A new method is proposed to formulate the arc models for the simulations of gas metal arc welding of horizontal fillet joint based on computational fluid dynamics with the volume of fluid method. The arc models, including surface heat flux, electromagnetic force, arc pressure and drag force, are formulated in a rotated coordinate system where its z'-axis is consistent with the arc axis. The calculated scalars are directly input into the FLOW-3D software package, whereas the calculated vectors are converted to the original coordinate system where the FLOW-3D software package inputs and outputs all of its data before being input. The arc images captured by a CCD camera are analyzed to determine the effective arc radii by applying both the Abel inversion technique and Fowler-Milne method. The resultant arc models are then applied to simulate the gas metal arc welding processes with different welding speeds and wire feed rates. The fluid flow patterns in the molten pool are analyzed, and the arc models are verified by the comparisons of the experimental and simulation results.
VOF 방법을 이용한 수평 필릿 가스 메탈 아크용접의 CFD기반 수치해석을 위한 방법이 제안되었다. Z축이 아크의 축과 일치하는 변환된 좌표에 표면 열 플럭스, 전자기력, 아크 압력 및 항력이 고려된 아크모델이 적용되었다. 계산된 스칼라 값들은 FLOW-3D로 바로 입력이 된 반면에, 계산된 벡터 값들은 기존의 좌표시스템으로 전환되었다. Abel inversion과 Fowler-Mine method을 고려하여 effective 아크 반경을 계산하였는데, 이 때 CCD 카메라로 촬영된 아크 이미지들이 이용되었다. 여기서 얻은 아크모델이 다른 용접속도, wire feed rate인 경우의 가스 메탈 아크 용접을 시뮬레이션 하는데 이용되었다. 용융풀의 fluid flow 형상이 분석되었고, 아크 모델을 이용한 해석결과를 실험결과와 비교하면서 타당성을 검증하였다.
