Application of the high-current spray transfer buried arc in hybrid laser-arc welding

Abstract

A condição de arco enterrado utilizada em algumas variantes recentes do processo GMAW é caracterizada pela formação de uma acentuada depressão na superfície da poça fundida, dentro da qual se encontra a maior parte do comprimento do arco elétrico. Soldagem sob esta condição possui algumas vantagens, como aumento da penetração, redução de respingos, regularidade a maiores velocidades de soldagem e soldabilidade de juntas mais estreitas. O arco enterrado pode ser aplicado com os modos de transferência metálica globular, curto-circuito (forçado), pulsado e goticular. Quando aplicado na soldagem híbrida laser-arco (HLAW), a profunda depressão da poça reduz a espessura efetiva da chapa a ser penetrada pelo feixe laser, permitindo o uso de fontes laser de menor potência e mais baratas ou, reciprocamente, realizar soldagem mais profunda ou veloz com a mesma potência do feixe laser. Apesar dessa vantagem, a aplicação do arco enterrado no HLAW foi pouco estudada, especialmente no modo de transferência goticular, que pode permitir maiores correntes e poças de fusão mais estáveis, potencializando o efeito do arco enterrado. O presente trabalho estudou a aplicabilidade do arco enterrado com transferência goticular de alta corrente no HLAW, encontrando claros ganhos de penetração quando comparado com o processo em condições mais convencionais. Foram observadas outras possíveis vantagens que o HLAW nessa condição pode propiciar, principalmente relacionadas com o perfil da seção transversal da solda, que apresentou um ?formato de V?, diferente do ?formato de taça? da condição convencional do processo. Algumas dificuldades no trabalho com o HLAW de alta corrente com transferência goticular e arco enterrado foram encontras, notadamente a tendência à formação de humping com a tocha na posição puxando e de um fenômeno de acúmulo de material à frente da poça de fusão com a tocha empurrando. Apesar dessas, foram obtidos bons cordões na soldagem de juntas de topo com preparo em V no aço ASTM A709 HPS 70Wcom 9,5 mm de espessura com velocidade de soldagem de 1,5 m/min.

Abstract: The buried arc condition used in some GMAW process variants is characterized by a steep molten pool surface depression, within which most of the electric arc length can be found. Welding under this condition has some advantages, such as increased penetration, reduced spatter, regularity at higher welding speeds and welding of narrower grooves, and it can be applied for globular, (forced) short-circuiting, pulsed and spray transfer modes. When applied to Hybrid Laser-Arc Welding (HLAW), the deep pool depression decreases the effective plate thickness to be penetrated by the laser beam, allowing lower power cheaper laser sources to be used or, conversely, to perform deeper or faster welds with the same laser power output. Despite this advantage, the application of the buried arc in HLAW has been poorly studied, especially in the spray transfer mode, which would allow higher currents and a more stable molten pool, improving the buried arc effect. The present work has studied the applicability of the high-current spray transfer buried arc in HLAW, finding clear penetration gains when compared to the same process under more typical conditions. Other possible advantages for the HLAW in the studied condition were also observed, mainly related to the weld cross-section profile, which presented a V-shape instead of the typical wine cup shape. Some difficulties when working with the high current spray transfer buried arc HLAW were also found, notably the humping formation tendency with pulling torch and the buildup of material ahead of the molten pool with pushing torch. Despite these, good welds were obtained in V butt joints on 9.5 mm thick ASTM A709 HPS 70W steel plates at 1.5 m/min welding speed.