Draad van aluminiumlegering: kwaliteiten, eigenschappen en industriële toepassingen

Wat stelt Draad van aluminiumlegering Afgezien van pure aluminiumdraad

Draad van aluminiumlegering wordt geproduceerd door gecontroleerde hoeveelheden legeringselementen – meestal magnesium, silicium, koper, zink of mangaan – toe te voegen aan een zuivere aluminiumbasis. Het resultaat is een draad met aanzienlijk verbeterde mechanische prestaties in vergelijking met commercieel puur aluminium (1xxx-serie), terwijl de kernvoordelen van lage dichtheid, corrosieweerstand en elektrische geleidbaarheid behouden blijven die aluminium aantrekkelijk maken voor industriële toepassingen.

Zuiver aluminiumdraad (99,5–99,7% Al) heeft een treksterkte van ongeveer 60–100 MPa in gegloeide toestand - voldoende voor sommige elektrische geleidertoepassingen, maar onvoldoende voor constructief, veer- of mechanisch gebruik onder hoge spanning. Legering verhoogt de treksterkte overal 150 MPa tot meer dan 500 MPa afhankelijk van de legeringsserie en de temperatuur, zonder evenredige gewichtstoename. Dit sterkte-gewichtsvoordeel is de belangrijkste reden dat draad van aluminiumlegering staal- en koperdraad heeft verdrongen in een breed scala aan transmissie-, ruimtevaart- en productietoepassingen.

Het nadeel is dat het legeren de elektrische geleidbaarheid vermindert. Zuiver aluminium heeft een geleidbaarheid van ongeveer 61% IACS (International Annealed Copper Standard). De meeste structurele legeringsdraden vallen in het IACS-bereik van 30-55%. Voor toepassingen waarbij zowel geleidbaarheid als mechanische sterkte vereist zijn – bovengrondse krachtoverbrenging is het meest prominente voorbeeld – moeten de legeringskeuze en de draadconstructie zorgvuldig in evenwicht zijn.

Belangrijke legeringsseries en hun kenmerken

Aluminiumlegeringen worden in series ingedeeld op basis van hun primaire legeringselement. Elke serie heeft een duidelijk eigenschappenprofiel dat de geschiktheid voor draadtrekken en eindgebruiksprestaties bepaalt.

Onder deze, de 6201 legering (6xxx-serie) en 8030/8176 legeringen (8xxx-serie) zijn het meest gespecificeerd voor elektrische draadtoepassingen, terwijl draden uit de 5xxx- en 7xxx-serie domineren structurele, ruimtevaart- en mechanische eindtoepassingen waarbij geleidbaarheid ondergeschikt is aan sterkte en weerstand tegen vermoeidheid.

Toepassingen op elektrische geleiders

Draad van aluminiumlegering vormt de basis van verschillende gestandaardiseerde bovengrondse geleiderconstructies die wereldwijd worden gebruikt in de elektriciteitstransmissie- en distributie-infrastructuur.

AAAC (geleider van volledig aluminiumlegering)

AAAC is volledig opgebouwd uit draadstrengen van 6201-T81 aluminiumlegering. Vergeleken met ACSR (Aluminium Conductor Steel Reinforced) biedt AAAC betere corrosieweerstand – vooral in kust- en industriële omgevingen waar de stalen kern van ACSR kwetsbaar is – en een gunstiger sterkte-gewichtsverhouding voor bovengrondse lijnen met grote overspanningen. De geleidbaarheid is doorgaans 52,5% IACS en de treksterkte van de voltooide geleider varieert van 295 tot 325 MPa, afhankelijk van de strengconfiguratie.

ACAR (versterkte aluminium geleider)

ACAR combineert strengen van zuiver aluminium uit de 1350-serie voor geleiding met een centrale kern van strengen van 6201-legering voor mechanische sterkte. De verhouding tussen legerings- en zuivere aluminiumstrengen wordt aangepast om te voldoen aan de specifieke eisen op het gebied van draagvermogen en doorzakking voor een bepaald lijnontwerp. Deze constructie biedt meer ontwerpflexibiliteit dan ACSR of AAAC voor distributienetwerktoepassingen.

Bouwdraad: legeringen uit de 8000-serie

Na mislukkingen met bouwdraad van zuiver aluminium van de eerste generatie in de jaren zestig en zeventig – voornamelijk veroorzaakt door kruip op verbindingspunten onder cyclische thermische belasting – werden de 8030- en 8176-legeringen speciaal ontwikkeld om deze problemen aan te pakken. Deze legeringen hebben verbeterde kruipweerstand, betere rek en stabielere verbindingsprestaties vergeleken met 1350 aluminium. Ze worden nu vermeld onder NEC artikel 310 en ASTM B800/B801 als acceptabel voor bedrading van vertakte circuits in de woning- en commerciële bouw bij gebruik met AA-gecertificeerde connectoren en apparaten.

Mechanische en structurele draadtoepassingen

Naast elektrische geleiders vervult draad van aluminiumlegering een breed scala aan dragende en functionele mechanische rollen, waarbij de combinatie van lage dichtheid, corrosieweerstand en vervormbaarheid voordelen biedt ten opzichte van staal.

• Staalkabel en kabel: Legeringsdraden uit de 5xxx- en 7xxx-serie worden getrokken en gestrand in touwconstructies voor scheepstuigage, architectonische trekconstructies en ophangsystemen. Aluminiumkabel weegt ongeveer een derde van het equivalente staalkabel, een cruciaal voordeel bij gewichtsgevoelige toepassingen zoals de tuigage van zeilboten en lichtgewicht hijssystemen.
• Veerdraad: Draden van 7075- en 7178-legeringen worden gebruikt in veertoepassingen in de lucht- en ruimtevaart en precisie-instrumenten, waarbij de veer moet werken in een corrosieve omgeving die staal zou aantasten. De elasticiteitsmodulus van aluminium (ongeveer 69 GPa) is ongeveer een derde van die van staal, dus aluminium veren moeten worden ontworpen voor een grotere doorbuiging om een ​​gelijkwaardige krachtuitvoer te bereiken.
• Lasdraad: De aluminiumlegeringsdraden uit de 4xxx-serie (siliciumhoudend) en de 5xxx-serie zijn de belangrijkste vulmaterialen voor het MIG- en TIG-lassen van aluminiumconstructies. De keuze van de legering voor lasdraad moet worden afgestemd op de samenstelling van het basismetaal om heetscheuren te voorkomen en voldoende verbindingssterkte te bereiken.
• Bepantsering en screening: Draad van aluminiumlegering wordt aangebracht als spiraalvormig pantser over stroomkabels en communicatiekabels om mechanische bescherming te bieden en, in sommige constructies, elektromagnetische afscherming. De niet-magnetische eigenschappen van aluminium zijn bijzonder waardevol bij de bepantsering van AC-kabels, waar stalen bepantsering geïnduceerde verliezen zou veroorzaken.
• Mesh en geweven producten: Fijngelegeerde draad wordt geweven in filtergaas, architectonische gaasgevels en insectenwering. Legeringen uit de 5xxx-serie hebben de voorkeur voor gaastoepassingen buitenshuis vanwege hun weerstand tegen putcorrosie zonder oppervlaktebehandeling.

Draadtrekproces en temperaanduidingen

Draad van aluminiumlegering wordt geproduceerd door gegoten staaf warm te walsen tot een tussenliggende diameter, en vervolgens koud te trekken door steeds kleinere matrijzen om de uiteindelijke draaddikte te bereiken. Elke trekgang verhardt het materiaal, waardoor de treksterkte toeneemt en de ductiliteit afneemt. De uiteindelijke mechanische eigenschappen zijn afhankelijk van zowel de samenstelling van de legering als de temperatuur die wordt bereikt door de combinatie van koud werken en eventuele daaropvolgende warmtebehandelingen.

Temper-aanduidingen volgen het Aluminium Association-systeem:

• -O (gegloeid): Volledig verzacht door warmtebehandeling na het trekken. Maximale ductiliteit, minimale sterkte. Gebruikt waar vervormbaarheid en buiglevensduur prioriteit hebben boven trekbelastingscapaciteit.
• -H1x (rekgehard): De sterkte wordt vergroot door alleen koud werken, geen daaropvolgende thermische behandeling. Het tweede cijfer geeft de verhardingsgraad aan: H11 (licht) tot en met H18 (volledig hard). Gebruikt voor niet-warmtebehandelbare legeringen zoals de 1xxx- en 5xxx-serie.
• -T6 (oplossing warmtebehandeld en kunstmatig verouderd): Toegepast op warmtebehandelbare legeringen (6xxx, 7xxx). Bereikt bijna maximale sterkte voor de legering door precipitatieharding. 6201-T81 — de standaardtemperatuur voor AAAC-geleiderdraad — wordt met een oplossing thermisch behandeld, licht koud bewerkt en vervolgens kunstmatig verouderd.
• -T9 (oplossing warmtebehandeld, kunstmatig verouderd en vervolgens koud bewerkt): Gebruikt wanneer maximale sterkte vereist is en enige vermindering van de ductiliteit acceptabel is. Minder gebruikelijk in draad dan T6/T8-varianten.

Geef bij aanschaf altijd zowel de legeringsaanduiding als de temperatuur op. Twee draden met hetzelfde legeringsnummer, maar verschillende temperaturen kunnen hebben treksterktewaarden die 50% of meer verschillen , en het specificeren van alleen het legeringsnummer zonder tempering laat de mechanische prestaties ongedefinieerd.

Belangrijke normen en certificeringen ter referentie

Draad van aluminiumlegeringen voor zowel elektrische als mechanische toepassingen valt onder een reeks internationaal erkende normen die de samenstelling, vereisten voor mechanische eigenschappen, maattoleranties en testmethoden definiëren. Het verwijzen naar de toepasselijke norm bij het specificeren of kopen van draad zorgt ervoor dat leveranciersgegevens op een consistente en verifieerbare basis worden gerapporteerd.

• ASTM B398 / B399: Omvat draad van 6201 aluminiumlegering en AAAC-geleiderconstructies. De meest gebruikte standaard voor bovengrondse transmissiegeleiderdraad op de Noord-Amerikaanse markten.
• ASTM B800 / B801: Omvat geleiderdraden van aluminiumlegering uit de 8000-serie en gevlochten geleider voor draadtoepassingen in de bouw.
• CEI 60104: Internationale norm voor draad van aluminium-magnesium-siliciumlegeringen voor bovenleidinggeleiders, grotendeels gelijkwaardig aan ASTM B398 en gebruikt als referentienorm op de Europese, Aziatische en Midden-Oosterse markten.
• EN 13602: Europese norm voor getrokken koperdraad – hier wordt verwezen omdat deze vaak wordt gebruikt als maatstaf bij het vergelijken van de geleidbaarheid en mechanische prestaties van aluminiumlegeringsdraden met koper in discussies over de vervanging van draad in gebouwen.
• AWS A5.10: Specificatie van de American Welding Society voor lasdraad en -staven van blank aluminium en aluminiumlegeringen, met betrekking tot de samenstelling van de vullegering en de vereisten voor mechanische eigenschappen.

Wanneer u draad van aluminiumlegeringen aanschaft voor kritische toepassingen, vraag dan om molentestrapporten (MTR's) die de werkelijke gemeten waarden voor treksterkte, rek en geleidbaarheid (indien van toepassing) documenteren volgens de gespecificeerde norm - niet alleen maar een verklaring van overeenstemming.