مع نمو استخدام الألومنيوم في صناعة اللحام، وقبوله كبديل ممتاز للصلب في العديد من التطبيقات، تزداد الحاجة إلى إلمام العاملين في مشاريع الألومنيوم بهذه المجموعة من المواد. لفهم الألومنيوم بشكل كامل، يُنصح بالبدء بالتعرف على نظام تعريف/تعيين الألومنيوم، وسبائكه المتعددة المتاحة، وخصائصها.

نظام تصنيف وتسمية سبائك الألومنيومفي أمريكا الشمالية، تتولى جمعية الألومنيوم مسؤولية تخصيص وتسجيل سبائك الألومنيوم. يوجد حاليًا أكثر من 400 سبيكة ألومنيوم مطاوع، وأكثر من 200 سبيكة ألومنيوم مصبوبة وسبائك، مسجلة لدى جمعية الألومنيوم. وترد حدود التركيب الكيميائي للسبائك لجميع هذه السبائك المسجلة في دليل جمعية الألومنيوم.كتاب أزرق مخضربعنوان "التسميات الدولية للسبائك وحدود التركيب الكيميائي للألمنيوم المطاوع وسبائك الألومنيوم المطاوع" وفيالكتاب الورديبعنوان "التسميات وحدود التركيب الكيميائي لسبائك الألومنيوم في شكل مصبوبات وسبائك". يمكن أن تكون هذه المنشورات مفيدة للغاية لمهندسي اللحام عند تطوير إجراءات اللحام، وعندما يكون اعتبار الكيمياء وارتباطها بحساسية الشقوق أمرًا بالغ الأهمية.

يمكن تصنيف سبائك الألومنيوم إلى عدة مجموعات بناءً على خصائص كل مادة، مثل قدرتها على الاستجابة للمعالجة الحرارية والميكانيكية، وعنصر السبائك الأساسي المضاف إليها. عند النظر في نظام الترقيم/التعريف المستخدم لسبائك الألومنيوم، تُحدد الخصائص المذكورة أعلاه. تختلف أنظمة تعريف سبائك الألومنيوم المطروقة والمصبوبة. نظام الترقيم المطروق هو نظام من أربعة أرقام، بينما تستخدم سبائك الألومنيوم المصبوبة نظامًا من ثلاثة أرقام ورقم عشري واحد.

نظام تسمية السبائك المشغولةسنتناول أولاً نظام تعريف سبائك الألومنيوم المطاوع المكون من أربعة أرقام. الرقم الأول (Xيشير (xxx) إلى عنصر السبائك الرئيسي الذي تمت إضافته إلى سبيكة الألومنيوم ويُستخدم غالبًا لوصف سلسلة سبيكة الألومنيوم، أي سلسلة 1000، سلسلة 2000، سلسلة 3000، وحتى سلسلة 8000 (انظر الجدول 1).

الرقم الفردي الثاني (xXxx)، إذا كان مختلفًا عن 0، يشير إلى تعديل السبائك المحددة، والأرقام الثالثة والرابعة (xxXX) هي أرقام عشوائية تُعطى لتحديد سبيكة محددة في السلسلة. مثال: في السبيكة 5183، يشير الرقم 5 إلى أنها من سلسلة سبائك المغنيسيوم، بينما يشير الرقم 1 إلى أنها من السلسلة 1.^stتعديل على السبائك الأصلية 5083، والرقم 83 يحددها في سلسلة 5xxx.

الاستثناء الوحيد لنظام ترقيم السبائك هذا هو سبائك الألومنيوم من السلسلة 1xxx (الألومنيوم النقي) وفي هذه الحالة، يوفر الرقمان الأخيران الحد الأدنى لنسبة الألومنيوم فوق 99٪، أي السبائك 13(50)(99.50% الحد الأدنى من الألومنيوم).

نظام تسمية سبائك الألومنيوم المطاوع

الجدول 1

تسمية سبيكة الصبيعتمد نظام تصنيف سبائك الصب على نظام عشري مكون من ثلاثة أرقام زائد xxx.x (أي 356.0). الرقم الأول (Xيشير (xx.x) إلى عنصر السبائك الرئيسي، الذي تمت إضافته إلى سبيكة الألومنيوم (انظر الجدول 2).

نظام تسمية سبائك الألومنيوم المصبوب

الجدول 2

الرقمان الثاني والثالث (xXX.x) هي أرقام عشوائية تُعطى لتحديد سبيكة محددة في السلسلة. يشير الرقم الذي يلي الفاصلة العشرية إلى ما إذا كانت السبيكة مصبوبة (.0) أو سبيكة (.1 أو .2). تشير البادئة بحرف كبير إلى تعديل على سبيكة محددة.
مثال: سبيكة – A356.0 الحرف الكبير A (Aيشير الرقم xxx.x) إلى تعديل للسبائك 356.0. الرقم 3 (أ)3xx.x) يشير إلى أنه من سلسلة السيليكون بالإضافة إلى النحاس و/أو المغنيسيوم. الرقم 56 في (Ax56يحدد .0) السبائك الموجودة ضمن سلسلة 3xx.x، و.0 (Axxx.0) يشير إلى أن هذا هو الشكل النهائي المصبوب وليس سبيكة.

نظام تسمية درجة حرارة الألومنيوم -إذا نظرنا إلى سلاسل سبائك الألومنيوم المختلفة، فسنلاحظ وجود اختلافات كبيرة في خصائصها وتطبيقاتها. أول ما يجب إدراكه، بعد فهم نظام التعريف، هو وجود نوعين مختلفين تمامًا من الألومنيوم ضمن السلسلة المذكورة أعلاه. وهما سبائك الألومنيوم القابلة للمعالجة حرارياً (التي تكتسب قوة بإضافة الحرارة) وسبائك الألومنيوم غير القابلة للمعالجة حرارياً. ويكتسب هذا التمييز أهمية خاصة عند دراسة تأثيرات اللحام القوسي على هذين النوعين من المواد.

سبائك الألومنيوم المطاوع من سلاسل 1xxx و3xxx و5xxx غير قابلة للمعالجة الحرارية، بل قابلة للتصلب بالإجهاد فقط. أما سبائك الألومنيوم المطاوع من سلاسل 2xxx و6xxx و7xxx فهي قابلة للمعالجة الحرارية، بينما تتكون سلسلة 4xxx من سبائك قابلة وغير قابلة للمعالجة بالحرارة. أما سبائك الصب من سلاسل 2xx.x و3xx.x و4xx.x و7xx.x فهي قابلة للمعالجة الحرارية. ولا يُطبق التصلب بالإجهاد عادةً على المسبوكات.

تكتسب السبائك القابلة للمعالجة حرارياً خواصها الميكانيكية المثلى من خلال عملية المعالجة الحرارية، وأكثرها شيوعاً هي المعالجة الحرارية بالمحلول والتعتيق الاصطناعي. المعالجة الحرارية بالمحلول هي عملية تسخين السبيكة إلى درجة حرارة مرتفعة (حوالي 990 درجة فهرنهايت) لوضع عناصر أو مركبات السبائك في المحلول. يتبع ذلك التبريد، عادةً في الماء، لإنتاج محلول فائق التشبع في درجة حرارة الغرفة. عادةً ما يتبع المعالجة الحرارية بالمحلول التعتيق. التعتيق هو ترسيب جزء من العناصر أو المركبات من محلول فائق التشبع للحصول على الخصائص المطلوبة.

تكتسب السبائك غير القابلة للمعالجة الحرارية خواصها الميكانيكية المثلى من خلال التصلب بالإجهاد. التصلب بالإجهاد هو طريقة لزيادة القوة من خلال تطبيق المعالجة الباردة. T6، 6063-T4، 5052-ح32، 5083-ح112.

تسميات المزاج الأساسية

الجدول 3

بالإضافة إلى تسمية التصلب الأساسي، هناك فئتان فرعيتان، واحدة تتناول التصلب "H" - التصلب بالإجهاد، والأخرى تتناول التصلب "T" - تسمية المعالجة حرارياً.

التقسيمات الفرعية لـ H Temper – Strain Hardened

يشير الرقم الأول بعد H إلى عملية أساسية:
H1- مقوى بالسلالة فقط.
H2- مقوى بالإجهاد ومُلدَّن جزئيًا.
H3- مقوى ومستقر.
H4- مقوى ومطلي أو مطلي.

الرقم الثاني بعد H يشير إلى درجة التصلب الانفعالي:
HX2– ربع هارد HX4– نصف صعب HX6- ثلاثة أرباع صعبة
HX8– Full Hard HX9- صعب للغاية

أقسام فرعية من T Temper – المعالجة حرارياً

T1- يتم تصنيعه بشكل طبيعي بعد التبريد من خلال عملية تشكيل ذات درجة حرارة مرتفعة، مثل البثق.
T2- تم تشكيلها على البارد بعد تبريدها من خلال عملية تشكيل درجة حرارة مرتفعة ثم تم تقديمها بشكل طبيعي.
T3- محلول معالج حراريا، ومعمل على البارد، ومتقدم في العمر بشكل طبيعي.
T4- محلول معالج حرارياً ومتقدم في العمر بشكل طبيعي.
T5- يتم تصنيعه بشكل صناعي بعد تبريده من خلال عملية تشكيل بدرجة حرارة مرتفعة.
T6- محلول معالج حرارياً ومتقدم في العمر بشكل صناعي.
T7- المحلول المعالج حرارياً والمستقر (مرتفع القيمة).
T8- محلول معالج حراريا، ومجهز على البارد، ومتقدم في العمر بشكل اصطناعي.
T9- محلول معالج حراريا، ومتقدم في العمر بشكل اصطناعي، وعمل على البارد.
ت10- تم العمل على البارد بعد التبريد من خلال عملية تشكيل درجة حرارة مرتفعة ثم تم نضجه بشكل مصطنع.

تشير الأرقام الإضافية إلى تخفيف التوتر.
أمثلة:
TX51أو TXX51- تخفيف التوتر عن طريق التمدد.
TX52أو TXX52- تخفيف التوتر عن طريق الضغط.

سبائك الألومنيوم وخصائصها- إذا نظرنا إلى السلسلة السبع من سبائك الألومنيوم المطروقة، فسوف نقدر الاختلافات بينها ونفهم تطبيقاتها وخصائصها.

سبائك سلسلة 1xxx- (غير قابلة للمعالجة الحرارية - بقوة شد قصوى تتراوح من 10 إلى 27 ksi) غالبًا ما يُشار إلى هذه السلسلة باسم سلسلة الألومنيوم النقي لأنها تتطلب أن تحتوي على 99.0% كحد أدنى من الألومنيوم. وهي قابلة للحام. ومع ذلك، نظرًا لضيق نطاق ذوبانها، فإنها تتطلب اعتبارات معينة لإنتاج إجراءات لحام مقبولة. عند النظر في التصنيع، يتم اختيار هذه السبائك في المقام الأول لمقاومتها الفائقة للتآكل كما هو الحال في الخزانات والأنابيب الكيميائية المتخصصة، أو لموصليتها الكهربائية الممتازة كما هو الحال في تطبيقات قضبان التوصيل. تتميز هذه السبائك بخصائص ميكانيكية ضعيفة نسبيًا ونادرًا ما يتم النظر فيها للتطبيقات الهيكلية العامة. غالبًا ما يتم لحام هذه السبائك الأساسية بمادة حشو مطابقة أو بسبائك حشو 4xxx حسب متطلبات التطبيق والأداء.

سبائك سلسلة 2xxx- (قابلة للمعالجة الحرارية - بقوة شد قصوى تتراوح بين 27 و62 كيلوباسكال). هذه سبائك ألومنيوم/نحاس (بإضافات نحاسية تتراوح بين 0.7 و6.8%)، وهي سبائك عالية القوة والأداء، تُستخدم غالبًا في تطبيقات الفضاء والطائرات. تتميز بقوة ممتازة على نطاق واسع من درجات الحرارة. بعض هذه السبائك غير قابلة للحام بواسطة عمليات اللحام القوسي نظرًا لحساسيتها للتشقق الساخن والتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي؛ ومع ذلك، يتم لحام بعضها الآخر بنجاح كبير باستخدام إجراءات اللحام الصحيحة. غالبًا ما تُلحم هذه المواد الأساسية بسبائك حشو عالية القوة من سلسلة 2xxx مصممة لتتناسب مع أدائها، ولكن يمكن أحيانًا لحامها بسبائك حشو من سلسلة 4xxx تحتوي على السيليكون أو السيليكون والنحاس، حسب متطلبات التطبيق والخدمة.

سبائك سلسلة 3xxx(غير قابلة للمعالجة الحرارية - بقوة شد قصوى تتراوح بين 16 و41 كيلو باسكال). هذه سبائك الألومنيوم/المنجنيز (بإضافات منجنيز تتراوح نسبتها بين 0.05 و1.8%)، وتتميز بقوة متوسطة، ومقاومة جيدة للتآكل، وقابلية تشكيل جيدة، ومناسبة للاستخدام في درجات حرارة مرتفعة. كان من أوائل استخداماتها صناعة الأواني والمقالي، وهي اليوم المكون الرئيسي للمبادلات الحرارية في المركبات ومحطات الطاقة. إلا أن قوتها المتوسطة غالبًا ما تحول دون استخدامها في التطبيقات الإنشائية. تُلحم هذه السبائك الأساسية بسبائك حشو من سلاسل 1xxx و4xxx و5xxx، وذلك حسب تركيبها الكيميائي الخاص ومتطلبات الاستخدام والخدمة الخاصة بها.

سبائك سلسلة 4xxx- (قابلة للمعالجة الحرارية وغير قابلة للمعالجة الحرارية - بقوة شد قصوى تتراوح من 25 إلى 55 ksi) هذه هي سبائك الألومنيوم / السيليكون (إضافات السيليكون تتراوح من 0.6 إلى 21.5٪) وهي السلسلة الوحيدة التي تحتوي على سبائك قابلة وغير قابلة للمعالجة الحرارية. عند إضافة السيليكون إلى الألومنيوم، يقلل من نقطة انصهاره ويحسن سيولته عند الانصهار. هذه الخصائص مرغوبة لمواد الحشو المستخدمة في كل من اللحام بالصهر واللحام باللحام. وبالتالي، توجد هذه السلسلة من السبائك بشكل أساسي كمادة حشو. السيليكون، بشكل مستقل عن الألومنيوم، غير قابل للمعالجة الحرارية؛ ومع ذلك، فقد تم تصميم عدد من سبائك السيليكون هذه لإضافات من المغنيسيوم أو النحاس، مما يمنحها القدرة على الاستجابة بشكل إيجابي للمعالجة الحرارية بالمحلول. عادةً، لا تُستخدم سبائك الحشو القابلة للمعالجة الحرارية هذه إلا عند إخضاع المكون الملحوم لمعالجات حرارية بعد اللحام.

سبائك سلسلة 5xxx- (غير قابلة للمعالجة الحرارية - بقوة شد قصوى تتراوح من 18 إلى 51 ksi) هذه هي سبائك الألومنيوم / المغنيسيوم (إضافات المغنيسيوم تتراوح من 0.2 إلى 6.2٪) وتتمتع بأعلى قوة من بين السبائك غير القابلة للمعالجة الحرارية. بالإضافة إلى ذلك، فإن سلسلة السبائك هذه قابلة للحام بسهولة، ولهذه الأسباب تُستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات مثل بناء السفن والنقل وأوعية الضغط والجسور والمباني. غالبًا ما يتم لحام سبائك قاعدة المغنيسيوم مع سبائك الحشو، والتي يتم اختيارها بعد مراعاة محتوى المغنيسيوم في المادة الأساسية، وظروف تطبيق وخدمة المكون الملحوم. لا يُنصح باستخدام سبائك هذه السلسلة التي تحتوي على أكثر من 3.0٪ من المغنيسيوم للخدمة في درجات حرارة مرتفعة تزيد عن 150 درجة فهرنهايت نظرًا لاحتمالية تحسسها وقابليتها اللاحقة للتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي. غالبًا ما يتم لحام السبائك الأساسية التي تحتوي على أقل من 2.5٪ من المغنيسيوم بنجاح مع سبائك الحشو من سلسلة 5xxx أو 4xxx. تُعرف سبيكة القاعدة 5052 عمومًا بأنها سبيكة القاعدة ذات أعلى محتوى من المغنيسيوم، والتي يُمكن لحامها بسبيكة حشو من سلسلة 4xxx. نظرًا لمشاكل الانصهار الأيوتكتيكي وضعف الخواص الميكانيكية للحام، لا يُنصح بلحام مواد هذه السلسلة من السبائك، التي تحتوي على كميات أكبر من المغنيسيوم، باستخدام حشوات سلسلة 4xxx. تُلحم المواد ذات القاعدة الأعلى من المغنيسيوم فقط بسبيكة حشو 5xxx، والتي تُطابق عمومًا تركيب سبيكة القاعدة.

سبائك سلسلة 6XXX- (قابلة للمعالجة الحرارية - بقوة شد قصوى تتراوح من 18 إلى 58 ksi) هذه هي سبائك الألومنيوم / المغنيسيوم - السيليكون (إضافات المغنيسيوم والسيليكون بنسبة حوالي 1.0٪) وتوجد على نطاق واسع في جميع أنحاء صناعة تصنيع اللحام، وتستخدم في الغالب في شكل عمليات البثق، ويتم دمجها في العديد من المكونات الهيكلية. ينتج عن إضافة المغنيسيوم والسيليكون إلى الألومنيوم مركب من سيليسيد المغنيسيوم، مما يمنح هذه المادة قدرتها على أن تصبح معالجة بالحرارة في المحلول لتحسين القوة. هذه السبائك حساسة بشكل طبيعي للتشققات الناتجة عن التصلب، ولهذا السبب، لا ينبغي لحامها بالقوس ذاتيًا (بدون مادة حشو). تعد إضافة كميات كافية من مادة الحشو أثناء عملية اللحام بالقوس أمرًا ضروريًا لتوفير تخفيف للمادة الأساسية، وبالتالي منع مشكلة التشقق الساخن. يتم لحامها بمواد حشو 4xxx و 5xxx، حسب متطلبات التطبيق والخدمة.

سبائك سلسلة 7XXX(قابلة للمعالجة الحرارية - بقوة شد قصوى تتراوح بين 32 و88 كيلوباسكال). هذه هي سبائك الألومنيوم/الزنك (بإضافات زنك تتراوح بين 0.8 و12.0%)، وتُعد من بين سبائك الألومنيوم عالية المتانة. تُستخدم هذه السبائك غالبًا في تطبيقات عالية الأداء، مثل الطائرات والفضاء والمعدات الرياضية التنافسية. ومثل سلسلة سبائك 2xxx، تتضمن هذه السلسلة سبائك تُعتبر غير مناسبة للحام القوسي، وأخرى غالبًا ما يتم لحامها بالقوس بنجاح. السبائك الشائعة اللحام في هذه السلسلة، مثل 7005، تُلحم غالبًا باستخدام سبائك الحشو من سلسلة 5xxx.

ملخصتُشكل سبائك الألومنيوم اليوم، بدرجات حرارتها المختلفة، مجموعة واسعة ومتنوعة من مواد التصنيع. ولتصميم المنتج الأمثل وتطوير إجراءات اللحام بنجاح، من المهم فهم الاختلافات بين السبائك العديدة المتاحة وخصائص أدائها وقابليتها للحام. عند تطوير إجراءات اللحام القوسي لهذه السبائك المختلفة، يجب مراعاة نوع السبائك المراد لحامها. يُقال غالبًا إن لحام الألومنيوم بالقوس ليس صعبًا، "إنه فقط مختلف". أعتقد أن فهم هذه الاختلافات جزء مهم من فهم هذه الاختلافات، وهو الإلمام بمختلف السبائك وخصائصها ونظام تعريفها.