ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Цель настоящей работы – оценка технологического потенциала применения оксидных активирующих флюсов по новым методам FB-TIG и FZ-TIG для повышения эффективности проплавления и качества сварочного процесса углеродистых и низколегированных сталей. В работе предпринята попытка рассмотреть и проанализировать опубликованную литературу, которая касается выдвижения различных гипотез, объясняющих причины высокого проплавления, достигаемого с помощью методов применения активирующих флюсов. Материалы и методы исследований. В работе использовались образцы низколегированной стали толщиной от 3 до 10 мм. Мелкодисперсные порошки флюса были предварительно диспергированы в ацетоне. Флюс аккуратно наносился на верхнюю часть пластины кистью до половины длины пластины. Другая половина длины пластины оставалась без флюса для проведения обычной TIG-сварки для сравнения. Сварные швы выполнялись в конфигурации «вал на пластине» без добавления какого-либо присадочного материала. Было выполнено несколько параллельных дорожек с достаточным расстоянием между ними для исключения теплового воздействия. Ток дуги варьировался в диапазоне 80…250 А, скорость сварки поддерживалась постоянной на уровне 100 мм/мин. Напряжение сварки было установлено на уровне 15…16 В. Тепловая энергия рассчитывалась с использованием общепринятого выражения, предполагающего эффективность теплопередачи 0,8. Защитным газом служил высокочистый аргон промышленного класса, расход газа был установлен на уровне 20 л/мин. Для оптических исследований использовался стандартный оптический микроскоп, для съемки процесса – фотоаппарат. Результаты и обсуждение. Исследования показали, что глубина проплавления в основном зависит от таких факторов сварки, как длина дуги (мм), сварочный ток (А) и скорость подачи (мм/с). Отношение параметра глубины к ширине (DWR) получается высоким для метода FB-TIG. Кроме того, улучшается внешний вид поверхности и отслаиваемость шлака. Анализируется влияние кислотного и щелочного характера флюса на геометрию сварного шва и внешний вид поверхности. Кислотные флюсы обеспечивают более гладкую поверхность сварного шва, чем щелочные оксидные флюсы. Сварка активированным FB-TIG и FZ-TIG с использованием флюса SiO₂ увеличивает глубину проплавления и отношение глубины к ширине шва в 1,5 и 1,7 раза соответственно по сравнению с A-TIG-сваркой.

1. Zhang Y.M., Jiang M., Lu W. Double electrodes improve GMAW heat input control // Welding Journal. – 2004. – Vol. 83 (11). – P. 39–41.

2. A review of double-electrode GMAW: Approaches, developments and variants / R. Xiang, J. Huang, X. Yu, H. Zhao, D. Fan // Journal of Manufacturing Processes. – 2025. – Vol. 133. – P. 1160–1182. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2024.12.017.

3. Modenesi P.J. The chemistry of TIG weld bead formation // Welding International. – 2015. – Vol. 29 (10). – P. 771–782. – DOI: 10.1080/09507116.2014.932990.

4. Gurevich S.M., Zamkov V.N., Kushnirenko N.A. Improving the penetration of titanium alloys when they are welded by argon tungsten arc process // Automatic Welding. – 1965. – Vol. 18 (9). – P. 1–5.

5. Liu F., Liu Z., Zhang W. Arc characteristics and welding state in gas-focusing TIG // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2023. – Vol. 129. – P. 5335–5346. – DOI: 10.1007/s00170-023-12631-3.

6. Контракция дуги флюсом при сварке вольфрамовым электродом в аргоне / Б.Е. Патон, В.Н. Замков, В.П. Прилуцкий, П.В. Порицкий // Автоматическая сварка. – 2000. – № 1. – С. 3–9.

7. Савицкий М.М., Кушнирепко Б.Н., Олейник О.Н. Особенности сварки сталей вольфрамовым электродом с активирующими флюсами // Автоматическая сварка. – 1999. – № 12. – С. 18–22.

8. Jayakrishnan S., Chakravarthy P. Flux bounded tungsten inert gas welding for enhanced weld performance – A review // Journal of Manufacturing Processes. – 2017. – Vol. 28. – P. 116–130. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2017.05.023.

9. Bhanu V., Gupta A., Pandey C. Role of A-TIG process in joining of martensitic and austenitic steels for ultra-supercritical power plants-a state of the art review // Nuclear Engineering and Technology. – 2022. – Vol. 54 (8). – P. 2755–2770. – DOI: 10.1016/j.net.2022.03.003.

10. Pandya D., Badgujar A., Ghetiya N. A novel perception toward welding of stainless steel by activated TIG welding: a review // Materials and Manufacturing Processes. – 2021. – Vol. 36 (8). – P. 877–903. – DOI: 10.1080/10426914.2020.1854467.

11. Fande A.W., Taiwade R.V., Raut L. Development of activated tungsten inert gas welding and its current status: A review // Materials and Manufacturing Processes. – 2022. – Vol. 37 (8). – P. 841–876. – DOI: 10.1080/10426914.2022.2039695.

12. Effects of activating flux on arc phenomena in gas tungsten arc welding / M. Tanaka, T. Shimizu, T. Terasaki, M. Ushio, F. Koshiishi, C.-L. Yang // Science and Technology of Welding and Joining. – 2000. – Vol. 5 (6). – P. 397–402. – DOI: 10.1179/136217100101538461.

13. Бабкин А.С., Котов Н.С., Терехов В.В. Влияние активирующих флюсов на характеристики электрической дуги и качество швов при сварке аустенитных сталей // Известия ТулГУ. Технические науки. – 2022. – № 10. – C. 507–514. – DOI: 10.24412/2071-6168-2022-10-507-514.

14. Исследования продуктов переработки отходов кремния в качестве ультрадисперсных активирующих флюсов для дуговой сварки / Н.Н. Иванчик, А.Е. Балановский, В.В. Кондратьев, А.А. Тютрин // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. – 2018. – № 11 (2). – C. 155–167. – DOI: 10.17516/1999-494X-0019.

15. Паршин С.Г. Наноструктурированные и активирующие материалы для дуговой сварки. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2020. – DOI: 10.18720/SPBPU/2/si20-888.

16. Plasma arc welding: Process variants and its recent developments of sensing, controlling and modeling / Z.M. Liu, S.L. Cui, Z. Luo, C.Z. Zhang, Z.M. Wang, Y.C. Zhang // Journal of Manufacturing Processes. – 2016. – Vol. 23. – P. 315–327. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2016.04.004.

17. Teker T., Özdemir N. Weldability and joining characteristics of AISI 430/AISI 1040 steels using keyhole plasma arc welding // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2012. – Vol. 63 (1). – P. 117–128. – DOI: 10.1007/s00170-011-3890-5.

18. Sahoo A., Tripathy S. Development in plasma arc welding process: a review // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 41. – P. 363–368. – DOI: 10.1016/j.matpr.2020.09.562.

19. Arc behaviour and weld formation in gas focusing plasma arc welding / T. Li, X.M. Yang, L. Chen, Y. Zhang, Y. Cheng Lei, Y.J. Chun // Science and Technology of Welding and Joining. – 2020. – Vol. 25 (4). – P. 329–335. – DOI: 10.1080/13621718.2019.1702284.

20. Magnetic-enhanced keyhole TIG welding process / Z.M. Liu, S.Y. Chen, X. Yuan, A.Q. Zuo, T. Zhang, Z. Luo // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2018. – Vol. 99 (1). – P. 275–285. – DOI: 10.1007/s00170-018-2501-0.

21. Development of a novel GTAW process for joining ultra-thin metal sheets / N.H. Manh, H. Le Duy, M. Akihisa, V.T. Le, T.Q. Ngoc, B. Gandham // Journal of Manufacturing Processes. – 2022. – Vol. 80. – P. 683–691. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2022.06.043.

22. Sire S. New perspectives in TIG welding of aluminium through flux application // Proceedings of the 7^th International Symposium. – Kobe, Japan, 2001. – P. 113–118.

23. Huang Y., Fan D., Shao F. Alternative current flux zoned tungsten inert gas welding process for aluminium alloys // Science and Technology of Welding and Joining. – 2012. – Vol. 17 (2). – P. 122–127. – DOI: 10.1179/1362171811Y.0000000087.

24. Application of plasma surface quenching to reduce rail side wear / M.V. Konstantinova, A.E. Balanovskiy, V.E. Gozbenko, S.K. Kargapoltsev, A.I. Karlina, M.G. Shtayger, E.A. Guseva, B.O. Kuznetsov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 560 (1). – P. 012146. – DOI: 10.1088/1757-899X/560/1/012146.

25. Augmentation of weld penetration by flux assisted TIG welding and its distinct variants for oxygen free copper / H. Rana, V. Badheka, P. Patel, V. Patel, W. Li, J. Andersson // Journal of Materials Research and Technology. – 2021. – Vol. 10. – P. 138–151. – DOI: 10.1016/j.jmrt.2020.12.009.

26. Experimental investigations on tensile strength of flux bounded TIG welds of AA2219-T87 aluminum alloy / A.V.S. Babu, P.K. Giridharan, P.R. Narayanan, S.V.S. Narayana Murty, V.M.J. Sharma // Journal of Advanced Manufacturing Systems. – 2014. – Vol. 13 (2). – P. 103–112. DOI: 10.1142/S0219686714500073.

27. Jayakrishnan S., Chakravarthy P., Muhammed Rijas A. Effect of flux gap and particle size on the depth of penetration in FBTIG welding of aluminium // Transactions of the Indian Institute of Metals. – 2017. – Vol. 70 (5). – P. 1329–1335. – DOI: 10.1007/s12666-016-0929-1.

28. Processing and application of ultra disperse wastes of silicon production in construction / V.V. Kondratiev, A.I. Karlina, E.A. Guseva, M.V. Konstantinova, A.A. Kleshnin // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 463 (3). – P. 032068. – DOI: 10.1088/1757-899X/463/3/032068.

29. Flux zoned activating TIG welding of aluminum alloys / H. Yong, S. Feng, F. Ding, L. Tao // Welding and Joining-Harbin. – 2007. – Vol. 5. – P. 47–49.

30. Martyushev N.V., Skeeba V.Yu. The method of quantitative automatic metallographic analysis // Journal of Physics: Conference Series. – 2017. – Vol. 803 (1). – P. 012094. – DOI: 10.1088/1742-6596/803/1/012094.

31. Воропай Н.М., Лебедева О.В., Бойко В.П. Физические свойства сварочных шлаков на основе TiO₂, образующихся при плавлении активированных проволок // Автоматическая сварка. – 1989. – № 3. – С. 19–23.

32. Zhang R.H., Pan J.L., Katayama S. The mechanism of penetration increase in A-TIG welding // Frontiers of Materials Science. – 2011. – Vol. 5. – P. 109–118. – DOI: 10.1007/s11706-011-0125-5.

33. Singh S.R., Khanna P. A-TIG (activated flux tungsten inert gas) welding: – A review // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 44. – P. 808–820. – DOI: 10.1016/j.matpr.2020.10.712.

34. Research advances in high-energy TIG arc welding / H. Wu, Y. Chang, Q. Mei, D. Liu // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2019. – Vol. 104. – P. 391–410. – DOI: 10.1007/s00170-019-03918-5.

35. Balanovskiy A.E. Digital visualisation of the process of heating and melting of metal in arc discharge with a non-consumable electrode // Welding International. – 2017. – Vol. 31 (6). – P. 467–476. – DOI: 10.1080/09507116.2016.1268765.

36. Effect of nano TiO₂ flux on depth of penetration and mechanical properties of TIG-welded SA516 Grade 70 steel joints – An experimental investigation / R. Narayanan, K. Rameshkumar, A. Sumesh, B. Shankar, D.T. Thekkuden // Metals. – 2025. – Vol. 15 (4). – P. 399. – DOI: 10.3390/met15040399.

37. Tseng K.H., Lin P.Y. UNS S31603 stainless steel tungsten inert gas welds made with microparticle and nanoparticle oxides // Materials. – 2014. – Vol. 7 (6). – P. 4755–4772. – DOI: 10.3390/ma7064755.

38. Influence of welding regimes on structure and properties of steel 12KH18N10T weld metal in different spatial positions / R.A. Mamadaliev, P.V. Bakhmatov, N.V. Martyushev, V.Y. Skeeba, A.I. Karlina // Metallurgist. – 2022. – Vol. 65 (11–12). – P. 1255–1264. – DOI: 10.1007/s11015-022-01271-9.

39. Study of mechanical properties of C-Mn-Si composition metal after wire-arc additive manufacturing (WAAM) / A.E. Balanovskiy, N.A. Astafyeva, V.V. Kondratyev, A.I. Karlina // CIS Iron and Steel Review. – 2021. – Vol. 22. – P. 66–71. – DOI: 10.17580/cisisr.2021.02.12.

40. Study of wear of an alloyed layer with chromium carbide particles after plasma melting / A.I. Karlina, Y.I. Karlina, V.V. Kondratiev, R.V. Kononenko, A.D. Breki // Crystals. – 2023. – Vol. 13 (12). – P. 1696. – DOI: 10.3390/cryst13121696.

41. Comparative evaluation of austenite grain in high-strength rail steel during welding, thermal processing and plasma surface hardening / A.D. Kolosov, V.E. Gozbenko, M.G. Shtayger, S.K. Kargapoltsev, A.E. Balanovskiy, A.I. Karlina, A.V. Sivtsov, S.A. Nebogin // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 560. – P. 012185. – DOI: 10.1088/1757-899X/560/1/012185.

42. Strengthening of metallurgical equipment parts by plasma surfacing in nitrogen atmosphere / N.N. Malushin, R.A. Gizatulin, N.V. Martyushev, D.V. Valuev, A.I. Karlina, A.P. Kovalev // Metallurgist. – 2022. – Vol. 65 (11–12). – P. 1468–1475. – DOI: 10.1007/s11015-022-01292-4.

43. Alloying and modification of iron-carbon melts with natural and man-made materials / O.I. Nokhrina, R.A. Gizatulin, M.A. Golodova, I.E. Proshunin, D.V. Valuev, N.V. Martyushev, A.I. Karlina // Metallurgist. – 2022. – Vol. 65 (11–12). – P. 1429–1448. – DOI: 10.1007/s11015-022-01289-z.

44. Change in the properties of rail steels during operation and reutilization of rails / K. Yelemessov, D. Baskanbayeva, N.V. Martyushev, V.Y. Skeeba, V.E. Gozbenko, A.I. Karlina // Metals. – 2023. – Vol. 13. – P. 1043. – DOI: 10.3390/met13061043.

45. Methods and technologies for ensuring the reliability of excitation of synchronous generators of small hydroelectric power stations in Uzbekistan / B. Kenjaev, D. Paluanov, D. Mamatkulov, V. Romanova // E3S Web of Conferences. – 2020. – Vol. 216. – P. 01065. – DOI: 10.1051/e3sconf/202021601065.

46. Advanced approach to compensation of reactive power in isolated arctics electrical supply systems / N. Solonina, K. Suslov, Z. Solonina, V. Romanova // Journal of Physics: Conference Series. – 2021. – Vol. 2032 (1). – P. 012113. – DOI: 10.1088/1742-6596/2032/1/012113.

47. Romanova V., Khromov S., Suslov K. Multi-factor analysis of external effects influencing the operational reliability of asynchronous electric motors // E3S Web of Conferences. – 2020. – Vol. 216. – P. 01084. – DOI: 10.1051/e3sconf/202021601084.

48. Investigation of mechanical properties and characterization of a joint using nano flux powder for a-tig welding / S.A. Afolalu, O.M. Ikumapayi, M.E. Emetere, S.O. Ongbali // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 44. – P. 2879–2883. – DOI: 10.1016/j.matpr.2021.01.091.

49. Afolalu S.A., Samuel O.D., Ikumapayi O.M. Development and characterization of nano-flux welding powder from calcined coconut shell ash admixture with FeO particles // Journal of Materials Research and Technology. – 2020. – Vol. 9 (4). – P. 9232–9241. – DOI: 10.1016/j.jmrt.2020.06.067.

50. Оценка проплавляющей способности оксидных флюсов при сварке A-TIG углеродистых и низколегированных сталей / А.И. Карлина, В.В. Кондратьев, В.А. Гладких, Г.Ю. Витькина, Р.В. Кононенко // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 4. – С. 96–115. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.4-96-115.