Obrabotka Metallov / Metal Working and Material ScienceObrabotka Metallov / Metal Working and Material ScienceОбработка металлов (технология • оборудование • инструменты)1994-63092541-819XНовосибирский государственный технический университет42441710.17212/1994-6309-2026-28.2-49-71TECHNOLOGYТЕХНОЛОГИЯResearch ArticleEvaluation of the penetrating ability of oxide fluxes in welding carbon and low-alloy steels using novel A-TIG methodsОценка проплавляющей способности оксидных флюсов при сварке новыми методами A-TIG углеродистых и низколегированных сталейhttps://orcid.org/0000-0003-3287-329857189716281H-8191-20165237-9442KarlinaAntonina I.КарлинаАнтонина Игоревна
Russian Federation

Ph.D. (Engineering)

канд. техн. наук

karlinat@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1953-158456432551500F-1577-20177798-9358GladkikhVitaliy A.ГладкихВиталий Александрович
Russian Federation

Ph.D. (Engineering)

канд. техн. наук

gladkich_87@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0000-8373-1412КурдюмовГеоргий ЕвгеньевичKurdiumovGeorgii E.
Russian Federation

Vice rector - institute director

Заместитель ректора - директор института

gekurdiumov@chsu.ruhttps://orcid.org/0009-0001-5900-065X56281057500ADE-9780-20222106-3870KononenkoRoman V.КононенкоРоман Владимирович
Russian Federation

Ph.D. (Engineering)

канд. техн. наук

istu_politeh@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7437-229156509486000KondratievViktor V.КондратьевВиктор Викторович
Russian Federation

Ph.D. (Engineering)

канд. техн. наук

imz@mail.ruНациональный исследовательский Московский государственный строительный университетNational Research Moscow State University of Civil EngineeringЧереповецкий государственный университетCherepovets State UniversityIrkutsk National Research Technical UniversityИркутский национальный исследовательский технический университетA.P. Vinogradov Institute of Geochemistry SB RASИнститут геохимии им. А.П. Виноградова Сибирского отделения Российской академии наукruen282ТОМ 28, №2 (2026)VOL 28, NO2 (2026)497102062026Copyright ©; 2026, Karlina A.I., Gladkikh V.A., Kurdiumov G.E., Kononenko R.V., Kondratiev V.V.Copyright ©; 2026, Карлина А.И., Гладких В.А., Курдюмов Г.Е., Кононенко Р.В., Кондратьев В.В.2026Karlina A.I., Gladkikh V.A., Kurdiumov G.E., Kononenko R.V., Kondratiev V.V.Карлина А.И., Гладких В.А., Курдюмов Г.Е., Кононенко Р.В., Кондратьев В.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rcsi.science/1994-6309/article/view/424417

Introduction. The purpose of this study is to evaluate the technological potential of using oxide activating fluxes in the novel FB-TIG and FZ-TIG methods to improve penetration efficiency and weld quality in carbon and low-alloy steels. This paper attempts to analyze and review the published literature concerning various hypotheses that explain the high penetration achieved using activating fluxes. Materials and Methods. Low-alloy steel samples with thicknesses ranging from 3 to 10 mm were used in this study. Fine flux powders were pre-dispersed in acetone. The flux was carefully applied with a brush to the upper surface of the plate over half of its length. The other half of the plate was left without flux to perform conventional TIG welding for comparison. Bead-on-plate welds were made without the addition of any filler material. Several parallel weld passes were deposited with sufficient spacing to avoid thermal interference. The arc current was varied in the range of 80–250 A, while the welding speed was kept constant at 100 mm/min. The welding voltage was set to 15–16 V. Heat input was calculated using the standard expression, assuming a heat transfer efficiency of 0.8. High-purity, industrial?grade argon was used as the shielding gas at a flow rate of 20 L/min. A standard optical microscope was used for metallographic examination, and a camera was used to record the welding process. Results and Discussion. The studies have shown that penetration depth primarily depends on such welding parameters as arc length (mm), welding current (A), and travel speed (mm/s). The depth-to-width (D/W) ratio is high for the FB-TIG method; moreover, surface appearance and slag detachability are improved. The influence of the acidic or alkaline nature of the flux on weld geometry and surface appearance is analyzed. Acid fluxes provide a smoother weld surface than alkaline oxide fluxes. Welding with activated FB-TIG and FZ-TIG using SiO2 flux increases the penetration depth and the depth-to-width ratio by factors of 1.5–1.7, respectively, compared to conventional A-TIG welding.

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.

СваркаАктивирующие флюсыГлубина проплавленияТолщина покрытияWeldingActivating fluxesPenetration depthCoating thicknessZhang Y.M., Jiang M., Lu W. Double electrodes improve GMAW heat input control // Welding Journal. – 2004. – Vol. 83 (11). – P. 39–41.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.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.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.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.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.Савицкий М.М., Кушнирепко Б.Н., Олейник О.Н. Особенности сварки сталей вольфрамовым электродом с активирующими флюсами // Автоматическая сварка. – 1999. – № 12. – С. 18–22.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.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.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.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.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.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.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.Паршин С.Г. Наноструктурированные и активирующие материалы для дуговой сварки. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2020. – DOI: 10.18720/SPBPU/2/si20-888.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.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.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.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.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.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.Sire S. New perspectives in TIG welding of aluminium through flux application // Proceedings of the 7th International Symposium. – Kobe, Japan, 2001. – P. 113–118.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.