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.
The wire-arc process is a low-cost thermal spray method simply utilizes electrical energy to melt the feedstock wire. It is more userful for field applications, especially to coat large surface area. In this paper, a special Fe-based alloy coatings by using the wire-arc process were developed. Nanoscale composite coatings were achieved either during spraying or through a post heat treatment. As-sprayed Fe-based alloy coatings had been an amorphous matrix structure, after heating to $700^{\circ}C$ for 10 minutes a solid state transformation occurred in the some fraction of amorphous matrix which resulted in the formation of nanostructured recrystallized phase. Scanning electron microscopy (SEM) and field emotional scanning electron microscope(FE-SEM) were applied to analyze the microstructure of the coatings. Additionally hardness and bend resistance of the Fe-based alloy coatings were examined, and these results were compared with those of partially stabilized zirconia(PSZ) coatings by using the plasma spray process.
Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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2006.09a
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pp.509-510
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2006
Correlations between in-flight particle, splat and coating microstructure of thermally sprayed Ni20Cr were investigated. Flame spray and arc spray systems were employed for spraying Ni20Cr powder and Ni20Cr wire, respectively. The results showed that the arc spray process produced a broader size distribution for both in-flight particles and splats compared to flame process. Flower-like splat morphology was obtained from the arc spray whereas a pancake-like splat was obtained by flame spray. Ni20Cr coating sprayed by arc process had a denser microstructure, lower porosity and better adhesion at the interface.
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.
The effect of S content in welding wires on spattering characteristics and droplet transfer phenomena was studied. In MAG welding using 80%Ar-$20%CO_2$ shielding gas, spattering characteristics and droplet transfer phenomena were varied with S content of wire. Sulfur addition in wire reduced surface tension of droplet and weld pool, and made arc more stable in MAG welding. With increasing S content, the spattering ratio and the ratio of large size spatter ($d{\geq}1.0mm$) were reduced in short circuit transfer mode. In spray transfer mode, spattering ratio, however was increased when sulfur was added more than 0.020wt.% because surface tension of droplets and weld pool was reduced too much even though arc stability was improved.
The effect of Si content in welding wires on th arc stability was investigate, in the region of short circuit transfer and spray transfer. In the region of short circuit transfer, with increasing Si content, average arcing time and average short circuit time were increased. Therefore, droplet transfer frequency was decreased, due to the increase of arcing time and peak current at the moment of arc-reiginition was increased, due to the increase of short circuit time. In the region of spray transfer, the fluctuations of arc current and arc voltage was the most stable in wire with Si content of about 00.60 wt.%.
The variation of spatter generation in gas metal arc welding with welding conditions and wire compositions was investigated and interpreted in terms of arc stability. The transition range from a short circuit mode to a spray mode in the mixed gas welding showed an unstable arc and generated the largest amount of spatters. Titanium reduced spatters only in the globular mode of $CO_2$welding and silicon and manganese showed the same effect The effect of silicon and manganese, however, was no longer seen when titanium was added simultaneously to the wire. It is believed that deoxidizers easily form oxides on the anode and make the arc stable even in DCRP welding. The wires with deoxidizers also showed low short circuit frequency, resulting in the increase of large size spatters.
The effect of Si content in welding wires on spattering characteristics and droplet transfer phenomena was studied. In MAG welding using 80% Ar-20% $CO_2$ shielding gas, spattering characteristics and droplet transfer phenomena were varied with Si content of wire. With increasing Si content, the spattering ratio and the ratio of large size spatter $(d\geq1.0mm)$ were increased. The increase of Si content in molten metal made surface tension increase due to reduction of oxygen content, which resulted from deoxidizing action of silicon. The increase of surface tension resulted in unstable transfer phenomena and arc instability in both short circuit and spray region. With changing Si content of wire, spattering characteristics and droplet transfer phenomena was directly influenced by the variation of surface tension, compared with the effect of arc stability.
Park, Ah-Young;Hammad, Muhammad A.;Kim, Sun-Rak;Yoo, Choong-D.
Journal of Welding and Joining
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v.27
no.5
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pp.88-93
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2009
While the pinch instability theory (PIT) has been widely employed to analyze the spray transfer mode in the gas metal arc welding (GMAW), it cannot predict the detaching drop size accurately. The PIT is modified in this work to increase the accuracy of prediction and to simulate the molten tip geometry to be more physically acceptable. Since the molten tip becomes a cone shape in the spray mode, the effective wire diameter is formulated that the effective diameter is inversely proportional to current square. Modifications are also made to consider the finite length of the liquid column and current leakage through the arc. While the effective diameter influences drop transfer significantly, the current leakage has negligible effects. The effects of modifications on drop transfer are analyzed, and the predicted drop diameters show good agreements with the experimental data of the steel wire.
Park, Ah-Young;Hammad, Muhammad A.;Kim, Sun-Rak;Yoo, Choong-D.
Proceedings of the KWS Conference
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2009.11a
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pp.44-44
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2009
While the pinch instability theory (PIT) has been widely employed to analyze the spray transfer mode in the gas metal arc welding (GMAW), it cannot predict the detaching drop size accurately. The PIT is modified in this work to increase the accuracy of prediction and to simulate the molten tip geometry to be more physically acceptable. Since the molten tip becomes a cone shape in the spray mode, the effective wire diameter is formulated that the effective diameter is inversely proportional to current square. Modifications are also made to consider the finite length of the liquid column and current leakage through the arc. While the effective diameter influences drop transfer significantly, the current leakage has negligible effects. The effects of modifications on drop transfer are analyzed, and the predicted drop diameters show good agreements with the experimental data of the steel wire.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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