A computational investigation of the effectiveness of different shielding gas mixtures for arc welding

Murphy, Anthony B.; Tanaka, Manabu; Tashiro, Shinichi; Sato, Toyoyuki; Lowke, J. J.

doi:10.1088/0022-3727/42/11/115205

Cited by 110 publications

(63 citation statements)

References 48 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…for 200 A in [15]). Results in [16] for 150 A are rather comparable. As pointed out in [17], higher temperatures near the cathode result from the model if the arc cathode attachment (the application range of the sheath model as explained in Section 3) is restricted to a proper part of the cathode.…”

Section: Resultsmentioning

confidence: 72%

Cathode fall voltage of TIG arcs from a non-equilibrium arc model

et al. 2014

View full text Add to dashboard Cite

This work presents modelling results concerning a tungsten inert gas (TIG) welding arc. The model provides a consistent description of the free burning arc, the arc attachment and the electrodes. Thermal and chemical nonequilibrium is considered in the whole arc area, and a detailed model of the cathode space-charge sheath is included. The mechanisms in the cathode pre-sheath are treated in the framework of a non-equilibrium approach which is based on a twofluid description of electrons and heavy particles and a simplified plasma chemistry of argon. A consistent determination of the electrode fall voltages and temperature distributions is achieved. The model is applied to arcs in pure argon at currents up to 250 A, whereby welding of a workpiece made of mild steel with a fixed burner is considered. Arc voltages in the range from 12 to 17 V are obtained at 50 at 250 A, respectively. The space-charge sheath voltage is found to be about 7 V and almost independent of the current. The corresponding temperatures of the cathode tip are in the range from 3,000 K to about 3,800 K. The results obtained are in a good agreement with measurements.

show abstract

Section: Resultsmentioning

confidence: 72%

Cathode fall voltage of TIG arcs from a non-equilibrium arc model

et al. 2014

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Indukcja pola magnetycznego , która pojawia się we wzorze (2), także musi być obliczona, np. ze wzoru na potencjał pola magnetycznego : (5) gdzie:…”

Section: Gęstość Natężenia Prądu Jest Dana Wzoremunclassified

Wpływ oparów metalicznych na spawanie łukowe, część 2: Obliczanie

Murphy

2012

Przegląd Spawalnictwa

View full text Add to dashboard Cite

Wpływ oparów metalicznych na spawanie łukowe, część 2: Obliczanie the effects of metal vapour in arc welding, part 2: calculation Streszczenie W części 2 artykułu omówiono sposoby modelowania i obliczania parametrów łuku spawalniczego w metodach TIG i MIG/MAG. Przedstawiono również metodykę prowadzenia obliczeń właściwości termodynamicznych, współczynników przenoszenia i współczynników dyfuzji. abstractThis part is concerned with computational modelling of welding arcs and the influence of metal vapour. Methods used in modelling, including equations, transport properties, treatment of metal vapour diffusion, radiative emission coefficients and vaporization rates are presented. Metody modelowania matematycznego łuku spawalniczego RównaniaObliczeniowe modelowanie plazmy w łuku spawalniczym oparte jest na komplecie sprzężonych równań różniczkowych cząstkowych wyrażających zachowanie masy, pędu, energii i ładunku. Poniżej przytoczono równania w typowej postaci z członami: zależnym od czasu i konwekcyjnym po lewej stronie oraz członami: dyfuzyjnym i źródła po prawej stronie równania.Równanie na ciągłość masy:gdzie: p -gęstość masy, -prędkość przepływu, t -czas.Równanie na zachowanie pędu:gdzie: p -ciśnienie, -tensor naprężeń, -gęstość prądu, -indukcja pola magnetycznego, -przyspieszenie ziemskie.Człony po prawej stronie opisują odpowiednio: siły spowodowane gradientem ciśnienia, napręże-niem lepkim, siłę magnetyczną (Lorentza) oraz siłę grawitacji.Równanie na zachowanie energii:gdzie: h -entalpia, σ -przewodność elektryczna, U -wypadkowy współczynnik emisji promieniowania, k -przewodność cieplna, c P -ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu, k B -stała Boltzmanna, e -wartość ładunku elektronu.Wyrażenia po prawej stronie opisują odpowiednio: grzanie oporowe, emisję promieniowania, przewodność cieplną oraz przekaz energii wynikający z przepływu elektronów. Entalpia jest całką ciepła właściwego po temperaturze, a temperaturę w dowolnym punkcie można obliczyć z entalpii w tym właśnie punkcie. Metoda wypadkowego współczynnika emisji promieniowania jest powszechnie stosowana do przenoszenia promieniowania. Jeśli stosowana jest inna metoda, wówczas człon na emisję promieniowania we wzorze (3) musi zostać zmieniony.Równanie na ciągłość prądu:gdzie: ϕ -potencjał elektryczny.anthony B. Murphy -CSIRO Materials Science and Engineering, Australia. Przegląd sPawalnictwa 7/2012Gęstość natężenia prądu jest dana wzorem Indukcja pola magnetycznego , która pojawia się we wzorze (2), także musi być obliczona, np. ze wzoru na potencjał pola magnetycznego : (5) gdzie:.W spawaniu łukowym z gazem osłonowym i oparami metalicznymi potrzebne jest również równanie wyrażające zachowanie masy oparów metalicznych. Zazwyczaj zakłada się, że plazma zawiera dwa osobne składniki: opary metaliczne i gaz osłonowy. Dlatego substancje pochodzące od oparów metalu (np. Fe, Fe + , Fe 2+ , Fe 3+ itd. dla oparów żelaza) są traktowane jako jeden gaz, a te od gazu osłonowego (np. Ar, Ar+, Ar 2+ , Ar 3+ itd. dla argonu) jako inny gaz. Elektrony są podzielone pomię...

show abstract

“…As discussed in [31], the increased arc constriction can be explained in terms of the high volumetric enthalpy of CO 2 . According to the 'thermal pinch' effect discussed by Tanaka and co-workers [39,40], the cross-sectional area through which heat flows is approximately inversely proportional to the volumetric enthalpy (the product of the stationary mass density and the specific enthalpy) averaged over the cross-sectional area, so the higher volumetric enthalpy decreases the cross-sectional area.. The higher current density in turn increases the resistive heating and the magnetic pinch force, thereby increasing the temperature and flow velocity.…”

Section: Arc Behaviour and Interactionsmentioning

confidence: 99%

Three-dimensional modelling of arc behaviour and gas shield quality in tandem gas–metal arc welding using anti-phase pulse synchronization

Schnick¹,

Wilhelm²,

Lohse³

et al. 2011

J. Phys. D: Appl. Phys.

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

The paper presents a transient three-dimensional model of an anti-phase-synchronized pulsed tandem gasmetal arc welding process, which is used to analyze arc interactions and their influence on the gas shield flow. The shielding gases considered are pure argon and a mixture of argon with 18% CO 2. Comparison of the temperature fields predicted by the model with high-speed images indicates that the essential features of the interactions between the arcs are captured. The paper demonstrates strong arc deflection and kinking, especially during the low-current phase of the pulse, in agreement with experimental observations. These effects are more distinct for the argon mixture with 18% CO 2 . The second part of the paper demonstrates the effects of arc deflection and instabilities on the shielding gas flow and the occurrence of air contamination in the process region. The results allow an improved understanding of the causes of periodic instabilities and weld seam imperfections such as porosity, spatter, heat-tint oxidation and fume deposits.

show abstract

A computational investigation of the effectiveness of different shielding gas mixtures for arc welding

Cited by 110 publications

References 48 publications

Cathode fall voltage of TIG arcs from a non-equilibrium arc model

Cathode fall voltage of TIG arcs from a non-equilibrium arc model

Wpływ oparów metalicznych na spawanie łukowe, część 2: Obliczanie

Three-dimensional modelling of arc behaviour and gas shield quality in tandem gas–metal arc welding using anti-phase pulse synchronization

Contact Info

Product

Resources

About