ما مجموعات أسلاك سبائك الألومنيوم وبصرف النظر عن أسلاك الألمنيوم النقي
يتم إنتاج أسلاك سبائك الألومنيوم عن طريق إضافة كميات محكومة من عناصر صناعة السبائك - الأكثر شيوعًا المغنيسيوم أو السيليكون أو النحاس أو الزنك أو المنغنيز - إلى قاعدة من الألومنيوم النقي. والنتيجة هي سلك ذو أداء ميكانيكي محسّن بشكل كبير مقارنة بالألمنيوم النقي تجاريًا (سلسلة 1xxx)، مع الاحتفاظ بالمزايا الأساسية المتمثلة في الكثافة المنخفضة، ومقاومة التآكل، والتوصيل الكهربائي التي تجعل الألومنيوم جذابًا عبر التطبيقات الصناعية.
يتمتع سلك الألمنيوم النقي (99.5-99.7% Al) بقوة شد تبلغ حوالي 60-100 ميجا باسكال في الحالة الملدنة - وهي كافية لبعض تطبيقات الموصلات الكهربائية ولكنها غير كافية للاستخدامات الهيكلية أو الزنبركية أو الميكانيكية عالية الضغط. صناعة السبائك ترفع قوة الشد إلى أي مكان 150 ميجا باسكال إلى أكثر من 500 ميجا باسكال اعتمادًا على سلسلة السبائك والمزاج، دون زيادة متناسبة في الوزن. إن ميزة القوة إلى الوزن هذه هي السبب الرئيسي وراء قيام أسلاك سبائك الألومنيوم بإزاحة الأسلاك الفولاذية والنحاسية في نطاق واسع من تطبيقات النقل والفضاء والتصنيع.
والمقايضة هي أن صناعة السبائك تقلل من التوصيل الكهربائي. يتمتع الألومنيوم النقي بموصلية تبلغ حوالي 61% من IACS (المعيار الدولي للنحاس الملدن). تقع معظم أسلاك السبائك الهيكلية في نطاق 30-55% من IACS. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب كلاً من الموصلية والقوة الميكانيكية - نقل الطاقة العلوية هو المثال الأبرز - يجب الموازنة بعناية بين اختيار السبائك وبناء الأسلاك.
سلسلة السبائك الرئيسية وخصائصها
يتم تصنيف سبائك الألومنيوم إلى سلسلة بناءً على عنصر صناعة السبائك الأساسي. تحتوي كل سلسلة على ملف تعريف خاصية مميز يحدد مدى ملاءمتها لسحب الأسلاك وأداء الاستخدام النهائي.
| سلسلة | عنصر صناعة السبائك الأساسي | قوة الشد النموذجية | الخصائص الرئيسية |
|---|---|---|---|
| 1xxx | لا شيء (≥99% آل) | 60-100 ميجا باسكال | أعلى الموصلية (~ 61% IACS)، قابلية التشكيل ممتازة، وقوة منخفضة |
| 5xxx | المغنيسيوم | 180-310 ميجا باسكال | مقاومة جيدة للتآكل بما في ذلك البيئات البحرية، غير قابلة للمعالجة بالحرارة، وتتصلب بشكل جيد |
| 6xxx | المغنيسيوم Silicon | 150-310 ميجا باسكال | قابلة للمعالجة بالحرارة، مع الاحتفاظ بالموصلية الجيدة (~ 52–55% IACS)، السلسلة السائدة للموصلات العلوية AAAC |
| 7xxx | الزنك | 400-570 ميجا باسكال | أعلى قوة من بين جميع سبائك الألومنيوم، قابلة للمعالجة بالحرارة، وتستخدم في تطبيقات الطيران والأسلاك المتخصصة |
| 8xxx | السيليكون الحديدي (أو غيره) | 160-250 ميجا باسكال | تم تطويره خصيصًا لأسلاك الموصلات الكهربائية (8030، 8176)، مما أدى إلى تحسين مقاومة الزحف بما يزيد عن 1xxx |
ومن بين هؤلاء، 6201 سبيكة (سلسلة 6xxx) و سبائك 8030/8176 (سلسلة 8xxx) هي الأكثر تحديدًا على نطاق واسع لتطبيقات الأسلاك الكهربائية، في حين تهيمن أسلاك سلسلة 5xxx و7xxx على الاستخدامات النهائية الهيكلية والفضاءية والميكانيكية حيث تكون الموصلية ثانوية بالنسبة للقوة ومقاومة التعب.
تطبيقات الموصلات الكهربائية
يشكل سلك سبائك الألومنيوم الأساس للعديد من إنشاءات الموصلات العلوية القياسية المستخدمة في البنية التحتية لنقل وتوزيع الطاقة في جميع أنحاء العالم.
AAAC (جميع موصلات سبائك الألومنيوم)
تم تصنيع AAAC بالكامل من أسلاك سبائك الألومنيوم 6201-T81. بالمقارنة مع ACSR (موصلات الألمنيوم بالفولاذ المقوى)، تقدم AAAC مقاومة أفضل للتآكل - خاصة في البيئات الساحلية والصناعية حيث يكون القلب الفولاذي لـ ACSR ضعيفًا - ونسبة القوة إلى الوزن أكثر ملاءمة للخطوط الهوائية طويلة المدى. الموصلية هي عادة 52.5% IACS، وتتراوح قوة الشد للموصل النهائي من 295 إلى 325 ميجا باسكال اعتمادًا على تكوين الجدائل.
ACAR (سبائك موصلة من الألومنيوم المقوى)
تجمع ACAR بين سلسلة 1350 من خيوط الألمنيوم النقي من أجل التوصيل مع قلب مركزي مكون من 6201 من خيوط السبائك للقوة الميكانيكية. يتم ضبط نسبة السبائك إلى خيوط الألومنيوم النقي لتلبية متطلبات السعة والتوتر المحددة لتصميم خط معين. يوفر هذا البناء مرونة تصميمية أكبر من ACSR أو AAAC لتطبيقات شبكات التوزيع.
سلك البناء: سبائك سلسلة 8000
في أعقاب حالات الفشل التي حدثت في الجيل الأول من أسلاك البناء المصنوعة من الألومنيوم النقي في ستينيات وسبعينيات القرن الماضي - والتي نتجت في المقام الأول عن الزحف عند نقاط الاتصال تحت التحميل الحراري الدوري - تم تطوير سبائك 8030 و8176 خصيصًا لمعالجة هذه المشكلات. هذه السبائك لديها تحسين مقاومة الزحف، واستطالة أفضل، وأداء اتصال أكثر استقرارًا مقارنة بـ 1350 ألومنيوم. وهي مدرجة الآن ضمن المادة 310 من NEC وASTM B800/B801 باعتبارها مقبولة لأسلاك الدوائر الفرعية في البناء السكني والتجاري عند استخدامها مع الموصلات والأجهزة ذات التصنيف AA.
تطبيقات الأسلاك الميكانيكية والهيكلية
إلى جانب الموصلات الكهربائية، تخدم أسلاك سبائك الألومنيوم نطاقًا واسعًا من الأدوار الميكانيكية الوظيفية والحاملة حيث يوفر مزيجها من الكثافة المنخفضة ومقاومة التآكل وقابلية التشكيل مزايا أكثر من الفولاذ.
- حبل الأسلاك والكابلات: يتم سحب أسلاك السبائك من سلسلة 5xxx و7xxx وتقطيعها إلى إنشاءات حبال للتجهيزات البحرية، وهياكل الشد المعمارية، وأنظمة التعليق. يزن حبل سلك الألومنيوم حوالي ثلث وزن الحبل الفولاذي المكافئ، وهي ميزة مهمة في التطبيقات الحساسة للوزن مثل تجهيزات المراكب الشراعية وأنظمة الرفع خفيفة الوزن.
- سلك الربيع: يتم استخدام أسلاك السبائك 7075 و7178 في تطبيقات نوابض الأجهزة الفضائية والدقيقة حيث يجب أن يعمل الزنبرك في بيئة متآكلة من شأنها أن تؤدي إلى تدهور الفولاذ. يبلغ معامل مرونة الألومنيوم (حوالي 69 جيجا باسكال) حوالي ثلث نظيره في الفولاذ، لذلك يجب تصميم نوابض الألومنيوم لانحراف أكبر لتحقيق خرج قوة مكافئ.
- سلك اللحام: إن أسلاك سبائك الألومنيوم من سلسلة 4xxx (المحتوية على السيليكون) وسلسلة 5xxx هي مواد الحشو الأساسية للحام MIG وTIG لهياكل الألومنيوم. يجب أن يكون اختيار السبائك لأسلاك اللحام مطابقًا للتركيبة المعدنية الأساسية لتجنب التشقق الساخن وتحقيق قوة مشتركة كافية.
- التسليح والفرز: يتم استخدام أسلاك سبائك الألومنيوم كدرع حلزوني فوق كابلات الطاقة وكابلات الاتصالات لتوفير الحماية الميكانيكية، وفي بعض الإنشاءات، التدريع الكهرومغناطيسي. تعتبر الخصائص غير المغناطيسية للألمنيوم ذات قيمة خاصة في تسليح كابلات التيار المتردد، حيث قد يؤدي الدرع الفولاذي إلى حدوث خسائر.
- المنتجات الشبكية والمنسوجة: يتم نسج أسلاك السبائك ذات القياس الدقيق في شبكة الترشيح، والواجهات الشبكية المعمارية، وغربلة الحشرات. تُفضل السبائك الموجودة في سلسلة 5xxx لتطبيقات الشبكات الخارجية نظرًا لمقاومتها للتآكل دون معالجة السطح.
عملية سحب الأسلاك وتسميات المزاج
يتم إنتاج أسلاك سبائك الألومنيوم عن طريق قضبان الصب المدرفلة على الساخن إلى قطر متوسط، ثم يتم سحبها على البارد من خلال قوالب أصغر تدريجيًا للوصول إلى مقياس السلك النهائي. تعمل كل تمريرة رسم على تقوية المادة، مما يزيد من قوة الشد ويقلل الليونة. تعتمد الخواص الميكانيكية النهائية على كل من تركيبة السبيكة ودرجة الحرارة التي يتم تحقيقها من خلال الجمع بين العمل البارد وأي معالجة حرارية لاحقة.
تتبع تسميات المزاج نظام جمعية الألومنيوم:
- -يا (ملدن): تم تنعيمه بالكامل عن طريق المعالجة الحرارية بعد الرسم. أقصى ليونة، الحد الأدنى من القوة. يتم استخدامه حيث يتم إعطاء الأولوية لقابلية التشكيل وعمر الانحناء على قدرة حمل الشد.
- -H1x (سلالة تصلب): تزداد القوة عن طريق العمل البارد وحده، دون معالجة حرارية لاحقة. يشير الرقم الثاني إلى درجة التصلب: H11 (خفيف) حتى H18 (صلب بالكامل). يستخدم للسبائك غير القابلة للمعالجة بالحرارة مثل سلسلة 1xxx و5xxx.
- -T6 (محلول معالج حرارياً ومعتّق صناعياً): يتم تطبيقه على السبائك القابلة للمعالجة بالحرارة (6xxx، 7xxx). يحقق قوة قريبة من الحد الأقصى للسبيكة من خلال تصلب الترسيب. 6201-T81 - الحالة المزاجية القياسية لسلك موصل AAAC - تتم معالجتها بالحرارة بالمحلول، ثم تعمل على البارد قليلاً، ثم يتم تعتيقها صناعيًا.
- -T9 (محلول معالج حرارياً، معتق صناعياً، ثم معالج على البارد): يستخدم عندما تكون القوة القصوى مطلوبة ويكون بعض الانخفاض في الليونة مقبولاً. أقل شيوعًا في الأسلاك من متغيرات T6/T8.
بالنسبة للشراء، حدد دائمًا كلاً من تسمية السبائك وحالتها المزاجية. سلكان لهما نفس رقم السبيكة لكن يمكن أن يكون لهما درجات حرارة مختلفة قيم قوة الشد التي تختلف بنسبة 50% أو أكثر ، وتحديد رقم السبيكة فقط بدون مزاج يترك الأداء الميكانيكي غير محدد.
المعايير والشهادات الرئيسية للرجوع إليها
تخضع أسلاك سبائك الألومنيوم لكل من التطبيقات الكهربائية والميكانيكية لمجموعة من المعايير المعترف بها دوليًا والتي تحدد التركيب ومتطلبات الخصائص الميكانيكية وتفاوتات الأبعاد وطرق الاختبار. إن الرجوع إلى المعيار المطبق عند تحديد الأسلاك أو شرائها يضمن الإبلاغ عن بيانات المورد على أساس ثابت وقابل للتحقق.
- أستم B398 / B399: يغطي 6201 سلك من سبائك الألومنيوم وإنشاءات موصل AAAC. المعيار الأكثر مرجعية على نطاق واسع لأسلاك موصل النقل العلوي في أسواق أمريكا الشمالية.
- أستم B800 / B801: يغطي سلك موصل من سبائك الألومنيوم من سلسلة 8000 وموصل مجدول لتطبيقات أسلاك البناء.
- إيك 60104: المعيار الدولي لأسلاك سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم والسيليكون لموصلات الخطوط العلوية، وهو ما يعادل على نطاق واسع ASTM B398 ويستخدم كمعيار مرجعي في الأسواق الأوروبية وآسيا والشرق الأوسط.
- إن 13602: المعيار الأوروبي للأسلاك النحاسية المسحوبة - تمت الإشارة إليه هنا لأنه يُستخدم بشكل متكرر كمقياس عند مقارنة موصلية أسلاك سبائك الألومنيوم والأداء الميكانيكي مع النحاس في مناقشات استبدال الأسلاك في المباني.
- أوس A5.10: مواصفات جمعية اللحام الأمريكية لأسلاك وقضبان اللحام المصنوعة من الألومنيوم وسبائك الألومنيوم، والتي تغطي تكوين سبائك الحشو ومتطلبات الخصائص الميكانيكية.
عند توريد أسلاك سبائك الألومنيوم للتطبيقات المهمة، اطلب تقارير اختبار المطاحن (MTRs) التي توثق القيم المقاسة الفعلية لقوة الشد، والاستطالة، والموصلية (حيثما ينطبق ذلك) مقابل المعيار المحدد - وليس مجرد إعلان الامتثال.
