용접 가공 산업에서 알루미늄의 사용이 증가하고, 다양한 용도에서 강철을 대체할 수 있는 훌륭한 소재로 인정받으면서, 알루미늄 프로젝트 개발에 참여하는 사람들은 이 소재에 대한 이해도를 높여야 할 필요성이 커지고 있습니다. 알루미늄을 완벽하게 이해하려면 알루미늄 식별/명칭 체계, 다양한 알루미늄 합금 및 그 특성을 숙지하는 것부터 시작하는 것이 좋습니다.

알루미늄 합금 열처리 및 명칭 체계북미 지역에서는 알루미늄 협회(The Aluminum Association Inc.)가 알루미늄 합금의 지정 및 등록을 담당합니다. 현재 알루미늄 협회에는 400종 이상의 가공 알루미늄 및 가공 알루미늄 합금과 200종 이상의 주조 및 주괴 형태의 알루미늄 합금이 등록되어 있습니다. 등록된 모든 합금의 화학 조성 제한은 알루미늄 협회의 규정에 명시되어 있습니다.틸 북"가공 알루미늄 및 가공 알루미늄 합금에 대한 국제 합금 명칭 및 화학 조성 한계"라는 제목의 문서와 그 내용에서핑크북"주조품 및 잉곳 형태의 알루미늄 합금에 대한 명칭 및 화학 조성 한계"라는 제목의 간행물은 용접 절차를 개발할 때, 특히 화학적 성질과 균열 민감도와의 연관성을 고려해야 할 때 용접 엔지니어에게 매우 유용할 수 있습니다.

알루미늄 합금은 열처리 및 기계적 처리에 대한 반응성, 주요 합금 원소 등 특정 재료의 특성에 따라 여러 그룹으로 분류할 수 있습니다. 알루미늄 합금에 사용되는 번호/식별 시스템을 살펴보면 이러한 특성이 잘 드러납니다. 단조 알루미늄과 주조 알루미늄은 서로 다른 식별 시스템을 사용합니다. 단조 알루미늄은 4자리 숫자 시스템을, 주조 알루미늄은 소수점 첫째 자리까지 표시되는 3자리 숫자 시스템을 사용합니다.

단조합금 명칭 체계- 먼저 4자리 단조 알루미늄 합금 식별 시스템을 살펴보겠습니다. 첫 번째 자리 숫자(Xxxx)는 알루미늄 합금에 첨가된 주요 합금 원소를 나타내며, 1000 시리즈, 2000 시리즈, 3000 시리즈부터 8000 시리즈까지 알루미늄 합금 시리즈를 설명하는 데 자주 사용됩니다(표 1 참조).

두 번째 한 자릿수(x)Xxx)가 0과 다르면 특정 합금의 변형을 나타내며, 세 번째와 네 번째 자리 숫자(xx)는XX)는 해당 합금 계열에서 특정 합금을 식별하기 위해 부여된 임의의 숫자입니다. 예: 합금 5183에서 숫자 5는 마그네슘 합금 계열임을 나타내고, 1은 해당 합금이 1차 합금임을 나타냅니다.^st원래 합금 5083을 변형한 것으로, 83은 5xxx 시리즈임을 나타냅니다.

이 합금 번호 체계의 유일한 예외는 1xxx 시리즈 알루미늄 합금(순수 알루미늄)으로, 이 경우 마지막 두 자리는 99% 이상의 최소 알루미늄 함량을 나타냅니다(예: 합금 13).(50)(알루미늄 함량 최소 99.50%).

단조 알루미늄 합금 명칭 체계

표 1

주조 합금 명칭- 주조 합금 명칭 체계는 3자리 숫자와 소수점 표기법(xxx.x, 예: 356.0)을 기반으로 합니다. 첫 번째 자리 숫자(Xxx.x)는 알루미늄 합금에 첨가된 주요 합금 원소를 나타냅니다(표 2 참조).

주조 알루미늄 합금 명칭 체계

표 2

두 번째와 세 번째 숫자(x)XX.x)는 해당 시리즈에서 특정 합금을 식별하기 위해 부여된 임의의 숫자입니다. 소수점 뒤의 숫자는 해당 합금이 주조품(.0)인지 잉곳(.1 또는 .2)인지를 나타냅니다. 대문자 접두사는 특정 합금의 변형을 나타냅니다.
예시: 합금 – A356.0 (대문자 A)Axxx.x)는 합금 356.0의 변형을 나타냅니다. 숫자 3(A)3xx.x)는 실리콘, 구리 및/또는 마그네슘 계열임을 나타냅니다. 56(Ax)56.0)은 3xx.x 시리즈 내의 합금을 식별하고, .0(Axxx)은...0)는 최종 형상 주조물이며 주괴가 아님을 나타냅니다.

알루미늄 경도 등급 분류 체계 -다양한 알루미늄 합금 계열을 살펴보면 그 특성과 그에 따른 적용 분야에 상당한 차이가 있음을 알 수 있습니다. 식별 체계를 이해한 후 가장 먼저 알아야 할 점은 앞서 언급한 계열 내에 두 가지 유형의 알루미늄이 있다는 것입니다. 바로 열처리 가능 알루미늄 합금(열을 가하면 강도가 증가하는 합금)과 열처리 불가능 알루미늄 합금입니다. 이러한 구분은 아크 용접이 이 두 가지 유형의 재료에 미치는 영향을 고려할 때 특히 중요합니다.

1xxx, 3xxx, 5xxx 시리즈 단조 알루미늄 합금은 열처리가 불가능하며, 인장경화만 가능합니다. 2xxx, 6xxx, 7xxx 시리즈 단조 알루미늄 합금은 열처리가 가능하며, 4xxx 시리즈는 열처리 가능 합금과 열처리 불가능 합금이 모두 포함됩니다. 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x, 7xx.x 시리즈 주조 합금은 열처리가 가능합니다. 주조품에는 일반적으로 인장경화가 적용되지 않습니다.

열처리 가능한 합금은 열처리 공정을 통해 최적의 기계적 특성을 얻는데, 가장 일반적인 열처리 방법으로는 용체화 열처리와 인공 시효 처리가 있습니다. 용체화 열처리는 합금을 고온(약 990°F)으로 가열하여 합금 원소 또는 화합물을 용액 상태로 만드는 공정입니다. 그 후, 일반적으로 물에 담가 급랭시켜 상온에서 과포화 용액을 만듭니다. 용체화 열처리 후에는 보통 시효 처리를 합니다. 시효 처리는 과포화 용액에서 일부 원소 또는 화합물을 석출시켜 원하는 특성을 얻는 공정입니다.

열처리 불가능한 합금은 가공 경화를 통해 최적의 기계적 특성을 얻습니다. 가공 경화는 냉간 가공을 통해 강도를 증가시키는 방법입니다. (T6, 6063-)T4, 5052-H32, 5083-H112.

기본적인 온도 분류

표 3

기본적인 열처리 등급 외에도 두 가지 세부 분류가 있는데, 하나는 "H" 열처리(인장 경화)이고 다른 하나는 "T" 열처리(열처리)입니다.

H 템퍼의 세분화 - 변형 경화

H 뒤의 첫 번째 숫자는 기본 연산을 나타냅니다.
H1- 인장강화 처리된 제품만 해당됩니다.
H2– 인장 경화 및 부분 어닐링 처리.
H3– 인장강화 및 안정화 처리됨.
H4– 경화 처리 후 래커칠 또는 페인트칠.

H 뒤의 두 번째 숫자는 변형 경화 정도를 나타냅니다.
HX2쿼터 하드 HX4– 하프 하드 HX6– 3/4 정도 단단하게
HX8– 풀 하드 HX9- 초고강도

T 템퍼의 세분화 - 열처리

T1- 압출과 같은 고온 성형 공정 후 냉각 과정을 거쳐 자연적으로 숙성된 것입니다.
T2고온 성형 공정 후 냉각 과정을 거쳐 냉간 가공하고 자연 숙성시켰습니다.
T3- 용체화 열처리, 냉간 가공 및 자연 숙성.
T4- 열처리 후 자연 숙성.
T5- 고온 성형 공정 후 냉각 과정을 거쳐 인위적으로 숙성시켰습니다.
T6- 용체화 열처리 및 인공 노화 처리.
T7- 용체화 열처리 및 안정화 처리(과숙성).
T8- 용체화 열처리, 냉간 가공 및 인공 시효 처리.
T9- 용체화 열처리, 인공 시효 처리 및 냉간 가공.
티10- 고온 성형 공정 후 냉각 과정을 거쳐 냉간 가공하고 인공적으로 숙성시켰습니다.

추가 숫자는 스트레스 해소를 의미합니다.
예시:
TX51또는 TXX51스트레칭으로 스트레스를 해소할 수 있습니다.
TX52또는 TXX52압박을 통해 스트레스가 해소됩니다.

알루미늄 합금 및 그 특성- 우리가 7가지 종류의 가공 알루미늄 합금을 살펴보면, 그 차이점을 이해하고 그 용도와 특성을 파악할 수 있을 것입니다.

1xxx 시리즈 합금(비열처리형 - 인장강도 10~27ksi) 이 시리즈는 최소 99.0%의 알루미늄 함량을 요구하기 때문에 순수 알루미늄 시리즈로 불리기도 합니다. 용접이 가능하지만, 용융 범위가 좁기 때문에 만족스러운 용접 결과를 얻기 위해서는 몇 가지 고려 사항이 필요합니다. 이러한 합금은 특수 화학 탱크 및 배관과 같은 분야에서 우수한 내식성을 제공하거나, 버스바와 같은 분야에서 뛰어난 전기 전도성을 제공하기 때문에 주로 사용됩니다. 기계적 특성이 상대적으로 좋지 않아 일반적인 구조물에는 거의 사용되지 않습니다. 이러한 기본 합금은 용도 및 성능 요구 사항에 따라 동일한 용접봉 또는 4xxx 계열 용접봉과 함께 용접됩니다.

2xxx 시리즈 합금(열처리 가능, 최대 인장 강도 27~62ksi) 이 소재들은 알루미늄/구리 합금(구리 함량 0.7~6.8%)으로, 항공우주 및 항공기 분야에 자주 사용되는 고강도, 고성능 합금입니다. 넓은 온도 범위에서 우수한 강도를 유지합니다. 일부 합금은 고온 균열 및 응력 부식 균열에 취약하여 아크 용접이 불가능한 것으로 간주되지만, 적절한 용접 절차를 따르면 아크 용접이 매우 성공적으로 이루어지는 합금도 있습니다. 이러한 모재는 일반적으로 성능에 맞춰 설계된 고강도 2xxx 시리즈 용접봉을 사용하여 용접하지만, 용도 및 사용 조건에 따라 실리콘 또는 실리콘과 구리를 함유한 4xxx 시리즈 용접봉을 사용할 수도 있습니다.

3xxx 시리즈 합금(비열처리 가능 - 최대 인장 강도 16~41ksi) 이 소재는 알루미늄/망간 합금(망간 함량 0.05~1.8%)으로, 적당한 강도와 우수한 내식성, 성형성을 가지며 고온 환경에 적합합니다. 초기에는 냄비와 프라이팬 제작에 사용되었으며, 현재는 차량 및 발전소의 열교환기 주요 구성 요소로 사용되고 있습니다. 그러나 강도가 중간 정도이기 때문에 구조용으로는 적합하지 않은 경우가 많습니다. 이러한 기본 합금은 특정 화학 조성과 용도 및 사용 조건에 따라 1xxx, 4xxx, 5xxx 시리즈 용접봉을 사용하여 용접됩니다.

4xxx 시리즈 합금(열처리 가능 및 불가능 - 최대 인장 강도 25~55ksi) 이들은 알루미늄/실리콘 합금(실리콘 첨가량 0.6~21.5%)으로, 열처리 가능 합금과 열처리 불가능 합금을 모두 포함하는 유일한 시리즈입니다. 알루미늄에 실리콘을 첨가하면 융점이 낮아지고 용융 시 유동성이 향상됩니다. 이러한 특성은 용접 및 브레이징에 사용되는 용접봉에 바람직합니다. 따라서 이 합금 시리즈는 주로 용접봉으로 사용됩니다. 알루미늄에 실리콘만 첨가된 경우에는 열처리가 불가능하지만, 일부 실리콘 합금은 마그네슘이나 구리를 첨가하여 용체화 열처리에 대한 반응성을 높이도록 설계되었습니다. 일반적으로 이러한 열처리 가능 용접봉은 용접 후 열처리가 필요한 부품에만 사용됩니다.

5xxx 시리즈 합금(비열처리형 - 인장강도 18~51ksi) 이 합금은 알루미늄/마그네슘 합금(마그네슘 함량 0.2~6.2%)으로, 비열처리형 합금 중 가장 높은 강도를 자랑합니다. 또한, 이 합금 계열은 용접성이 우수하여 조선, 운송, 압력 용기, 교량 및 건축물 등 다양한 분야에 사용됩니다. 마그네슘 모재 합금은 용접봉 합금과 함께 용접되는데, 용접봉 합금은 모재의 마그네슘 함량과 용접 부품의 용도 및 사용 조건을 고려하여 선택됩니다. 마그네슘 함량이 3.0%를 초과하는 이 계열의 합금은 민감화 및 응력 부식 균열 발생 가능성 때문에 150°F(65°C) 이상의 고온 환경에서는 사용을 권장하지 않습니다. 마그네슘 함량이 약 2.5% 미만인 모재 합금은 5xxx 또는 4xxx 계열 용접봉 합금과 함께 사용하면 성공적으로 용접할 수 있습니다. 기본 합금 5052는 일반적으로 4xxx 시리즈 용접봉으로 용접할 수 있는 최대 마그네슘 함량의 기본 합금으로 알려져 있습니다. 그러나 공융 용융 및 이로 인한 용접부 기계적 특성 저하 문제 때문에, 마그네슘 함량이 높은 이 합금 시리즈의 재료는 4xxx 시리즈 용접봉으로 용접하는 것이 권장되지 않습니다. 마그네슘 함량이 높은 기본 재료는 일반적으로 기본 합금의 조성과 일치하는 5xxx 시리즈 용접봉으로만 용접합니다.

6XXX 시리즈 합금(열처리 가능 - 최대 인장 강도 18~58ksi) 이 합금은 알루미늄/마그네슘-실리콘 합금(마그네슘 및 실리콘 첨가량 약 1.0%)으로, 용접 및 제조 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되며 주로 압출 형태로 가공되어 다양한 구조 부품에 적용됩니다. 알루미늄에 마그네슘과 실리콘을 첨가하면 마그네슘-실리사이드 화합물이 생성되어 용체화 열처리를 통해 강도를 향상시킬 수 있습니다. 이 합금은 본래 응고 균열에 민감하기 때문에 용접봉 없이(자가 용접) 아크 용접을 해서는 안 됩니다. 아크 용접 과정에서 적절한 양의 용접봉을 첨가하여 모재를 희석함으로써 고온 균열 문제를 방지해야 합니다. 용도 및 사용 조건에 따라 4xxx 또는 5xxx 용접봉을 사용하여 용접합니다.

7XXX 시리즈 합금(열처리 가능 - 최대 인장 강도 32~88ksi) 이 합금들은 알루미늄/아연 합금(아연 첨가량 0.8~12.0%)으로, 최고 강도의 알루미늄 합금에 속합니다. 이러한 합금은 항공기, 우주항공, 스포츠 장비와 같은 고성능 분야에 자주 사용됩니다. 2xxx 시리즈 합금과 마찬가지로, 이 시리즈에는 아크 용접에 적합하지 않은 합금과 아크 용접이 성공적으로 이루어지는 합금이 모두 포함되어 있습니다. 7005와 같이 이 시리즈에서 일반적으로 용접되는 합금은 주로 5xxx 시리즈 용접봉을 사용하여 용접됩니다.

요약오늘날 다양한 열처리를 거친 알루미늄 합금은 광범위하고 다재다능한 제조 재료를 구성합니다. 최적의 제품 설계와 성공적인 용접 절차 개발을 위해서는 다양한 합금의 차이점과 각각의 성능 및 용접 특성을 이해하는 것이 중요합니다. 이러한 다양한 합금에 대한 아크 용접 절차를 개발할 때는 용접 대상 합금의 특성을 고려해야 합니다. 흔히 알루미늄 아크 용접은 어렵지 않지만 "다를 뿐"이라고 말합니다. 이러한 차이점을 이해하는 데 있어 중요한 부분은 다양한 합금, 그 특성 및 식별 체계를 숙지하는 것이라고 생각합니다.