The static force balance model (SFBM) has been widely used to analyze drop transfer in gas metal arc welding. Although the SFBM is capable of predicting the detaching drop size in the globular mode with reasonable accuracy, discrepancy between the calculated results and experimental data increases with current. In order to reduce discrepancy, the SFBM is modified in this work by introducing the momentum flux. The momentum flux is generated by the axial flow within the drop, which is induced by the pinch pressure. When the small drop is detached in the high current range, the momentum flux has significant effects on drop transfer and becomes compatible to the electromagnetic force of the SFBM. The modified force balance model predicts the experimental results more accurately than the SFBM, and extends its application to the projected mode. Other then force balance models, wire melting is considered in the globular region and drop detaching criterion is established based on the displacement of drop. A force displacement model FDM is proposed using numerical integration to predict the mass displacement and the calculated results show reasonable agreement with the experimental data.
In order to determine the one-drop one-pulse (ODOP) condition of the pulsed GMAW, the FDM is applied. Peak time needed to detach the drop is predicted through numerical integration and closed-form equation, which consists of the time-varying force terms and drop mass coupled with wire melting. While the peak current has significant effects on the drop detaching time, the initial drop mass prior to the peak duration also influences drop transfer. The calculated results show good agreements with the experimental data, which implies that the ODOP condition can be predicted using the proposed method.
정적 평형이론은 GMAW의 용적이행에 널리 사용되는 이론이다. 정적 평형이론은 입상용적 모드에서 용적 이탈시 용적크기를 예측하는데 널리 사용되나, 전류가 증가시 계산된 결과는 실험결과와 정확히 일치하지 않는다. 따라서 이런 문제점을 해결하기 위하여 본 연구에서는 모멘텀 플럭스를 도입하여 정적 평형이론을 수정하였다. 모멘텀 플럭스는 용적내부의 핀치압력에 의해 발생한 축방향 유동에 의해서 발생된다. 고전류 영역에서 작은 용적이 이탈될 때 모멘텀 플럭스는 용적이행에 상당한 영향을 주고, 정적평형이론의 전자기력과 함께 작용된다. 수정된 정적평형 이론은 정적 평형이론보다 더 정확하게 실험결과를 예측할 수 있고, 프로젝트 모드에도 적용가능하다. 힘평형 모델 이외에 와이어 용융은 입상용적 모드영역이고, 용적이탈기준은 용적의 변위에 근거하고 있다. 힘 변위 모델은 질량의 변위를 예측하기 위해 수치적분을 이용해 제안하고, 계산된 결과는 실험결과와 일치함을 보였다.
펄스 GMAW에서 1 펄스 1 드롭 조건을 결정하기 위해 힘-변위 모델을 적용하였다. 수치 적분을 통해 용적이 이탈될 때 필요한 피크 시간을 예측하였다. 피크 전류는 용적의 이탈 시간에 큰 영향을 주고, 초기 용적 질량 역시 용적 이행에 영향을 준다. 계산된 결과는 실험 결과와 잘 부합되고, 따라서 본 연구의 제안한 방법을 통해 1펄스 1 드롭 조건을 예측할 수 있다.
