Chapter 4
Metal Arc Welding Processes
Table of Contents
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135
4.2 Shielded Metal Arc Welding (SMAW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136
4.2.1 Principles of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136
4.2.2 Power Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137
4.2.3 Types of Electrodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .140
4.2.4 Classification of Electrodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141
4.2.5 Applications and Limitaions of the SMAW Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .145
4.2.6 Shielded Metal Arc Welding of Carbon and Low Alloy Steels . . . . . . . . . . . . . . . . .146
4.3 Gas Metal Arc Welding (GMAW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148
4.3.1 Principles of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148
4.3.2 Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .151
4.3.3 Metal Transfer Across the Arc in GMAW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .154
4.3.4 Shielding Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .163
4.3.5 Advantages and Limitations of the GMAW Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .167
4.3.6 Applications of Gas Metal Arc Welding Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .168
4.3.7 Electrode Wires for Gas Metal Arc Welding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .169
4.4 Flux Cored Arc Welding (FCAW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170
4.4.1 Principles of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170
4.4.2 Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .172
4.4.3 Advantages and Applications of the Cored Wire Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .173
4.4.4 Classification of Cored Wires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .175
4.4.5 Shielding Gases for Flux Cored Electrodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .181
4.5 Submerged Arc Welding (SAW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .182
4.5.1 Principles of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .182
4.5.2 Current Type and Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .183
4.5.3 Advantages and Applications of Submerged Arc Welding . . . . . . . . . . . . . . . . . . .184
4.5.4 Multiple Wire Submerged Arc Welding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .186
4.5.5 Wires and Fluxes for Submerged Arc Welding of Carbon
and Low Alloy Steels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .187
4.5.6 Submerged Arc Welding of Carbon and Low Alloy Steels . . . . . . . . . . . . . . . . . . .192
134