Spelling suggestions: "subject:"gasmetallbågsvetsning"" "subject:"gasmetalbågsvetsning""
1 |
Gas Metal Arc Melt Pool Modelling : Effect of welding position and electromagnetic force modeAryal, Pradip January 2021 (has links)
Gas metal arc is a high-efficiency and widely used heat source for metal processing applied predominantly in welding and additive manufacturing. In this study, it was applied to welding. It offers high productivity, low production and investment cost, as well as suffers from some drawbacks such as humping or undercut when welding large parts that are curved and impose changing the orientation of the welding torch along the joint path. Deeper process understanding was therefore sought to mitigate these drawbacks. The difficulty is then the non-lineardependence of the process to the welding parameters and material properties. Besides, visual observation of this process is also difficult. For instance, the elevated temperature and the intense radiative emission from the electric arc, smoke, spatter, as well as the non-transparency of the processed alloy can hinder in-process observation or limit it. Process simulation provides a complementary means to reach process knowledge. It was thus the approach used in this study. For this, a thermo-fluid melt pool model that can predict melting and solidification, track free surface deformation, metal transfer, and coalescence with the melt pool was developed. Two main research questions were identified and addressed.The first one led to studying the effect of the substrate orientation during multilayer welding of a V-groove joint with INVAR and gas metal arc. It was foundthat the force balance in the melt pool changes significantly when the workpieceorientation is changed, resulting in distinct melt flow patterns, melt pool and bead geometries, and in some conditions defect initiation such as humping, undercut, and lack of fusion. As a result, multi-layer welding with flat substrate and downhill welding of a 20◦ inclined substrate are recommended with these process conditions. On the contrary, welding of a side inclined substrate and uphill welding of a 20◦ inclined substrate are not recommended. The second question gave rise to the comparative investigation of the three electromagnetic force models commonly used when modelling a melt pool produced by an electric arc. The underlying modelling assumptions were retrieved and investigated. It was found that each of these three models predicts a different melt flow pattern, different heat convection, melt pool shape, free surface oscillation, and interaction with the transferred metal drops, and thus result in different bead geometry. All these models can be adjusted to predict the penetration depth, however, only the most complete of them is recommended for developing a predictive melt pool model. For this, it is proposed as a future work to improve this model through predicting an electromagnetic force that takes also into account the local deformation of the free surface. / Gasmetallbåge är en effektiv och allmänt använd värmekälla vid svetsning och additiv tillverkning. I denna studie tillämpas den på svetsning. Den erbjuder hög produktivitet, låg kostnad vid inköp och användning, såväl som vissa nackdelarsom ojämn "bucklig" svetssträng och smältdiken vid svetsning av stora komponenter som är krökta och medför att svetsbrännarens orientering ändras utmed fogen. Bättre processförståelse eftersträvas därför för att mildra dessa nackdelar. En utmaning är processens icke-linjära beroende av svetsparametrarna och materialegenskaperna. Dessutom är experimentell optisk övervakning svår. Till exempel kan den höga temperaturen och den intensiva elektromagnetiska strålningen från ljusbågen, rök, sprut, såväl som legeringens ogenomskinlighet, förhindra observation under processen eller begränsa den. Processimulering erbjuder en komplementär metod för att nå processkunskap. Det är alltså detta tillvägagångssätt som används i denna studie. För detta har en modell av värme och materialflödena i smältan utvecklats som kan prediktera smältning och stelning, spåra smältytans deformation, metallflöde och koalescens med smältan.Två huvudsakliga forskningsfrågor har identifierats och adresserats. Den första studerade gravitationens påverkan vid flersträngs-, gasmetallbågsvetsning av V-fogar i INVAR. Olika svetslägen har visat sig ha en betydande påverkan på kraftbalanserna i svetssmältan vilket resulterar i distinkta smältflöden, smält- och svetsförbandgeometrier, och under vissa förhållanden svetsdefekter såsom ojämn "bucklig" svetssträng, smältdiken och bindfel. Som ett resultat rekommenderas horisontellt och 20◦ fallande läge vid flersträngssvetsning, medan 20◦ stigande och sidolutande inte rekommenderas. Den andra frågan undersökte inverkan av de tre huvudsakliga modellerna för den elektromagnetiska kraften som idag används vid svetssimuleringar. För modelleringen har antaganden lagts fram och undersökts. Det visade sig att de tre modellerna predikterar olika flödesmönster i smältan, olika värmekonvektion, smältgeometri, ytvågor och interaktion med de överförda metalldropparna, och därmed också predikterar olika svetsstränggeometrier. Alla tre modeller kan justeras för att prediktera svetspenetrationen, men endast den mest kompletta av dessa rekommenderas för sant prediktiv modellering. Det föreslås också att ytterligare förbättra den mest kompletta modellen så att det elektromagnetiska kraftfältet följer deformationen av den fria smältytan. / <p>Submitted papers or manuscripts have been excluded from the fulltext file. </p>
|
2 |
Jämförelse mellan vågformsstyrda processer och konventionell spraybåge vid användning av solidtråd : Möjligheter att uppnå av Volvo CE ställda krav och potentiella vinster / Comparison between waveform-controlled processes and conventional spray arc when using solid wire : Opportunities to achieve requirements set by Volvo CE and potential benefitsKARLSSON, DANIEL January 2021 (has links)
Detta arbete har genomförts vid Volvo Construction Equipment i Braås. I nuläget används konventionell spraybågssvetsning med metallpulverfylld rörtråd i produktionen. Ett alternativ som övervägs är att byta till solidtråd. Huvudsyftet med detta arbete har varit att utreda huruvida några utvalda processer med 1.2 mm solidtråd är kapabla att producera ensträngs kälsvetsar som uppfyller av Volvo CE ställda krav: - Minst 3 mm i-mått. - Teoretiskt a-mått mellan 4 och 5.5 mm. - Svetsklass VD enligt Volvo standard STD 181-0004. - Kompatibel med fogföljning via ljusbåge. - Ingen spalt mellan plåtarna tillåten. Arbetet inleddes med en litteraturstudie för att framförallt beskriva svetsparametrars inverkan på svetsens inträngningsprofil och geometri. Ett stort antal svetsförsök utfördes med konventionell spraybåge samt de vågformsstyrda processerna Fronius PMC och Lincoln Electrics RapidArc. Försöken genomfördes i PA och i PB läge. I PB läget orienterades förbandet dels med gränsytan mellan plåtarna horisontellt och dels vertikalt. Flertalet av försöken genomfördes med svetstraktor. Kompletterande försök genomfördes med svetsrobot. Inträngning och kvalité bedömdes framförallt genom makroprov och syning, men också genom lasermätning. Vid inledande faktorförsök med RapidArc, PMC och konventionell spraybågsprocess användes trådmatningshastighet 13 och 15 m/min i kombination med svetshastighet 55 och 65 cm/min. Försöken visade att i PB läge med horisontell gränsyta kan 3 mm i-mått uppnås med trådmatningshastigheten 13 m/min och svetshastigheten 55 cm/min. Under avslutande svetsförsök med PMC i PB läge med gränsytan vertikalt vid 60 cm/min svetshastighet, pendling och 14.5-15.5 m/min trådmatningshastighet erhölls i-mått avsevärt överstigande 3 mm. Vid svetsförsök i PB läge med solidtråd uppnåddes kraven på 3 mm i-mått och mjuka fattningskanter med ökad svetshastighet jämfört med ett typiskt produktionsfall. I PA läge erhölls mindre skillnad gentemot ett produktionsfall. Genom ytterligare optimering av svetsprocesserna är det dock inte orimligt att svetshastigheterna kan ökas utan försämrade i-mått och fattningskanter. Möjlig kostnadsreducering för tillsatsmaterialet vid övergång till solidtråd är 30-50% beroende på att solidtråden är billigare än metallpulverfylld rörtråd. Ytterligare kostnadsreducering kan erhållas genom förbrukning av mindre mängd tillsatsmaterial. Vid genomförde svetsförsök har mindre mängd tillsatsmaterial tillförts jämfört med typiska produktionsfall. Både den konventionella spraybågsprocessen och de vågformsstyrda processerna är kapabla att producera de eftersträvade svetsarna med solidtråd. Här måste dock ett ”varnade finger” höjas; vid svetsningen krävs god kontroll av elektrodvinklarna och elektrodens position relativt fogens rot, annars erhålls betydligt sämre resultat. / This thesis has been performed at Volvo Construction Equipment in Braås. Currently, conventional MAG spray transfer with metal cored wire is used in the production. The company is now considering switching from metal cored wire to solid wire. The main purpose of this thesis has been to investigate whether a few selected processes used with 1.2 mm solid wire are capable of producing single pass fillet welds that conform to the following requirements set by Volvo CE: - Minimum i-dimension 3 mm. - Theoretical throat thickness between 4 and 5.5 mm. - Weld class VD according to Volvo standard STD 181-0004. - Compatible with Through Arc Seam Tracking. - No gap between the plates is allowed. A literature study was performed primarily in order to describe the influence of weld parameters on the weld and penetration profile. A large number of weld trials were performed with conventional spray transfer and the two waveform controlled processes Fronius PMC and Lincoln Electrics RapidArc. The weld trials were performed in the weld positions PA and PB. For PB the joint root was orientated both horizontally and vertically. For the majority of trials a weld tractor was used. Complementary trials were performed by a robot. Weld testing consisted primarily of macro etch testing and visual inspection but also laser scanning. The initial trials with RapidArc, PMC and conventional spray transfer were performed with the wire feed speeds 13 and 15 m/min in combination with the travel speeds 55 and 65 cm/min. The trials showed that when using weld position PB with a horizontal joint root, 3 mm i-dimension can be achieved by using wire feed speed 13 m/min and travel speed 55 cm/min. Final trials with PMC were performed in weld position PB with a vertical joint root using wire feed speeds 14.5-15.5 m/min, a travel speed of 60 cm/min and weaving resulting in i-dimensions much greater than 3 mm being achieved. Using solid wire in weld position PB, welds with 3 mm i-dimension and good wetting of the toes were produced with increased travel speed compared to a typical production case. However, in weld position PA less difference was obtained compared to a typical production case. By further optimizing the weld processes it is not unlikely that the travel speeds can be increased while maintaining the i-dimension and good wetting of the toes. A possible cost reduction for the filler material is 30-50% because solid wire is cheaper than metal cored wire. Using less filler material will result in additional cost reductions. During performed weld trials less filler material was used compared to current production scenarios. Both the conventional spray transfer process and the waveform controlled processes are capable of producing the desired welds with solid wire. However, a cautionary tale must be told: when welding, good control of the electrode angles and position relative to the joint root is needed otherwise much worse results will be obtained.
|
Page generated in 0.0931 seconds