Investigation of changes in geometrical parameters of GMAW surfaced specimens under the influence of longitudinal magnetic field on electric arc

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. The paper presents the results of research of additive manufacturing process by electric arc with axial feeding of steel filler wire in protective gas environment (GMAW technology) with additional influence of external longitudinal magnetic field on electric arc. Purpose of work: an experimental study of the effect of a longitudinal magnetic field during additive manufacturing by an electric arc with axial feed of filler wire made of structural steels in a protective gas environment on the change in the geometrical characteristics of the layers being surfaced. Research Methods. The manufacturing of specimens was carried out on a 5-axis additive machine based on a CNC machine. Surfacing was carried out in the following modes: voltage 17.5 V; current 55–65 A; wire diameter 1.2 mm; wire material Sv-08G2S; wire feed rate 2,267 mm/min; approximate roll diameter 3.0 mm; roll length 50 mm; number of wires per one roll 312.5 mm; number of layers when surfacing the wall 5; magnet operation mode: alternating current with frequency 50 Hz, voltage 30 V; measured magnetic induction 5.7 mTl; initial height of the magnet above the substrate 10 mm; electrode stickout 10 mm; shielding gas: welding mixture CO2-Ar; gas pressure (flow rate) 0.15 MPa. Results and discussion. The conducted experimental study showed that the effect of longitudinal magnetic field had a statistically significant effect on the change in the dimensions of the singular, namely an increase in the width of the layers being surfaced by 34.1 %, with a calculated significance index close to zero, and a decrease in height by 20.2 %, with a calculated significance index equal to 2.7´10-5. The effect of longitudinal magnetic field had a statistically significant effect on the change of the overall dimensions of the specimens consisting of five layers, namely, the width of the specimens increased by 11.2 % with a calculated significance index of 4.3´10-3, and the height of the specimens decreased by 10.3 % with a calculated significance index of 6.3´10-5. The effect of longitudinal magnetic field had no statistically significant effect on the change of the vertical deviation from straightness for the side walls of the specimens, with a calculated significance index of 0.3277, and had no statistically significant effect on the change of the error of the width of the walls of the specimens, with a significance index of 0.098.

About the authors

V. V. Kuts

Email: kuc-vadim@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3244-1359
D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Southwest State University, 94, 50 let Oktyabrya str., Kursk, 305040, Russian Federation, kuc-vadim@yandex.ru

A. V. Oleshitsky

Email: oav46@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1097-8323
Southwest State University, 94, 50 let Oktyabrya str., Kursk, 305040, Russian Federation, oav46@yandex.ru

A. N. Grechukhin

Email: Agrechuhin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2037-6905
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Southwest State University, 94, 50 let Oktyabrya str., Kursk, 305040, Russian Federation, Agrechuhin@mail.ru

I. Yu. Grigorov

Email: grighorov.ighor@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6207-8194
Ph.D. (Engineering), Southwest State University, 94, 50 let Oktyabrya str., Kursk, 305040, Russian Federation, grighorov.ighor@mail.ru

References

  1. Прогнозирование геометрии слоя при дуговом аддитивном производстве P-GMAW из алюминиевых сплавов / А.И. Куракин, И.Г. Струков, Я.П. Скобликов, В.М. Карпов, Е.И. Ефимов // Морские интеллектуальные технологии. – 2023. – № 2-1 (60). – С. 245–252. – doi: 10.37220/MIT.2023.60.2.030.
  2. Передовые технологии аддитивного производства металлических изделий / А.А. Осколков, Е.В. Матвеев, И.И. Безукладников, Д.Н. Трушников, Е.Л. Кротова // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2018. – Т. 20, № 3. – С. 90–105. – doi: 10.15593/2224-9877/2018.3.11.
  3. Study of the effect GMAW and SMAW welding combination with WAAM method / Jatmoko, A. Hanifah, M.A. Pratama, F.M. Rohimsyah // SPECTA Journal of Technology. – 2023. – Vol. 7 (2). – P. 549–555. – doi: 10.35718/specta.v7i2.938.
  4. Jafari D., Vaneker T., Gibson I. Wire and arc additive manufacturing: opportunities and challenges to control the quality and accuracy of manufactured parts // Materials & Design. – 2021. – Vol. 202. – P. 109471. – doi: 10.1016/j.matdes.2021.109471.
  5. Reduction of energy input in wire arc additive manufacturing (WAAM) with gas metal arc welding (GMAW) / P. Henckell, M. Gierth, Y. Ali, J. Reimann, J.P. Bergmann // Materials. – 2020. – Vol. 13 (11). – P. 2491. – doi: 10.3390/ma13112491.
  6. Размышляев А.Д., Агеева М.В., Лаврова Е.В. Измельчение структуры металла при дуговой наплавке под воздействием продольного магнитного поля // Автоматическая сварка. – 2019. – № 2. – С. 25–28. – doi: 10.15407/as2019.02.03.
  7. Размышляев А.Д., Миронова М.В., Лещенко А.И. Повышение качества стыковых соединений при дуговой сварке в продольном магнитном поле // Вестник Приазовского государственного технического университета. Серия: Технические науки. – 2012. – № 24. – С. 190–196.
  8. Миронова М.В. Влияние индукции продольного магнитного поля на проплавление основного металла при дуговой наплавке // Вестник Приазовского государственного технического университета. Серия: Технические науки. – 2012. – № 25. – С. 141–146.
  9. Черных А.В. Особенности плавления и движения электродного металла при дуговой сварке во внешнем постоянном продольном магнитном поле // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. – 2012. – № 4 (28). – С. 103–113.
  10. Размышляев А.Д., Дели А.А., Миронова М.В. Влияние продольного магнитного поля на производительность расплавления проволоки при электродуговой наплавке под флюсом // Автоматическая сварка. – 2007. – № 6 (650). – С. 31–35.
  11. Recent developments in the design, development, and analysis of the influence of external magnetic-field on gas-metal arc welding of non-ferrous alloys: review on optimization of arc-structure to enhance the morphology, and mechanical properties of welded joints for automotive applications / P. Sharma, S. Chattopadhyaya, N. Singh, A. Kumar, S. Sharma, C. Li, V. Kumar, S. Wojciechowski, G. Krolczyk, S.M. Eldin // Heliyon. – 2022. – Vol. 8 (12). – P. e11812. – doi: 10.1016/j.heliyon.2022.e11812.
  12. The effect of applying magnetic fields during welding AISI-304 stainless steel on stress corrosion cracking / F.F. Curiel, R. García, V.H. López, M.A. García, A. Contreras, M.A. García // International Journal of Electrochemical Science. – 2021. – Vol. 16 (3). – P. 210338. – doi: 10.20964/2021.03.31.
  13. D numerical study of external axial magnetic field-controlled high-current GMAW metal transfer behavior / L. Xiao, D. Fan, J. Huang, S. Tashiro, M. Tanaka // Materials. – 2020. – Vol. 13. – P. 5792. – doi: 10.3390/ma13245792.
  14. Effect of a magnetic field applied during fusion welding on the fatigue damage of 2205 duplex stainless steel joints / J. Rosado-Carrasco, U. Krupp, V. López, A. Giertler, M. Garcia-Rentería, J. González-Sánchez // International Journal of Fatigue. – 2018. – Vol. 121. – doi: 10.1016/j.ijfatigue.2018.12.022.
  15. Размышляев А.Д., Агеева М.В. Влияние поперечного магнитного поля на структуру металла шва при электродуговой сварке стали 12Х18Н9Т // Инновационные технологии в машиностроении: сборник трудов IX Международной научно-практической конференции, Юрга, 24–26 мая 2018 г. – Юрга: Изд-во ТПУ, 2018. – С. 8–11.
  16. Размышляев А.Д., Ярмонов С.В., Выдмыш П.А. Влияние частоты поперечного магнитного поля на производительность расплавления электродной проволоки при дуговой наплавке под флюсом // Вестник Приазовского государственного технического университета. Серия: Технические науки. – 2014. – № 28. – С. 140–144.
  17. Особенности проплавления основного металла при дуговой наплавке с воздействием поперечного магнитного поля / А.Д. Размышляев, М.В. Миронова, С.В. Ярмонов, П.А. Выдмыш // Вестник Приазовского государственного технического университета. Серия: Технические науки. – 2012. – № 24. – С. 185–190.
  18. Производительность расплавления электродной проволоки при дуговой наплавке под флюсом с воздействием поперечного магнитного поля / А.Д. Размышляев, М.В. Миронова, К.Г. Кузьменко, П.А. Выдмыш // Автоматическая сварка. – 2011. – № 5 (697). – С. 48–51.
  19. Effect of external magnetic field on the forming, microstructure and property of TC4 titanium alloy during the directed energy deposition arc additive manufacturing / Y. Bao, H. Sun, X. Cai, S. Lin, C. Chen // Crystals. – 2023. – Vol. 13 (2). – P. 235. – doi: 10.3390/cryst13020235.
  20. Preparation and characterization of CMT wire arc additive manufacturing Al-5%Mg alloy depositions through assisted longitudinal magnetic field / Y. Hu, F. Chen, S. Cao, Y. Fan, R. Xie // Journal of Manufacturing Processes. – 2023. – Vol. 101. – P. 576–588. – doi: 10.1016/j.jmapro.2023.05.104.
  21. Effect of auxiliary longitudinal magnetic field on overlapping deposition of wire arc additive manufacturing / Z. Shan, Y. Wang, H. Song, J. Huang, Z. Haiou, X. Chen, C. Huang, R. Li // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2023. – Vol. 125. – P. 1383–1401. – doi: 10.1007/s00170-022-10609-1.
  22. Effect of external magnetic field on morphology and microstructure of wire arc additive manufacture / H. Zhao, Y. Li, Y. Sun, Z. Dong, H. Liu, A. Babkin, Y. Chang // Journal of Materials Science. – 2022. – Vol. 58. – P. 1769–1782. – doi: 10.21203/rs.3.rs-1234284/v1.
  23. Comparative investigation of wire arc additive manufacturing of Al?5%Mg alloy with and without external alternating magnetic field / W. Zhao, Y. Zhao, X. Zhang, J. Chen, W. Ou // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2022. – Vol. 119. – P. 2571–2587. – doi: 10.1007/s00170-021-08466-5.
  24. Effect of magnetic field on the microstructure and mechanical properties of Inconel 625 superalloy fabricated by wire arc additive manufacturing / Y. Wang, X. Chen, Q. Shen, C. Su, Y. Zhang, S. Jayalakshmi, A. Singh // Journal of Manufacturing Processes. – 2021. – Vol. 64. – P. 10–19. – doi: 10.1016/j.jmapro.2021.01.008.
  25. Effect of the metal transfer mode on the symmetry of bead geometry in WAAM aluminum / F. Veiga, A. Suarez, E. Aldalur, T. Bhujangrao // Symmetry. – 2021. – Vol. 13. – P. 1245. – doi: 10.3390/sym13071245.
  26. Бабенко Э.Г. Технологические процессы сварки, наплавки, обработки сплавов резанием и давлением. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2011. – 105 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».