Recent developments of Laser metal 3D deposition with wire feeding are reviewed which provide an alternative to powder feeding method. The wire feeding direction, angle and position as well as laser power, wire feeding rate, and deposition speed are found to be key parameters to make quality deposition with high throughput. When compared with the powder feed, the wire feed shows higher material efficiency, higher deposition rate, and smoother surface. Large elongated columnar grains which have epitaxial growth across deposit layers are observed in deposit cross sections. The growth direction is parallel to the thermal gradient during the deposit process. Tensile properties are found to be dependent on the direction due to the anisotropic deposit property. A real-time feedback control is demonstrated to be effective to improve the deposition stability.
In this study, the experiments were earried out for the purpose of the clarifying the optimum metal arc spraying conditions, such as spraying distance, wire feed speed, arc current, etc, by using the stainless steel wire ER 308L. Main results obtained are as follows: 1. Optimum spraying distance is closely related to the equilibrium temperature of base material in back surface. 2. The size fused metal particles is increased according to the temperature of fused metal. 3. The maximum adhesion strength of coatings is obtained under the optimum spraying conditions of which the temperature of fundamental is maximum.
GMAW(Gas Metal Arc Welding) processes are usually used in industrial side in order to get its high productivity. But those are only adopted in the semi-automated welding equipment because of a lot of welding spatters. Many industrial robot actually percents from being engaged in the welding processes. The welding spatter problem of causes blocking them being a fully automated welding process.This study was carried out to investigate the optimal conditions for minimizing welding spatter generation at GMAW robot. The spatter can be significantly reduced below 2% of welding spatter generation at the following conditions ; First, below 18V at the wire-feed rate 2.0mm/min Second, below 23V at the wire-feed rate 3.6mm/min Third, below 24V at the wire-feed rate 5.5mm/min.
The arc stability and the metal transfer mode of high deposition GMA welding were investigated using various compositions of shielding gas with two types of filler, ie solid wire and metal cored wire. As for a solid wire, the transfer mode changed from axial spray to rotational spray with increasing wire feed rate (welding current) and the transition current was different with the gas composition. The gas composition also affected the apparent stability of rotating arc. As for a metal cored wire, on the other hand, no transition occurred and thus spray transfer mode could be applied with the welding current over 500A (deposition rate over 300g/min). Looking for the development of high deposition GMA welding process, above results were discussed in two different ways, one is to elevate the transition current, the other is to stabilize the rotational transfer mode.
Weld overlay has been developed to improve the property of material surface which is used in the severe environment. Weld overlay is the process which uses an arc heat and welds different composition of alloy on the substrate for the improvements of heat resistance and wear resistance. Weld overlay has a lot of advantages which are high hardness, good processing efficiency, easy controlling of layer thickness, good quality and low cost. In this study, weld overlay was performed by MAG welding on the base metal(SS400) with filler metal which contain composite powders(Cr+C+Mn+Mo+NbC) and solid wire(JIS-YGW11). Characterization of hardness and wear resistance were analyzed by EDS, EPMA, XRD and observations of microstructure were performed to investigate characteristics of overlays. The experimental results of overlaid specimens manufactured with Cr+C+Mn+Mo+NbC powders were obtained as fellows. ${\alpha}-phase$, M(Fe, Cr)3C and NbC of overlays were increased with decreasing the wire feed rates and increasing powder feed rates. Also the hardness of overlays were increased and the specific wear were decreased.
Weld quality of GMA welding processes is closely related to arc stability. Although many researches on arc stability have been performed, real-time estimation of arc stability has not been attempted. For instance, Mita proposed a off-line statistical method in which short circuiting and arcing time, and voltage and current wave forms were sampled to assess arc stability. But this method is not suitable to assess arc stability for GMA welder which employ inverter power source due to its controlled current and voltage wave forms. In this paper, the relationship between are stability and wire feed rate fluctuation is analyzed to propose new criterion for inverter power source. When arc voltage and arc current and arcing time are analyzed, we can assess arc stability only for short circuit transfer mode. When wire feed rate is analyzed, we can estimate arc stability udner the condition of spray transfer mode as well. Hence, the wire feed rate is chosen for monitoring process variable to cover possible metal transfer modes in GMAW. Through this research, it has been identified that arc stability in GMA welding processes is closely related to wire fed rate. When inverter power source is used, conventional statistical method of estimating arc stability, such as Mita index, is no longer valid due to its controlled voltage and current wave forms. Arc stability has been also examined in phase plane diagram.
Generally the control method of wire feeding motor in welding machine has been used full-wave phase control method. The fire-angle control generates low frequency speed ripple, and it causes the output current ripple. So it results in the variation of welding condition and low welding performances such as spatter generation and bead state. For the purpose of welding performances improvement by speed controller in wire feeding motor, in this paper the constant speed control method for welding machine is proposed. The proposed system is composed of speed control loop and current control loop. As a result of experiment by using proposed constant wire feed experiment by using proposed constant wire feed speed controller, the output voltage and current waveform and metal transfer are maintained stably. And moreover the number of instantaneous short circuit occurrence is reduced remarkably.
In this study, wire was used as the filler material for the laser repair welding, and the phenomenon in which the supplied filler material was melted and beaded down into the specimen was examined with varying laser powers and welding speeds. The optimal processing condition was found to be the laser power of 1,300 W, the welding speed and feed wire supply speed of 0.5 ml/in and the defocused distances of +2mm. At this time, the heat input(E) was $65{\sim}75\;J/mm^2$, and no internal defect occurred. When repair welding was carried out as the optimal processing for the part that had an external defect with the radius of 2mm, the filler metal was melted, resulting in the volume smaller than the defect part and thus causing the part unfilled. Therefore, it was found to be necessary to carry out repair welding two to three times by multiple passes rather than does it only once by single pass.
Overlays is a treatment of the surface and near-surface regions of a material to allow the surface to perform functions that are distinct from those frictions demanded far the bulk of the material. Welding, thermal spray, quenching, carburizing and nitration have been used as the surface treatment. Especially, weld overlay is a relatively thick layer of filler metal applied to a carbon or low-alloy steel base metal for the purpose of providing a wear resistant surface. In this study, weld overlay was performed by MAG welding on the base metal(SS400) with filler metal which contain composite powders($Cr_3C_2+Mn+Mo+NbC$) and solid wire(JIS-YGW11). Characteristics of hardness and wear resistance on overlays were analyzed by EDS, EPMA, XRD and microstructures. Carbide formations were $M(Cr, Fe)_7C_3$ and NbC phases. And carbide volume fraction, hardness and specific wear resistance of overlays were increased with increasing powder feed rate and decreasing wire fred rate. Hardness and wear resistance were almost proportioned to carbide volume fraction of overlay.
Dynamic behaviors of the GMAW system are simulated using the short-circuit transfer model and the characteristic equations fir the power supply, wire system and arc. The conventional wire equation, which relates the rate change of the wire extension to the wire feed rate and melting rate, is modified to include effects of the molten drop attached at the wire tip. The modified wire equation describes behaviors of the GMAW system more precisely and provides information about the initial bridge volume for short-circuit transfer. The proposed short-circuit model predicts the variation of parameters such as the current, voltage, short-circuit frequency and time considering the effects of the surface tension and electromagnetic force due to current. The calculated results are in broad agreements with the experimental results under the argon shielding condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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