CC BY
3
]. This contributes to the increase
of welding arc energy associated with the use of flux which increases the total energy of the arc. Further increase the IE oxide, reduces the K due to a decrease of this effect owing
' epac
to changes in other physico-chemical properties of oxides.
Studies of the effect of oxygen content in oxides 02 on the arc energy efficiency factor /fepac showed (Fig. 8) a low correlation between these parameters at the welding current 100 A (R2 = 0,209) and the absence of any correlation at the welding current 200 A (R2 = 0,068). This results show that with the increase in oxygen content in the oxide, there is an increase in the arc energy efficiency factor.
Research efforts, the influence of thermodynamic and physico-chemical properties of the individual flux-oxides on the arc energy efficiency factor /Cepac and the interrelation between these indicators, with degrees of correlation (coefficient of determination R2) are presented in Fig. 9. According to the obtained data, the arc energy efficiency factor /Cepac has a very high correlation with the properties of oxides such as melting point Tmo, boiling point Tho, surface tension a and ionization energy IE during A-TIG welding at a both values currents. At the same time, in A-TIG
welding at a welding current of 200 A there is also a high correlation between K and the oxide formation enthalpy (AH° ).
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0 9,0
• ■ 100 A 200 A
• ■ ■ = 0,950
( R2 » = 0,860
9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 Oxides Ionization Energy (IE), eV
Fig. 8
12,5 18,0
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4 \
iE
O)
o
<-> 0,3
0,2
0,0
H H HR
i n
100 A 200 A
Very higly correlation
Higly correlation
Moderately correlation
Low correlation
Any (linear) correlation
AH,0«
Fig. 9
Thereby, the results allow us to establish requirements for the thermodynamic and physico-chemical properties of oxides used as fluxes in A-TIG welding. Authors of the present paper believe fulfillment of those conditions would allow to choose the optimal compositions of oxide fluxes with high arc energy efficiency factor and for the formation of welding beads with narrow and deep penetration at small values of the arc energy.
In accordance with the identified requirements for the physical and chemical properties of flux oxides, a new flux composition has been developed in this work. Table 3 shows the physical and chemical properties of this flux determined by the state diagram of oxides and computational methods.
Welding tests of the new flux was carried out with TIG and A-TIG welding of stainless steel plates CrNil8-10 with thickness of 5,0 mm. Welding was performed in the lower position with the arc length is 2 mm when the diameter of the tungsten electrode of 3,2 mm and with a sharpening angle of the electrode
30°. Value of the welding current was at 150 A, at a welding speed of 20 cm/min in argon (10 l/min) and using argon protection back side of bead with (5 l/min).
Table 1
Physical and chemical properties of new flux
Flux T , °C rrr T °C 'b' T.-T , °c b m' a, mJ/m2 IE, eV
New flux 1625 3150 1525 325 11,6
The photos of welding bead cross sections obtained by conventional TIG (fig.10a) and A-TIG welding using new flux (Fig.lOb) of CrNil8-10 stainless steel plates with thickness in 5,0 mm are presented in Fig. 10.
In accordance with the results obtained (Table 3), the use of a new flux in welding increases the arc energy efficiency of the on its penetration capability by 3,5 times (K > 3,54).
WELDING, RELATED PROCESSES AND TECHNOLOGIES
4. Conclusions
1. The results obtained in this paper showed that thermodynamic and physico-chemical properties of individual flux oxides influence to the arc energy efficiency factor /fepac during A-TIG welding. According to the obtained data, the main properties affecting the arc energy efficiency factor are the oxides enthalpy formation (AH°98), the melting point Tmo, the boiling point Tho, the surface tension a and the ionization energy.
2. It is determined that the more value of the arc energy efficiency factor /fepac at A-TIG welding of CrNil8-10 stainless steel observed by the following conditions to the thermodynamic and physico-chemical properties of individual fluxes oxides:
• oxides enthalpy formation AH°98:
AH°gg > -800 kJ/mol;
• oxides melting point Tmo\
1500 °C<T < 2400 °C;
mo
05.02.10
Table 3
• oxides boiling point 7"bo:
2500 °C< T < 3000 °C;
bo '
• oxides ionization energy IE:
IE > 10,5 eV;
• oxides surface tension a:
200 mJ/m2 < a < 400 mJ/m2
3. Also it was observed very high interconnection between of the arc energy efficiency Kepac and temperature interval of flux oxide's action AT.. . It is established that in-
liq
crease of the value of this temperature interval facilitates to the increase of the arc energy efficiency.
4. Based on the requirements observed to physical and chemical properties of fluxes oxides for A-TIG welding of CrNil8-10 stainless steel, the new flux consisting from the oxides which allow to increase energy efficiency of weld arc penetration capability to 3,5 times, is developed.
Table 2
Electrical welding parameters of TIG and A-TIG welding with new flux of the CrNil8-10 steel of 5 mm thick
Electrical parameters
TIG (without flux) A-TIG (with new flux)
Welding current/, A Arc voltage U, B Arc energy q, Bt Flux Welding current/, A Arc voltage U, B Arc energy q, Bt
154,08 8,53 789,28 New flux 154,08 8,30 767,32
Fig. 10
Energy efficiency of TIG arc and A-TIG arc with using new flux by welding of the CrNil8-10 steel
Welding method Flux Depth of penetration P, mm Arc energy q, V Arc energy on depth of penetration unit q/P, V/mm Energy efficiency factor of arc penetration property Kepac=(q/P)TIG/(<i/P)flTIG
TIG Without flux 1,45 789,28 544,33 3,54
A-TIG New flux 5,0 767,32 153,46
Reference list
1. Saidov R., Komilova D., Kusch M., Mayr P., Hoefer K. Study on energy efficiency of A-TIG welding of stainless steels using individual flux-oxides. Part 1: Evaluation of the A-TIG arc energy efficiency to the weld penetration depth. Computational nanotechnology. 2019. N° 2. P. 19-24.
2. Saidov R.M., Kusch M., Mayr P., Hoefer K., Akhadov J., Komilova D., Mukhitdinov Z. Study of influence of oxide's physico-chemical properties to the formation welding beads during A-TIG welding of stainless steels (in Russian). Computational nanotechnology. 2016. N° 4. P. 10-20.
3. http://chemister.ru/Database/list-substances.php?substance=F
4. Samsonov G.V. Physico-chemical properties of oxides (in Russian). Reference book. Metallurgy. 1978, 465 p.
5. Savitskiy M.M., Leskov G.I. Mechanism of electronegative elements on arc penetration property with tungsten cathode//Automatic welding. 1980, № 9, P. 17-23.
6. Tanaka M., Shimizu T., Terasaki H., Ushio M., Koshi-ishi F., Yang C.L. Effects of activating flux on arc phenomena in gas tungsten arc welding. Science and Technology of Welding and Joining. 2000. Vol. 5. № 6. P. 397-402.
РЕЦЕНЗИЯ
на статью канд. техн. наук P.M. Саидова, Д.Р. Ком иловой, докт.-инж. Марио Куша, доктора Петера Майера, Кевина Хоефера, доктора Йонга Хуан га, доктора Камеля Туйлеба, «Исследование энергоэффективности процесса А-ТИГ сварки нержавеющих сталей с использованием индивидуальных флюсов-оксидов». Часть 2. Влияние термодинамических и физико-химических свойств флюсов-оксидов
В настоящей статье приведены результаты исследований по изучению влияния термодинамических и физико-химических свойств оксидных флюсов на энергетическую эффективность сварочной дуги при аргонодуговой сварке (А-ТИГ) нержавеющих сталей, на примере стали марки Сг1\М18-10.
Целью данных исследований являлось выявление критериев оценки энергоэффективности сварочной дуги А-ТИГ на глубину проплавления свариваемого металла и изучение влияния термодинамических и физико-химических свойств индивидуальных флюсов-оксидов на энергоэффективность проплавляющей способности сварочной дуги при различных погонных энергиях сварки. Также по результатам проведенных исследований предполагалось выявление требований к термодинамическим и физико-химическим свойствам индивидуальныхфлю-сов-оксидов, обеспечивающим высокую энергоэффективность проплавляющей способности дуги при А-ТИГ-сварке.
В работе в качестве индивидуальных оксидных соединений для исследования влияния их термодинамических и физико-химических свойств на энергоэффективность проплавляющей способности сварочной дуги при ТИГ-свар-ке нержавеющей стали использовались порошки оксидов (М§0, БЮ2, ТЮ2, Сг203, \Л/03 и Со304). Флюсы использовались в виде паст, которые получали при смешивании порошков оксидов (с размером частиц не более 100 мкм) и наносились на поверхность кромок свариваемых пластин, толщиной 0,24 мм и шириной до 10 мм.
Степень влияния энергоэффективности проплавляющей способности сварочной дуги оценивалась с помощью коэффициента детерминированности Я2. Коэффициент детерминированности находится в диапазоне 0 < Я2 < 1, и обозначает силу линейной корреляции между свойствами оксидов и морфологией сварных швов (отношение глубины проплавления к ширине шва - Р/Ц.
В качестве показателя влияния энергии дуги на эффективность проплавления свариваемого металла был использован коэффициент энергоэффективности проплавляющей способности дуги Керж, способ определения которого представлен в первой части настоящей статьи.
В результате проведенных исследований, авторами настоящей работы выявлено влияние термодинамических и физико-химических свойств индивидуальных флюсов-оксидов на энергоэффективность проплавляющей способности дуги (К ) и установлена взаимосвязь между этими показателями, со степенями корреляции (коэффициент детерминированности Я2). Так, в соответствии с полученными данными, /Серас имеет очень высокую корреляционную связь с такими свойствами оксидов, как температура плавления Гто, температура кипения ГЬо, поверхностного натяжения о и энергия ионизации 1Е при сварке А-ТИГ как на токе 100 А, так и на токе 200 А. При этом при сварке на высоком токе (200 А) также высокая корреляция наблюдается между Керас и энтальпией образования оксидов (ДН°98), а при низких токах (100 А) с температурой плавления Тто, температурой кипения ГЬо, поверхностным натяжением о и энергией ионизации 1Е.
В соответствии с выявленными требованиями к физико-химическим свойствам флюсов-оксидов в рамках настоящей работы разработан новый состав флюса, использование которого при А-ТИГ-сварке нержавеющей стали Сг1\М18-10 повышает энергоэффективность действия сварочной дуги на ее проплавляющую способность дуги в 3,5 раза (/Серас > 3,54).
Работа выполнена на высоком научно-техническом уровне и может быть опубликована в открытой печати.
Доктор технических наук РХ. Рахимов
СВАРКА, РОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ТЕХНОЛОГИИ (технические науки) 05.02.10
DOI: 10.33693/2313-223Х-2019-6-3-32-38 УДК 621.791.037
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА А-ТИГ-СВАРКИ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ФЛЮСОВ-ОКСИДОВ
Часть 2 ВЛИЯНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ФЛЮС-ОКСИДОВ
Саидов Рустам Маннапович, кандидат технических наук; старший научный сотрудник Института материало-вения НПО «Физика-Солнце» Академии наук Республики Узбекистан. Ташкент, Узбекистан. E-mail: saidov_r@ yahoo.com
Комилова Дурдона Рустамовна, младший научный сотрудник Института материаловедения НПО «Физика-Солнце» Академия наук Республики Узбекистан. Ташкент, Узбекистан. E-mail: komilova78@mail.ru
Марио Куш, доктор-инженер Департамента производства и сварочной техники Хемницкого технологического университета. Германия. E-mail: mario.kusch@mb.tu-chemnitz.de
Петер Майр, профессор, доктор; Департамент производства и сварочной техники Хемницкого технологического университета. Германия. E-mail: peter.mayr@mb.tu-chemnitz.de
Кевин Хоефер, инженер Департамента производства и сварочной техники Хемницкого технологического университета. Германия. E-mail: kevin.hoefer@mb.tu-chemnitz.de
Йонг Хуанг, доктор; заведующий лабораторией Ланжоуского Технологического Университета. КНР. E-mail: hyorhot@lut.cn
Туйлеб Камель, доктор; доцент кафедры машиностроения Университета бен Абдель Азиза Аль-Харж, Саудовская Аравия. E-mail: touilebk@yahoo.com
Аннотация. В этой статье представлены результаты исследований влияния термодинамических и физико-химических свойств оксидных активирующих флюсов на энергетическую эффективность сварочной дуги при ТИГ-сварке (А-ТИГ) нержавеющей стали CrNil8-10. Полученные в настоящей работе результаты позволили определить критерии оценки эффективности электрической энергии сварочной дуги А-ТИГ на глубину проплавления свариваемого металла и определить оптимальные термодинамические и физико-химические свойства индивидуальных оксидов, способствующих повышению энергоэффективности сварочной дуги при различной погонной энергии сварки. Также определены требования к термодинамическим и физико-химическим свойствам флюсов-оксидов, обеспечивающих высокую энергетическую эффективность плавления особенностей дуги с использованием сварки A-TIG.
Ключевые слова: аргонодуговая сварка, нержавеющая сталь, оксидные активирующие флюсы, энергетическая эффективность действия дуги, термодинамические и физико-химические свойства оксидов.
Литература
1. Saidov R., Komilova D., Kusch M., Mayr P., Hoefer K. Study on energy efficiency of A-TIG welding of stainless steels using individual flux-oxides. Part 1: Evaluation of the A-TIG arc energy efficiency to the weld penetration depth // Computational nanotechnology. 2019. N° 2. P. 19-24.
2. Saidov R.M., Kusch M., Mayr P., Hoefer K, Akhadov J., Komilova D., Mukhitdinov Z. Study of influence of oxide's physico-chemical properties to the formation welding beads during A-TIG welding of stainless steels (in Russian) // Computational nanotechnology. 2016. № 4. P. 10-20.
3. http://chemister.ru/Database/list-substances.php?substance=F
4. Samsonov G.V. Physico-chemical properties of oxides (in Russian). Reference book// Metallurgy. 1978, 465 p.
5. Savitskiy M.M., Leskov G.I. Mechanism of electronegative elements on arc penetration property with tungsten cathode // Automatic welding. 1980. № 9. P. 17-23.
6. Tanaka M., Shimizu T., Terasaki H., Ushio M., Koshi-ishi F., Yang C.L. Effects of activating flux on arc phenomena in gas tungsten arc welding // Science and Technology of Welding and Joining. 2000. Vol. 5. № 6. P. 397-402.
