Ultrasonic generation by exciting electric arc: A tool for grain refinement in welding process

Abstract

Traditional ultrasonic generation ways can not be applied in welding process effectively. This letter introduced a way of ultrasonic generation by exciting electric arc. When electric arc is excited by high frequency current, it generates ultrasonic. Experiments showed that welding arc had broad band response characteristic and the main factor of ultrasonic intensity was the exciting current. With the ultrasonic treatment generated by exciting arc, effect of grain refinement was found in the Ti–6Al–4V welding joint. This method of ultrasonic generation is believed to have an extensive use in material processing.

Study on Pores in Ultrasonic‐Assisted TIG Weld of Aluminum Alloy

“…Qi et al made the ultrasound propagate into the weld pool using a high-frequency pulse TIG process [14]. He et al introduced an ultrasound to the weld pool using a high-frequency current to modulate the plasma arc [15,16]. The second route is the direct propagation of the ultrasound into the weld pool through the base material [17,18].…”

Ultrassom na soldagem a arco: uma revisão acerca dos métodos de aplicação e seus efeitos

“…Em vista disso, no final da década de 1990, Wu et al [25] desenvolveram um novo método, chamado de arco com excitação ultrassônica da corrente, onde o arco voltaico atua não somente como uma fonte de calor, mas, também, como um mecanismo de emissão de ultrassom para introduzir energia na poça fundida [24]. Isto só é possível, tendo em vista que o arco possui boa característica de resposta dinâmica, não apresentando restrições dentro do espectro ultrassônico [3,24,26].…”

“…Nos casos em que o arco atua como fonte de energia ultrassônica devido à pulsação da corrente, resultados experimentais mostram que a pressão sonora oriunda do arco cresce linearmente com a amplitude da corrente de excitação ultrassônica [3], evidenciando, assim, a ótima característica de resposta dinâmica da coluna de plasma perante a corrente de soldagem. Além disso, a vibração das partículas no plasma sob influência do campo ultrassônico pode aumentar a velocidade instantânea e a condutividade térmica dessas partículas.…”

“…Cong et al [63], na soldagem da liga de alumínio 5A06 com frequência de pulsação de 40 kHz, afirmam a obtenção de resistência à tração e alongamento percentual da solda de 95,8% e 84,8%, respectivamente, em relação ao metal de base. Mudança dos grãos colunares grosseiros para equiaxiais também é relatada por He et al [3] na soldagem da liga Ti-6Al-4V, utilizando frequência e corrente de excitação de 50 kHz e 10 A, respectivamente (Figura 10).…”

“…Inicialmente a abordagem está focada especificamente nas técnicas que fazem uso dos transdutores do tipo mecânico para a obtenção da energia ultrassônica a ser introduzida no arco voltaico. Estes transdutores são basicamente de dois tipos, aqueles baseados em cristais piezelétricos e os transdutores magnetostritivos [2], ambos amplamente empregados no processamento de materiais [3]. Na sequência é abordado um novo método para a introdução de energia ultrassônica na soldagem a arco, que se constitui como alternativa ao emprego dos tradicionais transdutores do tipo mecânico.…”