Published March 24, 2024 | Version v1
Publication Open

Operational performance and metal droplet formation in pulsed-shielded metal arc underwater welding

Creators

  • 1. Leibniz University Hannover
  • 2. Universidade Federal de Minas Gerais

Description

Abstract Underwater Shielded Metal Arc Welding (SMAW) is highly affected by the welding depth. The arc and molten metal in contact with the surrounding environment cause operational and metallurgical challenges regarding arc stability, metal transfer, gas formation, high-cooling rates, and diffusible hydrogen uptake. The hydrostatic pressure causes losses in consumable fusion efficiency, constricts the arc, increases the number of short-circuit events, and consequently decreases the welded joint's process quality. In the present study, the novel approach of pulsed welding current is applied to wet shielded metal arc welding and is operational characteristics are evaluated in detail. Automated welding using an arc-voltage control system was used to obtain reproducible results. For the pulse conditions, two values of pulse current combinations, taking 140 A as the mean value, were set (Δ I of 40 A and 80 A). The same pulse and base duration were chosen, giving pulsing frequencies of 2.5 Hz and 25 Hz. The voltage and current signals were acquired and the short-circuit numbers and melting rates were calculated by processing the data stability factors. As a result, it was possible to weld with lower average welding currents through pulsed-current technology. This new approach can improve the stability of the wet SMAW process and contribute to obtaining better-quality welds without any changes for the underwater welder.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يتأثر اللحام التجريدي بالقوس المعدني المحمي تحت الماء (SMAW) بشكل كبير بعمق اللحام. يسبب القوس والمعادن المنصهرة الملامسة للبيئة المحيطة تحديات تشغيلية ومعدنية فيما يتعلق باستقرار القوس ونقل المعادن وتكوين الغاز ومعدلات التبريد العالية وامتصاص الهيدروجين القابل للانتشار. يتسبب الضغط الهيدروستاتيكي في خسائر في كفاءة الاندماج الاستهلاكي، ويضيق القوس، ويزيد من عدد أحداث الدائرة القصيرة، وبالتالي يقلل من جودة عملية الوصلة الملحومة. في هذه الدراسة، يتم تطبيق النهج الجديد لتيار اللحام النبضي على اللحام بالقوس المعدني المحمي الرطب ويتم تقييم الخصائص التشغيلية بالتفصيل. تم استخدام اللحام الآلي باستخدام نظام التحكم في الجهد القوسي للحصول على نتائج قابلة للتكرار. بالنسبة لظروف النبض، تم تعيين قيمتين لتوليفات تيار النبض، مع أخذ 140 A كقيمة متوسطة، (Δ I من 40 A و 80 A). تم اختيار نفس مدة النبضة والقاعدة، مما يعطي ترددات نبضية تبلغ 2.5 هرتز و 25 هرتز. تم الحصول على إشارات الجهد والتيار وتم حساب أرقام دائرة القصر ومعدلات الانصهار من خلال معالجة عوامل استقرار البيانات. ونتيجة لذلك، كان من الممكن اللحام بتيارات لحام منخفضة المتوسط من خلال تقنية التيار النبضي. يمكن أن يحسن هذا النهج الجديد استقرار عملية SMAW الرطبة ويساهم في الحصول على لحامات ذات جودة أفضل دون أي تغييرات للحام تحت الماء.

Translated Description (French)

Résumé Le soudage à l'arc métallique sous protection sous-marine (SMAW) est fortement affecté par la profondeur de soudage. L'arc et le métal fondu en contact avec le milieu environnant posent des problèmes opérationnels et métallurgiques en ce qui concerne la stabilité de l'arc, le transfert de métal, la formation de gaz, les taux de refroidissement élevés et l'absorption d'hydrogène diffusible. La pression hydrostatique provoque des pertes d'efficacité de fusion des consommables, resserre l'arc, augmente le nombre d'événements de court-circuit et, par conséquent, diminue la qualité du processus du joint soudé. Dans la présente étude, la nouvelle approche du courant de soudage pulsé est appliquée au soudage à l'arc métallique à blindage humide et ses caractéristiques opérationnelles sont évaluées en détail. Le soudage automatisé à l'aide d'un système de contrôle de la tension d'arc a été utilisé pour obtenir des résultats reproductibles. Pour les conditions d'impulsion, deux valeurs de combinaisons de courant d'impulsion, en prenant 140 A comme valeur moyenne, ont été définies (Δ I de 40 A et 80 A). La même durée d'impulsion et de base a été choisie, donnant des fréquences d'impulsion de 2,5 Hz et 25 Hz. Les signaux de tension et de courant ont été acquis et les nombres de courts-circuits et les vitesses de fusion ont été calculés en traitant les facteurs de stabilité des données. En conséquence, il a été possible de souder avec des courants de soudage moyens plus faibles grâce à la technologie à courant pulsé. Cette nouvelle approche peut améliorer la stabilité du procédé SMAW humide et contribuer à l'obtention de soudures de meilleure qualité sans aucun changement pour le soudeur sous-marin.

Translated Description (Spanish)

La soldadura por arco metálico blindado subacuático (SMAW) se ve muy afectada por la profundidad de la soldadura. El arco y el metal fundido en contacto con el entorno circundante causan desafíos operativos y metalúrgicos con respecto a la estabilidad del arco, la transferencia de metal, la formación de gas, las altas tasas de enfriamiento y la absorción de hidrógeno difusible. La presión hidrostática causa pérdidas en la eficiencia de fusión de los consumibles, constriñe el arco, aumenta el número de eventos de cortocircuito y, en consecuencia, disminuye la calidad del proceso de la junta soldada. En el presente estudio, el nuevo enfoque de la corriente de soldadura pulsada se aplica a la soldadura por arco metálico con blindaje húmedo y sus características operativas se evalúan en detalle. Se utilizó soldadura automatizada mediante un sistema de control de tensión de arco para obtener resultados reproducibles. Para las condiciones de pulso, se establecieron dos valores de combinaciones de corriente de pulso, tomando 140 A como valor medio (Δ I de 40 A y 80 A). Se eligió la misma duración de pulso y base, dando frecuencias de pulso de 2,5 Hz y 25 Hz. Se adquirieron las señales de voltaje y corriente y se calcularon los números de cortocircuito y las tasas de fusión mediante el procesamiento de los factores de estabilidad de los datos. Como resultado, fue posible soldar con corrientes medias de soldadura más bajas a través de la tecnología de corriente pulsada. Este nuevo enfoque puede mejorar la estabilidad del proceso SMAW húmedo y contribuir a obtener soldaduras de mejor calidad sin ningún cambio para el soldador submarino.

Files

s43452-024-00916-7.pdf.pdf

Files (8.8 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:104d4115aae40e42906675344859986b
8.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الأداء التشغيلي وتشكيل القطرات المعدنية في اللحام بالقوس المعدني المحمي بالنبض تحت الماء
Translated title (French)
Performances opérationnelles et formation de gouttelettes métalliques dans le soudage sous-marin à l'arc métallique sous protection pulsée
Translated title (Spanish)
Rendimiento operativo y formación de gotitas metálicas en soldadura subacuática de arco metálico protegido por pulsos

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4393126787
DOI
10.1007/s43452-024-00916-7

Is supplement to
https://openalex.org/W4309088921 (Other)
https://openalex.org/W4244570365 (Other)
https://openalex.org/W4239604946 (Other)
https://openalex.org/W4234481874 (Other)
https://openalex.org/W3143705567 (Other)
https://openalex.org/W3045679474 (Other)
https://openalex.org/W2939834046 (Other)
https://openalex.org/W2917010706 (Other)
https://openalex.org/W2466133014 (Other)
https://openalex.org/W2092022911 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1538793638
  • https://openalex.org/W1963886562
  • https://openalex.org/W2000766821
  • https://openalex.org/W2078380454
  • https://openalex.org/W2515424032
  • https://openalex.org/W2532278985
  • https://openalex.org/W2566164614
  • https://openalex.org/W2753772285
  • https://openalex.org/W2756090605
  • https://openalex.org/W2977180392
  • https://openalex.org/W2998959126
  • https://openalex.org/W3023051711
  • https://openalex.org/W3081254961
  • https://openalex.org/W3095812389
  • https://openalex.org/W3105380460
  • https://openalex.org/W3107389266
  • https://openalex.org/W3116726556
  • https://openalex.org/W3119647831
  • https://openalex.org/W3155877178
  • https://openalex.org/W3156114650
  • https://openalex.org/W3202830658
  • https://openalex.org/W3203431351
  • https://openalex.org/W3215265105
  • https://openalex.org/W4245904885
  • https://openalex.org/W4285596475
  • https://openalex.org/W4309829703
  • https://openalex.org/W4317214023
  • https://openalex.org/W4318260262
  • https://openalex.org/W4379051971
  • https://openalex.org/W4385972586
  • https://openalex.org/W4386469558
  • https://openalex.org/W565348043