This paper describes a newly developed arc-sensing algorithm of seam-tracking for FCA W (flux-cored arc welding) horizontal fillet welding. In this algorithm, arc current and the Weighted-Are-Current (WAC) are used to adjust the position of a weld torch in directions of bead throat and weaving, respectively. The WAC, which is newly devised in this study, means that arc current in the vicinity of weaving end is more emphasized than that in the center of weaving. The reason of this is because there usually exists much noise in the center of weaving due to abrupt change of arc length in case some empty gaps exist in a fillet joint Variance analysis was performed in order to check the effect of weld parameters on arc current and the WAC. As a result, the relationships between tip-to-workpiece distance and arc current, and between weaving offset and the WAC were established.To check "the validity of the algorithm, seam-tracking experiments were performed ;mder various welding condition. The result of experiments showed a satisfactory tracking performance in the presence of empty gaps in a horizontal fillet joint.et joint.
The horizontal fillet welding is prevalently used in heavy and ship building industries to fabricate the large scale structures. A deep understanding of the horizontal fillet welding process is restricted, because the phenomena occurring in welding are very complex and highly non-linear characteristics. To achieve the satisfactory weld bead geometry in robot welding system, the seam tracking algorithm should be reliable. The number of seam tracker was developed for arc welding automation by now. Among these seam tracker, the arc sensor is prevalently used in industrial robot welding system because of its low cost and flexibility. However, the accuracy of arc sensor would be decreased due to the electrical noise and metal transfer. In this study, the signal processing algorithm based on the neural network was implemented to enhance the reliability of measured welding current signals. Moreover, the seam tracking algorithm in conjunction with the signal processing algorithm was implemented to trace the center of weld line. It was revealed that the neural network could be effectively used to predict the welding current signal at the end of weaving.
The response of the arc sensor using the welding current and/or welding voltage as its outputs has been obtained by the analysis and/or experiments of the static characteristics of arc sensor. But in order to improve the reliability of arc sensor, it is necessary to know its dynamic characteristics. So in this paper, it is presented the dynamic model of arc sensor including the power source, arc voltage, electrode burnoff rate, and wire feed rate. A numerical simulation of the dynamic model of arc sensor was implemented, computing the welding current with input of CTWD. The results of computer simulations and experiments of $CO_2$arc welding showed that a linear relationship between weaving center - weld line distance and current area difference was established. Additionally, a real-time weld seam tracking system interfaced with industrial welding robot was constructed, the result of the weld seam tracking experiment for weld line with an initial offset error of 5$^{\circ}$was good.
Among various welding parameters, the welding current which is inversely proportional to the tip-to-workpiece distance in GMAW is an essential parameter to monitor the GMAW process of horizontal fillet joints. For the case of weld defect such as overlap in horizontal fillet welding, therefore, the signal processing for process monitoring or automatic seam tracking should be modified by considering the weld pool surface geometry including the corresponding weld defect. In other words, the adequate signal processing algorithm is indispensible to improve the performance of the arc sensor. However, arc sensor algorithm already developed usually focus on weld seam tracing but do not considering the weld qualities. In this paper, various experiments were carried out to investigate the tendencies of the weld defects when weaving motion is added, and the experimental method based on 2$^n$ factorial design was proposed for deriving the mathematical model between the leg length and the various welding conditions. Moreover, a signal processing method based on the artificial neural network(Adaptive Resonance Theory) was proposed far discriminating the current signal of sound weld beads from that of weld beads with overlap. Finally, the algorithm for weld seam tracking combined with the mathematical modeling and the signal processing method was carried out to track the weld line in conjunction with the improvement of the weld qualities. The reliability of the proposed algorithms were evaluated through various experiments, which showed that the proposed algorithms could be effectively used for arc welding automation.
Welding distortion is more serious problem than any other problems caused by welding process, especially, in the heavy-industrial place. These welding distortions are caused by nonuniform heating and cooling of metal during and after welding operations. And these distortion quantities are must be known to worker in production line because distorions are important role in assembling part. Therefore an analytical model to explain and predict the welding distortion are needed. A numerical analysis of welding distortion which is inelastic behavior of weldment would require the three dimensional calculation. But computing time and memory would be very large, and the resulting cost might be unacceptable. Therefore we use a numerical technique for two dimensional analysis in the section normal to the weld direction of weldment under an assumption of quasi-stationary conditions. But the result of the calculation under two dimensional(plane strain) assumption was not satisfied as compared with experimental result. This paper proposed a technique for analysing the welding angular distortion by using a constraint boundary condition on the two dimensional finite element model. The simulation results revealed that the constraint boundary model could more reasonably describe the welding distortion than the plane strain model did.
Park, Kun-Gi;Yang, Jong-Soo;Cho, Sang-Myung;Yoon, Hun-Sung
Special Issue of the Society of Naval Architects of Korea
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2006.09a
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pp.122-127
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2006
In case of lap joint fillet welds of thin plate, the example which is applicable to Plasma Welding increases substituting for the exiting TIG Welding but the quality of Plasma arc welding has a special feature influenced sensitively by the condition of welding caused by controlling the various parts of welding torch. This research is purposed to improve lap joint fillet welds of thin plate in high quality and attain the high productivity and it is examined that how the change of electrode tip angle and Setback has an effect on the quality of welding and it is investigated how the change of Setback and Standoff has an effect on Melting efficiency using Response Surface Analysis.
As it has been well appreciated from the viewpoint of efficiency, The weld-induced deformation control is one of the most important issues in marine structure production. In the case of thin plate block, weld-induced deformation is more serious than in the case of relatively thick plate block. The heat affect zone of thin plates is wider than that of thick plates with the same heat input. Among weld-induced deformations, the buckling deformation by the shrinkage and residual stress in the weld line direction is one of the most serious deformation types. This paper is concerned with controlling buckling deformations for the thin plate fillet welds, by using the tensioning method. A numerical analysis was carried out to illustrate several dominant buckling modes due to compressive residual stress in the fillet weldsof thin plates. Then, weld tests were carried out for 20 specimens with varying plate thickness, and with different magnitudes and directions for the tension load. The results graphically represented to shaw the effect of the tensioning method in reducing the weld-induced deformation. From the present findings, it was seen that the tensioning method is a useful way to control weld-induced deformations in the fillet welds of thin plates.
Ha Chung-In;Kang Sung-Won;Kim Man-Soo;Sohn Sang-Yong;Heo Joo-Ho;Kim Myung-Hyun
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.43
no.4
s.148
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pp.476-483
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2006
Fatigue strength assessments with two types of load carrying fillet weldment under out-of-plane bending load have been carried out by using both hot spot stress and structural stress methods. In this study, a derivation for the structural stress method using shell element models is discussed in detail. Finite element analysis using shell element models have been performed for the assessment of fatigue strength. As a result of the fatigue strength evaluation for load carrying transverse fillet weldment, hot spot stress method is found to be consistent with structural stress method and measurement. Hot spot stress, however, estimated for the load carrying longitudinal fillet weldment exhibit large variation with respect to mesh size and element type while the calculated structural stress for the longitudinal fillet weldment is relatively independent of mesh size. On the other hand, drawbacks and doubts associated with applying the structural stress method such as the guidance of virtual node method have been discussed.
Investigating safer ways to design and use to prevent a loss of life and property by failure of the structures are necessary and assessing total fatigue life with initiation and propagation of fatigue crack accurately through fatigue analysis is very important. The object of this study is to examine the initial life and propagation life when the fatigue crack is introduced from the root which is likely to appear in LOP(Lack of Penetration) cruciform fillet welded structure including bridges, ships and gas storage facilities which are impossible to be fully penetrated and to measure the rate of fatigue life until the final cleavage failure. As the result, each rate of fatigue life for fatigue failure is somewhat different in the range of 5% according to the thickness of material, however, the overall rate of initial life is in the range of 34~39% and propagation life showed the range of 61~66%.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.13
no.5
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pp.110-117
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2004
In automatic welding process using a robot, seam tracking is one of the important parts. Sensor for seam tracking is divided broadly into two categories as non contact sensor and contact sensor. The arc sensor is one of the non contact sensors, and it can be applied in weaving arc and rotating arc welding process. In such the arc sensors, rotating arc sensor can be applied to high speed welding over tens of Hz. The decrease of self regulation by high rotating speed causes to improve accuracy and response of sensor. In this study, fuzzy controller was used to track the seam for the $CO_2$ arc welding which had unstable arc. It could be shown that the rotating arc sensor was better than the weaving arc sensor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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