용접 제조 산업에서 알루미늄이 성장하고 많은 응용 분야에서 강철에 대한 탁월한 대안으로 알루미늄이 수용됨에 따라 알루미늄 프로젝트 개발과 관련된 사람들이 이 재료 그룹에 더 익숙해져야 하는 요구 사항이 증가하고 있습니다. 알루미늄을 완전히 이해하려면 알루미늄 식별/지정 시스템, 사용 가능한 다양한 알루미늄 합금 및 그 특성을 숙지하는 것부터 시작하는 것이 좋습니다.

알루미늄 합금 성미 및 지정 시스템- 북미에서는 The Aluminium Association Inc.가 알루미늄 합금의 할당 및 등록을 담당합니다. 현재 400개 이상의 단조 알루미늄 및 단조 알루미늄 합금이 있으며, 알루미늄 협회에 등록된 주물 및 잉곳 형태의 200개 이상의 알루미늄 합금이 있습니다. 등록된 모든 합금에 대한 합금 화학 조성 제한은 알루미늄 협회의청록색 책"단조 알루미늄 및 단조 알루미늄 합금에 대한 국제 합금 지정 및 화학 조성 제한"이라는 제목으로핑크북"주물 및 주괴 형태의 알루미늄 합금에 대한 지정 및 화학 조성 제한"이라는 제목의 문서입니다. 이 간행물은 용접 엔지니어가 용접 절차를 개발할 때, 그리고 화학적 고려 사항과 균열 민감도와의 연관성이 중요할 때 매우 유용할 수 있습니다.

알루미늄 합금은 열적, 기계적 처리에 반응하는 능력, 알루미늄 합금에 첨가된 기본 합금 원소와 같은 특정 재료의 특성을 기준으로 여러 그룹으로 분류될 수 있습니다. 알루미늄 합금에 사용되는 번호 부여/식별 시스템을 고려할 때 위의 특성이 식별됩니다. 단조 알루미늄과 주조 알루미늄은 서로 다른 식별 시스템을 가지고 있습니다. 가공체계는 4자리 체계이고 주물은 3자리와 소수점 1자리 체계를 갖는다.

단조 합금 지정 시스템- 먼저 4자리 단조 알루미늄 합금 식별 시스템을 고려해 보겠습니다. 첫 번째 숫자(Xxxx)는 알루미늄 합금에 추가된 주요 합금 원소를 나타내며 종종 알루미늄 합금 시리즈, 즉 1000 시리즈, 2000 시리즈, 3000 시리즈, 최대 8000 시리즈를 설명하는 데 사용됩니다(표 1 참조).

두 번째 한자리(xXxx)가 0과 다를 경우 특정 합금의 변형을 의미하며 세 번째와 네 번째 숫자(xx)는XX)은 시리즈의 특정 합금을 식별하기 위해 주어진 임의의 숫자입니다. 예: 합금 5183에서 숫자 5는 마그네슘 합금 시리즈임을 나타내고, 1은 1을 나타냅니다.^st원래의 합금 5083을 수정한 것이며 83은 이를 5xxx 시리즈로 식별합니다.

이 합금 번호 지정 시스템의 유일한 예외는 1xxx 시리즈 알루미늄 합금(순수 알루미늄)입니다. 이 경우 마지막 두 자리는 99% 이상의 최소 알루미늄 비율을 나타냅니다(예: 합금 13).(50)(99.50% 최소 알루미늄).

단조 알루미늄 합금 지정 시스템

표 1

주조 합금 명칭- 주조 합금 지정 시스템은 3자리 이상의 소수점 지정 xxx.x(예: 356.0)를 기반으로 합니다. 첫 번째 숫자(Xxx.x)는 알루미늄 합금에 첨가된 주요 합금 원소를 나타냅니다(표 2 참조).

주조 알루미늄 합금 지정 시스템

표 2

두 번째 및 세 번째 숫자(xXX.x)는 시리즈의 특정 합금을 식별하기 위해 주어진 임의의 숫자입니다. 소수점 뒤의 숫자는 합금이 주물(.0)인지 주괴(.1 또는 .2)인지를 나타냅니다. 대문자 접두사는 특정 합금의 수정을 나타냅니다.
예: 합금 – A356.0 대문자 A(Axxx.x)는 합금 356.0의 변형을 나타냅니다. 숫자 3(A3xx.x)는 실리콘 + 구리 및/또는 마그네슘 시리즈임을 나타냅니다. 56인치(도끼56.0)은 3xx.x 시리즈 내의 합금을 식별하고 .0(Axxx.0)는 잉곳이 아닌 최종 형태 주조임을 나타냅니다.

알루미늄 템퍼 지정 시스템 -다양한 알루미늄 합금 시리즈를 고려하면 그 특성과 그에 따른 적용에 상당한 차이가 있음을 알 수 있습니다. 식별 시스템을 이해한 후 가장 먼저 인식해야 할 점은 위에서 언급한 시리즈 내에서 뚜렷하게 다른 두 가지 유형의 알루미늄이 있다는 것입니다. 이는 열처리 가능한 알루미늄 합금(열을 추가하여 강도를 얻을 수 있는 합금)과 비열처리 알루미늄 합금입니다. 이러한 구별은 이 두 가지 유형의 재료에 대한 아크 용접의 영향을 고려할 때 특히 중요합니다.

1xxx, 3xxx 및 5xxx 시리즈 단조 알루미늄 합금은 열처리가 불가능하고 변형 경화만 가능합니다. 2xxx, 6xxx 및 7xxx 시리즈 가공 알루미늄 합금은 열처리가 가능하며 4xxx 시리즈는 열처리 가능 합금과 비열처리 합금으로 구성됩니다. 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x 및 7xx.x 시리즈 주조 합금은 열처리가 가능합니다. 변형 경화는 일반적으로 주조품에 적용되지 않습니다.

열처리 가능한 합금은 열처리 과정을 통해 최적의 기계적 특성을 얻습니다. 가장 일반적인 열처리는 용체화 열처리와 인공 시효입니다. 용체화 열처리는 합금 원소나 화합물을 용액에 넣기 위해 합금을 높은 온도(약 990°F)로 가열하는 과정입니다. 그런 다음 일반적으로 물에서 담금질하여 실온에서 과포화 용액을 생성합니다. 용체화 열처리 후에는 일반적으로 시효가 뒤따릅니다. 노화는 원하는 특성을 얻기 위해 과포화 용액에서 원소 또는 화합물의 일부가 침전되는 것입니다.

비열처리 합금은 변형 경화를 통해 최적의 기계적 특성을 얻습니다. 변형경화란 냉간 가공을 적용하여 강도를 높이는 방법입니다.T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

기본 성미 지정

표 3

기본 템퍼 지정 외에도 두 가지 하위 카테고리가 있습니다. 하나는 "H" 템퍼 - 변형 경화를 다루고 다른 하나는 "T" 템퍼 - 열처리 지정을 지정합니다.

H Temper의 세분 – 변형 경화

H 뒤의 첫 번째 숫자는 기본 작동을 나타냅니다.
H1– 변형 경화만 가능.
H2– 변형 경화 및 부분적으로 어닐링.
H3– 변형 경화 및 안정화.
H4– 변형 경화 및 래커 처리 또는 페인트 처리.

H 뒤의 두 번째 숫자는 변형 경화 정도를 나타냅니다.
HX2– 쿼터 하드 HX4– 하프 하드 HX6– 3/4 하드
HX8– 풀 하드 HX9– 엑스트라 하드

T Temper의 하위 구분 – 열처리

T1- 압출 등 고온성형 과정을 거쳐 냉각 후 자연시효됩니다.
T2- 고온성형 후 냉각 후 냉간가공한 후 자연시효합니다.
T3- 용체화열처리, 냉간가공 및 자연시효됩니다.
T4- 용체화열처리 및 자연시효 처리된 제품입니다.
T5- 고온성형과정에서 냉각 후 인위적으로 시효처리한 것입니다.
T6- 용체화열처리 및 인공시효 처리한 제품입니다.
T7- 용체화 열처리 및 안정화(과시효).
T8- 용체화열처리, 냉간가공, 인위시효.
T9- 용체화열처리, 인공시효, 냉간가공한 제품입니다.
T10- 고온성형과정에서 냉각 후 냉간가공한 후 인위시효한다.

추가 숫자는 스트레스 해소를 나타냅니다.
예:
TX51또는 TXX51– 스트레칭으로 스트레스를 풀어보세요.
TX52또는 TXX52– 압축으로 스트레스가 완화됩니다.

알루미늄 합금 및 그 특성- 7가지 단조 알루미늄 합금 시리즈를 고려하면 이들의 차이점을 이해하고 용도와 특성을 이해할 수 있습니다.

1xxx 시리즈 합금– (비열처리 – 최대 인장 강도 10 ~ 27 ksi) 이 시리즈는 최소 99.0%의 알루미늄이 요구되기 때문에 순수 알루미늄 시리즈라고도 합니다. 용접이 가능합니다. 그러나 용융 범위가 좁기 때문에 허용 가능한 용접 절차를 생성하려면 특정 고려 사항이 필요합니다. 제조를 고려할 때 이러한 합금은 주로 특수 화학 탱크 및 배관과 같은 우수한 내식성 또는 버스 바 응용 분야와 같은 우수한 전기 전도성을 위해 선택됩니다. 이러한 합금은 상대적으로 열악한 기계적 특성을 갖고 있어 일반 구조용으로 거의 고려되지 않습니다. 이러한 기본 합금은 응용 분야 및 성능 요구 사항에 따라 일치하는 충전재 또는 4xxx 충전재를 사용하여 용접되는 경우가 많습니다.

2xxx 시리즈 합금– (열처리 가능 – 최대 인장 강도 27~62ksi) 이는 알루미늄/구리 합금(0.7~6.8% 범위의 구리 첨가)이며 항공우주 및 항공기 응용 분야에 자주 사용되는 고강도, 고성능 합금입니다. 그들은 넓은 온도 범위에서 우수한 강도를 가지고 있습니다. 이러한 합금 중 일부는 고온 균열 및 응력 부식 균열에 대한 민감성 때문에 아크 용접 공정에서 용접 불가능한 것으로 간주됩니다. 그러나 다른 것들은 올바른 용접 절차를 통해 매우 성공적으로 아크 용접되었습니다. 이러한 모재는 종종 성능에 맞게 설계된 고강도 2xxx 시리즈 필러 합금으로 용접되지만 때로는 응용 분야 및 서비스 요구 사항에 따라 실리콘 또는 실리콘과 구리를 포함하는 4xxx 시리즈 필러로 용접될 수도 있습니다.

3xxx 시리즈 합금– (비열처리 가능 – 최대 인장 강도 16 ~ 41 ksi) 이는 알루미늄/망간 합금(0.05 ~ 1.8% 범위의 망간 첨가)이며 중간 강도, 우수한 내식성, 우수한 성형성을 가지며 적합합니다. 높은 온도에서 사용하기 위해. 최초의 용도 중 하나는 냄비와 프라이팬이었으며 오늘날 자동차와 발전소의 열 교환기용 주요 구성 요소입니다. 그러나 적당한 강도로 인해 구조적 적용을 고려하지 못하는 경우가 많습니다. 이러한 기본 합금은 특정 화학, 특정 용도 및 서비스 요구 사항에 따라 1xxx, 4xxx 및 5xxx 시리즈 필러 합금으로 용접됩니다.

4xxx 시리즈 합금– (열처리 가능 및 비열처리 가능 – 최대 인장 강도 25~55ksi) 이는 알루미늄/실리콘 합금(0.6~21.5% 범위의 실리콘 첨가)이며 열처리 가능 및 비열처리를 모두 포함하는 유일한 시리즈입니다. 열처리 가능한 합금. 실리콘을 알루미늄에 첨가하면 녹는점이 낮아지고 녹을 때 유동성이 향상됩니다. 이러한 특성은 융합 용접과 브레이징에 모두 사용되는 필러 재료에 바람직합니다. 결과적으로, 이 일련의 합금은 주로 충전재로 사용됩니다. 알루미늄과 별개로 실리콘은 열처리가 불가능합니다. 그러나 이러한 실리콘 합금 중 다수는 마그네슘이나 구리를 첨가하여 용체화 열처리에 유리하게 반응하는 능력을 제공하도록 설계되었습니다. 일반적으로 이러한 열처리 가능한 필러 합금은 용접 부품이 용접 후 열처리를 받는 경우에만 사용됩니다.

5xxx 시리즈 합금– (비열처리 – 최대 인장 강도 18~51ksi) 이는 알루미늄/마그네슘 합금(0.2~6.2% 범위의 마그네슘 첨가)이며 비열처리 합금 중 가장 높은 강도를 갖습니다. 또한 이 합금 계열은 쉽게 용접할 수 있으므로 조선, 운송, 압력 용기, 교량 및 건물과 같은 다양한 응용 분야에 사용됩니다. 마그네슘 기반 합금은 종종 모재의 마그네슘 함량과 용접 부품의 적용 및 서비스 조건을 고려하여 선택되는 필러 합금으로 용접됩니다. 3.0% 이상의 마그네슘을 함유한 이 시리즈의 합금은 감작 가능성과 그에 따른 응력 부식 균열에 대한 민감성 때문에 150°F 이상의 고온 서비스에는 권장되지 않습니다. 약 2.5% 미만의 마그네슘을 함유한 기본 합금은 종종 5xxx 또는 4xxx 시리즈 필러 합금과 성공적으로 용접됩니다. 기본 합금 5052는 일반적으로 4xxx 시리즈 필러 합금으로 용접할 수 있는 최대 마그네슘 함량 기본 합금으로 인식됩니다. 공융 용융과 관련된 문제 및 용접 시 열악한 기계적 특성으로 인해 4xxx 시리즈 필러와 함께 더 많은 양의 마그네슘을 포함하는 이 합금 시리즈의 재료를 용접하는 것은 권장되지 않습니다. 더 높은 마그네슘 기본 재료는 일반적으로 기본 합금 구성과 일치하는 5xxx 필러 합금으로만 용접됩니다.

6XXX 시리즈 합금– (열처리 가능 – 최대 인장 강도 18~58ksi) 이는 알루미늄/마그네슘 – 실리콘 합금(약 1.0%의 마그네슘 및 실리콘 첨가)이며 용접 제조 산업 전반에 걸쳐 널리 발견되며 주로 다음과 같은 형태로 사용됩니다. 밀어남, 그리고 많은 구조상 성분에 통합됩니다. 알루미늄에 마그네슘과 실리콘을 첨가하면 마그네슘-실리사이드 화합물이 생성되며, 이는 이 재료에 용체화 열처리를 통해 강도를 향상시키는 능력을 제공합니다. 이러한 합금은 자연적으로 응고 균열에 민감하므로 (충진재 없이) 자동으로 아크 용접을 해서는 안 됩니다. 모재를 희석하여 열간 균열 문제를 방지하려면 아크 용접 공정 중에 적절한 양의 충진재를 첨가하는 것이 필수적입니다. 용도 및 서비스 요구 사항에 따라 4xxx 및 5xxx 충전재를 사용하여 용접됩니다.

7XXX 시리즈 합금– (열처리 가능 – 최대 인장 강도 32~88ksi) 이는 알루미늄/아연 합금(0.8~12.0% 범위의 아연 첨가)이며 가장 높은 강도의 알루미늄 합금으로 구성됩니다. 이러한 합금은 항공기, 항공우주, 경쟁 스포츠 장비와 같은 고성능 응용 분야에 자주 사용됩니다. 2xxx 합금 시리즈와 마찬가지로 이 시리즈에는 아크 용접에 적합하지 않은 것으로 간주되는 합금과 종종 성공적으로 아크 용접되는 기타 합금이 포함되어 있습니다. 7005와 같이 이 시리즈에서 일반적으로 용접되는 합금은 주로 5xxx 시리즈 필러 합금으로 용접됩니다.

요약- 오늘날의 알루미늄 합금은 다양한 성질과 함께 광범위하고 다양한 제조 재료로 구성됩니다. 최적의 제품 설계와 성공적인 용접 절차 개발을 위해서는 사용 가능한 많은 합금과 다양한 성능 및 용접성 특성 간의 차이점을 이해하는 것이 중요합니다. 이러한 다양한 합금에 대한 아크 용접 절차를 개발할 때 용접되는 특정 합금을 고려해야 합니다. 알루미늄의 아크 용접은 어렵지 않고 “다를 뿐”이라고 흔히들 말합니다. 이러한 차이점을 이해하는 데 있어 중요한 부분은 다양한 합금과 그 특성, 식별 시스템에 익숙해지는 것이라고 생각합니다.