Оценка проплавляющей способности оксидных флюсов при сварке А-TIG углеродистых и низколегированных сталей

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа (TIG) получила широкое распространение благодаря таким преимуществам, как хороший защитный эффект, стабильная дуга, лёгкая регулировка тепловложения, уменьшение разбрызгивания металла и привлекательный внешний вид сварного шва. Однако относительно неглубокое проплавление и низкая эффективность ограничивают её применение. Для повышения эффективности сварки и расширения сферы её применения отечественные и зарубежные учёные провели значительные исследования, направленные на повышение плотности энергии традиционной дуги TIG. К ним относятся активирующая дуговая сварка TIG (A-TIG) с использованием флюса, наносимого на поверхность сварочного стыка. Дальнейшее обсуждение механизма повышения плотности энергии дуги при сварке А-TIG позволит нам предложить новые идеи и методы для высокоэффективной технологии производства сварочных процессов TIG. Цель настоящей работы: оценка технологического потенциала метода применения оксидных активирующих флюсов TiO2 и SiO2 для повышения эффективности проплавления и качества сварочного процесса углеродистых и низколегированных сталей. Методы и материалы исследований. В работе проводили сравнительные испытания сварки A-TIG пластин толщиной 3,5 и 8 мм (300×300 мм), изготовленных из нелегированной (углеродистой) стали Ст3, а также низколегированной стали 09Г2С. Сварочные испытания включали в себя применение однокомпонентных флюсов в виде оксидов (TiO2, SiO2). Все экспериментальные сварные швы выполнялись в одинаковых условиях, без использования присадочного металла (сварка TIG), током в диапазоне 10…200 А со скоростью сварки 150 мм/мин. Напряжение дуги ограничивалось в диапазоне от 10,4 до 12,8 В; погонная энергия – в диапазоне от 0,499 до 0,614 кДж/мм. Все сварные швы подвергались визуальному контролю состояния поверхности и макроструктурным исследованиям для определения их размеров. Результаты и обсуждения. В большинстве испытаний наблюдалось существенное различие в форме дуги по сравнению с традиционными процессами TIG и A-TIG. Результаты испытаний сварки A-TIG нелегированных и низколегированных сталей показали, что глубина проплавления незначительно увеличивалась в сталях, характеризующихся более высокой степенью раскисления и металлургической чистотой. Очевидно, что не каждый активатор отвечал за увеличение глубины проплавления, однако использование оксидов TiO2 и SiO2 оказалось, несомненно, благоприятным. Предложен механизм сжатия дуги для сварки A-TIG стали с различными типами исследованных флюсов. Сужение дуги происходит из-за образования отрицательных ионов во внешней области дуги или из-за флюса на поверхности. Таким образом, сужение дуги повышает плотность тока и интенсивность тепла в корне анода. Это увеличивает силу и давление магнитного сжатия, и таким образом возникает сильный конвекционный поток вниз. Использование оксидов кремния и титана (TiO2 и SiO2) приводит к увеличению глубины проплавления при сварке A-TIG, независимо от типа и марки стали. Степень увеличения глубины проплавления ограничивалась диапазоном от 40 до 200 %.

Об авторах

Антонина Игоревна Карлина

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

Email: karlinat@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3287-3298
SPIN-код: 5237-9442
Scopus Author ID: 57189716281
ResearcherId: H-8191-2016
https://www.researchgate.net/profile/Antonina-Karlina

канд. техн. наук

Россия, 129337, Росси, г. Москва, Ярославское шоссе, 26

Виктор Викторович Кондратьев

Институт геохимии им. А.П. Виноградова Сибирского отделения Российской академии наук; Череповецкий государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: imz@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7437-2291
SPIN-код: 6927-7394
Scopus Author ID: 56509486000
ResearcherId: A-9010-2013

канд. техн. наук

Россия, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Фаворского, стр. 1А; 162600, Россия, г. Череповец, пр. Луначарского, 5

Виталий Александрович Гладких

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

Email: gladkich_87@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1953-1584
SPIN-код: 7798-9358
Scopus Author ID: 56432551500
ResearcherId: F-1577-2017

канд. техн. наук

Россия, 129337, Россия, г. Москва, Ярославское шоссе, 26

Галина Юрьевна Витькина

Череповецкий государственный университет

Email: 20procents@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1076-2709
SPIN-код: 2335-2189
Scopus Author ID: 55542811800
ResearcherId: D-7344-2014

канд. техн. наук

Россия, 162600, Россия, г. Череповец, пр. Луначарского, 5

Роман Владимирович Кононенко

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Email: istu_politeh@mail.ru
ORCID iD: 0009-0001-5900-065X
SPIN-код: 2106-3870
Scopus Author ID: 56281057500
https://www.istu.edu/person/39082

канд. техн. наук

Россия, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Список литературы

  1. 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.
  2. Савицкий М.М., Кушниренко Б.Н., Олейник О.Н. Особенности сварки сталей вольфрамовым электродом с активирующими флюсами // Автоматическая сварка. – 1999. – № 12. – С. 18–22.
  3. Acharya S., Patra S., Das S. Predicting A-TIG weld bead geometry of 304 stainless steel using artificial neural networks // Discover Mechanical Engineering. – 2025. – Vol. 4 (1). – P. 12. – doi: 10.1007/s44245-025-00096-5.
  4. 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.
  5. Mohsein Z.H., Abdulwahhab A.B., Abbas A.M. Study effect of active flux on mechanical properties of TIG welding process // Results in Engineering. – 2025. – Vol. 26. – P. 104681. – doi: 10.1016/j.rineng.2025.104681.
  6. Görgün E. Advancing welding quality through intelligent TIG welding: A hybrid deep learning approach for defect detection and quality monitoring // Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi. – 2025. – Vol. 16 (3). – P. 677–685. – doi: 10.24012/dumf.1642978.
  7. Morisada Y., Fujii H., Xukun N. Development of simplified active flux tungsten inert gas welding for deep penetration // Materials & Design. – 2014. – Vol. 54. – P. 526–530. – doi: 10.1016/j.matdes.2013.08.081.
  8. Dhandha K.H., Badheka V.J. Effect of activating fluxes on weld bead morphology of P91 steel bead-on-plate welds by flux assisted tungsten inert gas welding process // Journal of Manufacturing Processes. – 2015. – Vol. 17. – P. 48–57. – doi: 10.1016/j.jmapro.2014.10.004.
  9. Nayee S.G., Badheka V.J. Effect of oxide-based fluxes on mechanical and metallurgical properties of dissimilar activating flux assisted-tungsten inert gas welds // Journal of Manufacturing Processes. – 2014. – Vol. 16 (1). – P. 137–143. – doi: 10.1016/j.jmapro.2013.11.001.
  10. A review on welding techniques: properties, characterisations and engineering applications / C. Shravan, N. Radhika, N.H. Deepak Kumar, B. Sivasailam // Advances in Materials and Processing Technologies. – 2023. – Vol. 10. – P. 1126–1181. – doi: 10.1080/2374068X.2023.2186638.
  11. A critical review on advanced welding technologies to fabricate test blanket modules and irradiation damage behaviour of the welded joints in nuclear fusion applications / H. Mi, J. Ma, L. Feng, W. Guo, B. He // Journal of Manufacturing Processes. – 2025. – Vol. 141. – P. 829–864. – doi: 10.1016/j.jmapro.2025.03.025.
  12. 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.
  13. 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.
  14. 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.
  15. 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.
  16. Паршин С.Г. Наноструктурированные и активирующие материалы для дуговой сварки. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2020. – doi: 10.18720/SPBPU/2/si20-888.
  17. 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.
  18. 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.
  19. 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.
  20. Kumar N., Pandey C., Kumar P. Dissimilar welding of Inconel alloys with austenitic stainless-steel: a review // Journal of Pressure Vessel Technology. – 2023. – Vol. 145 (1). – P. 011506. – doi: 10.1115/1.4055329.
  21. 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.
  22. Comprehensive studies on conventional and novel weld cladding techniques and their variants for enhanced structural integrity: an overview / S. Kavishwar, V. Bhaiswar, S. Kochhar, A. Fande // Welding International. – 2024. – Vol. 38 (9). – P. 618–638. – doi: 10.1080/09507116.2024.2402285.
  23. Sharma P., Dwivedi D.K. A-TIG welding of dissimilar P92 steel and 304H austenitic stainless steel: Mechanisms, microstructure and mechanical properties // Journal of Manufacturing Processes. – 2019. – Vol. 44. – P. 166–178. – doi: 10.1016/j.jmapro.2019.06.003.
  24. Research on the possibility of lowering the manufacturing accuracy of cycloid transmission wheels with intermediate rolling elements and a free cage / E.A. Efremenkov, N.V. Martyushev, V.Yu. Skeeba, M.V. Grechneva, A.V. Olisov, A.D. Ens // Applied Sciences. – 2022. – Vol. 12 (1). – P. 5. – doi: 10.3390/app12010005.
  25. Vidyarthy R.S., Dwivedi D.K., Vasudevan M. Influence of M-TIG and A-TIG welding process on microstructure and mechanical behavior of 409 ferritic stainless steel // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2017. – Vol. 26 (3). – P. 1391–1403. – doi: 10.1007/s11665-017-2538-5.
  26. 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.
  27. 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.
  28. 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 (1). – P. 391–410. – doi: 10.1007/s00170-019-03918-5.
  29. 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.
  30. 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.Yu. Skeeba, A.I. Karlina // Metallurgist. – 2022. – Vol. 65 (11–12). – P. 1255–1264. – doi: 10.1007/s11015-022-01271-9.
  31. 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.
  32. 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.
  33. 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.
  34. 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.
  35. 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.
  36. 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.
  37. Hybrid processing: the impact of mechanical and surface thermal treatment integration onto the machine parts quality / V.Yu. Skeeba, V.V. Ivancivsky, A.V. Kutyshkin, K.A. Parts // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – Vol. 126 (1). – P. 012016. – doi: 10.1088/1757-899x/126/1/012016.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».