سیم آلیاژ آلومینیوم: درجه ها، خواص، برنامه ها و راهنمای منبع

چیست سیم آلیاژ آلومینیوم و چه تفاوتی با سیم آلومینیومی خالص دارد؟

سیم آلیاژ آلومینیوم یک ماده رسانا است که با افزودن مقادیر کنترل شده عناصر آلیاژی - معمولاً منیزیم، سیلیکون، آهن، مس یا فلزات خاکی کمیاب - به یک زمینه آلومینیومی پایه تولید می شود. نتیجه سیمی است که چگالی کم ذاتی و مقاومت در برابر خوردگی آلومینیوم را حفظ می کند و در عین حال استحکام کششی، پایداری هدایت و عملکرد خستگی را بهبود می بخشد.

سیم آلومینیوم خالص (سری 1xxx، 99٪ Al) دارای استحکام کششی نهایی تقریباً 60-80 مگاپاسکال ، آن را برای کاربردهای باربر یا با لرزش زیاد نامناسب می کند. نمرات سیم های آلیاژ آلومینیوم رایج مورد استفاده در خدمات الکتریکی و سازه ای عبارتند از:

• 1350-H19 - درجه الکتریکی، Al تقریبا خالص، مورد استفاده در هادی های برق سربار (ACSR، AAAC)
• 6101 / 6201 - آلیاژ Al-Mg-Si، قابل عملیات حرارتی، استحکام کششی 295-330 مگاپاسکال، به طور گسترده در هادی های AAAC و ACAR استفاده می شود.
• 5056 / 5154 - آلیاژ Al-Mg، مقاومت در برابر خوردگی عالی، رایج در سیم کشی های دریایی و خودرو
• 8000-series (8030, 8176) - آلیاژ Al-Fe-Cu، مورد تایید NEC برای سیم ساختمانی به عنوان جایگزین مس

تمایز کلیدی در ریزساختار نهفته است: عناصر آلیاژی فازهای سخت شدن بارندگی یا تقویت محلول جامد را معرفی می‌کنند که آلومینیوم خالص فاقد آن است و مهندسان را قادر می‌سازد استحکام، مقاومت در برابر خزش و هدایت الکتریکی را برای الزامات طراحی خاص تنظیم کنند.

خواص مکانیکی و الکتریکی: آنچه خریداران باید بدانند

انتخاب گرید سیم آلیاژ آلومینیوم مناسب مستلزم متعادل کردن دو ویژگی است که اغلب در برابر یکدیگر قرار می‌گیرند: هدایت الکتریکی (اندازه‌گیری شده به عنوان درصد IACS - استاندارد بین‌المللی مس آنیل شده) و استحکام کششی. جدول زیر مرتبط ترین نمرات تجاری را با هم مقایسه می کند:

فراتر از رسانایی و قدرت، سه ویژگی اضافی عملکرد خدمات طولانی مدت را تعیین می کند:

• مقاومت در برابر خزش - تحت بار کششی پایدار، سیم آلومینیومی می تواند در طول زمان کشیده شود (خزش)، و باعث افتادگی هادی در خطوط هوایی شود. آلیاژهای با افزودن آهن و سی (8030، 6201) نرخ خزش قابل توجهی کمتری نسبت به آلومینیوم خالص دارند.
• مقاومت در برابر خستگی - ترک خستگی ناشی از ارتعاش یک حالت شکست عمده در هادی های بالای سر است. 6201 و آلیاژهای دوپ شده با خاک کمیاب محدودیت های تحمل خستگی را نشان می دهند 30 تا 50 درصد بالاتر از 1350-H19 در قطرهای معادل.
• مقاومت در برابر خوردگی - فیلم آلومینا طبیعی (Al2O3) روی همه آلیاژهای آلومینیوم، حفاظت جوی خوبی را فراهم می کند. آلیاژهای حاوی Mg (سری 5xxx) بهترین عملکرد را در محیط‌های نمک پاشی و ساحلی دارند.

کاربردهای عمده در سراسر صنایع

سیم آلیاژ آلومینیوم در طیف وسیع تری از بازارهای نهایی نسبت به آنچه اکثر خریداران پیش بینی می کنند استفاده می شود. هر نرم افزار مجموعه ای متمایز از خواسته ها را بر روی ویژگی های سیم قرار می دهد.

انتقال و توزیع برق

بزرگترین بازار واحد برای سیم آلیاژ آلومینیوم، هادی های برق سربار است. هادی‌های آلیاژی تمام آلومینیوم (AAAC) منحصراً از سیم رشته‌ای 6201 استفاده می‌کنند و نسبت مقاومت به وزن برتر را در مقابل ACSR (آلومینیوم تقویت‌شده با فولاد) در دهانه‌های تا 500 متر ارائه می‌دهند. ارتقاء زیرساخت های انتقال جهانی، به ویژه در آسیا و خاورمیانه، تقاضا برای سیم 6201 با استحکام بالا با قطرهای 2.0 میلی متر تا 4.5 میلی متر را افزایش می دهد.

سیم کشی ساختمان و ساختمان

به دنبال دهه‌ها نگرانی در مورد خرابی اتصال با سیم‌کشی آلومینیوم خالص قدیمی‌تر، سیم آلیاژی سری 8000 (8030، 8176) برای رفع این مشکلات توسعه داده شد. NEC ماده 310 و UL 83 اکنون به صراحت آلیاژ سری 8000 را به عنوان ماده رسانای تایید شده برای مدارهای انشعاب در ساختمان های مسکونی و تجاری فهرست کنید. رسانایی آن با آلومینیوم درجه 1350 مطابقت دارد، در حالی که انعطاف پذیری بهبود یافته و مقاومت در برابر خزش در پایانه ها، آن را به یک جایگزین مقرون به صرفه برای مس تبدیل می کند که تقریباً هزینه دارد. 3-4× بیشتر در هر کیلوگرم .

سیم کشی خودرو و EV

کاهش وزن اولویت اصلی برای OEM های خودرو است. جایگزینی مس با سیم آلیاژ آلومینیوم در دسته های بدنه و اتصالات باتری می تواند وزن دسته را کاهش دهد. 40-48٪ . چالش دستیابی به انعطاف پذیری کافی در گیج های کوچک (0.35-0.5 میلی متر مربع) است، به همین دلیل است که از میکرو آلیاژهای Al-Fe-Cu و Al-Mg-Si با فرآیندهای کشش و بازپخت تخصصی به جای گریدهای استاندارد استفاده می شود. تسلا، تویوتا و چندین سازنده اروپایی، کابل‌های باتری با جریان بالا را به سیم آلیاژ آلومینیوم در خط تولید خودروهای برقی خود منتقل کرده‌اند.

تولید جوش و افزودنی

سیم جوش آلیاژ آلومینیوم ER4043 و ER5356 دو ماده پرکننده بسیار مشخص برای جوشکاری MIG/TIG سازه های آلومینیومی هستند. ER4043 (Al-Si) حساسیت ترک کمتری ایجاد می‌کند و پروفیل مهره‌ای صاف‌تر ایجاد می‌کند. ER5356 (Al-Mg) استحکام کششی بالاتری را در ناحیه جوش ارائه می کند. ~ 260 مگاپاسکال در مقابل ~190 مگاپاسکال برای ER4043) و انتخاب ارجح برای جوش های دریایی و سازه ای است. از همان خانواده‌های آلیاژی در حال حاضر به عنوان سیم خوراک در تولید افزودنی قوس سیمی (WAAM) برای قطعات بزرگ هوافضا و ابزار استفاده می‌شود.

فرآیند تولید: از راد تا سیم نهایی

درک نحوه تولید سیم آلیاژ آلومینیوم به خریداران کمک می کند تا ادعاهای کیفیت را ارزیابی کرده و پارامترهای صحیح محصول را مشخص کنند.

1. آلیاژسازی و ریخته گری - شمش های آلومینیوم در کوره های القایی یا گازی ذوب می شوند. عناصر آلیاژی با نسبت‌های دقیق اضافه می‌شوند، با نیتروژن یا شار آرگون گاز زدایی می‌شوند تا تخلخل هیدروژن از بین برود، و از طریق ریخته‌گری پیوسته (پرورزی یا فرآیند Conform) به قطر 9 تا 20 میلی‌متر به میله ریخته می‌شوند.
2. نورد گرم - میله ریخته گری بلافاصله در دمای 400 تا 500 درجه سانتیگراد از طریق یک سری مسیرهای نورد برای پالایش ساختار دانه و رسیدن به قطر میله هدف (معمولاً 9.5 میلی متر برای مواد اولیه سیم کشی) نورد گرم می شود.
3. نقشه کشی سیم - میله از طریق کاربید تنگستن یا قالب های الماس در گذرهای متعدد کشیده می شود و قطر به تدریج کاهش می یابد. بازپخت میانی در دمای 300-380 درجه سانتیگراد در صورت نیاز برای بازیابی شکل پذیری بین مراحل کشش اعمال می شود.
4. عملیات حرارتی (مزاج) - برای آلیاژهای قابل عملیات حرارتی (6xxx، 2xxx)، عملیات حرارتی محلول به دنبال پیری مصنوعی (T6، T81) باعث ایجاد ریزساختار سخت شده در اثر بارش می شود که خواص مکانیکی نهایی را به سیم می دهد.
5. درمان سطح و قرقره - سیم ممکن است یک پوشش روغنی سبک برای محافظت در برابر خوردگی یا یک روکش قلع/روی برای سازگاری با کانکتور دریافت کند، سپس روی قرقره ها یا سیم پیچ ها به وزن مشخص شده توسط مشتری بپیچد.

نقاط بازرسی کیفیت کلیدی شامل ترکیب شیمیایی (طیف‌سنجی OES)، آزمایش کشش در ASTM B557، اندازه‌گیری مقاومت در ASTM B193، و بازرسی سطح برای علائم قالب یا درزهایی است که محل‌های شروع خستگی را ایجاد می‌کنند.

نحوه تهیه سیم آلیاژ آلومینیوم: استانداردها، مشخصات، و ارزیابی تامین کننده

تیم های تدارکاتی که برای اولین بار سیم آلیاژ آلومینیوم را تامین می کنند - یا تامین کنندگان را تغییر می دهند - باید استانداردهای زیر را برای تثبیت مشخصات فنی خود ارجاع دهند:

• ASTM B396 / B397 - هادی آلیاژی 6201-T81 با لایه هم مرکز
• ASTM B800 / B801 - سیم آلیاژی سری 8000 برای کاربردهای ساختمانی
• IEC 62004 - سیم آلیاژ آلومینیوم مقاوم در برابر حرارت برای هادی های بالای سر
• AWS A5.10 - الکترودها و میله های جوشکاری آلومینیوم و آلیاژ آلومینیوم خالی
• GB/T 23308 - استاندارد ملی چین برای سیم آلیاژ آلومینیوم مورد استفاده در هادی های سقفی (مرتبط با منبع زنجیره تامین آسیا و اقیانوسیه)

هنگام ارزیابی تامین کنندگان، درخواست کنید گواهی تست آسیاب (MTC) که شامل عدد گرما/لات، ترکیب شیمیایی، نتایج آزمون کشش و کشیدگی، و داده‌های مقاومت است. تولیدکنندگان معتبر برای آزمایش های داخلی خود به اعتبار آزمایشگاهی شخص ثالث (ISO/IEC 17025) مراجعه می کنند. برای کاربردهای با حجم بالا یا حیاتی، قبل از ارسال، نیاز به آزمایش پذیرش کارخانه (FAT) یا بازرسی شخص ثالث در کارخانه را در نظر بگیرید.

زمان سررسید برای نمرات استاندارد (1350، 8030، 6201) معمولاً از 4-8 هفته برای سفارش‌های بالای 5 تن از کارگاه‌های قبلی. ترکیب‌های آلیاژی سفارشی، قطرهای غیر استاندارد یا ویژگی‌های خاص ممکن است به 10 تا 16 هفته و حداقل مقدار سفارش 2 تا 5 تن در هر اندازه نیاز داشته باشند.