Published September 12, 2020 | Version v1
Publication Open

The potential of wire feed pulsation to influence factors that govern weld penetration in GMA welding

Creators

  • 1. Universidade Federal de Uberlândia
  • 2. University West

Description

Abstract Derivative welding processes are in many cases capable of altering phenomena that determine fundamental aspects of weld bead formation. Some of these evolutions act over the wire feed dynamics. However, in this scenario, the effects of the wire feed pulsation on the weld bead formation governing factors have not been fully explored yet. Therefore, this work aimed at examining how a wire feed pulsation approach affects the droplet transfer in gas metal arc welding and how its interaction with the molten pool defines the weld bead penetration. Bead-on-plate weldments were produced by varying the wire feed pulsation frequency, yet keeping the same levels of arc energy and wire feed speed, with the power source operating in constant voltage and current modes. To assess the droplet transfer behavior, high-speed imaging was used. The geometry of the weld beads was compared in terms of fusion penetration. The results showed that an increase in the wire feed pulsation frequency intensifies the detachment frequency of the droplets, being possible to accomplish a stable metal transfer with them straightly projected toward the weld pool, which contributed to a centralized-increased penetration profile. Based on a descriptive model, it was demonstrated that the increase in droplet momentum or kinetic energy, due to the wire feed pulsation, was not enough to justify the penetration enhancement. It was concluded that the wire feed dynamics can also stimulate surface tension variations in the weld pool and therefore disrupt the behavior of its mass and heat convection, supporting fusion penetration.

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

Translated Description (Arabic)

عمليات اللحام المشتقة هي في كثير من الحالات قادرة على تغيير الظواهر التي تحدد الجوانب الأساسية لتشكيل خرزة اللحام. تعمل بعض هذه التطورات على ديناميكيات التغذية السلكية. ومع ذلك، في هذا السيناريو، لم يتم استكشاف تأثيرات نبض التغذية السلكية على العوامل الحاكمة لتشكيل خرزة اللحام بشكل كامل بعد. لذلك، يهدف هذا العمل إلى فحص كيفية تأثير طريقة نبض التغذية السلكية على نقل القطرات في اللحام بالقوس المعدني الغازي وكيف يحدد تفاعلها مع البركة المنصهرة اختراق خرزة اللحام. تم إنتاج عمليات اللحام بالخرز على اللوحة عن طريق تغيير تردد نبض تغذية الأسلاك، مع الحفاظ على نفس مستويات طاقة القوس وسرعة تغذية الأسلاك، مع تشغيل مصدر الطاقة في أوضاع الجهد والتيار الثابتة. لتقييم سلوك نقل القطرات، تم استخدام التصوير عالي السرعة. تمت مقارنة هندسة خرز اللحام من حيث اختراق الاندماج. أظهرت النتائج أن الزيادة في تردد نبض التغذية السلكية تكثف تردد انفصال القطرات، مما يجعل من الممكن تحقيق نقل معدني مستقر مع إسقاطها بشكل مستقيم نحو تجمع اللحام، مما ساهم في زيادة حجم الاختراق المركزي. استنادًا إلى نموذج وصفي، ثبت أن الزيادة في زخم القطرات أو الطاقة الحركية، بسبب نبض التغذية السلكية، لم تكن كافية لتبرير تعزيز الاختراق. تم التوصل إلى أن ديناميكيات تغذية الأسلاك يمكن أن تحفز أيضًا تغيرات التوتر السطحي في بركة اللحام وبالتالي تعطل سلوك كتلتها وحملها الحراري، مما يدعم اختراق الاندماج.

Translated Description (French)

Résumé Les procédés de soudage dérivés sont dans de nombreux cas capables de modifier les phénomènes qui déterminent les aspects fondamentaux de la formation des cordons de soudure. Certaines de ces évolutions agissent sur la dynamique d'alimentation du fil. Cependant, dans ce scénario, les effets de la pulsation d'alimentation du fil sur les facteurs régissant la formation du cordon de soudure n'ont pas encore été pleinement explorés. Par conséquent, ce travail visait à examiner comment une approche de pulsation d'alimentation de fil affecte le transfert de gouttelettes dans le soudage à l'arc de métal gazeux et comment son interaction avec le bain fondu définit la pénétration du cordon de soudure. Les soudures par cordon sur plaque ont été produites en faisant varier la fréquence de pulsation d'alimentation du fil, tout en conservant les mêmes niveaux d'énergie d'arc et de vitesse d'alimentation du fil, la source d'alimentation fonctionnant en modes de tension et de courant constants. Pour évaluer le comportement de transfert des gouttelettes, une imagerie à grande vitesse a été utilisée. La géométrie des cordons de soudure a été comparée en termes de pénétration de fusion. Les résultats ont montré qu'une augmentation de la fréquence de pulsation d'alimentation du fil intensifie la fréquence de détachement des gouttelettes, ce qui permet d'effectuer un transfert de métal stable avec elles directement projetées vers le bain de soudure, ce qui a contribué à un profil de pénétration accru centralisé. Sur la base d'un modèle descriptif, il a été démontré que l'augmentation de la quantité de mouvement des gouttelettes ou de l'énergie cinétique, due à la pulsation d'alimentation du fil, n'était pas suffisante pour justifier l'amélioration de la pénétration. Il a été conclu que la dynamique d'alimentation du fil peut également stimuler les variations de tension superficielle dans le bain de soudure et donc perturber le comportement de sa convection de masse et de chaleur, favorisant la pénétration de la fusion.

Translated Description (Spanish)

Resumen Los procesos de soldadura derivados son en muchos casos capaces de alterar los fenómenos que determinan los aspectos fundamentales de la formación de cordones de soldadura. Algunas de estas evoluciones actúan sobre la dinámica de alimentación de alambre. Sin embargo, en este escenario, los efectos de la pulsación de alimentación de alambre en los factores que rigen la formación del cordón de soldadura aún no se han explorado completamente. Por lo tanto, este trabajo tuvo como objetivo examinar cómo un enfoque de pulsación de alimentación de alambre afecta la transferencia de gotas en la soldadura por arco metálico con gas y cómo su interacción con el baño fundido define la penetración del cordón de soldadura. Las soldaduras de cordón sobre placa se produjeron variando la frecuencia de pulsación de alimentación de alambre, pero manteniendo los mismos niveles de energía de arco y velocidad de alimentación de alambre, con la fuente de alimentación funcionando en modos de voltaje y corriente constantes. Para evaluar el comportamiento de transferencia de gotas, se utilizaron imágenes de alta velocidad. La geometría de los cordones de soldadura se comparó en términos de penetración de fusión. Los resultados mostraron que un aumento en la frecuencia de pulsación de alimentación de alambre intensifica la frecuencia de desprendimiento de las gotitas, siendo posible lograr una transferencia de metal estable con ellas proyectadas directamente hacia el baño de soldadura, lo que contribuyó a un perfil de penetración aumentado centralizado. Con base en un modelo descriptivo, se demostró que el aumento en el momento de la gota o la energía cinética, debido a la pulsación de alimentación de alambre, no era suficiente para justificar la mejora de la penetración. Se concluyó que la dinámica de alimentación de alambre también puede estimular las variaciones de tensión superficial en el baño de soldadura y, por lo tanto, interrumpir el comportamiento de su convección de masa y calor, apoyando la penetración de la fusión.

Files

s00170-020-06037-8.pdf.pdf

Files (5.5 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
md5:5d32021fe7be1066df8f38a15f0bdf39
5.5 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
إمكانات نبض تغذية الأسلاك للتأثير على العوامل التي تحكم اختراق اللحام في لحام GMA
Translated title (French)
Le potentiel de la pulsation d'alimentation du fil pour influencer les facteurs qui régissent la pénétration de la soudure dans le soudage GMA
Translated title (Spanish)
El potencial de la pulsación de alimentación de alambre para influir en los factores que rigen la penetración de la soldadura en la soldadura GMA

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3086763824
DOI
10.1007/s00170-020-06037-8

Is supplement to
https://openalex.org/W4320149900 (Other)
https://openalex.org/W3021102970 (Other)
https://openalex.org/W3004907657 (Other)
https://openalex.org/W2466354280 (Other)
https://openalex.org/W2371119440 (Other)
https://openalex.org/W2368417975 (Other)
https://openalex.org/W2338478259 (Other)
https://openalex.org/W2117082278 (Other)
https://openalex.org/W2094985184 (Other)
https://openalex.org/W2081004343 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1972337999
  • https://openalex.org/W2017777000
  • https://openalex.org/W2026934995
  • https://openalex.org/W2032329641
  • https://openalex.org/W2043974734
  • https://openalex.org/W2076321820
  • https://openalex.org/W2087287300
  • https://openalex.org/W2094337968
  • https://openalex.org/W2130945429
  • https://openalex.org/W2175359855
  • https://openalex.org/W2176119512
  • https://openalex.org/W2302138512
  • https://openalex.org/W2725344928
  • https://openalex.org/W2909479892
  • https://openalex.org/W2915811735
  • https://openalex.org/W2946303608
  • https://openalex.org/W2954872814
  • https://openalex.org/W3016278175