Quali sono le leghe di alluminio migliori per la saldatura?

Quale Le leghe di alluminio sono le migliori per la saldatura? L'alluminio è diventato il più popolare tra i metalli utilizzati nelle industrie contemporanee grazie alla sua elevata portabilità, alla forte resistenza agli elementi e alla facilità di fabbricazione. Le sue leghe sono preziose nell'industria aerospaziale, automobilistica, navale, edilizia e residenziale. Tuttavia, le sfide poste dalla saldatura dell'alluminio sono diverse da quelle di altri metalli, in parte a causa dell'elevata conduttività termica, della velocità di formazione dell'ossido e delle caratteristiche di distorsione e criccatura dell'alluminio durante il processo di saldatura. La conoscenza delle proprietà e delle caratteristiche delle varie leghe di alluminio è importante per la scelta del materiale più adatto a un particolare compito.

Non tutte le leghe di alluminio sono ugualmente saldabili, mentre alcune si adattano bene alla saldatura tradizionale, altre necessitano di una procedura di saldatura speciale come la saldatura per attrito. La scelta della lega e del metodo di saldatura dipende da fattori quali la forza, la resistenza alla corrosione, la duttilità e la capacità di trattamento termico. Anche le superfici devono essere preparate correttamente, i metalli d'apporto devono essere compatibili e i trattamenti post-saldatura devono essere considerati per ottenere giunzioni di alta qualità.

L'articolo fornirà un resoconto approfondito sui migliori tipi di leghe di alluminio da saldare, le loro caratteristiche, i vantaggi associati al loro utilizzo, le raccomandazioni da seguire e le sfide da aspettarsi quando si saldano questi tipi di leghe di alluminio. Sulla base di queste conoscenze, i professionisti saranno in grado di ottenere strutture saldate durevoli, affidabili e dalle buone prestazioni in diverse applicazioni industriali e strutturali.

Cosa sono le leghe di alluminio

Le leghe di alluminio sono materiali utilizzati aggiungendo altri metalli all'alluminio per migliorarne le qualità, come la forza, la resistenza alla corrosione, la lavorabilità o la saldabilità. L'alluminio puro è debole, leggero, morbido e molto resistente alla corrosione. Miscelando elementi aggiuntivi (come rame (Cu), magnesio (Mg), silicio (Si), manganese (Mn) o zinco (Zn)), gli ingegneri possono creare leghe adatte a diversi tipi di applicazioni, tra cui quelle aerospaziali, le parti di automobili, le strutture marine ed edilizie.

Alcuni punti delle leghe di alluminio

• Forza potenziata: La lega conferisce un'elevata resistenza rispetto all'alluminio grezzo.
• Resistenza alla corrosione: alcune leghe includono il magnesio e altre leghe con la reputazione di resistere alla ruggine e alla corrosione causata dalle condizioni ambientali.
• Saldabilità: Altre leghe di alluminio sono facili da saldare, ma alcune tendono a creparsi.
• Categorie:
• Leghe battute lavorate meccanicamente: (applicazione a) estrusi, lastre, fogli (ad esempio, serie 1xxx, 5xxx, 6xxx).
• Leghe per colata: Vengono creati fondendo un flusso di alluminio fuso in stampi per creare tipi complessi.

In poche parole, le leghe di alluminio possiedono le proprietà leggere e resistenti alla corrosione dell'alluminio, con in più le qualità favorevoli necessarie per soddisfare le esigenze di un'applicazione industriale.

Conoscere le leghe di alluminio

Le leghe di alluminio sono state suddivise in leghe lavorate e leghe fuse. Le leghe lavorate meccanicamente sono forgiate in lastre, piastre o estrusioni, mentre le leghe di fusione si presentano sotto forma di alluminio fuso versato in stampi. Le leghe battute sono ulteriormente suddivise in serie in base agli elementi di lega:

• Serie 1xxx (Alluminio puro) - Contiene principalmente alluminio con una purezza del 99% o superiore. Queste leghe sono morbide, non corrosive e facilmente saldabili.
• Serie 2xxx (leghe di Al-Cu) -Hanno un'elevata resistenza, ma una minore resistenza alla corrosione e sono più difficili da saldare perché più inclini alla fessurazione.
• Serie 3xxx (leghe di Al-Mn) -Buona resistenza alla corrosione, resistenza moderata e buona saldabilità.
• Serie 4xxx (leghe di Al-Si) -In genere hanno una saldabilità media e sono utilizzati nelle applicazioni automobilistiche e aerospaziali.
• Serie 5xxx (leghe di Al-Mg) - Buona resistenza alla corrosione, elevata resistenza e buona saldabilità.
• Serie 6xxx (leghe Al-Mg-Si) -Buona forza e resistenza alla corrosione; moderata saldabilità.
• Serie 7xxx (leghe di Al-Zn-Mg-Cu) -super resistente con scarsa capacità di saldatura e incline alle cricche.
• La scelta della lega influisce notevolmente sulla sua capacità di essere saldata e sulla sua capacità di essere saldata insieme, influenzando in questo modo anche la qualità del giunto.

Condizioni che influenzano la saldabilità

Le leghe di alluminio possono essere saldate a seconda di una serie di fattori:

• Elementi di lega: Si tratta di elementi come magnesio (Mg), silicio (Si), rame (Cu) e zinco (Zn) che influiscono sulla saldabilità. Rame: alti livelli di rame, come nelle leghe della serie 2xxx, possono peggiorare la facilità di saldatura e rendere più probabile la formazione di cricche a caldo.
• Conducibilità termica e punto di fusione: L'alluminio conduce il calore circa quattro volte rispetto all'acciaio, il che fa sì che il calore si diffonda facilmente e che sia difficile mantenere un bagno di saldatura costante. Un altro rischio che il basso punto di fusione dell'alluminio comporta è la bruciatura durante la saldatura.
• Suscettibilità alla fessurazione: Le leghe 2xxx e 7xxx hanno la tendenza a fessurarsi durante la solidificazione a causa delle tensioni concentrate durante il raffreddamento.
• Ossidazione superficiale: A contatto con l'aria, l'alluminio forma prontamente e spontaneamente uno strato di ossido molto resistente. Questo strato di ossido si fonde a una gamma di temperature più elevata rispetto al metallo sottostante e dovrebbe essere.

Le migliori leghe di alluminio da saldare

Lega 5052

La lega Al-Mg (alluminio-magnesio) 5052 è considerata da molti una delle leghe più facili da saldare. Ciò è dovuto all'elevato contenuto di magnesio e quindi alla buona resistenza alla corrosione, soprattutto in ambienti marini e in applicazioni di lavorazione chimica.

Applicazioni: Resistenza moderata-alta, elevata duttilità e resistenza alla corrosione superiore alla media.

Vantaggi:

• Ottima saldabilità con tecniche TIG o MIG.
• Non è resistente alla distorsione e alle cricche a caldo durante la saldatura.
• Ha eccellenti proprietà di resistenza alla corrosione per saldatura.

Materiali: Strutture marine, serbatoi chimici, pannelli automobilistici, lamiere di copertura e attrezzature industriali.

Lega 5083

La lega di alluminio-magnesio 5083 ha un'elevata resistenza alle basse temperature ed è quindi applicabile in ambito marino e criogenico. Resiste alla corrosione, soprattutto in acqua industriale e di mare.

Caratteristiche: Altissima resistenza, buona protezione dalla corrosione, buona resistenza alla fatica.

Vantaggi:

• Grande saldabilità con la minima preparazione post-saldatura.
• Molto resistente alle cricche da stress e alla corrosione.
• Si impiega in applicazioni che richiedono un'elevata integrità strutturale, come quelle per impieghi gravosi.

Applicazioni: Costruzioni navali, recipienti e serbatoi a pressione, telai e attrezzature per autoveicoli e mezzi di trasporto.

5754 Lega

Un'altra lega Al-Mg è la A-Mg 5754, che può essere descritta come una lega a media resistenza con un'elevata resistenza alla corrosione e un'alta formabilità. Raggiunge anche la resistenza strutturale e la saldabilità ed è per questo che viene comunemente utilizzata nei casi in cui la resistenza strutturale è fondamentale, così come la saldabilità.

Caratteristiche: Moderata resistenza, elevata duttilità, resistenza alla corrosione.

Vantaggi:

• Saldatura eccellente con i metodi di saldatura disponibili.
• Eccellente corrosione in condizioni marine e industriali.
• Ha una buona formabilità e una resistenza ragionevolmente buona anche quando viene saldato.

Applicazioni: Pannelli per carrozzeria, pannelli strutturali, rivestimenti per edilizia e nautica.

Lega 6061

La lega Al-Mg-Si con la composizione 6061 ha trovato ampio impiego in campo strutturale e aerospaziale. È un compromesso tra tenacità, resistenza alla corrosione e utilità.

Tipo di proprietà: Resistenza medio-alta, ottima resistenza alla corrosione e duttilità moderata.

Vantaggi:

• Può essere saldato a TIG o MIG con eventuale preriscaldamento su sezioni spesse.
• Le proprietà meccaniche vengono recuperate con un trattamento termico post-saldatura.
• Avendo un eccellente rapporto resistenza/peso, è adatto all'impiego in parti strutturali.

Applicazioni: Strutture aeronautiche, condutture, componenti automobilistici, strutture di ponti e prodotti strutturali.

Lega 6063

La lega Al-Mg-Si (6063) è un'altra lega architettonica e decorativa di Al che si distingue per la finitura liscia della superficie e la capacità di resistere alla corrosione.

Proprietà: Una resistenza forte o moderata, una buona resistenza alla corrosione, una buona finitura superficiale.

Vantaggi:

• Eccelle nella saldabilità di tutti i tipi di spessore.
• In grado di resistere alla corrosione, anche all'esterno e in architettura.
• La superficie liscia può essere anodizzata e marcata con decori.

Applicazioni: Struttura architettonica, serramenti, porte, facciate continue ed estrusioni.

Lega 1100

La lega di alluminio 1100 può sembrare quasi una lega di alluminio pura (è alluminio 99%). È morbida, duttile e molto facile da saldare, quindi è adatta quando il problema è la resistività piuttosto che la resistenza.

Elevata duttilità: Eccellente resistenza alla corrosione, bassa resistenza.

Vantaggi:

• Saldabile con estrema facilità e senza alcuna preparazione.
• Ottima resistenza alla corrosione, anche agli agenti chimici più aggressivi.
• Si piega, si modella e si modella con estrema facilità.
• Applicazioni: Tetti, rivestimenti, attrezzature chimiche, oggetti da cucina e applicazioni a bassa resistenza.

Lega 1350

Un'altra lega di alluminio di elevata purezza applicabile alle industrie elettriche e chimiche è la 1350. È incredibilmente forte e ha una grande resistenza alla corrosione, oltre a essere molto saldabile, ed è un metallo molto affidabile se utilizzato in ambienti specializzati.

Vantaggi: Immune alla corrosione, eccellente capacità di saldatura e peso ridotto.

Vantaggi:

• Facile da saldare in modo convenzionale.
• Il peso è ridotto e quindi è applicabile a macchine trasportabili.
• È resistente alla corrosione e ha una lunga durata anche in ambienti chimici o marini.
• Applicazioni: Apparecchiature di lavorazione, condotti, sbarre elettriche e serbatoi di stoccaggio di sostanze chimiche.

Leghe di alluminio, nonché delle loro principali proprietà e della capacità di essere saldate.

La tabella tecnica che segue contiene l'elenco dei nomi propri completi delle leghe di alluminio, nonché le loro principali proprietà e la capacità di essere saldate:

Questa è una versione che utilizza i nomi propri delle leghe di riferimento nei libri di ingegneria e i termini aerospaziali/industriali.

I tipi di lega di alluminio

Le leghe di alluminio sono suddivise in due grandi gruppi: leghe battute e leghe colate. Ogni tipo ha attributi, usi e saldabilità specifici.

1. Leghe di alluminio, battute

Le lamiere, i fogli, le barre o le estrusioni lavorate meccanicamente sono costituite da leghe battute. Si suddividono in due serie in base alla loro composizione:

Leghe non trattabili a caldo:

• Queste leghe non possono raggiungere la resistenza per mezzo di questi trattamenti termici, ma per mezzo di lavorazioni a freddo. Sono molto resistenti alla corrosione e hanno una buona saldabilità, per cui vengono utilizzate come strutture marine, coperture e apparecchiature per il trattamento chimico.

Leghe trattabili termicamente:

•  Il trattamento di solubilizzazione di queste leghe può anche fornire resistenza. Ne sono un esempio le serie 2000, 6000 e 7000. Sono forti, ma possono essere difficili da saldare e in alcuni casi richiedono metodi speciali. Le applicazioni sono quelle aerospaziali, automobilistiche e strutturali.

2. Colata di leghe di alluminio

Il fusione di alluminio Le leghe di alluminio sono realizzate mediante colata di lega fusa in getti. Sono applicabili nelle forme complesse che sono difficili da creare con i processi di lavorazione. Le leghe da colata possono essere trattabili termicamente o non trattabili e forniscono un equilibrio tra forza, resistenza alla corrosione e lavorabilità. Gli impieghi tipici includono blocchi motore, parti di automobili e macchinari.

È fondamentale comprendere la natura della lega di alluminio quando si sceglie il materiale appropriato da utilizzare per la saldatura, poiché è probabile che questo influisca sulle proprietà meccaniche, sulla resistenza alla corrosione e sulla qualità dei giunti.

Le leghe di alluminio più difficili da saldare

Lega 2024

Materiale Al-Cu ad alta resistenza, utilizzato nell'industria aerospaziale e per usi analoghi ad alta tensione.

Sfide:

• Tende ad essere suscettibile di cricche a caldo quando viene saldato.
• Richiede metodi e metalli d'apporto speciali.
• Deve essere seguito da un trattamento termico post-saldatura per recuperare le proprietà meccaniche.

2219 Lega

Caratteristiche: Lega Al-Cu ad alta resistenza che trova applicazione nei componenti aerospaziali e missilistici.

Sfide:

• Molto difficile da saldare perché potrebbe creparsi e distorcersi.
• E richiede una grande abilità nel riscaldamento e una perfetta saldatura.

Lega 7075

Caratteristiche: Lega Al-Zn-Mg-Cu ad altissima resistenza, solitamente utilizzata nei prodotti aerospaziali e militari.

Sfide:

• Scarsa saldabilità; non devono essere saldati in modo convenzionale.
• Molto suscettibile alla corrosione da stress.
• In genere si ricorre alla saldatura per attrito o ad altri processi speciali.

Tecniche di saldatura dell'alluminio

È fondamentale scegliere la procedura di saldatura appropriata, così come lo è scegliere la lega appropriata. I metodi di saldatura dell'alluminio più utilizzati sono:

• Saldatura TIG (GTAW): È possibile produrre saldature fini e pulite, tuttavia è adatto a materiali sottili. È comune quando si tratta di leghe 1xxx, 5xxx e 6xxx.
• Saldatura MIG (GMAW): Offre tassi di deposito più rapidi, può essere utilizzato con sezioni più spesse ed è spesso il processo di saldatura scelto nell'industria per saldare leghe di alluminio delle serie 5xxx e 6xxx.
• Metalli d'apporto: È importante scegliere il metallo d'apporto adeguato. Per questo motivo, le cariche 5356 sono applicabili alle leghe 5xxx e 4043 alle 6xxx.
• Preriscaldamento e post-riscaldamento: Trattamento: Il preriscaldamento evita i problemi associati agli shock termici e alle cricche, in particolare nei componenti di elevato spessore. Alcune leghe necessitano di un invecchiamento artificiale per recuperare la resistenza dopo la saldatura.

Suggerimenti pratici per la saldatura di leghe di alluminio

Composizioni della saldatura dell'alluminio L'alluminio può essere facilmente saldato, ma questa operazione richiede una pianificazione e una tecnica supplementari, poiché l'alluminio ha un'elevata conduttività termica, una tendenza alla formazione di rivestimenti di ossido e può essere facilmente deformato o fratturato. La lega giusta e la tecnica possono migliorare notevolmente la resistenza della saldatura e la qualità. Di seguito sono riportati alcuni suggerimenti di lavoro:

1. Selezionare la lega giusta per l'uso

• In ambienti marini, chimici e soggetti a corrosione: 5052, 5083 e 5754 sono la scelta perfetta.
• Forza moderata: I modelli 6061 e 6063 sono utilizzati soprattutto per le costruzioni robuste.
• Da utilizzare per la decorazione o come materiale a bassa resistenza: Possono essere utilizzati 1100, 1350.
• Evitare le leghe: come 2024, 2219 e 7075, a meno che non si utilizzino metodi specializzati come la saldatura per attrito.

2. Scegliere il processo di saldatura adatto

• TIG (GTAW): È un processo preciso e pulito e viene spesso utilizzato quando si tratta di saldare sezioni sottili. È particolarmente indicato per 5052, 5083, 6061 e 1100.
• Gas inerte metallico (GMAW): Utilizza lo standard industriale MIG (gas inerte metallico o arco gas-metallo). Si applica più rapidamente quando è richiesto un metallo più spesso; comunemente si applica nelle applicazioni industriali. Adatto a 5052, 6061 e 5754.
• Saldatura per attrito (FSW): Questa tecnica di saldatura è più produttiva con le leghe ad alta resistenza come la 7075 e la 2219, per le quali non è consigliata la saldatura per fusione.

3. Preparazione della superficie

• Prima di chiamare a raccolta, pulire la superficie dell'ossido di alluminio con una spazzola di acciaio inossidabile o con un detergente chimico prima della saldatura.
• Assicurarsi che la superficie non sia oleosa o bagnata, altrimenti il materiale potrebbe essere poroso e presentare legami deboli.

4. Regolazione dell'ingresso di riscaldamento

• L'alluminio conduce il calore troppo velocemente e quindi il surriscaldamento provoca distorsione, bruciatura o resistenza.
• Ridurre al minimo le passate di saldatura lunghe e le dimensioni improprie degli elettrodi e utilizzare il preriscaldamento (se necessario) per garantire una distribuzione uniforme del calore.

5. Utilizzare metalli d'apporto compatibili

• Per mantenere la resistenza ed evitare la corrosione, abbinare la lega di riempimento al metallo di base.
• Alcune delle leghe di riempimento più comuni sono le leghe 4045, 5356 e 5556, a seconda della base dell'alluminio.

6. Trattamenti post-saldatura

• Nel caso di leghe che richiedono un trattamento termico, come la 6061 o la 2024, è necessario eseguire un trattamento termico post-saldatura per ripristinare le proprietà meccaniche.
• Una maggiore resistenza alla corrosione può essere ottenuta con l'anodizzazione o altri rivestimenti protettivi in ambienti marini o corrosivi.

7. Ridurre al minimo la distorsione

• Le saldature sfalsate, il serraggio e la puntatura possono contribuire a ridurre le deformazioni o le sollecitazioni.
• Per assorbire il calore supplementare delle lastre sottili si possono utilizzare barre di supporto o piastre di raffreddamento.
• Questi utili suggerimenti garantiscono saldature robuste e resistenti alla corrosione in alluminio e riducono al minimo la possibilità di crepe, malformazioni o rotture.

Conclusione

La saldatura delle leghe di alluminio richiede una sorta di equilibrio tra la selezione del materiale, la procedura e la terapia termica post-saldatura per ottenere giunti robusti, stabili e resistenti alla corrosione. Tra le numerose leghe di alluminio disponibili, le 5052, 5083, 5754, 6061, 6063, 1100 e 1350 presentano le migliori caratteristiche in termini di resistenza alla corrosione, duttilità e facilità di fabbricazione per essere saldate con successo. Questo tipo di lega è comune a settori quali l'industria navale, l'industria automobilistica, l'industria aerospaziale e l'industria strutturale, grazie alla sua resistenza da moderata a elevata e alla buona saldabilità. Al contrario, alle alte resistenze dello spettro di leghe (2024, 2219 e 7075), le leghe ad alta resistenza sono particolarmente difficili da saldare perché soggette a cricche a caldo, distorsioni e perdita di proprietà di resistenza, che richiedono metodi di saldatura speciali (saldatura per attrito, trattamento termico controllato) o trattamenti termici speciali.

Aspetti pratici come la preparazione della superficie di attacco, la temperatura, l'uso di riempitivi appropriati e i trattamenti post-saldatura sono importanti per garantire un uso ottimale delle strutture saldate in alluminio. Conoscendo le proprietà, i vantaggi e gli svantaggi di ciascuna lega, ingegneri e costruttori possono prendere decisioni informate che porteranno a un'adeguata resistenza strutturale e a una lunga durata. Infine, selezionando la lega di alluminio corretta e rispettando le corrette procedure di saldatura, è possibile garantire un'elevata qualità e sicurezza nella saldatura, aumentando la sicurezza e l'efficienza di tutti i prodotti e le applicazioni industriali, architettoniche e tecnologiche.

Domande frequenti

1. Quali sono le leghe di alluminio più facili da saldare?

Le leghe 5052, 5083, 5754, 6061, 6063, 1100 e 1350 sono le più facili da saldare. Queste leghe presentano una buona resistenza alla corrosione, un'elevata duttilità e una minima possibilità di cricche durante la saldatura, rendendo l'uso della lega adatto alla maggior parte delle applicazioni industriali e strutturali.

2. Perché alcune leghe di alluminio sono difficili da saldare?

Leghe come 2024, 2219, 7075 sono difficili da saldare a causa dell'elevata resistenza e della possibilità di essere trattate termicamente, ma hanno la tendenza a sviluppare cricche a caldo, distorsioni e questi sono alcuni dei rischi che corrono durante il processo di saldatura per fusione convenzionale, la capacità di perdere le proprie proprietà meccaniche. Per produrre giunti resistenti e privi di difetti, sono solitamente necessari anche processi di giunzione speciali, come la saldatura per attrito.

3. Quali sono le migliori pratiche nelle fonti di saldatura dell'alluminio?

Le migliori pratiche riguardano la corretta pulizia della superficie per rimuovere gli strati di ossido, l'attento controllo dell'apporto di calore, i tipi di metalli d'apporto compatibili tra loro, il serraggio o la puntatura per ridurre al minimo le distorsioni e qualsiasi trattamento successivo alla saldatura, come il trattamento termico o il rivestimento protettivo. Queste pratiche consentono di ottenere saldature elevate, resistenti e durevoli, oltre che anticorrosione.