Hvilke aluminiumslegeringer er best for sveising?

Hvilken Aluminiumslegeringer er best for sveising? Aluminium har blitt det mest populære metallet i moderne industrier på grunn av sin store bærbarhet, sterke motstandskraft mot vær og vind og enkle produksjon. Legeringene er uvurderlige i luftfarts-, bil- og skipsindustrien samt i bolig- og bygningsbransjen. Men utfordringene ved sveising av aluminium er annerledes enn ved sveising av andre metaller, blant annet på grunn av den høye varmeledningsevnen, den raske oksiddannelsen og aluminiums forvrengnings- og sprekkeegenskaper i sveiseprosessen. Kunnskap om egenskapene og karakteristikkene til ulike aluminiumlegeringer er viktig når man skal velge det materialet som passer best til en bestemt oppgave.

Ikke alle aluminiumslegeringer er like sveisbare. Noen egner seg godt til tradisjonell sveising, mens andre krever en spesiell sveiseprosedyre, for eksempel friksjonsomrøringssveising. Valg av legering og sveisemetode avhenger av faktorer som styrke, korrosjonsbestandighet, duktilitet og muligheten for varmebehandling. Overflatene må også forberedes på riktig måte, tilsatsmaterialene må være kompatible, og det må tas hensyn til etterbehandling for å oppnå sammenføyninger av høy kvalitet.

Artikkelen vil gi en grundig gjennomgang av de beste typene aluminiumslegeringer som kan sveises, deres egenskaper, fordelene ved å bruke dem, anbefalinger som bør følges, og hvilke utfordringer man kan forvente ved sveising av disse typene aluminiumslegeringer. Basert på denne kunnskapen vil fagfolk være i stand til å oppnå holdbare, pålitelige og velfungerende sveisekonstruksjoner på tvers av ulike industrielle og strukturelle bruksområder.

Hva er aluminiumslegeringer

Aluminiumlegeringer er materialer som brukes ved å tilsette andre metaller til aluminium for å forbedre dets egenskaper som styrke, korrosjonsbestandighet, bearbeidbarhet eller sveisbarhet. Rent aluminium er svakt, lett, mykt og svært motstandsdyktig mot korrosjon. Ved å tilsette andre elementer (for eksempel kobber (Cu), magnesium (Mg), silisium (Si), mangan (Mn) eller sink (Zn)) kan ingeniører lage legeringer som egner seg til en rekke bruksområder, blant annet romfart, bildeler, marine- og bygningskonstruksjoner.

Noen få punkter om aluminiumslegeringer

• Forbedret styrke: Legering gir en forhøyet styrke sammenlignet med uforfalsket aluminium.
• Motstandsdyktighet mot korrosjon: noen legeringer inkluderer magnesium og andre legeringer med rykte på seg for å motstå rust og korrosjon forårsaket av miljøforhold.
• Sveisbarhet: Andre aluminiumslegeringer er lette å sveise, men noen har en tendens til å sprekke.
• Kategorier:
• Mekanisk bearbeidede smidde legeringer: (anvendelse på) ekstruderte plater, plater (f.eks. 1xxx-, 5xxx-, 6xxx-serien).
• Støpelegeringer: Disse skapes ved å støpe en strøm av smeltet aluminium i former for å skape komplekse typer.

Enkelt sagt har aluminiumslegeringer aluminiums lette og korrosjonsbestandige egenskaper, men med de ekstra gunstige egenskapene som trengs for å dekke behovene til en industriell anvendelse.

Kjennskap til aluminiumslegeringer

Aluminiumlegeringer deles inn i smidde og støpte legeringer. Mekanisk bearbeidede legeringer er smidd til plater, plater eller ekstruderinger, mens støpelegeringer er i form av smeltet aluminium som helles i støpeformer. Smidde legeringer deles videre inn i serier etter legeringselementene:

• 1xxx-serien (ren aluminium) Inneholder hovedsakelig aluminium med en renhet på 99 prosent eller høyere. Slike legeringer er myke, svært korrosjonsfrie og lette å sveise.
• 2xxx Series (Al-Cu Alloys) –De har høy styrke, men de har redusert korrosjonsbestandighet, og de er vanskeligere å sveise fordi de er mer utsatt for sprekkdannelser.
• 3xxx Series (Al-Mn Alloys) –God korrosjonsbestandighet, moderat styrke og god sveisbarhet.
• 4xxx Series (Al-Si Alloys) –De har vanligvis middels sveisbarhet og brukes i bil- og romfartsindustrien.
• 5xxx Series (Al-Mg Alloys) – God korrosjonsbestandighet, høy styrke og god sveisbarhet.
• 6xxx Series (Al-Mg-Si Alloys) –God styrke og korrosjonsbestandighet; moderat sveisbarhet.
• 7xxx-serien (Al-Zn-Mg-Cu-legeringer) - - 7xxx-seriensuperhøy styrke med lav sveiseevne og utsatt for sprekkdannelser.
• Valg av legering har stor betydning for sveiseegenskapene og evnen til å sveise sammen, noe som også påvirker kvaliteten på sammenføyningen.

Forhold som påvirker sveisbarheten

Aluminiumslegeringer kan sveises, avhengig av en rekke faktorer:

• Legeringselementer: Dette er elementer som magnesium (Mg), silisium (Si), kobber (Cu) og sink (Zn) som påvirker sveisbarheten. Kobber: Høye kobbernivåer, som i legeringer i 2xxx-serien, kan gjøre det vanskeligere å sveise og øke sannsynligheten for varmriss.
• Varmeledningsevne og smeltepunkt: Aluminium leder varme omtrent fire ganger så godt som stål, noe som gjør at varmen lett sprer seg og gjør det vanskelig å opprettholde et jevnt smeltebad. En annen risiko ved aluminiums lave smeltepunkt er gjennombrenning under sveising.
• Mottakelighet for sprekkdannelser: Legeringene i 2xxx og 7xxx har en tendens til å sprekke ved størkning på grunn av spenninger som konsentreres under avkjøling.
• Oksidasjon på overflaten: Aluminium danner lett og spontant et svært seigt oksidlag når det kommer i kontakt med luft. Dette oksidlaget smelter ved et høyere temperaturområde enn det underliggende metallet, og bør derfor være

De beste aluminiumslegeringene å sveise på

5052-legering

Al-Mg (aluminium-magnesium)-legeringen 5052 regnes av mange som en av de mest sveisevennlige legeringene. Dette skyldes det høye magnesiuminnholdet, som gjør at den har god korrosjonsbestandighet, spesielt i marine miljøer og ved kjemisk prosessering.

Bruksområder: Moderat til høy styrke, høy duktilitet og korrosjonsbestandighet over gjennomsnittet.

Fordeler:

• Svært god sveisbarhet med TIG- eller MIG-teknikk.
• Ikke motstandsdyktig mot forvrengning og varm sprekkdannelse under sveising.
• Har suverene sveisebestandige korrosjonsegenskaper.

Materialer: Marine konstruksjoner, kjemikalietanker, bilpaneler, takplater og industrielt utstyr.

Legering 5083

Aluminium-magnesiumlegering 5083 har høy styrke ved lave temperaturer og kan derfor brukes i marine og kryogeniske miljøer. Den motstår korrosjon, spesielt i industri- og sjøvann.

Kjennetegn: Ekstra høy styrke, god korrosjonsbeskyttelse, god utmattingsmotstand.

Fordeler:

• Svært god sveisbarhet med et minimum av forberedelser etter sveising.
• Svært motstandsdyktig mot spenningssprekker og korrosjon.
• Brukes i applikasjoner som krever høy strukturell integritet, for eksempel i tunge bruksområder.

Bruksområder: Skipsbygging, trykkbeholdere og tanker, bilrammer og -utstyr og transportutstyr.

5754 Legering

En annen Al-Mg-legering er A-Mg 5754, som kan beskrives som en middels sterk legering med høy korrosjonsbestandighet og høy formbarhet. Den oppnår også strukturell styrke og sveisbarhet, og derfor brukes den ofte der både strukturell styrke og sveisbarhet er avgjørende.

Kjennetegn: Moderat styrke, høy duktilitet, er korrosjonsbestandig.

Fordeler:

• Suveren sveising med tilgjengelige sveisemetoder.
• Utmerket korrosjon under marine og industrielle forhold.
• Har god formbarhet og rimelig god styrke selv ved sveising.

Bruksområder: Karosseripaneler, strukturpaneler, konstruksjonskledning og marine.

6061-legering

Al-Mg-Si-legering med sammensetningen 6061 har funnet bred anvendelse i konstruksjons- og romfartsindustrien. Den er et kompromiss mellom seighet, korrosjonsbestandighet og anvendelighet.

Type eiendommer: Middels høy styrke, svært god korrosjonsbestandighet og moderat duktilitet.

Fordeler:

• Kan sveises med TIG eller MIG med mulig behov for forvarming på tykke seksjoner.
• Mekaniske egenskaper gjenopprettes ved hjelp av en varmebehandling etter sveising.
• Det har et utmerket styrke/vekt-forhold og egner seg derfor godt til bruk i konstruksjonsdeler.

Bruksområder: Flykonstruksjoner, rørledninger, bilkomponenter, brokonstruksjoner og strukturprodukter.

6063-legering

Al-Mg-Si-legering (6063) er en annen arkitektonisk og dekorativ Al-legering som er kjent for å ha en glatt overflate og evne til å motstå korrosjon.

Egenskaper: Sterk eller moderat styrke, god korrosjonsbestandighet og god overflatefinish.

Fordeler:

• Utmerket sveisbarhet i alle typer tykkelser.
• Kan også motstå korrosjon, også utendørs og i arkitekturen.
• Glatt overflate kan anodiseres og merkes med dekor.

Bruksområder: Arkitektonisk struktur, vinduskarmer, dører, gardinvegger og profiler.

Legering 1100

Aluminiumslegering 1100 kan nesten virke som en ren aluminiumslegering (det er 99% aluminium). Den er myk, duktil og svært lett å sveise, så den egner seg godt der resistivitet er viktigere enn styrke.

Høy duktilitet: Utmerket korrosjonsbestandighet, lav styrke.

Fordeler:

• Svært lett sveisbar med lite eller ingen forberedelser.
• Meget god korrosjonsbestandighet, selv mot sterke kjemikalier.
• Lett å bøye, forme og støpe.
• Bruksområder: Tak, ytterkledning, kjemisk utstyr, kjøkkenobjekter og lav styrke.

1350 Alloy

En annen aluminiumslegering med høy renhet som kan brukes i den elektriske og kjemiske industrien, er1350. Den er utrolig sterk og har stor korrosjonsbestandighet, i tillegg til at den er svært sveisbar og er et svært pålitelig metall når det brukes i spesialiserte omgivelser.

Fordeler: Immun mot korrosjon, utmerket sveiseevne og lav vekt.

Fordeler:

• Enkel å sveise på vanlig måte.
• Lav vekt, og kan derfor brukes i transportable maskiner.
• Er motstandsdyktig mot korrosjon og har lang levetid, selv i kjemiske miljøer eller sjøvannsmiljøer.
• Bruksområder: Prosesseringsutstyr, rørledninger, elektriske samleskinner og kjemikalietanker.

Aluminiumslegeringer, samt deres viktigste egenskaper og evne til å sveises

Den tekniske tabellen nedenfor inneholder en liste over de fulle egennavnene på aluminiumslegeringene, samt deres viktigste egenskaper og sveisbarhet:

Dette er en versjon som bruker korrekte legeringsnavn fra ingeniørbøker og termer fra luft- og romfart/industri.

Typer av aluminiumslegeringer

Aluminiumslegeringer kategoriseres i to brede grupper, nemlig smidde legeringer og støpte legeringer. Hver type har spesifikke egenskaper, bruksområder og sveisbarhet.

1. Aluminiumslegeringer, smidd

De mekanisk bearbeidede platene, platene, foliene, stengene eller ekstruderingene er laget av smidde legeringer. De deles inn i to serier når det gjelder sammensetning:

Ikke-varmebehandlingsbare legeringer:

• Disse legeringene kan ikke oppnå styrke ved hjelp av disse varmebehandlingene, men ved kaldbearbeiding. Eksempler på dette er 1000-, 3000- og 5000-serien. De er svært korrosjonsbestandige og har god sveisbarhet, og brukes derfor som marine konstruksjoner, taktekking og kjemiske prosessapparater.

Varmebehandlingsbare legeringer:

•  Løsningsbehandling av disse legeringene kan også gi styrke. Eksempler på dette er seriene 2000, 6000 og 7000. De er sterke, men kan være vanskelige å sveise, og i noen tilfeller kreves det spesielle metoder. Bruksområder er romfart, bilindustri og strukturelle rammeverk.

2. Støping av aluminiumslegeringer

Den støping av aluminium legeringer realiseres ved å helle smeltet legering i støpegods. De kan brukes til komplekse former som er vanskelige å skape med smidde prosesser. Støpelegeringene kan være varmebehandlet eller ubehandlet, og gir en jevn balanse mellom styrke, korrosjonsbestandighet og maskinbearbeidbarhet. Typiske bruksområder er motorblokker, bildeler og maskiner.

Det er viktig å forstå aluminiumslegeringens beskaffenhet når man skal velge hvilket materiale som skal brukes til sveising, siden dette sannsynligvis vil påvirke de mekaniske egenskapene, korrosjonsbestandigheten og kvaliteten på sammenføyningene.

De vanskeligste aluminiumslegeringene å sveise

Legering 2024

Al-Cu-materiale med høy styrke, brukt i luftfartsindustrien og lignende høyspenningsbruk.

Utfordringer:

• Har en tendens til å være utsatt for varmsprekker ved sveising.
• Krever spesielle metoder og tilsettmetaller.
• Må etterfølges av varmebehandling for å gjenvinne de mekaniske egenskapene.

2219 Alloy

Kjennetegn: Al-Cu-legering med høy styrke som kan brukes i romfarts- og rakettkomponenter.

Utfordringer:

• Svært vanskelig å sveise, da det kan sprekke og forvrenge seg.
• Og krever stor dyktighet i oppvarming og perfekt sveising.

7075-legering

Kjennetegn: En Al-Zn-Mg-Cu-legering med enormt høy styrke som vanligvis brukes i romfarts- og militærprodukter.

Utfordringer:

• Dårlig sveisbarhet; de skal ikke sveises på vanlig måte.
• Svært utsatt for spenningskorrosjon.
• Vanligvis brukes friksjonsomrøringssveising eller andre spesialprosesser.

Teknikker for sveising av aluminium

Det er like viktig å velge riktig sveiseprosedyre som det er å velge riktig legering. De mest brukte sveisemetodene for aluminium er

• TIG-sveising (GTAW): Det er mulig å produsere fine og rene sveiser, men den egner seg best på tynne materialer. Det er vanlig å bruke denne metoden på legeringene 1xxx, 5xxx og 6xxx.
• MIG-sveising (GMAW): Gir raskere avsetningshastigheter, kan brukes med tykkere seksjoner og er ofte den sveiseprosessen som velges i industrien for sveising av aluminiumlegeringer i 5xxx- og 6xxx-serien.
• Fyllstoffmetaller: Det er viktig å velge riktig tilsatsmateriale. Derfor kan 5356-fyllstoffet brukes på 5xxx-legeringer og 4043 på 6xxx-legeringer.
• Forvarming og ettervarming: Behandling: Ved forvarming unngår man problemer forbundet med termisk sjokk og sprekkdannelser, spesielt i tykke komponenter. Enkelte legeringer trenger kunstig aldring for å gjenvinne styrke etter sveising.

Praktiske forslag til sveising av aluminiumslegeringer

Aluminiumsveising Aluminium er lett å sveise, men denne operasjonen krever ekstra planlegging og teknikk siden aluminium har høy varmeledningsevne, en tendens til å danne oksidbelegg og lett kan deformeres eller brekke. Riktig legering og teknikk kan forbedre sveisens styrke og kvalitet betraktelig. Her følger noen forslag til hvordan du kan arbeide:

1. Velg riktig legering til bruksområdet

• I marine, kjemiske og korrosjonsutsatte miljøer: 5052, 5083 og 5754 er det perfekte valget.
• Moderat styrke: 6061, 6063 brukes mest i robuste konstruksjoner.
• Til bruk i dekorasjon eller som materialer med lav styrke: 1100, 1350 kan brukes.
• Unngå legeringer: som 2024, 2219 og 7075, med mindre det brukes spesialmetoder som friksjonsomrøringssveising.

2. Velg riktig sveiseprosess

• TIG (GTAW): Er en presis og ren prosess som ofte brukes ved sveising av tynne profiler. Best egnet til 5052, 5083, 6061 og 1100.
• Metallisk inertgass (GMAW): Bruker industristandarden MIG (metallinert gass eller gass-metallbue). Brukes raskere der det kreves tykkere metall; brukes ofte i industrielle applikasjoner. Passer til 5052, 6061 og 5754.
• Friksjonssveising (FSW): Denne sveiseteknikken er mest produktiv med høyfaste legeringer som 7075 og 2219, der smeltesveising ikke er anbefalt.

3. Forberedelse av overflaten

• Før sveisingen begynner, må overflaten av aluminiumoksidet rengjøres med en børste av rustfritt stål eller et kjemisk rengjøringsmiddel.
• Pass på at overflaten ikke er fet eller våt, ellers kan materialet være porøst og ha svake ledd.

4. Reguler oppvarmingsinngangen

• Aluminium leder varme for raskt, og overoppheting fører dermed til forvrengning, gjennombrenning eller styrke.
• Minimer lange sveisepasseringer og feil elektrodestørrelser, og bruk forvarming (der det er nødvendig) for å sikre en jevn fordeling av varmen.

5. Bruk kompatible fyllmetaller

• For å bevare styrken og unngå korrosjon, må fyllstofflegeringen tilpasses grunnmetallet.
• Noen av de vanligste fyllstofflegeringene er 4045, 5356 og 5556, avhengig av aluminiumsunderlaget.

6. Behandlinger etter sveising

• Når det gjelder legeringer som krever varmebehandling, for eksempel 6061 eller 2024, bør det utføres en varmebehandling etter sveising for å gjenopprette de mekaniske egenskapene.
• Mer korrosjonsbestandighet kan oppnås ved anodisering eller andre beskyttende belegg i marine eller andre korrosive miljøer.

7. Minimere forvrengning

• Forskuddsvis sveising, klemming og heftsveising kan bidra til å redusere skjevhet eller stress.
• Støttestenger eller kjøleplater kan brukes til å absorbere den ekstra varmen på tynne plater.
• Disse nyttige rådene garanterer robuste, seige og korrosjonsbestandige sveisede aluminiumsskjøter, og minimerer risikoen for sprekkdannelser, feilforming eller kollisjon.

Konklusjon

Sveising av aluminiumslegeringer krever en slags likevekt mellom materialvalg, prosedyre og varmebehandling etter sveising for å oppnå robuste, stabile og korrosjonsbestandige skjøter. Av det store utvalget av tilgjengelige aluminiumslegeringer har 5052, 5083, 5754, 6061, 6063, 1100 og 1350 de beste egenskapene når det gjelder korrosjonsbestandighet, duktilitet og enkel fabrikasjon for å kunne sveises. Denne typen legeringer er vanlige i bransjer som marineindustrien, bilindustrien, luftfartsindustrien og strukturindustrien på grunn av sin moderate til høye styrke med god sveisbarhet. I de høyere endefasthetene i legeringsspekteret (2024, 2219 og 7075) er de høyfaste legeringene derimot spesielt vanskelige å sveise, fordi de er utsatt for varmoppsprekking, forvrengning og tap av styrkeegenskaper, noe som krever enten spesielle sveisemetoder (friksjonsomrøringssveising, kontrollert varmebehandling) eller spesialvarmebehandling.

Praktiske aspekter som klargjøring av festeflaten, temperatur, bruk av egnede fyllstoffer og etterbehandling etter sveising er viktige for å sikre optimal bruk av sveisede konstruksjoner i aluminium. Når ingeniører og fabrikanter kjenner egenskapene, fordelene og ulempene ved de ulike legeringene, kan de ta velbegrunnede beslutninger som gir tilstrekkelig strukturell styrke og lang levetid. Ved å velge riktig aluminiumslegering og følge de riktige sveiseprosedyrene kan man sørge for høy kvalitet og sikkerhet ved sveising, noe som øker sikkerheten og effektiviteten til alle industrielle, arkitektoniske og teknologiske produkter og bruksområder.

Vanlige spørsmål

1. Hvilke aluminiumslegeringer er lettest å sveise?

Legeringene 5052, 5083, 5754, 6061, 6063, 1100 og 1350 er de letteste å sveise. Legeringene har god korrosjonsbestandighet, høy duktilitet og svært liten risiko for sprekkdannelse under sveising, noe som gjør legeringene egnet til de fleste industrielle og strukturelle bruksområder.

2. Hvorfor er visse aluminiumslegeringer vanskelige å sveise?

Legeringer som 2024, 2219, 7075 er vanskelige å sveise på grunn av den høye styrken og at de kan varmebehandles, at de har en tendens til å utvikle varmesprekker, forvrengning, og dette er noen av risikoene de står overfor under den konvensjonelle smeltesveiseprosessen, evnen til å miste sine mekaniske egenskaper. Spesielle sammenføyningsprosesser, som friksjonsomrøringssveising, er vanligvis også nødvendige for å produsere sterke og feilfrie skjøter.

3. Hva er de beste fremgangsmåtene ved sveising av aluminium?

De beste fremgangsmåtene omfatter riktig rengjøring av overflaten for å fjerne oksidlagene, nøye kontroll av varmetilførselen, typer tilsatsmaterialer som er kompatible med hverandre, klemming eller heftsveising for å minimere forvrengning, og eventuell etterbehandling som varmebehandling eller beskyttende belegg. Disse fremgangsmåtene resulterer effektivt i sterke og holdbare sveiser med god korrosjonsbeskyttelse.