سیم آلیاژ آلومینیوم: نمرات، خواص و کاربردهای صنعتی

آنچه را تنظیم می کند سیم آلیاژ آلومینیوم جدا از سیم آلومینیوم خالص

سیم آلیاژ آلومینیوم با افزودن مقادیر کنترل شده از عناصر آلیاژی - معمولاً منیزیم، سیلیکون، مس، روی یا منگنز - به یک پایه آلومینیومی خالص تولید می شود. نتیجه سیمی با عملکرد مکانیکی قابل توجه بهبود یافته در مقایسه با آلومینیوم خالص تجاری (سری 1xxx) است، در حالی که مزایای اصلی چگالی کم، مقاومت در برابر خوردگی و هدایت الکتریکی را حفظ می کند که آلومینیوم را در کاربردهای صنعتی جذاب می کند.

سیم آلومینیومی خالص (99.5-99.7٪ Al) دارای استحکام کششی تقریباً 60-100 مگاپاسکال در شرایط آنیل شده است - برای برخی از کاربردهای رسانای الکتریکی کافی است اما برای استفاده های ساختاری، فنری یا مکانیکی با تنش بالا کافی نیست. آلیاژسازی استحکام کششی را به هر نقطه ای افزایش می دهد 150 مگاپاسکال تا بیش از 500 مگاپاسکال بسته به سری آلیاژ و مزاج، بدون افزایش متناسب وزن. این مزیت استحکام به وزن دلیل اصلی این است که سیم آلیاژ آلومینیوم در طیف گسترده‌ای از کاربردهای انتقال، هوافضا و تولید، سیم‌های فولادی و مسی را جایگزین کرده است.

معاوضه این است که آلیاژ باعث کاهش هدایت الکتریکی می شود. آلومینیوم خالص دارای رسانایی تقریباً 61٪ IACS (استاندارد بین المللی مس آنیل شده) است. بیشتر سیم‌های آلیاژی ساختاری در محدوده 30 تا 55 درصد IACS قرار دارند. برای کاربردهایی که هم رسانایی و هم استحکام مکانیکی مورد نیاز است - انتقال نیروی سربار برجسته ترین مثال است - انتخاب آلیاژ و ساخت سیم باید به دقت متعادل شوند.

سری های آلیاژی اصلی و ویژگی های آنها

آلیاژهای آلومینیوم بر اساس عنصر آلیاژی اولیه خود به سری دسته بندی می شوند. هر سری دارای مشخصات مشخصه ای است که مناسب بودن آن را برای کشیدن سیم و عملکرد نهایی تعیین می کند.

در این میان، آلیاژ 6201 (سری 6xxx) و آلیاژهای 8030/8176 (سری 8xxx) به طور گسترده برای کاربردهای سیم الکتریکی مشخص شده‌اند، در حالی که سیم‌های سری 5xxx و 7xxx بر کاربردهای نهایی ساختاری، هوافضا و مکانیکی غالب هستند، جایی که رسانایی ثانویه به مقاومت و مقاومت در برابر خستگی است.

کاربردهای هادی الکتریکی

سیم آلیاژ آلومینیوم اساس چندین ساختار هادی سربار استاندارد شده است که در زیرساخت های انتقال و توزیع برق در سراسر جهان استفاده می شود.

AAAC (رسانای تمام آلیاژ آلومینیوم)

AAAC به طور کامل از رشته های سیم آلیاژ آلومینیوم 6201-T81 ساخته شده است. در مقایسه با ACSR (آلومینیوم هادی فولاد تقویت شده)، AAAC ارائه می دهد مقاومت در برابر خوردگی بهتر - به ویژه در محیط های ساحلی و صنعتی که هسته فولادی ACSR آسیب پذیر است - و نسبت مقاومت به وزن مطلوب تر برای خطوط هوایی با دهانه طولانی. رسانایی معمولاً 52.5٪ IACS است و استحکام کششی هادی تمام شده بسته به پیکربندی رشته از 295 تا 325 مگاپاسکال است.

ACAR (آلیاژ رسانای آلومینیومی تقویت شده)

ACAR رشته های آلومینیوم خالص سری 1350 را برای هدایت با هسته مرکزی 6201 رشته آلیاژی برای استحکام مکانیکی ترکیب می کند. نسبت رشته‌های آلیاژ به آلومینیوم خالص برای برآورده کردن الزامات آمپلی و کشش خاص برای طراحی خط معین تنظیم می‌شود. این ساختار انعطاف‌پذیری طراحی بیشتری را نسبت به ACSR یا AAAC برای برنامه‌های شبکه توزیع ارائه می‌دهد.

سیم ساختمان: آلیاژهای سری 8000

به دنبال خرابی سیم های ساختمانی آلومینیوم خالص نسل اولیه در دهه های 1960 و 1970 - که عمدتاً به دلیل خزش در نقاط اتصال تحت بارگذاری حرارتی چرخه ای ایجاد شد - آلیاژهای 8030 و 8176 به طور خاص برای رسیدگی به این مسائل توسعه یافتند. این آلیاژها دارند بهبود مقاومت در برابر خزش، ازدیاد طول بهتر و عملکرد اتصال پایدارتر نسبت به آلومینیوم 1350. آنها اکنون تحت NEC ماده 310 و ASTM B800/B801 به عنوان قابل قبول برای سیم کشی مدار انشعاب در ساختمان های مسکونی و تجاری در صورت استفاده با اتصال دهنده ها و دستگاه های دارای رتبه AA فهرست شده اند.

کاربردهای سیم مکانیکی و سازه ای

فراتر از هادی‌های الکتریکی، سیم آلیاژ آلومینیوم طیف وسیعی از نقش‌های مکانیکی باربری و عملکردی را ایفا می‌کند که ترکیبی از چگالی کم، مقاومت در برابر خوردگی و شکل‌پذیری مزایایی نسبت به فولاد دارد.

• طناب و کابل: سیم های آلیاژی سری 5xxx و 7xxx کشیده می شوند و به سازه های طناب برای دکل های دریایی، سازه های کششی معماری و سیستم های تعلیق کشیده می شوند. وزن سیم طناب آلومینیومی تقریباً یک سوم وزن طناب فولادی معادل آن است که یک مزیت حیاتی در کاربردهای حساس به وزن مانند نصب قایق بادبانی و سیستم های بلند کردن سبک وزن است.
• سیم فنری: سیم‌های آلیاژی 7075 و 7178 در کاربردهای فنر ابزار دقیق هوافضا و ابزار دقیق استفاده می‌شوند، جایی که فنر باید در محیطی خورنده عمل کند که فولاد را تخریب می‌کند. مدول الاستیک آلومینیوم (تقریباً 69 گیگا پاسکال) تقریباً یک سوم فولاد است، بنابراین فنرهای آلومینیومی باید برای انحراف بیشتر برای دستیابی به نیروی خروجی معادل طراحی شوند.
• سیم جوش: سیم های آلیاژ آلومینیوم سری 4xxx (حاوی سیلیکون) و سری 5xxx مواد پرکننده اولیه برای جوشکاری MIG و TIG سازه های آلومینیومی هستند. انتخاب آلیاژ برای سیم جوش باید با ترکیب فلز پایه مطابقت داشته باشد تا از ترک خوردگی داغ و دستیابی به استحکام اتصال کافی جلوگیری شود.
• زره پوش و غربالگری: سیم آلیاژ آلومینیوم به عنوان زره مارپیچ روی کابل های برق و کابل های ارتباطی اعمال می شود تا حفاظت مکانیکی و در برخی سازه ها محافظ الکترومغناطیسی ایجاد کند. خواص غیر مغناطیسی آلومینیوم به ویژه در زره کابل های AC بسیار ارزشمند است، جایی که زره فولادی باعث تلفات القایی می شود.
• مش و محصولات بافته شده: سیم آلیاژی ریز به صورت توری فیلتراسیون، نماهای مش معماری و غربالگری حشرات بافته می شود. آلیاژهای سری 5xxx به دلیل مقاومت در برابر خوردگی حفره ای بدون عملیات سطحی برای کاربردهای مش در فضای باز ترجیح داده می شوند.

فرآیند کشیدن سیم و تعیین دما

سیم آلیاژ آلومینیوم توسط میله ریخته گری گرم نورد تا قطر متوسط تولید می شود، سپس با کشیدن سرد از طریق قالب های به تدریج کوچکتر برای رسیدن به گیج سیم نهایی تولید می شود. هر پاس کششی باعث سخت شدن مواد، افزایش استحکام کششی و کاهش شکل پذیری می شود. خواص مکانیکی نهایی هم به ترکیب آلیاژ و هم به مزاج حاصل از ترکیب کار سرد و هر عملیات حرارتی بعدی بستگی دارد.

تعیین دما از سیستم انجمن آلومینیوم پیروی می کند:

• -O (پخت شده): پس از کشش با عملیات حرارتی کاملاً نرم می شود. حداکثر شکل پذیری، حداقل استحکام. در جاهایی استفاده می شود که شکل پذیری و عمر خمشی بر ظرفیت بار کششی اولویت دارند.
• -H1x (کرنش سخت شده): استحکام با کار سرد به تنهایی افزایش می یابد، بدون عملیات حرارتی بعدی. رقم دوم درجه سخت شدن را نشان می دهد: H11 (سبک) تا H18 (کاملا سخت). برای آلیاژهای غیر قابل عملیات حرارتی مانند سری 1xxx و 5xxx استفاده می شود.
• -T6 (محلول عملیات حرارتی و پیری مصنوعی): برای آلیاژهای قابل عملیات حرارتی (6xxx، 7xxx) اعمال می شود. از طریق سخت شدن بارندگی، استحکام تقریباً حداکثری را برای آلیاژ به دست می آورد. 6201-T81 - حالت استاندارد برای سیم هادی AAAC - با محلول عملیات حرارتی انجام می شود، کمی سرد کار می شود و سپس به طور مصنوعی پیر می شود.
• -T9 (محلول عملیات حرارتی، کهنه مصنوعی، سپس سرد کار شده): زمانی استفاده می شود که حداکثر مقاومت مورد نیاز باشد و مقداری کاهش شکل پذیری قابل قبول باشد. در سیم کمتر از انواع T6/T8 رایج است.

برای تهیه، همیشه هم نام آلیاژ و هم دما را مشخص کنید. دو سیم با شماره آلیاژی یکسان، اما دماهای متفاوت می توانند داشته باشند مقادیر استحکام کششی که 50 درصد یا بیشتر متفاوت است ، و تنها مشخص کردن شماره آلیاژ بدون دما عملکرد مکانیکی را نامشخص می گذارد.

استانداردها و گواهینامه های کلیدی برای مرجع

سیم آلیاژ آلومینیوم برای کاربردهای الکتریکی و مکانیکی توسط مجموعه ای از استانداردهای شناخته شده بین المللی کنترل می شود که ترکیب، الزامات خواص مکانیکی، تحمل ابعادی و روش های آزمایش را تعریف می کند. ارجاع به استاندارد قابل اجرا هنگام تعیین یا خرید سیم تضمین می‌کند که داده‌های تامین‌کننده بر مبنای ثابت و قابل تأیید گزارش می‌شوند.

• ASTM B398 / B399: سیم آلیاژ آلومینیوم 6201 و سازه های هادی AAAC را پوشش می دهد. رایج ترین استاندارد برای سیم هادی انتقال بالای سر در بازارهای آمریکای شمالی.
• ASTM B800 / B801: سیم هادی آلیاژ آلومینیوم سری 8000 و هادی رشته ای را برای کاربردهای سیم ساختمان پوشش می دهد.
• IEC 60104: استاندارد بین المللی سیم آلیاژ آلومینیوم-منیزیم-سیلیکون برای هادی های خطوط هوایی که به طور کلی معادل ASTM B398 است و به عنوان استاندارد مرجع در بازارهای اروپا، آسیا و خاورمیانه استفاده می شود.
• EN 13602: استاندارد اروپایی برای سیم مسی کشیده - در اینجا به آن اشاره شده است زیرا اغلب به عنوان معیاری برای مقایسه رسانایی سیم آلیاژ آلومینیوم و عملکرد مکانیکی در برابر مس در بحث جایگزینی سیم ساختمان استفاده می شود.
• AWS A5.10: مشخصات انجمن جوش آمریکا برای سیم و میله های جوشکاری آلومینیوم لخت و آلیاژ آلومینیوم، پوشش ترکیب آلیاژ پرکننده و الزامات خواص مکانیکی.

هنگام تهیه سیم آلیاژ آلومینیوم برای کاربردهای حیاتی، گزارش‌های آزمایش آسیاب (MTR) را درخواست کنید که مقادیر واقعی اندازه‌گیری شده برای استحکام کششی، ازدیاد طول، و هدایت (در صورت لزوم) را در برابر استاندارد مشخص شده مستند کند - نه صرفاً یک اعلامیه انطباق.