Co je hliník 5356?
5356 je hliníková hořčíková přídavná slitina. Obsahuje přibližně 5 % hořčíku, což její chemické složení přibližuje slitinám plechů a desek řady 5xxx, pro jejichž svařování je určena — 5083, 5086, 5056, 5454 a 5456.
Shoda obsahu hořčíku je celý smysl. Při svařování základního kovu 5xxx je svarová lázeň směsí přídavného materiálu a roztaveného základního kovu. Pokud je přídavný materiál chemicky blízký základnímu kovu, hotový svar se chová jako zbytek součásti: podobná pevnost, podobný korozní potenciál, podobná reakce na anodizaci. Pokud tomu tak není, svar se stává slabým článkem — nebo místem, kde začíná koroze.
Jedno upřesnění, které je důležité pro specifikaci: 5356 je registrována jako tvářená slitina a objevuje se v normách pro tyče, pruty a dráty, ale v praxi prakticky veškerá produkovaná 5356 jde do svařovacích přídavných materiálů. Není to konstrukční jakost. Neuvidíte 5356 specifikovanou jako konstrukční plech tak, jak vidíte 5083-H116 nebo 5456-H116. Tam, kde se 5356 objevuje ve formě tyčí, jde o tyče určené k tomu, aby se staly přídavným materiálem nebo jej zásobovaly.
Specifikace a ekvivalentní označení
Otázka “specifikací” by měla začínat skutečnými čísly specifikací, protože ta se uvádějí ve WPS a v objednávce.
| Standardní | Označení |
|---|---|
| AWS A5.10 (USA) | ER5356 |
| EN ISO 18273 (Evropa) | S Al 5356 (AlMg5Cr(A)) |
| DIN 1732 (starší německá) | 3.3556 |
| JIS Z 3232 (Japonsko) | A5356-WY (drát) / A5356-BY (tyč) |
| Rodina slitin | 5xxx, Al-Mg, nevytvrzovatelné |
Schválení klasifikačních společností jsou běžně dostupná na komerčním drátu od předních výrobců přídavných materiálů — ABS, BV, LR, DNV, TÜV a DB se objevují v datových listech ER5356. Pokud váš projekt vyžaduje spotřební materiál schválený společností, vyžádejte si certifikát schválení podle názvu, místo abyste předpokládali, že skladový drát jej má.
Chemické složení
Níže uvedené limity složení jsou hodnoty AWS A5.10 / EN ISO 18273 pro holý plný drát.
| Prvek | Hmotnost % |
|---|---|
| Křemík (Si) | 0,25 max. |
| Železo (Fe) | max 0,40 |
| Měď (Cu) | 0,10 max |
| Mangan (Mn) | 0.05 - 0.20 |
| Hořčík (Mg) | 4.5 - 5.5 |
| Chrom (Cr) | 0.05 - 0.20 |
| Zinek (Zn) | 0,10 max |
| Titan (Ti) | 0.06 - 0.20 |
| Beryllium (Be) | max. 0,0003 |
| Ostatní, každý / celkem | 0.05 / 0.15 |
| Hliník (Al) | Bilance |
Dva prvky stojí za pozorné přečtení. Hořčík při 4,5–5,5 % je to, co činí 5356 dobrým protějškem pro základní kovy s vysokým obsahem hořčíku — a je to také to, co vytváří teplotní limit diskutovaný dále v této příručce. Titan při 0,06–0,20 % je záměrným přídavkem: zjemňuje tuhnoucí zrnitou strukturu svarové housenky a snižuje náchylnost k horkému praskání.
Horní limit křemíku 0,25 % je stejně záměrný. Udržování nízkého obsahu křemíku omezuje tvorbu Mg₂Si, když je 5356 zředěna základním kovem obsahujícím křemík.
Vybrané fyzikální vlastnosti přídavné slitiny. Jde o údaje výrobců drátu — AWS A5.10 je nespecifikuje:
| Majetek | Hodnota |
|---|---|
| Hustota | 2,68 g/cm³ |
| Rozsah tavení | 575 – 633 °C |
| Tepelná vodivost | ~120 W/m·K |
| Elektrická vodivost | ~29 % IACS |
Formy výrobku, průměry a balení
Přídavný drát se specifikuje podle průměru a balení, nikoli podle H-stavu. AWS A5.10 a EN ISO 18273 řídí složení, toleranci průměru a stav povrchu; deformačně zpevněné stavy používané pro tvářené výrobky (H22, H32, H18 atd.) se jako klasifikace přídavných materiálů neuvádějí. Označení “5356-H32” popisuje pouze tvrdost po tažení — nemá žádný specifikační význam.
Co však ovlivňuje váš proces, je stav drátu po tažení. Drát pro MIG je obvykle dodáván tvrdě tažený, a to je výhodné: 5356 je tužší než křemíkové přídavné materiály a tato sloupcová pevnost je důvodem, proč se podává pistolí MIG spolehlivěji než ER4043. Měkčí drát se vzpříčí v lineru a vytváří „birdnest“ na podávacích kladkách.
Typické komerční velikosti:
| Proces | Průměry | Standardní balení |
|---|---|---|
| MIG (GMAW) | 0,8; 1,0; 1,2; 1,6 mm | Cívky 7 kg; minicívky 0,5 kg |
| TIG (GTAW) | 1,6; 2,0; 2,4; 3,2 mm | Řezané délky, typicky 1000 mm, v tubách po 2 kg |
Volba průměru se řídí tloušťkou průřezu a rychlostí nanášení: 0,8–1,0 mm pro tenký plech a přenos zkratem, 1,2 mm jako univerzální velikost, 1,6 mm a více pro silné plechy a sprchový přenos.
Mechanické vlastnosti ve stavu po svařování
Jde o typické hodnoty čistého svarového kovu naneseného přídavného materiálu, nikoli o hodnoty hotového spoje. Skutečná pevnost spoje závisí na základním kovu, zředění, konstrukci spoje a postupu.
| Majetek | ER5356 | ER4043 |
|---|---|---|
| Pevnost v tahu, typická | 250 – 300 MPa | 165 – 200 MPa |
| Pevnost v tahu, minimum podle AWS A5.10 | 240 MPa | 165 MPa |
| Mez kluzu, typická | 120 – 145 MPa | 55 – 90 MPa |
| Mez kluzu, minimum podle AWS A5.10 | Není specifikováno | Není specifikováno |
| Tažnost, typická | 18 – 25% | 12 – 20% |
| Pevnost ve smyku, přibližná | 170 – 190 MPa | 110 – 130 MPa |
Vydání AWS A5.10 z roku 2021 zavedlo minimální požadavek na pevnost v tahu pro ER5356 — 240 MPa. Mez kluzu a tažnost se zkoušejí a uvádějí v certifikátu, ale nemají žádné klasifikační minimum, takže tyto údaje čtěte jako typické hodnoty výrobce drátu, nikoli jako specifikační spodní limit.
Přibližné hodnoty smyku se odvozují přibližně při 60–65 % pevnosti v tahu a měly by být považovány pouze za orientační. Pro konstrukční spoj navrhujte podle dovolených napětí v příslušné normě — AWS D1.2 pro hliníkové konstrukce v USA, nebo příslušné normy EN či předpisu klasifikační společnosti.
Hlavní sdělení je, že 5356 poskytuje přibližně o 50 % vyšší pevnost v tahu ve stavu po svařování než 4043. To je důvod, proč je výchozím konstrukčním přídavným materiálem pro práce s 5xxx.
Proč 5356 odpovídá základním kovům 5xxx
Tři mechanismy, seřazené podle toho, jak často rozhodují o zakázce.
Korozní kompatibilita. Svarový kov a základní materiál se nacházejí ve stejném elektrolytu. Pokud se jejich korozní potenciály liší, jeden se stane anodou a koroduje přednostně. Vyplnění desky s vysokým obsahem hořčíku, jako je 5083-H321 přídavným materiálem s odpovídajícím obsahem hořčíku udržuje svarovou zónu potenciálově blízko základnímu materiálu, takže se spoj nestane vestavěným korozním místem.
Vyhýbání se křehkým intermetalickým fázím. Přídavný materiál obsahující křemík zředěný do základního kovu s vysokým obsahem hořčíku vytváří ve svarovém kovu Mg₂Si. Ve větším množství snižuje tažnost a činí spoj křehkým. Nízký obsah křemíku u 5356 je zde právě proto, aby tomu zabránil.
Konzistence anodizace. Svarový kov bohatý na hořčík se anodizací zbarví do světlého, téměř bílého odstínu, který je blízký základní desce 5xxx. Křemíkové přídavné materiály přecházejí do tmavě šedé až černé. Pokud je vzhled specifikován, rozhoduje to samo o volbě přídavného materiálu.
5356 vs 4043: Jak volit
Toto je jediné nejčastější rozhodnutí o přídavném materiálu při výrobě hliníkových konstrukcí. Křemíková strana stejného rozhodnutí je popsána v našem průvodci přídavným materiálem 4043.
| Faktor | ER5356 | ER4043 |
|---|---|---|
| Systém přídavných materiálů | Al-5 % Mg | Al-5 % Si |
| Nejlépe odpovídající základní kovy | 5xxx s >3 % Mg (5083, 5086, 5456, 5056) | 6xxx (6061, 6063), odlitky (A356, 319) |
| Pevnost v tahu po svařování | 250 – 300 MPa | 165 – 200 MPa |
| Pevnost ve smyku | Vyšší | Dolní |
| Odolnost proti horkému praskání | Dobrý | Lepší |
| Tekutost taveniny | Nižší — 5356 se nesmáčí tak snadno | Vyšší, snadnější kontrola housenky |
| Rozsah tuhnutí | Širší | Užší, což je důvod, proč méně praská |
| Barva po anodizaci | Světlá, odpovídá základnímu materiálu 5xxx | Tmavě šedá až černá |
| Korozní shoda s 5xxx v mořském prostředí | Dobrý | Špatná — vyhněte se |
| Trvalý provoz nad 65 °C | Ne | Ano |
Pracovní pravidlo: přizpůsobte obsah hořčíku v přídavném materiálu základnímu kovu. Základní kov s vysokým obsahem hořčíku, provoz při okolní teplotě → 5356. Základní kov 6xxx → 4043 nebo 5356 podle toho, zda je důležitější odolnost proti praskání, nebo anodizace. Odlitky → 4043. Trvalé teplo → 4043, nebo lépe přídavný materiál 5xxx s nízkým obsahem hořčíku.
Jedno upozornění k mořskému případu. Poruchový režim, který lidé popisují — svar 4043 přednostně korodující na trupu z 5xxx — je skutečný a dobře zdokumentovaný ve stavbě lodí, ale polarita tohoto článku závisí na přesném zředění a není něčím, co by se mělo uvádět jako univerzální pravidlo. Bezpečné a obhajitelné tvrzení je, že elektrochemický nesoulad činí svarovou zónu pravděpodobným místem napadení ve slané vodě, a to je dostatečný důvod se tomu vyhnout.
Další přídavné materiály 5xxx: 5183, 5556 a 5554
5356 je univerzální volba, ne jediná. Při svařování desek s vysokým obsahem hořčíku se pravidelně objevují tyto tři.
| Výplň | Mg % | Mn % | Použijte jej, když |
|---|---|---|---|
| ER5356 | 4.5 - 5.5 | 0.05 - 0.20 | Výchozí pro základní kovy 5xxx; nejlepší kombinace pevnosti, podávání a povrchové úpravy |
| ER5183 | 4.3 – 5.2 | 0.50 – 1.00 | 5083 a podobné vysokopevnostní mořské desky, kde WPS vyžaduje přídavný materiál obsahující mangan |
| ER5556 | 4.7 - 5.5 | 0.50 – 1.00 | Nejpevnější přídavný materiál 5xxx; specifikován pro 5456 a těžké svarové celky s vysokým obsahem Mg |
| ER5554 | 2.4 – 3.0 | 0.50 – 1.00 | Trvalý provoz nad 65 °C — hořčík zůstává pod prahem 3 % pro SCC |
Kompromisem u ER5554 je pevnost. Je záměrně slabší, což je cena za setrvání pod prahem obsahu hořčíku, který činí ostatní tři nevhodnými pro teplý provoz.
ER4943 je novější hliníko-křemíko-hořčíkový přídavný materiál, který stojí za to znát. Jde o modifikaci 4043 vyvinutou pro vyšší pevnost po svařování při zachování odolnosti proti praskání na úrovni 4043 a stále častěji se specifikuje pro sériové svařování 6xxx. Shoda barev po anodizaci může být méně předvídatelná než u 5356, takže pokud záleží na vzhledu, otestujte ji.
Limit 65 °C: Korozní praskání za napětí
Toto je omezení, které lidi zaskočí, a je to to, které by se mělo u každé specifikace 5356 zkontrolovat jako první.
Jakákoli hliníková slitina obsahující více než 3 % hořčíku je náchylná k napěťové korozi za napětí. To zahrnuje základní kovy řady 5xxx, jako jsou 5083 a 5086 — a zahrnuje to téměř všechny běžné přídavné materiály řady 5xxx: 5356, 5183 a 5556 všechny překračují tento práh.
Musí být splněny čtyři podmínky:
- Slitina obsahuje alespoň 3 % hořčíku.
- Je přítomno tahové napětí. Zbytkové napětí ze svaru téměř vždy postačuje.
- Je k dispozici elektrolyt — například slaná voda.
- Spoj byl dostatečně dlouho vystaven teplotě nad přibližně 65 °C (150 °F), aby došlo k senzibilizaci mikrostruktury.
Nemusí nastat všechny současně. Jakmile byl spoj vystaven zvýšené teplotě, fáze β (Al₃Mg₂) se vyloučila podél hranic zrn a mikrostruktura je senzibilizována. Následné snížení teploty to nevrátí zpět — za přítomnosti napětí a elektrolytu může ke korozi stále dojít.
Praktické důsledky:
- Nepředepisujte ER5356 pro součásti trvale provozované nad 65 °C. Do této kategorie spadají držáky motorů, výměníky tepla, díly v blízkosti výfuku a teplé procesní potrubí.
- Pokud potřebujete přídavný materiál řady 5xxx pro zvýšené teploty, použijte ER5554 — je formulován tak, aby zůstal pod 3 % hořčíku. Akceptujte nižší pevnost.
- Pro slitiny 6xxx ve zvýšeném provozu je ER4043 obvykle lepší volbou.
- To platí i pro základní kov. Vysokohořčíkové plechy jako 5083 nebo 5456 by neměly být používány nad 65 °C bez ohledu na to, čím jsou svařovány.
Je zde specifická past, kterou stojí za to pojmenovat, protože se do ní snadno šlápne. 5454 se volí právě proto, že snáší provoz za zvýšených teplot. Pokud svařujete 5454 s ER5356 a poté jej uvedete do teplého provozu, přídavný materiál znovu zavádí problém, kterému se mělo základní kov vyhnout. Pro nádoby nebo nádrže z 5454 navržené pro horký provoz předepište ER5554.
Co svařování dělá se základním kovem
Pevnost přídavného materiálu je jen polovina spoje. Druhou polovinou je to, co oblouk dělá se základním plechem, a u nekalitelných slitin 5xxx to představuje skutečnou ztrátu pevnosti.
Tepelně ovlivněná zóna svařovaného spoje 5xxx je fakticky vyžíhaná. Deformačně zpevněné stavy — H116, H321, H32 — ztrácejí své deformační zpevnění v TOZ, a protože slitina je nekalitelná, tuto pevnost nelze vrátit tepelným zpracováním po svařování. Plech 5083-H116 má předepsanou minimální mez kluzu 215 MPa podle ASTM B928 (typicky 228 MPa); v TOZ mez kluzu klesá zpět k hodnotám žíhaného stavu, což je ztráta přibližně 35–45 %.
Navrhujte accordingly: pro TOZ používejte dovolená napětí pro žíhaný stav z AWS D1.2 (nebo příslušného předpisu) namísto hodnot stavu základního kovu. Stejný princip platí pro 6061-T6, kde TOZ stárne a měkne, i když volba přídavného materiálu je odlišná.
Praktické poznámky ke svařování
Většina problémů s 5356 v dílně jsou záležitosti podávání a čistoty, nikoli metalurgie.
| Položka | Doporučení |
|---|---|
| Ochranný plyn | 100% argon pro většinu prací; směsi argon/helium pro silnější průřezy |
| Polarita | MIG: DCEP. TIG: AC |
| Podávací kladky | Kladky s drážkou U určené pro hliník — drážky V deformují měkký drát |
| Vedení drátu (liner) | Čisté teflonové nebo nylonové vedení dimenzované pro hliník |
| Kontaktní špička | Předimenzovaná špička označená pro hliník; snižuje zpětné vyhoření |
| Kabel hořáku | Udržujte krátký a co nejrovnější |
| Čištění | Nejprve odmastěte, poté očistěte kartáčem z nerezové oceli vyhrazeným pouze pro hliník |
| Technika | Stringerové housenky nebo těsné krokové pauzy; 5356 nesmáčí tak snadno jako 4043, proto se vyhněte širokému kývání |
| Krátery | Vždy vyplňujte krátery, abyste zabránili praskání kráterů |
| Skladování | Uchovávejte v suchu a zapečetěné v originálním balení; hliníkový drát pohlcuje vlhkost a povrchovou kontaminaci |
ER5356 má vyšší elektrickou vodivost než ocelový drát, takže zpětné vyhoření do kontaktní špičky je častá stížnost. Předimenzované špičky a čistá vedení řeší většinu z toho.
Anodizace a vzhled
Pokud bude díl anodizován, 5356 je obvykle správný přídavný materiál a 4043 obvykle špatný. Housenka z 5356 se anodizuje do světlého, mírně šedého povrchu, který se blíží základnímu plechu 5xxx. Housenka z 4043 ztmavne do tmavě šedé až téměř černé, protože křemík v kovu svaru se neanodizuje stejně jako okolní hliník.
Pro architektonické nebo dekorativní práce, kde je shoda barev na výkrese, se nespoléhejte pouze na obecné pravidlo. Prožeňte zkušební vzorek skutečnou anodizační linkou se skutečnou šarží přídavného materiálu a schvalte vzorek před výrobou.
Go/No-Go: Kdy předepsat 5356
Zvolte — specifikujte 5356, když:
- Základní materiál je slitina řady 5xxx s obsahem hořčíku vyšším než 3 % — 5083, 5086, 5056, 5456 — a provozní teplota zůstává pod 65 °C.
- Spoj je vystaven slané vodě nebo mořské atmosféře a zóna svaru se nesmí stát místem koroze.
- Díl bude eloxován a svar musí odpovídat základnímu plechu.
- Pevnost svaru v stavu po svařování nebo smyková pevnost je určujícím parametrem návrhu a 4043 jich nedosahuje.
- Proces je MIG a podávání drátu je důležité — 5356 se podává spolehlivěji než měkčí křemíkové přídavné materiály.
Nevhodné — nepoužívejte 5356, když:
- Sestava pracuje nepřetržitě nad 65 °C. Použijte místo toho ER5554 nebo ER4043.
- Základní materiál je odlitek s vysokým obsahem křemíku, jako je A356, 356 nebo 319. ER4043 je standardní opravný přídavný materiál a jeho obsah křemíku potlačuje vznik horkých trhlin v odlitcích.
- Provádíte sériovou výrobu ze slitin 6xxx, kde je tekutost tavné lázně a odolnost proti praskání důležitější než pevnost nebo eloxování. ER4043 nebo ER4943 jsou vhodnější.
- Vzhled housenky převažuje nad pevností — 4043 klade hladší a lesklejší housenku.
- Někdo se snaží specifikovat 5356 jako konstrukční plech, desku nebo tyč. Je to přídavný materiál; volba základního materiálu je samostatné inženýrské rozhodnutí.
Kde se 5356 používá
| Sektor | Typické spoje |
|---|---|
| Námořní | Plášť trupu, paluby, nástavby, palivové a vodní nádrže, lávky |
| Silniční a železniční doprava | Návěsy nákladních vozidel, korby cisteren, rámy a svařované konstrukce podvozků, skříně železničních vozů |
| Konstrukční výroba | Rámy, lešení, plošiny, skladovací nádrže při okolní teplotě |
| Automobilový a cyklistický průmysl | Rámy, držáky, ochranné konstrukce |
| Tlaková zařízení | Nádoby a nádrže z 5083 a 5086 provozované při okolní teplotě |
Všimněte si omezující podmínky u tlakových zařízení. Nádoby z 5083 při okolním provozu jsou běžnou aplikací 5356. Nádoba z 5454 určená pro provoz za zvýšených teplot tomu tak není — ta vyžaduje ER5554.
Každý spoj v této tabulce je svařován hliníkovým drátem 5356, dodávaným navinutým na cívce pro MIG nebo nařezaným na délku pro TIG.
Výhody a omezení na první pohled
| Přednosti | Omezení |
|---|---|
| Hořčíkově sladěný se základními materiály 5xxx | Není určen pro trvalý provoz nad 65 °C (riziko SCC) |
| Přibližně o 50 % vyšší pevnost svaru v stavu po svařování než 4043 | Nižší tekutost a užší rozsah smáčení než křemíkové přídavné materiály |
| Korozní shoda se základním materiálem 5xxx v mořském prostředí | Není správnou volbou pro odlitky s vysokým obsahem křemíku |
| Eloxuje se do světlého povrchu, který odpovídá základnímu plechu | Náchylnější k zpětnému hoření než ocelový drát; vyžaduje nastavení specifické pro hliník |
| Tužší drát se lépe podává hořáky MIG | Vzhled housenky je méně hladký než u 4043 |
Závěr
5356 je výchozí přídavný materiál pro hliník 5xxx a důvodem je chemické složení: při 4,5–5,5 % hořčíku odpovídá plechu, který spojuje, natolik těsně, že se svar chová jako zbytek konstrukce — v pevnosti, v korozní odolnosti i při eloxování. Cenou za tento hořčík je tvrdý provozní strop. Nad přibližně 65 °C se spoj stává náchylným ke koroznímu praskání za napětí a jediným řešením je přídavný materiál s nízkým obsahem hořčíku, jako je ER5554, nebo přechod na křemíkový přídavný materiál. Vyřešte nejprve otázku teploty a poté otázku pevnosti, a zbytek výběru bude následovat.
Dodáváme 5356 jako drát na cívkách pro MIG a nařezané tyče pro TIG v průměrech a balení, které váš proces vyžaduje, a u každé zakázky upozorníme, pokud by ER5554 byl bezpečnější přídavný materiál.
Zašlete základní slitinu, tloušťku průřezu, proces a provozní teplotu a potvrdíme přídavný materiál před tím, než napíšete WPS.
Často kladené otázky
Jaký je rozdíl mezi přídavnými materiály 5356 a 4043?
5356 je přídavný materiál s 5 % hořčíku pro základní materiály 5xxx. 4043 je přídavný materiál s 5 % křemíku pro slitiny 6xxx a odlitky.
- Síla — 5356 ukládá přibližně o 50 % vyšší pevnost svaru v stavu po svařování.
- Koroze — 5356 odpovídá základnímu materiálu 5xxx, zatímco 4043 nikoli.
- Eloxování — 5356 zůstává světlý; 4043 tmavne.
- Fluidita — 4043 se lépe roztéká a méně praská na 6061.
Jaká je maximální provozní teplota pro svary 5356?
Považujte 65 °C (150 °F) za standardní strop pro nepřetržitý provoz.
Nad 65 °C se slitiny s obsahem hořčíku vyšším než 3 % — mezi nimi 5356, 5183 a 5556 — senzibilizují a mohou praskat pod napětím ve slané vodě. Pro horký provoz specifikujte ER5554, který zůstává pod 3 % hořčíku.
Je 5356 vhodná pro námořní svařování?
Ano. Je to standardní přídavný materiál pro mořské aplikace 5xxx.
Trupy, paluby, nádrže a nástavby z 5083 a 5086 se na něj spoléhají, protože sladění hořčíku udržuje korozní potenciál zóny svaru blízko základního plechu. Jedinou výjimkou je teplý provoz: nad 65 °C přejděte na ER5554.
Jaké je minimální množství pro drát 5356 a můžete dodat zkušební certifikáty?
Výroba s nízkým minimálním množstvím je k dispozici a každá objednávka je dodávána s hutním atestem.
- Skladové velikosti — standardní průměry expedujeme ze skladu.
- Nestandardní — zakázkové průměry a hmotnosti cívek 10–60 dní.
- Dokumenty — MTC standard; složení nebo mechanické protokoly SGS na vyžádání.
