Home › Welding › D1.2 Filler Metals

Mengapa pemilihan Logam Pengisi penting dalam aluminium

Pengelasan aluminium memiliki pilihan proses yang lebih sedikit daripada Pengelasan baja (D1.2 mencakup GMAW, GTAW, PAW-VP, FSW, dan Pengelasan stud tetapi tidak termasuk SMAW), sehingga pemilihan Logam Pengisi memikul lebih banyak beban metalurgi. Logam Pengisi yang salah pada aluminium menghasilkan salah satu dari tiga mode kegagalan yang muncul kemudian, terkadang bertahun-tahun kemudian: retak panas selama pembekuan, intermetalik Mg₂Si yang rapuh pada garis fusi, atau retak korosi tegangan dari presipitasi Mg₂Al₃ yang berkelanjutan dalam layanan.

D1.2 §4.4.1 anchors the choice: "Filler metal shall conform to AWS A5.10/A5.10M, Spesifikasi for Bare Aluminum and Aluminum Alloy Welding Electrodes and Rods. Table 4.2 lists filler alloys recommended for various Logam Induk alloys." Five fillers cover the structural majority of aluminum work: ER4043 (Al-Si), ER5183, ER5356, ER5554, and ER5556 (all Al-Mg variants). Selection logic follows base-alloy magnesium content more than it follows joint geometry — the exception being elevated-Suhu service, which overrides everything via Table 4.2 Note 4.

Lima Logam Pengisi struktural — dasar kimia

A5.10 Tabel 1 memberikan kimia yang mendorong setiap keputusan pemilihan. Sumbu Si vs Mg memisahkan ER4043 dari Logam Pengisi 5xxx; sumbu persen Mg memisahkan ER5554 (di bawah ambang batas 3% Catatan 4) dari Logam Pengisi Mg yang lebih tinggi di atasnya.

Dua pola muncul dari kimia. ER4043 adalah satu-satunya Logam Pengisi Al-Si — magnesium secara efektif nol, rentang pembekuan rendah, kerentanan retak panas rendah, dan di luar larangan Suhu jangka panjang Catatan 4. Empat Logam Pengisi Al-Mg (5183, 5356, 5554, 5556) semuanya mengandung magnesium antara 2,4 dan 5,5 persen, tetapi hanya ER5554 yang berada pada atau di bawah ambang batas 3 persen dari Tabel 4.2 Catatan 4. ER5183, ER5356, dan ER5556 semuanya di atas 3 persen Mg dan oleh karena itu tercakup oleh aturan Suhu jangka panjang.

Las 5xxx-ke-5xxx — pemilihan berdasarkan kandungan Mg Logam Induk

Keluarga 5xxx mencakup rentang magnesium yang luas, dan Tabel 4.2 memilih Logam Pengisi yang sesuai. Untuk paduan 5xxx Mg rendah (5005, 5050, sekitar 0,5–1,4% Mg), Tabel 4.2 menunjukkan "4043, 5356" dengan Catatan 1 mengkonfirmasi bahwa keduanya dapat diterima; ER4043 adalah default yang umum. Untuk paduan 5xxx Mg menengah (5052 sekitar 2,5% Mg, 5154/5254 sekitar 3,5%), ER5356 adalah pilihan standar; 5454-ke-dirinya sendiri adalah pengecualian (ER5554 adalah pasangan yang direkayasa untuk layanan 5454 Suhu tinggi). 5086 (sekitar 4% Mg) berada bersama paduan cor 514.0 dan 535.0 dalam pengelompokan baris Tabel 4.2 dan mengambil ER5356 sebagai primer, dengan ER5183 atau ER5556 dapat diterima sebagai alternatif Catatan 3. Baris 5083/5456 adalah satu-satunya pasangan mandiri 5xxx di mana Tabel 4.2 menunjukkan ER5183 atau ER5556 sebagai rekomendasi utama (5183, 5556a), dengan ER5356 dapat diterima per Catatan 3.

Tabel 4.2 Catatan 3 membuat substitusi eksplisit: "Setiap kali 5356 ditampilkan, 5183 atau 5556 adalah alternatif yang dapat diterima." Substitusi ini tidak sembarangan — ER5183 dan ER5556 mengandung mangan yang lebih tinggi (0,5–1,0 persen) daripada ER5356, yang berarti kekuatan tarik dan geser Logam Las yang lebih tinggi.

"Pada Las struktural 5083 yang dimuat geser signifikan, ER5183 secara rutin menguji 10 hingga 15 persen lebih tinggi dalam kekuatan geser daripada ER5356 dengan prosedur yang sama. Premi biaya kecil, penalti metalurgi tidak ada. Kami default ke 5183 pada 5083 kecuali ada alasan penyimpanan untuk menggunakan 5356." — Catatan praktisi, panduan pemilihan Logam Pengisi AlcoTec / Hobart, dikonfirmasi silang dengan Lincoln Electric dan ESAB.

Satu kasus spesifik disebutkan dalam catatan kaki a Tabel 4.2: "5556 direkomendasikan untuk Pengelasan 5456 ke dirinya sendiri." Logam Induk 5456 adalah paduan struktural 5xxx kekuatan tertinggi (sekitar 5 persen Mg), dan ER5556 sangat cocok dengan kimia sambil membawa 0,5–1,0 persen Mn. Sifat mekanik Las ER5556 pada Logam Induk 5456 mencapai kekuatan anil As-Welded dari induk lebih dekat daripada ER5356. Untuk pekerjaan 5456 kelautan, transportasi, atau struktur tekanan yang sangat dimuat, ER5556 adalah pasangan yang direkayasa; ER5356 hanya diizinkan sebagai alternatif Catatan 3.

Untuk 5454 secara khusus, ER5554 adalah pasangan yang direkayasa. ER5554 membawa magnesium yang lebih rendah (2,4–3,0 persen vs 4,5–5,5 persen pada ER5356), menjaganya pada atau di bawah ambang batas Catatan 4 sebesar 3 persen Mg. Ini menjadikan ER5554 satu-satunya Logam Pengisi Al-Mg yang tetap diizinkan untuk layanan 5454 ketika Suhu jangka panjang dapat melebihi 150°F.

Las 6xxx-ke-6xxx

Untuk Pengelasan paduan 6xxx ke paduan 6xxx lainnya — 6005, 6005A, 6061, Alclad 6061, 6063, 6082, 6351 — Tabel 4.2 mencantumkan "4043, 5356" dengan Catatan 1 mengkonfirmasi bahwa keduanya dapat diterima. ER4043 adalah default yang umum. ER4043 mengandung sekitar 5 persen silikon (Si 4,5–6,0 persen per A5.10 Tabel 1), yang menurunkan rentang pembekuan, mengurangi kerentanan retak panas, dan menghasilkan profil manik yang lebih halus daripada Logam Pengisi 5xxx. Kecocokan metalurgi menguntungkan: paduan 6xxx mengandung magnesium dan silikon, dan Logam Pengisi Al-Si tidak memperkenalkan magnesium tambahan yang akan mempromosikan retak panas pada jalur pembekuan 6xxx.

ER5356 adalah alternatif yang tercantum pada Las 6xxx-ke-6xxx. Pertukarannya adalah mekanis: ER5356 menghasilkan kekuatan geser yang lebih tinggi pada Las Fillet tetapi dengan risiko retak panas yang lebih tinggi dan dengan panas busur yang lebih banyak untuk penetrasi yang sama. Pilihan tergantung pada apa yang dimuat Las. Untuk Las Fillet 6061 yang harus melewati uji patah di bawah geser atau tekuk, ER5356 adalah pilihan geometris yang lebih konservatif — ia menggeser mode kegagalan dari tenggorokan Las Fillet ke Daerah Terpengaruh Panas Logam Induk. Untuk Las Fillet 6061 di bawah layanan geser rendah atau di mana kosmetik manik penting (arsitektur, pekerjaan anodized), ER4043 adalah default yang lebih baik. Perhatikan bahwa ER5356 tunduk pada Tabel 4.2 Catatan 4 (aturan jangka panjang 3% Mg / 150°F); ER4043 tidak.

Paduan 6xxx mengalami kehilangan kekuatan yang signifikan di Daerah Terpengaruh Panas setelah Pengelasan terlepas dari pilihan Logam Pengisi. Daerah Terpengaruh Panas kembali ke kondisi anil (biasanya 40–50 persen kehilangan kekuatan luluh T6), dan kekuatan Daerah Terpengaruh Panas As-Welded itu mengatur kapasitas desain sambungan. Pemilihan Logam Pengisi menggerakkan kekuatan tenggorokan tetapi tidak memulihkan kekuatan Daerah Terpengaruh Panas — hanya Perlakuan Panas larutan pasca-Las dan penuaan buatan yang dapat melakukannya, dan itu jarang praktis untuk struktur fabrikasi.

Las dissimilar 5xxx-ke-6xxx

Untuk sambungan dissimilar 5xxx-ke-6xxx apa pun — misalnya 5083 ke 6061, atau 5086 ke 6063 — ER5356 adalah Logam Pengisi yang direkomendasikan di bawah D1.2 Tabel 4.2. Jangan pernah menggunakan ER4043 pada sambungan yang mengandung 5xxx. Alasan metalurgi didokumentasikan dengan baik: ketika Logam Pengisi aluminium-silikon (ER4043 dengan sekitar 5 persen Si) digunakan pada paduan induk 5xxx (mengandung 2–5 persen Mg), magnesium dalam induk bereaksi dengan silikon dalam Logam Pengisi untuk membentuk senyawa intermetalik Mg₂Si yang rapuh pada garis fusi. Intermetalik mengurangi daktilitas dan ketangguhan secara tajam dan menciptakan mode kegagalan jangka panjang yang diketahui di bawah pemuatan siklik, kejut, atau Suhu rendah.

Aturan ini simetris: setiap sambungan di mana satu sisi adalah paduan 5xxx harus menggunakan Logam Pengisi yang mengandung magnesium (default ER5356, ER5183 atau ER5556 per Catatan 3). Jika kedua sisi adalah 6xxx, ER4043 benar. Jika satu sisi adalah 5xxx, ER5356 benar. Praktisi terkadang mencoba ER4043 pada sambungan campuran 5xxx-ke-6xxx untuk manfaat kosmetik (manik lebih halus, lebih mudah diberi makan) dan menemukan mode kegagalan patah getas berbulan-bulan atau bertahun-tahun kemudian di bawah beban layanan. Kegagalan itu tidak halus dan tidak dapat dipulihkan.

Las cor-ke-tempa

Paduan cor dalam D1.2 (354.0, A356.0, 357.0, A357.0, 359.0, 443.0, A444.0, 514.0, 535.0) mengikuti logika pemilihan Logam Pengisi mereka sendiri. Sambungan tempa-ke-cor umumnya menggunakan ER4043 karena sebagian besar paduan cor berbasis aluminium-silikon dan Logam Pengisi cocok dengan kimia induk. Pengecualiannya adalah paduan cor kekuatan tinggi 354.0 dan C355.0, yang Tabel 4.2 menentukan dengan ER4145 (Logam Pengisi Al-Si Cu lebih tinggi) untuk kekuatan yang cocok.

Las cor-ke-cor pada paduan seri 5xx.x (514.0, 535.0) menggunakan Logam Pengisi 5xxx karena kimia induknya adalah Al-Mg, bukan Al-Si. Larangan intermetalik Mg₂Si yang sama berlaku — jangan Las paduan cor 5xx.x dengan ER4043. Lihat matriks Tabel 4.2 D1.2 lengkap untuk spesifikasi paduan cor; halaman ini mencakup kombinasi tempa frekuensi tinggi.

Aturan Suhu jangka panjang 3% Mg / 150°F

D1.2 Tabel 4.2 Catatan 4 adalah salah satu aturan yang paling konsekuensial dan paling sering diabaikan dalam pemilihan Logam Pengisi aluminium. Teks verbatim berbunyi: "Paduan Al-Mg yang mengandung lebih dari 3% Mg tidak boleh digunakan dalam aplikasi di mana paparan jangka panjang di atas 150°F ditemui."

Mekanismenya adalah metalurgi. Paduan aluminium-magnesium dengan lebih dari sekitar 3 persen magnesium mengalami presipitasi Mg₂Al₃ (fase beta) yang berkelanjutan pada batas butir ketika dipertahankan di atas sekitar 150°F (66°C). Selama berminggu-minggu, berbulan-bulan, atau bertahun-tahun layanan, presipitat batas butir mensensitisasi Logam Las terhadap retak korosi tegangan di bawah pemuatan tarik — terutama di atmosfer yang mengandung klorida atau laut. Kegagalan tidak muncul pada saat Pengelasan atau dalam pengujian mekanis standar; itu muncul sebagai retak setelah layanan yang diperpanjang.

Aturan ini mencakup tiga dari lima Logam Pengisi struktural di halaman ini: ER5183 (Mg 4,3–5,2%), ER5356 (Mg 4,5–5,5%), dan ER5556 (Mg 4,7–5,5%). Ini TIDAK mencakup ER5554 (Mg 2,4–3,0%, pada atau di bawah ambang batas 3 persen) atau ER4043 (Mg Maksimum 0,05%, secara efektif nol). Implikasi praktis:

• Pressure vessels with continuous service above 150°F: use ER4043 or ER5554; do not use ER5183, ER5356, or ER5556.
• Hot-fluid piping (steam recovery, process heat, refinery): ER4043 default; ER5554 acceptable when base is 5454.
• Solar-thermal aluminum structures: peak surface temperatures can exceed 150°F sustained; check service envelope before specifying ER5356 or ER5183.
• Engine components, exhaust-adjacent structures: high-Mg fillers prohibited; ER4043 or qualified alternative.
• Short excursions above 150°F: not the trigger; sustained or long-term exposure is the rule.

Catatan 4 tidak melarang Logam Pengisi Al-Mg pada setiap aplikasi Suhu tinggi — ia melarang Logam Pengisi >3% Mg hanya pada layanan jangka panjang. Mendefinisikan "jangka panjang" adalah bagian dari penilaian rekayasa, tetapi pembacaan yang dapat dipertahankan adalah apa pun di luar beberapa ratus jam operasi di atas 150°F. Jika ragu, gunakan ER4043 (atau ER5554 saat mencocokkan induk 5454) atau kualifikasi alternatif di bawah Catatan 5.

Catatan 5 — pemilihan Logam Pengisi persyaratan khusus

D1.2 Tabel 4.2 Catatan 5 menyediakan jalur untuk pemilihan Logam Pengisi non-standar dalam keluarga A5.10: "Ada aplikasi di mana persyaratan khusus membuat pemilihan paduan Logam Pengisi selain yang ditunjukkan di atas diperlukan." Catatan 5 adalah pengakuan bahwa matriks Logam Pengisi yang direkomendasikan adalah titik awal, bukan resep mutlak. Kasus Catatan 5 yang umum meliputi pencocokan warna untuk pekerjaan arsitektur anodized (ER5356 anodized untuk mencocokkan warna Logam Induk sementara ER4043 menjadi gelap, sehingga pekerjaan anodized 6xxx terkadang menggunakan ER5356 meskipun ER4043 adalah default yang umum), optimasi lingkungan korosi, atau aplikasi kekuatan tinggi di luar rentang substitusi Catatan 3.

D1.2 tidak memiliki konsep Prequalified WPS — setiap WPS di bawah D1.2 harus dikualifikasi per Pasal 3 dengan Rekaman Kualifikasi Prosedur. Pemilihan Logam Pengisi yang menyimpang dari Tabel 4.2 harus didokumentasikan dalam WPS dan divalidasi melalui pengujian mekanis PQR yang sama yang diperlukan untuk variasi prosedur lainnya. Persetujuan insinyur dan ketertelusuran terhadap kepatuhan A5.10 tetap menjadi gerbang.

Kesalahan umum dalam pemilihan

1. Menggunakan ER4043 pada sambungan yang mengandung 5xxx. Mode kegagalan intermetalik Mg₂Si yang rapuh adalah kesalahan tunggal paling umum pada Pengelasan aluminium. Setiap sambungan dengan paduan 5xxx di kedua sisi harus menggunakan Logam Pengisi yang mengandung magnesium.

2. Menggunakan ER5356, ER5183, atau ER5556 pada aplikasi layanan panas. Tabel 4.2 Catatan 4 melarang Logam Pengisi Al-Mg di atas 3 persen Mg untuk layanan jangka panjang di atas 150°F. Pekerjaan bejana tekan dan perpipaan proses dengan layanan Suhu tinggi berkelanjutan harus menggunakan ER4043 (atau ER5554 saat mencocokkan induk 5454).

3. Default ke ER5356 untuk pekerjaan 6xxx-ke-6xxx. ER5356 diizinkan pada 6xxx (Tabel 4.2 mencantumkan 4043 atau 5356) tetapi dengan risiko retak panas yang lebih tinggi dan kualitas manik yang lebih rendah daripada ER4043. Gunakan ER4043 sebagai default 6xxx-ke-6xxx kecuali ada alasan spesifik (uji patah Las Fillet yang dimuat geser, kosmetik anodized) untuk menggunakan ER5356.

4. Menggunakan ER5356 pada 5083-ke-5083 atau 5456-ke-5456 sebagai pilihan utama. Tabel 4.2 menunjukkan ER5183 (atau ER5556) sebagai Logam Pengisi utama untuk pekerjaan 5083/5456. Catatan kaki a menentukan ER5556 untuk 5456-ke-dirinya sendiri. ER5356 hanya diizinkan sebagai alternatif Catatan 3, dan menghasilkan kekuatan yang lebih rendah pada paduan induk Mg tinggi ini.

5. Memperlakukan ER5554 sebagai Logam Pengisi Al-Mg serbaguna. ER5554 memiliki ceruk khusus: Logam Induk 5454 dalam layanan Suhu tinggi. Magnesiumnya yang rendah (2,4–3,0%) menjaganya di bawah ambang batas Catatan 4 tetapi menghasilkan kekuatan Logam Las yang lebih rendah daripada ER5356 / ER5183 / ER5556 pada pekerjaan 5xxx lainnya. Jangan mengganti ER5554 untuk ER5356 pada Pengelasan 5xxx umum.

Kapan memilih setiap Logam Pengisi — ringkasan pemilihan

Logika pemilihan berdasarkan keluarga paduan, dengan layanan Suhu tinggi sebagai pengganti:

Dua pengingat kepatuhan. Pertama, Tabel ini merangkum logika pemilihan Tabel 4.2; Tabel 4.2 D1.2 lengkap adalah matriks otoritatif dan harus dikonsultasikan untuk kombinasi yang tidak ditampilkan di sini. Kedua, setiap pemilihan mengasumsikan Logam Pengisi sesuai dengan AWS A5.10/A5.10M per §4.4.1; D1.2 tidak memiliki jalur WPS Prequalified, sehingga semua prosedur termasuk pilihan Logam Pengisi harus dikualifikasi di bawah Pasal 3.

Panduan Standar Terkait

• AWS D1.2 Aluminum Code — the parent Kode overview, Preheat Batas, hot-cracking mechanics, and TIG technique fundamentals for aluminum.
• AWS A5 Filler Metal Specifications — the A5 family overview covering steel and aluminum filler classification systems.
• AWS D1.2 Welder Qualification — Pasal 3 Part D positions, Table 3.7 qualified-by-tested matrix, Table 3.8 Ketebalan ranges, Table 3.9 essential variables, and the §3.21.2 fillet fracture test that catches the oxide-bridge failures the filler chemistry on this page is designed to prevent.
• Welder Qualification Pengujian (D1.1) — the steel-side counterpart with D1.1 Clause 6 and ASME IX QW-300 framework.
• Procedure Qualification Record (PQR) — the documentation path required for every D1.2 WPS, including the qualified-alternative path of Note 5.
• GMAW Shielding Gas Selection — argon and argon-helium choices for aluminum GMAW that interact with filler-feed performance.
• Weld Defects Reference — hot cracking, intermetallic embrittlement, and stress corrosion cracking failure modes referenced on this page.