Page Header Logo

The Journal of King Mongkut's University of Technology North Bangkok
วารสารวิชาการพระจอมเกล้าพระนครเหนือ

Home > Vol 36, No 4 (2026) > Numfu


Influence of Process Parameters on Mechanical Properties of 5356 Aluminum Alloy Fabricated by Wire Arc Additive Manufacturing Technology

Manoch Numfu, Tawatchai Chailungkarn, Ukrit Thanasuptawee, Krisorn Wongpoo, Kitti Wirotrattanaphaphisan

Abstract


การศึกษาอิทธิพลของปัจจัยกระบวนการที่มีผลต่อสมบัติทางกลของอะลูมิเนียมเกรด 5356 ที่ขึ้นรูปด้วยเทคโนโลยีการเชื่อมเติมเนื้อวัสดุ ดำเนินงานโดยใช้หุ่นยนต์เชื่อมในการขึ้นรูปชิ้นงานทดสอบผนังบาง โดยศึกษาอิทธิพลของปัจจัยกระบวนการ 3 ปัจจัย คือ ความเร็วในการป้อนลวดเชื่อม ความเร็วในการเดินเชื่อม และอัตราการไหลของก๊าซปกคลุมที่มีผลต่อค่าแรงดึงและความแข็งของชิ้นงานทดสอบ ผลการศึกษาพบว่าความเร็วในการเดินเชื่อมเป็นปัจจัยที่มีอิทธิพลสูงที่สุดต่อแรงดึง การปรับค่าพารามิเตอร์การเชื่อมโดยใช้ความเร็วในการป้อนลวดเชื่อม 6 เมตรต่อนาที ความเร็วในการเดินเชื่อม 0.4 เมตรต่อนาที และอัตราการไหลของก๊าซปกคลุม 10 ลิตรต่อนาที ส่งผลให้ได้ค่าแรงดึงสูงสุดที่ 4,918.69 นิวตัน ขณะที่การใช้ความเร็วในการป้อนลวดเชื่อม 7 เมตรต่อนาที ความเร็วในการเดินเชื่อม 0.4 เมตรต่อนาที และอัตราการไหลของก๊าซปกคลุม 14 ลิตรต่อนาที ส่งผลให้ค่าแรงดึงลดลงเหลือ 4,703.35 นิวตัน ในส่วนค่าความแข็งของชิ้นงานพบว่าอัตราการไหลของก๊าซปกคลุมมีอิทธิพลสูงสุดต่อค่าความแข็ง โดยค่าปัจจัยความเร็วในการป้อนลวดเชื่อม 6 เมตรต่อนาที ความเร็วในการเดินเชื่อม 0.4 เมตรต่อนาที และอัตราการไหลของก๊าซปกคลุม 10 ลิตรต่อนาที ได้ค่าความแข็งสูงสุดที่ 38.95 HRB ในขณะเดียวกันการใช้ความเร็วในการป้อนลวดเชื่อม 8 เมตรต่อนาที ความเร็วในการเดินเชื่อม 0.4 เมตรต่อนาที และอัตราการไหลของก๊าซปกคลุม 14 ลิตรต่อนาที ได้ค่าความแข็งต่ำสุดที่ 37.15 HRB ซึ่งการปรับเปลี่ยนปัจจัยกระบวนการทั้ง 3 ปัจจัย มีผลกระทบต่อสมบัติทางกลของชิ้นงานทดสอบ ดังนั้นการทดลองนำเทคโนโลยีการเชื่อมเติมเนื้อวัสดุมาใช้ในการขึ้นรูปชิ้นงานผนังบางสำหรับอะลูมิเนียมเกรด 5356 ในครั้งนี้เห็นควรพิจารณาปัจจัยความเร็วในการเดินเชื่อมเป็นหลัก เมื่อต้องการได้ค่าแรงดึงของชิ้นงานที่สูง และหากต้องการให้ชิ้นงานมีความแข็งให้พิจารณาจากการเลือกค่าอัตราการไหลของก๊าซปกคลุมให้มีความเหมาะสม

This research investigates the influence of process parameters on the mechanical properties of aluminum alloy 5356 fabricated using Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) technology. Thin-wall test specimens were produced by robotic welding, considering three key process parameters: Wire Feed Speed (WS), Travel Speed (TS), and shielding Gas Flow Rate (GF). The effects of these factors on tensile force and hardness were analyzed. The results indicate that travel speed is the most influential parameter on tensile force. The optimal combination of parameters, with WS of 6 m/min, TS of 0.4 m/min, and GF of 10 L/min, yielded the maximum tensile force of 4,918.69 N. Conversely, a combination of WS of 7 m/min, TS of 0.4 m/min, and GF of 14 L/min resulted in a reduced tensile force of 4,703.35 N. In terms of hardness, the shielding gas flow rate exhibited the most significant effect. The highest hardness value of 38.95 HRB was obtained with WS of 6 m/min, TS of 0.4 m/min, and GF of 10 L/min, while the lowest hardness value of 37.15 HRB occurred with WS of 8 m/min, TS of 0.4 m/min, and GF of 14 L/min. These findings confirm that variations in the three process parameters significantly affect the mechanical properties of WAAM-fabricated specimens. Therefore, in applying Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) to fabricate Al5356 thin-walled components, travel speed should be prioritized as the primary factor to achieve high tensile force. Furthermore, an appropriate shielding gas flow rate should be carefully selected to ensure the desired hardness.


Keywords



[1] V. T. Nguyen, P. S. Minh, T. M. T. Uyen, T. T. Do, H. V. T. Ngoc, M. T. Le, and V. T. T. Nguyen, “WAAM technique: Process parameters affecting the mechanical properties and microstructures of low-carbon steel,” Metals, vol. 13, no. 5, 2023, Art. no. 873, doi: 10.3390/met13050873.

[2] M. Silmbroth, N. Enzinger, C. Schneider-Bröskamp, A. Arnoldt, and T. Klein, “Characterisation of structural modifications on cold-formed AA2024 substrates by wire arc additive manufacturing,” Science and Technology of Welding and Joining, vol. 28, no. 4, pp. 314–322, 2023, doi: 10.10 80/13621718.2022.2160902.

[3] T. Hauser, A. Da Silva, R. T. Reisch, J. Volpp, T. Kamps, and A. F. Kaplan, “Fluctuation effects in wire arc additive manufacturing of aluminium analysed by high-speed imaging,” Journal of Manufacturing Processes, vol. 56, pp. 1088–1098, 2020, doi: 10.1016/ j.jmapro.2020.05.030.

[4] P. Rodríguez-González, E. M. Ruiz-Navas, and E. Gordo, “Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) for aluminum-lithium alloys: A review,” Materials, vol. 16, no. 4, 2023, Art. no. 1375, doi: 10.3390/ma16041375.

[5] T. Hauser, R. T. Reisch, P. P. Breese, B. S. Lutz, M. Pantano, Y. Nalam, A. F. Kaplan, T. Kamps, J. Volpp, and A. F.H. Kaplan, “Porosity in wire arc additive manufacturing of aluminum alloys,” Additive Manufacturing, vol. 41, 2021, Art. no. 101993, doi: 10.1016 /j.addma.2021.101993.

[6] A. Elsokaty, O. Oraby, S. Sadek, and H. G. Salem, “Influence of wire arc additive manufacturing beads’ geometry and building strategy: Mechanical and structural behavior of ER70S-6 prismatic blocks,” Journal of Manufacturing and Materials Processing, vol. 7, no. 1, pp. 3, 2022, doi: 10.3390/jmmp7010003.

[7] K. Saravanakumar, J. Nampoothiri, and M. R. P. Kumar, “Wire arc additive manufacturing of aluminium 5356 alloy: Process parameter optimization and structure-property analysis,” Metallurgy and Materials, vol. 70, no. 2, pp. 995–1002, 2025, doi: 10.24425/amm.20 25.153504.

[8] A. Muthukumaran, S. Jeyakumar, and K. Jayakumar, “Metallurgical and mechanical properties of marine grade AA5356 using wire arc additive manufacturing,” Materials Research Express, vol. 11, no. 7, pp. 076503, 2024, doi: 10.1088/2053-1591/ad5817.

[9] X. Zuo, Z. Lv, Y. Wang, X. Chen, and W. Qi, “Microstructural organization and mechanical properties of 5356 aluminum alloy wire arc additive manufacturing under low heat input conditions,” Metals, vol. 15, no. 2, 2025, Art. no. 116, doi: 10.3390/met15020116.

[10] A. I. Albannai, “A brief review on the common defects in wire arc additive manufacturing,” International Journal of Current Science Research and Review, vol. 5, no. 12, pp. 4556–4576, 2022, doi: 10.47191/ijcsrr /V5-i12-19.

[11] B. Wu, Z. Pan, D. Ding, D. Cuiuri, H. Li, J. Xu, and J. Norrish, “A review of the wire arc additive manufacturing of metals: Properties, defects and quality improvement,” Journal of Manufacturing Processes, vol. 35, pp. 127–139, 2018, doi: 10.1016/j.jmapro.2018.08.001.

[12] M. Wieczorowski, A. Pereira, D. Carou, B. Gapinski, and I. Ramírez, “Characterization of 5356 aluminum walls produced by Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM),” Materials, vol. 16, no. 7, 2023, Art. no. 2570, doi: 10.3390/ma16072570.

[13] F. R. Teixeira, F. M. Scotti, V. L. Jorge, and A. Scotti, “Combined effect of the interlayer temperature with travel speed on features of thin wall WAAM under two cooling approaches,” The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 126, no. 1, pp. 273–289, 2023, doi: 10.1007/s00170-023-11105-w.

[14] N. A.Siddiqui, M. Muzamil, T. Jamil, and G. Hussain, “Heat sources in wire arc additive manufacturing and their impact on macro-microstructural characteristics and mechanical properties–an overview,” Smart Materials in Manufacturing, vol. 3, 2025, Art. no. 100059, doi: 10.1016/j.smmf .2024.100059.

[15] M. M. Tawfik, M. M. Nemat-Alla, and M. M. Dewidar, “Effect of travel speed on the properties of Al-Mg aluminum alloy fabricated by wire arc additive manufacturing,” Journal of Materials Engineering and Performance, vol. 30, no. 10, pp. 7762–7769, 2021, doi: 10.1007/ s11665-021-05959-y.

[16] M. Dekis, M. Tawfik, M. Egiza, and M. Dewidar, “Unveiling the characteristics of ER70S-6 low carbon steel alloy produced by wire arc additive manufacturing at different travel speeds,” Metals and Materials International, vol. 31, no. 2, pp. 325–338, 2025, doi: 10.1007/s12540-024-01766-x.

[17] M. Sahul, M. Pavlík, M. Sahul, P. Kovačócy, and M. Martinkovic, “Effect of travel speed on the properties of 5087 aluminum alloy walls produced by wire and arc additive manufacturing,” Journal of Materials Engineering and Performance, vol. 33, pp. 8582–8600, 2024, doi: 10.1007/s11665-024-09166-3.

[18] V. L. Jorge, F. R. Teixeira, A. Scotti, F. M. Scotti, and E. Siewert, “The significance of supplementary shielding in WAAM of aluminium thin walls,” Journal of Manufacturing Processes, vol. 106, pp. 520–536, 2023, doi: 10.1016/j.jmapro. 2023.09.063.

[19] X. Wang, S. Tashiro, M. Tanaka, and N. Q. Trinh, “Numerical investigation of the arc behavior and air transport during pulsed tungsten inert gas arc-based additive manufacturing,” The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 128, pp. 5385–5403, 2023, doi: 10.1007 /s00170-023-12233-z.

[20] O. Sabanci, C. Hacibekir, O. Kechagia, O. Tekelioglu, and C. Yuce, “Effect of process parameters on mechanical properties of 5554 aluminum alloy fabricated by wire arc additive manufacturing,” Materials Testing, vol. 67, no. 5, pp. 787–796, 2025, doi: 10.15 15/mt-2024-0019.

Full Text: PDF

DOI: 10.14416/j.kmutnb.2026.09.001

ISSN: 2985-2145