Short-circuiting transient phenomena in GMA/CO2 welding. 1: Through-the-wire sensor for feedback torch height control

Abstract

The GMAW (Gas Metal Arc Welding) process with short-circuit metal transfer was investigated with the aim of defining an appropriate parameter for torch-to-workpiece distance monitoring in real time. A high speed data acquisition system was designed for current and voltage waveform sampling. A PC (Personal Computer) based analyzer was used for post process data analysis to study the arc and short circuit state of the process. Transient phenomena related to liquid bridge profile changes were studied by means of simulated homophase drop-pool 'touching' experiments. The time dependency of contact radius spreading and neck formation in the short-circuit stage of the welding process were analyzed. It was found that torch-to-workpiece distance can be reliably detected from wire resistance during short-circuit stage of the welding process. This distance can be measured up to 100 times a second, which enables the signal to be used as a 'through-the-wire' sensor for seam tracking in GMAW with short-circuiting metal transfer mode. The sensor was tested under various welding parameters and its applicability was confirmed by real time monitoring of the sensor signal.

トーチと工作物との間隔の実時間監視用に適切なパラメータを定義することを目的として、短絡メタル移送を伴うGMAW(ガスメタルアーク溶接)プロセスを検討した。電流と電圧波形サンプリング用に、高速データ収集システムを設計した。ポストプロセスデータ解析用に、パソコンに対応した解析器を用い、プロセスのアークと短絡状態を研究した。液体ブリッジのプロファイル変化に関連する過渡現象を、均一相液滴溶融池「接触」シミュレート実験で研究した。溶接の短絡段階での接触半径の拡大とネック形成の時間依存性を解析した。トーチと工作物との間隔は、溶接プロセスの短絡段階でのワイヤ抵抗から、信頼性よく検出できることが分かった。この間隔は、1秒間100回まで測定できる。従って、短絡金属移行モードを持ったGMAWをシーム追跡用の「スルーザワイヤ」センサとしてこの信号を使うことができる。このセンサを、いろいろな溶接条件下で試験し、その適用性をセンサ信号の実時間監視により確認した。