Metal transfer modes

ارائه دهندهمحمدرضا بیات

یدانشکده مهندسی مواد و متالورژ

استاد دکتر گودرزی

95خرداد

روش های انتقال فلز مذاب از الکترود به حوضچه جوش در GMAWفرآیند

یم بسم اهلل الرحمن الرح

ال تئوری انتقمقدمهفلز

عوامل موثر لزبر انتقال ف

روش های انتقال فلز

2

ینتیجه گیر

3

فرآیند جوشکاریGMAW1948 جوشکاری : اولین کاربردAl خنثی و همچنین گاز فعال و واکنش زاگاز استفاده از

و یا ترکیبی از هر دو هم منبع حرارت وهم فلز پرکن: سیم جوش کم بودن میزان هیدروژن حل شده تولید انبوه جوشکاری مواد مختلف با ضخامت های متفاوت

تئوری مقدمهزانتقال فل


روش های رینتیجه گیزانتقال فل

GMAWفرآیند

بودن یادگیری جوشکاری آسانGMAW ربات های جوشکارقابلیت برای اتوماسیون کردن فرآیند و استفاده از

قابلیت های GMAWفراوان

درصد کل 70جوشکاری ها



روش های رینتیجه گیزانتقال فل 4

GMAWجوشکار GMAWربات جوشکار

تئوری های مکانیزم انتقال فلز:تعادل نیروهای استاتیکی . 1

برآیند نیروهای نگه دارنده <برآیند نیروهای جداکننده Transition Currentقبل از

Pinchناپایداری اثر . 2Transition Currentبعد از




تعادل نیروهای استاتیکی:

) (نیروی جاذبه .1

) ( آیرودینامیکی کشش نیروی .2

) (نیروی بخار. 3

() نیروی کشش سطحی. 4

) (نیروی الکترومغناطیسی . 5

𝑭𝒆𝒎 + 𝑭𝒅 + 𝑭𝒈 = 𝑭𝒗 + 𝑭𝒔𝒕

𝐹𝑑

𝐹𝑒𝑚

𝐹𝑣

𝐹𝑠𝑡

𝐹𝑔𝐹𝑔 = 𝑚𝑔

𝐹𝑣 =𝑚0

𝑑𝑣𝐼𝐽

𝐹𝑑 = 0.5𝜋𝑣2𝑑𝑟2𝐶

𝐹𝑒𝑚 =𝜇0𝐼

2

4𝜋ln𝑟2

𝑅

𝐹𝑠𝑡 = 2𝜋𝑟𝑤𝜎𝑓𝑟𝑤𝑐




نیروهای وارد بر قطره

نیروی الکترومغناطیسی:) (

عامل اصلی درانتقال فلز به صورت اسپری


2

4𝜋ln𝑟2

𝑅

𝐹𝑒𝑚




هندسه مسیر جریان در روش های مختلف انتقال فلز مذاب

انتقالروش

( Metal Transfer)فلز

سقوط آزاد

(Free Flight)

کروی

(Globular)

کروی منحرف شده

(Repelled)

اسپری

(Spray)

پالس اسپری

(Pulse-Spray)

قطره ای -اسپری

(Drop-spray)

سیال-اسپری

(Streaming-spray)

تماسی

(Short circuit)

تئوری مقدمه8زانتقال فل



( :Short circuit)انتقال به صورت تماسی. 1:ویژگی ها (الفانتقال فلز در اثر تماس الکترود با قطعه کار( باردرثانیه150)باال بودن فرکانس تماس الکترود با قطعه کارپایین بودن ولتاژ و شدت جریان جوشکاریطول قوس بسیار کوچک

9

Short circuitچرخه انتقال




( :Short circuit)انتقال به صورت تماسی. 1:مزایا(بقابل استفاده برای تمام موقعیت های جوشکاری پایین بودن گرما ورودی به حوضچه جوشانجماد سریع حوضچه جوشمناسب بودن برای جوشکاری قطعات نازککم بودن اعوجاج و تنش باقی مانده

:معایب (ج دارابودن عیبSpattering




(:Globular)انتقال به صورت کروی.2:ویژگی ها (الفشدت جریان پایین اما ولتاژ باالدوبرابر بودن قطر قطره نسبت به قطر الکترود نیروی جاذبه: عامل اصلی انتقال) (

:معایب (ب گرمای ورودیباالبودنتنها کاربرد ، جوشکاری سطوح و فیلت های افقی(ایجاد لکه ها جوش)همراه بودن با پاشش بسیار زیاد

𝐹𝑔




انتقال کروی

11

( :Spray)انتقال به صورت اسپری.3:ویژگی (الفولتاژ و شدت جریان باال(150-200)باالبودن فرکانس انتقال قطرات ساعت شنی ناقص: شکل قوسقطر قطره مذاب کوچکتر ازقطر سیم جوش:مزایا (بباال بودن عمق نفوذ جوش بودن سرعت جوشکاری، تولید انبوهباال جوشقطرات عالی از پروفیلجوشکاری قطعات ضخیم

:معایب ( جیفقط استفاده در سطوح و فیلت های افق




انتقال اسپری

12

:(pulse-spray)اسپری-پالسصورتبهانتقال.4:ویژگی(الفبرعالوه،کمترجریانمیانگینازاستفاده

اسپریروشورودیگرمایداشتن:مزایا(بجوشکاریهایموقعیتتمامبرایاستفادهقابلبخارانتشاربودنکمدرضخیمالکترودهایبرایاستفادهقابلیت

(انبوهتولید)جوشکاریباالهایسرعتزنگضدفوالدهایدرایدانهبینخوردگیاحتمالکاهشضخیمالکترودهایبرایاسپری-پالسروشازاستفادهAlکمتراعوجاجمنطقهبودنکوچکHAZ




اسپری-انتقال پالس

13

عوامل موثردر انتقال فلز:

انتقال فلز

جریانولتاژ یا طول

قوس

ترکیب گازمحافظ

امواج جنس وقطر التراسونیک

الکترود

موقعیت جوشکاری

فلز پایه

قطب بندی جریان

تئوری مقدمه14زانتقال فل



:تاثیر ترکیب گازمحافظ ( الف

آمپر –استفاده از نقشه های ولتجهت بررسی ترکیب گازهای محافظ

تجربی تعیین شدن هر کدام ازنمودارها برای هرنوع گاز محافظ




ناحیه روش های انتقال

15


:Ar+CO2در مخلوط CO2بررسی اثر (1

افزایش ناپایداری قوس با افزایشCO2

کاهش محدوده انتقال اسپری با افزایشCO2

محدوده انتقال افزایشRepelled با افزایشCO2




2 %CO2

18 %CO2


Ar+CO2 :در مخلوط CO2بررسی اثر (1 باال بودن هدایت حراراتیCO2

ه توزیع دمایی در قوس و شکل سمت راست مربوط بCO2 باال و شکل سمت چپ مربوط بهCO2 پایین

شکل قوس و منطقه هادی جریان ،سمت راست CO2 باال و سمت چپCO2پایین


2

4𝜋ln𝑟2

𝑅




2 %CO2

18 %CO2

18 %CO2

2 %CO2


:Ar+O2در مخلوط O2اثر بررسی (1

افزایش پایداری قوس با افزایشO2

افزایش محدوده اسپری مخلوطAr+O2 درAr+CO2مقایسه با




5 %O2

8 %O2

:( U-GMAW)یا جوشکاری ( Ultrasonic)امواج التراسونیکتاثیر ( ب

( :Globular)تاثیر التراسونیک برانتقال کروی(1 نیروی التراسونیک استاتیکی بودن وابسته نبودن نیروی التراسونیک به شدت جریان

2 3

0

5(kR ) sin(2kz)

6us sF A




UGMAWسیستم توزیع نیروی التراسونیک در میدان التراسونیک

19

:( U-GMAW)جوشکاری یا ( Ultrasonic)تاثیر امواج التراسونیک( بالکترودازمذابفلزقطرهشدنجداجهتدرکمکینیروییککردنواردجریانشدتنیافتنافزایشوجودبا،اسپریانتقالبهکرویانتقالتبدیل

متغییرات فرکانس بر حسب تغییر سرعت تغذیه سی




:( U-GMAW)جوشکاری یا ( Ultrasonic)تاثیر امواج التراسونیک( ب

نیوتون : مقدار نیروی التراسونیک 10−3

نیروهای وارد بر قطره فلزمذاب شده مقایسه نیروی جاذبه اندازه گیری شده با پیش بینی




2 3

0

5(kR ) sin(2kz)

6us sF A

:( U-GMAW)یا جوشکاری ( Ultrasonic)تاثیر امواج التراسونیک( ب

:(Short circuit)التراسونیک برانتقال تماسی تاثیر (2




ظاهر جوش در ولتاژ های مختلفبرحسب تغییرات ولتاژShort circuitفرکانس


:(Short circuit)تاثیر برانتقال تماسی (2




شکل موج جریان وموج ولتاژ جوشکاری


:(Short circuit)تاثیر برانتقال تماسی (2 علت اصلی افزایش فرکانسU-GMAW :کوتاه شدن طول قوس




(U U U )a c eP UUL

E E

التراسونیک فشرده شدن قوس افزایش شدت

میدان الکتریکیکوتاه شدن طول

قوس

GMAW پرکاربردترین روش جوشکاری می باشد.ه دارنده بر طبق تئوری تعادل نیروهای استاتیکی ، زمانی که مجموع نیروهای جداکننده بزرگتر از نیروهای نگ

.باشند ، انتقال فلز مذاب صورت می گیرد تماسی(2سقوط آزاد (1: روش های انتقال فلز به دو دسته کلی تقسیم می شوند اری می جوشکقابل استفاده برای تمام موقعیت های اسپری ،-تماسی و انتقال به صورت پالسانتقال به صورت

.باشند افزایشCO2 در مخلوطAr+CO2 منجر به ناپایداری قوس ، کاهش محدوده اسپری و افزایش محدوده کروی

.منحرف شده شدافزایشO2 در مخلوطAr+O2 شدمنجر به پایداری قوس. مخلوط محدوده انتقال اسپری درAr+O2 در مقایسه باAr+CO2 گسترده تر می باشد. درجریان ثابت ،امواج التراسونیک سبب افزایش فرکانس قطرات فلز مذاب می شود. مقدار این نیرو حدود نیوتون می باشد. امواج التراسونیک سبب کاهش طول قوس می شود.




10−3

مابا تشکر از توجه ش

و قدردانیتشکر 26

Education

Metal transfer modes