Вплив вуглекислого газу на макрогеометрію та енергоефективність дротового адитивного виробництва

Кирило   Красносельський; Денис Молочков

doi:10.25140/2411-5363-2026-2(44)-178-188

Автор(и)

Кирило Красносельський Національний університет «Запорізька політехніка», Україна https://orcid.org/0009-0006-5251-9076
Денис Молочков Національний університет «Запорізька політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0002-9030-5371

DOI:

https://doi.org/10.25140/2411-5363-2026-2(44)-178-188

Ключові слова:

Дротове адитивне виробництво, WAAM, холодне перенесення металу, CMT, захисне газове середовище, питома об'ємна енергія наплавлення, стабільність макрогеометрії, комп'ютерний зір

Анотація

У статті досліджено вплив окислювального потенціалу захисного середовища (0–100% CO₂ в аргоні) на стабільність дротового адитивного виробництва (WAAM) сталі за технологією Cold Metal Transfer. Завдяки розробленому методу комп’ютерного зору та аналізу осцилограм дуги виявлено технологічне вікно (10–15 % CO₂). Воно забезпечує глобальний мінімум питомої об'ємної енергії наплавлення (1,29 кДж/см³) та найвищу макрогеометричну стабільність (коефіцієнт варіації <2,5%). Встановлено енергетичний парадокс: 100% CO₂, попри мінімальне тепловкладення, погіршує масоперенесення та спричиняє періодичне горбоутворення. Дані є базисом для створення нейромережевих систем керування процесом.

Посилання

Zhang, H., Li, R., Liu, J., Wang, K., Weijian, Q., Shi, L., Lei, L., He, W., & Wu, S. (2024). State-of-art review on the process-structure-properties-performance linkage in wire arc additive manufacturing. Virtual and Physical Prototyping, 19(1), e2390495. https://doi.org/10.1080/17452759.2024.2390495.

Jafari, D., Vaneker, T. H. J., & Gibson, I. (2021). Wire and arc additive manufacturing: Opportunities and challenges to control the quality and accuracy of manufactured parts. Materials & Design, 202, 109471. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2021.109471.

Teixeira, F. R., Jorge, V. L., Scotti, F. M., Siewert, E., & Scotti, A. (2024). A methodology for shielding-gas selection in wire arc additive manufacturing with stainless steel. Materials, 17(13), 3328. https://doi.org/10.3390/ma17133328.

Silwal, B., Pudasaini, N., Roy, S., Murphy, A. B., Nycz, A., & Noakes, M. W. (2022). Al-tering the supply of shielding gases to fabricate distinct geometry in GMA additive manufactur-ing. Applied Sciences, 12(7), 3679. https://doi.org/10.3390/app12073679.

Wang, Y., & Tsai, H. L. (2001). Effects of surface active elements on weld pool fluid flow and weld penetration in gas metal arc welding. Metallurgical and Materials Transactions B, 32(3), 501–515. https://doi.org/10.1007/s11663-001-0035-5.

Lu, S., Fujii, H., & Nogi, K. (2004). Marangoni convection and weld shape variations in Ar–O2 and Ar–CO2 shielded GTA welding. Materials Science and Engineering: A, 380(1-2), 290–297. https://doi.org/10.1016/j.msea.2004.05.057.

Yamaguchi, M., Komata, R., Furumoto, T., Abe, S., & Hosokawa, A. (2021). Influence of metal transfer behavior under Ar and CO2 shielding gases on geometry and surface roughness of single and multilayer structures in GMAW-based wire arc additive manufacturing of mild steel. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 119(1-2), 911–926. https://doi.org/10.1007/s00170-021-08231-8.

Kanishka, K., & Acherjee, B. (2025). A study on the effect of shielding gases on the GMAW-WAAM process and performance of WAAM-deposited low-carbon steel. International Journal of Materials Research, 116(11-12), 905–916. https://doi.org/10.1515/ijmr-2024-0319.

Wu, F., Falch, K. V., Guo, D., English, P., Drakopoulos, M., & Mirihanage, W. (2020). Time evolved force domination in arc weld pools. Materials & Design, 190, 108534. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108534.

Akbarzadeh, E., Yurtışık, K., Gür, C. H., & et al. (2024). Influence of shielding gas on the microstructure and mechanical properties of duplex stainless steel in wire arc additive manu-facturing. Metals and Materials International, 30(7), 1977–1996. https://doi.org/10.1007/s12540-023-01623-3.