.
• Meget let at bøje, forme og støbe.
• Applikationer: Tag, facadebeklædning, kemisk udstyr, køkkengenstande og anvendelser med lav styrke.

1350 Legering

En anden aluminiumslegering med høj renhed, der anvendes i den elektriske og kemiske industri, er1350. Det er utroligt stærkt og har stor korrosionsbestandighed samt er meget svejsbart og er et meget pålideligt metal, når det bruges i specialiserede omgivelser.

Fordele: Immun over for korrosion, fremragende svejseevne og lav vægt.

Fordele:

• Let at svejse på traditionel vis.
• Let i vægt og derfor anvendelig i transportable maskiner.
• Er modstandsdygtig over for korrosion og har en lang levetid, selv i kemiske miljøer eller havvandsmiljøer.
• Applikationer: Procesudstyr, rør, elektriske samleskinner og kemiske lagertanke.

Aluminiumslegeringer, såvel som deres vigtigste egenskaber og evnen til at blive svejset

Den tekniske tabel nedenfor indeholder en liste over de fulde navne på aluminiumslegeringerne samt deres vigtigste egenskaber og evnen til at blive svejset:

Dette er en version, der anvender korrekte legeringsnavne fra ingeniørbøger og termer fra rumfart/industri.

Typerne af aluminiumslegering

Aluminiumslegeringer kategoriseres i to brede grupper, nemlig: smedelegeringer og støbte legeringer. Hver type har specifikke egenskaber, anvendelser og svejsbarhed.

1. Aluminiumslegeringer, smedet

De mekanisk bearbejdede plader, folier, stænger eller ekstruderinger er lavet af smedede legeringer. De inddeles i to serier med hensyn til deres sammensætning:

Legeringer, der ikke kan varmebehandles:

• Disse legeringer kan ikke opnå styrke ved hjælp af disse varmebehandlinger, men ved koldbearbejdning. Eksempler er 1000-, 3000- og 5000-serien. De er meget korrosionsbestandige og har gode svejseegenskaber og bruges derfor til marinekonstruktioner, tagdækning og kemisk procesudstyr.

Varmebehandlingsbare legeringer:

•  Solutionainterlingain-behandling af disse legeringer kan også give styrke. Eksempler er 2000-, 6000- og 7000-serien. De er stærke, men kan være svære at svejse og kræver i nogle tilfælde særlige metoder. Anvendelsesområder er rumfart, bilindustrien og strukturelle rammer.

2. Støbning af aluminiumslegeringer

Den Støbning af aluminium Legeringer fremstilles ved at hælde smeltet legering i støbegods. De er anvendelige i komplekse former, som er svære at skabe med smedeprocesser. Støbelegeringerne kan varmebehandles eller ikke varmebehandles og giver en jævn balance mellem styrke, korrosionsbestandighed og bearbejdelighed. Typiske anvendelser omfatter motorblokke, bildele og maskiner.

Det er vigtigt at forstå aluminiumslegeringens beskaffenhed, når man skal vælge det rette materiale til svejsning, da det sandsynligvis vil påvirke de mekaniske egenskaber, korrosionsbestandigheden og kvaliteten af samlingerne.

De sværeste aluminiumslegeringer at svejse

Legering 2024

Al-Cu-materiale med høj styrke, der bruges i luftfartsindustrien og lignende højspændingsanvendelser.

Udfordringer:

• Har tendens til at være modtagelig for varme revner ved svejsning.
• Kræver særlige metoder og tilsatsmaterialer.
• Skal efterfølges af varmebehandling efter svejsning for at genvinde de mekaniske egenskaber.

2219 Legering

Karakteristika: Al-Cu-legering med høj styrke, som anvendes i rumfarts- og raketkomponenter.

Udfordringer:

• Meget svært at svejse, da det kan revne og forvrides.
• Og kræver stor dygtighed i opvarmning og perfekt svejsning.

7075 legering

Karakteristika: En Al-Zn-Mg-Cu-legering med enormt høj styrke, som normalt bruges i rumfarts- og militærprodukter.

Udfordringer:

• Dårlig svejseevne; de må ikke svejses på traditionel vis.
• Meget modtagelig for spændingskorrosion.
• Typisk anvendes friktionsomrøringssvejsning eller andre specialprocesser.

Teknikker til svejsning af aluminium

Det er vigtigt at vælge den rette svejseprocedure, ligesom det er vigtigt at vælge den rette legering. De mest anvendte svejsemetoder for aluminium er:

• TIG-svejsning (GTAW): Der kan produceres fine og rene svejsninger, men det er velegnet til tynde materialer. Det er almindeligt, når man arbejder med legeringer 1xxx, 5xxx og 6xxx.
• MIG-svejsning (GMAW): Giver hurtigere udfældningshastigheder, kan bruges med tykkere sektioner og er ofte den svejseproces, der vælges i industrien til svejsning af aluminiumlegeringer i 5xxx- og 6xxx-serien.
• Fyldstofmetaller: Det er vigtigt at vælge det rigtige tilsatsmateriale. Som sådan kan 5356-fyldstoffer anvendes til 5xxx-legeringer og 4043 til 6xxx.
• Forvarmning og efterbehandling: Behandling: Ved forvarmning undgår man problemer med termisk chok og revnedannelse, især i tykke komponenter. Visse legeringer har brug for kunstig ældning for at genvinde styrken efter svejsning.

Praktiske forslag til svejsning af aluminiumslegeringer

Sammensætninger af aluminiumsvejsning Aluminium kan let svejses, men denne operation kræver ekstra planlægning og teknik, da aluminium har høj varmeledningsevne, en tendens til at danne oxidbelægninger og let kan deformeres eller brydes. Den rigtige legering og teknik kan forbedre svejsningens styrke og kvalitet betydeligt. Følgende er arbejdsforslag:

1. Vælg den rigtige legering til formålet

• I marine, kemiske og korrosionsudsatte miljøer: 5052, 5083 og 5754 er det perfekte valg.
• Moderat styrke: 6061, 6063 bruges mest til robuste konstruktioner.
• Til brug i dekoration eller som materialer med lav styrke: 1100, 1350 kan bruges.
• Undgå legeringer: som 2024, 2219 og 7075, medmindre der anvendes specialiserede metoder som f.eks. friktionsomrøringssvejsning.

2. Vælg den rette svejseproces

• TIG (GTAW): Er en præcis og ren proces og bruges ofte til svejsning af tynde sektioner. Bedst egnet til 5052, 5083, 6061 og 1100.
• Inert gas til metal (GMAW): Bruger industristandarden MIG (metal inert gas eller gas-metal bue). Anvendes hurtigere, hvor der kræves tykkere metal; anvendes ofte i industrielle applikationer. Velegnet til 5052, 6061 og 5754.
• Friktionsomrøringssvejsning (FSW): Denne svejseteknik er mest produktiv med højstyrkelegeringer som 7075 og 2219, hvor smeltesvejsning ikke anbefales.

3. Forberedelse af overflade

• Rengør overfladen af aluminiumoxidet med en rustfri stålbørste eller et kemisk rengøringsmiddel, før du svejser.
• Sørg for, at overfladen ikke er fedtet eller våd, ellers kan materialet være porøst og have svage led.

4. Reguler varmeindgang

• Aluminium leder varme for hurtigt, og dermed forårsager overophedning forvrængning, gennembrænding eller styrke.
• Minimér lange svejseforløb og forkerte elektrodestørrelser, og brug forvarmning (hvor det er nødvendigt) for at sikre en ensartet fordeling af varmen.

5. Brug fyldmetaller, der er kompatible

• For at bevare styrken og undgå korrosion skal man tilpasse fyldstoflegeringen til grundmetallet.
• Nogle af de almindelige fyldstoflegeringer er 4045, 5356 og 5556 fyldstoflegeringer, afhængigt af aluminiumsgrundlaget.

6. Behandlinger efter svejsning

• I tilfælde af legeringer, der kræver varmebehandling, såsom 6061 eller 2024, skal der foretages en varmebehandling efter svejsning for at genoprette de mekaniske egenskaber.
• Mere korrosionsbestandighed kan opnås ved anodisering eller andre beskyttende belægninger, hvis der er tale om marine eller andre korrosive miljøer.

7. Minimér forvrængning

• Forskudte svejsninger, fastspænding og hæftesvejsning kan hjælpe med at reducere vridning eller stress.
• Støttebjælker eller køleplader kan bruges til at absorbere den ekstra varme på tynde plader.
• Disse nyttige råd garanterer robust, hårdfør og korrosionsbestandig svejsning i aluminium og minimerer risikoen for revner, misdannelser eller nedbrud.

Konklusion

Svejsning af aluminiumslegeringer kræver en vis balance mellem materialevalg, procedure og termisk behandling efter svejsning for at opnå robuste, stabile og korrosionsbestandige samlinger. Ud af den brede vifte af tilgængelige aluminiumslegeringer har 5052, 5083, 5754, 6061, 6063, 1100 og 1350 de bedste egenskaber med hensyn til korrosionsbestandighed, duktilitet og nem fremstilling for at kunne svejses med succes. Denne type legering er almindelig i industrier som marineindustrien, bilindustrien, luftfartsindustrien og konstruktionsindustrien på grund af dens moderate til høje styrke med god svejsbarhed. Omvendt er højstyrkelegeringerne i den højere ende af legeringsspektret (2024, 2219 og 7075) særligt vanskelige at svejse, fordi de er tilbøjelige til at få varmerevner, forvrængning og tab af styrkeegenskaber, hvilket kræver enten særlige svejsemetoder (friktionsomrøringssvejsning, kontrolleret varmebehandling) eller særlige varmebehandlinger.

Praktiske aspekter som forberedelse af fastgørelsesoverfladen, temperatur, brug af passende fyldstoffer samt behandlinger efter svejsning er vigtige for at sikre optimal brug af svejsede strukturer lavet af aluminium. Når ingeniører og fabrikanter kender de enkelte legeringers egenskaber, fordele og ulemper, kan de træffe informerede beslutninger, der vil føre til tilstrækkelig strukturel styrke og lang levetid. Endelig kan man ved at vælge den rigtige aluminiumslegering og følge de rigtige svejseprocedurer sikre høj kvalitet og sikkerhed i svejsningen, hvilket øger sikkerheden og effektiviteten i alle industrielle, arkitektoniske og teknologiske produkter og anvendelser.

Ofte stillede spørgsmål

1. Hvad er de nemmeste aluminiumslegeringer at svejse?

Legeringerne 5052, 5083, 5754, 6061, 6063, 1100 og 1350 er de letteste at svejse. Legeringerne har god korrosionsbestandighed, høj duktilitet og meget lille risiko for revnedannelse under svejsning, hvilket gør legeringen velegnet til de fleste industrielle og strukturelle anvendelser.

2. Hvorfor er visse aluminiumslegeringer svære at svejse?

Legeringer som 2024, 2219, 7075 er svære at svejse på grund af den høje styrke, og at de kan varmebehandles, at de har en tendens til at udvikle varmerevner, forvrængning, og det er nogle af de risici, de står over for under den konventionelle smeltesvejseproces, evnen til at miste sine mekaniske egenskaber. Særlige sammenføjningsprocesser, som f.eks. friktionsomrøringssvejsning, er normalt også nødvendige for at producere stærke og fejlfri samlinger.

3. Hvad er den bedste praksis i forbindelse med svejsning af aluminium?

Bedste praksis omfatter korrekt rengøring af overfladen for at fjerne oxidlagene, omhyggelig kontrol af varmetilførslen, typer af tilsatsmaterialer, der er kompatible med hinanden, fastspænding eller hæftesvejsning for at minimere enhver forvrængning og enhver efterbehandling af svejsningen, f.eks. varmebehandling eller beskyttende belægning. Denne praksis resulterer effektivt i høje, stærke og holdbare svejsninger og korrosionsbeskyttelse.