Modelling of metal vapour in pulsed TIG including influence of self-absorption

Abstract

Pulsed TIG (tungsten inert gas) welding is used to improve the stability and speed of arc welding, and to allow greater control over the heat input to the weld. The temperature and the radiation power density of the pulsed arc vary as a function of time, as does the distribution of metal vapour, and its effects on the arc. A self-consistent two-dimensional model of the arc and electrodes is used to calculate the properties of the arc as a function of time. Self-absorption of radiation is treated by two methods, one taking into account absorption of radiation only within the control volume of emission, and the other taking into account absorption throughout the plasma. The relation between metal vapour and radiation power density is analysed by calculating the iron vapour distribution. The results show that the transport of iron vapour is strongly affected by the fast convective flow during the peak current period. During the base current period, the region containing a low concentration of metal vapour expands because of the low convective flow. The iron vapour distribution does not closely follow the current pulses. The temperature, iron vapour and radiation power density distributions depend on the self-absorption model used. The temperature distribution becomes broader when self-absorption of radiation from all directions is considered.

Temperature Distribution of Plasma Arc Contaminated with Iron Vapor from Anode under Consideration of Self-absorption

“…To solve this problem, a three-dimensional Cartesian coordinate system is introduced to calculate the radiation power distribution while considering self-absorption. A twodimensional axisymmetric cylindrical coordinate system is used for all other aspects of the MHD model [5]. Fig.…”

Modeling of Temperature Distribution with Metal Vapor in Pulsed TIG Including Influence of Gas Flow Velocity Affected by Radiation Absorption

“…The following assumptions are made: local thermodynamic * Received: 2010.11.12 ** Tokyo City University, Tokyo, Japan *** JWRI, Osaka University, Osaka, Japan equilibrium 1) , laminar flow 2) , incompressible fluid 3) , only the anode is melted 4) , and the welding pool surface remains flat 5) .…”

“…The transfer of radiation to and from a control volume is calculated using two methods 5) . In the simple self-absorption model, the calculation domain is the same cylindrical coordinate system used for the electromagnetohydrodynamic model.…”

Wpływ oparów metalicznych na spawanie łukowe, część 2: Obliczanie

“…Temperatura na osi łuku przy 250 A jest silnie uzależniona od wyboru efektywnych współczynników emisji. Dla danych Aubrechta z promieniem absorpcji wynoszącym 1 mm temperatura mierzona 1,5 mm powyżej materiału roboczego wynosiła ok. 9000 K, a dla tych samych danych Menarta i Malikatemperatura wynosiła ok. 7000 K. Dla współczynników emisji obliczonych przez Aubrechta, Menartaa i Malika oraz Crama przy zerowej absorpcji, temperatura na osi spadła do ok. 4000 K. Bez wątpienia dokładne wartości efektywnych współczynników emisji są ważne w modelowaniu łuków w obecności oparów metalicznych.Iwao badał wpływ reabsorpcji promieniowania w łuku spawalniczym GTAW [148]. Absorpcja promieniowania z czubka i dwóch stron każdej komórki obliczeniowej została obliczona przy użyciu współczynnika absorpcji dla mieszaniny argonu i oparów żelaza.…”

“…Iwao badał wpływ reabsorpcji promieniowania w łuku spawalniczym GTAW [148]. Absorpcja promieniowania z czubka i dwóch stron każdej komórki obliczeniowej została obliczona przy użyciu współczynnika absorpcji dla mieszaniny argonu i oparów żelaza.…”