JP2013103224A - 半自動アーク溶接法 - Google Patents

Abstract

【課題】半自動アーク溶接ではソリッドワイヤやフラックスを封入したフラックス入りワイヤを使用するが、ソリッドワイヤではフラックスの機能がなく、フラックス入りワイヤではワイヤの断面積が限定されるため所要のフラックスをワイヤに封入することができず、スパッタの抑制や溶接品質や溶接能率に満足できなかった。また、シールドガスは空気を遮断するだけであり積極的に溶接性を向上させる機能はなかった。
【解決手段】溶接ワイヤに塗布機にて液体フラックスを塗布することでフラックス入りワイヤはもちろんソリッドワイヤでもフラックス機能を生かした溶接が可能となった。かつ気化装置に充填した液体フラックスにシールドガスを導いて気化せしめて、シールドガスと混合した混合シールドガスを生成し、この混合ガスを溶接トーチに導いて溶接ことでシールドとフラックス機能を併せ持つ溶接が可能となった。
【選択図】図１

Description

本発明は半自動アーク溶接の溶接性向上に関するものであり、気化装置に充填した液体フラックスをシールドガスで気化させて気化フラックスを生成し、気化フラックスに磁界をかけて帯電させて溶接トーチに導き溶接するとともに、液体フラックスをワイヤに塗布して溶接し、溶融金属の表面張力を除去しスパッタの低減や酸化防止を図り、溶接金属に含まれる有効元素の歩留まりや溶接特性を向上させる半自動アーク溶接法に関する。

半自動アーク溶接にはＭＩＧ溶接、炭酸ガスアーク溶接、ＭＡＧ溶接があり、溶接材として非常に長いワイヤを使用し、ワイヤもガスも連続的に長時間供給できるので、手棒溶接と比較してその能率は圧倒的に高い。半自動アーク溶接はガスシールドアーク溶接の一種であるが、単にアーク応接といえば半自動アーク溶接のことを指している。炭酸ガスアーク溶接、ＭＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接は使用する機材も用途もほぼ同じでありシールドガスの種類が異なるだけある。ＭＩＧ溶接はシールドガスに基本的にイナートガスとしてアルゴンを使用するが、Ａｒ＋Ｏ２（１〜５％）、Ａｒ＋Ｎ２（３０〜７０％）、Ａｒ＋Ｈｅ（１５〜３５％）のように他のイナートガスを混合する応用例がある。アルゴンにあえて分子ガスを混合する理由は、例えば酸素分子はアーク熱にてＯ＋Ｏに解離する際に解離熱を出しアーク柱間に出されるためアーク電圧を上昇させる効果がある。炭酸ガスアーク溶接はシールドガスに炭酸ガス（ＣＯ２）のみを使う。ＭＡＧ溶接はイナートガスと炭酸ガスを混合したシールドガスを使い、Ａｒ＋ＣＯ２（３５％）＋Ｏ２（５％）、ＣＯ２＋Ｏ２（１〜１０％）のような使用例がある。

炭酸ガスアーク溶接やＭＡＧ溶接において、シールドガスに炭酸ガス（ＣＯ２）を使う理由は、１）アーク安定性に優れていること、２）溶け込みを深くできること、３）安価なことである。炭酸ガスは、他のシールドガス例えばアルゴンガスなどと比較すると分子ガスのためＣＯ＋Ｏに分離する際分子解離熱を出すためアーク電圧が高くなり、単位時間当たりアルゴンガスの１．５倍の高能率で溶接できる。特に表面硬化肉盛り溶接となると溶接量が多くなるので溶接工の一人当たりの溶接棒の消化能力で工事費が大きく左右されることから炭酸ガスをシールドガスとして使用する場合が多い。しかしながら、炭酸ガスをシールドガスとして使用する場合は、炭酸ガスが解離する際の発生期の酸素による強い酸化作用のために溶接金属やフラックスが酸化されるので、発生期の酸素を抑えたり除去したりする工夫が必要である。

炭酸ガスアーク溶接やＭＡＧ溶接はシールドガスの炭酸ガスがアーク溶接熱にて４０００〜５０００℃となるためＣＯ２→ＣＯ＋Ｏ↑に分離する。この発生期の酸素（Ｏ↑）が溶滴形成時に合金中の炭素と結合反応（Ｃ＋Ｏ→ＣＯ↑）して一酸化炭素ガスを気化爆発的に発生させ炭素を奪うため硬化肉盛り部分が軟化してしまう欠点がある。表面硬化複合ワイヤとしては高炭素となるように炭素や炭素化合物を多く封入したいのであるが、炭酸ガスをシールドガスとして使用する場合は、アーク安定剤、表面張力除去剤、脱酸剤などのフラックスを添加しなければならず炭素の封入量には限界があった。例えば、高合金複合ワイヤはフラックスとしてアーク安定とスパッタ減少を目的として酸化チタン（ＴｉＯ２、一般にイルミナイト）などを封入しているが、硬度を確保するため炭素成分を優先的に封入せざるをえず、フラックス入りワイヤではありながら実情はフラックス量が少ないためソリッドワイヤに近い成分構成となっていた。このため高合金複合ワイヤは比較的フラックスの巻き込みによる欠陥は少ないのであるが、炭酸ガス特性として発生期の酸素による薄い酸化スラグが肉盛り表面に張り付き、冷却の際これら薄いスラグが応力縮みにより飛散することから溶接作業者に害をなしていた。

炭酸ガスシールドによる高合金複合ワイヤはフラックスワイヤであり、高合金ソリッドフープをパイプ状にして、このパイプ中に溶接性向上機能を有するフラックスを封入している。例えば、スパッタ減少とアーク安定剤として酸化チタン（ＴｉＯ２）、塩基度向上とフッ素ガス（Ｆ）確保のためフッ化カルシウム（ＣａＦ）、脱酸剤としてシリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（ＡＬ）、チタン（Ｔｉ）などの粉末を封入する。脱酸剤は最低限５〜８倍は必要とする元素に対して入れる必要があるが、その分パイプ面積に限界があるためスラグ安定剤は入れにくくなりフラックスとしての配合バランスが不十分であった。

特開２０１１−１０４６２４号広報では、硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接ワイヤにフラックスを充填して溶接後の溶接金属のビッカース硬度（Ｈｖ）が２００以上である硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接ワイヤが開示されている。特開２００９−２５５１２５号広報では、ＭＩＧ溶接フラックスワイヤにグラファイトをワイヤ全質量あたり０．１６乃至２．００質量％含有し、鉄粉をフラックス全質量あたり２０質量％以上含有するＭＩＧ溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。特開２００４−２８３８５８号広報では、ＴＩＧ溶接ワイヤ表面に酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化ケイ素及び酸化鉄のうちの１種又は２種以上からなる皮膜を液相析出法で被覆したＴＩＧ溶接ワイヤが開示されている。特開２００８−１７３６０７号広報では、純度の高い不活性ガスをシールドガスとしたＭＩＧ溶接方法であって、被溶接板の溶接継ぎ手部の表面に活性フラックスを塗布し、該溶接継ぎ手部をＭＩＧ溶接する方法が提案されている。

本発明者は、特開２０１１−０８８１８０号広報「溶接用フラックスと溶接方法」で、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｚｎ、Ｓｅなどの原子の内少なくとも２種類以上の原子が結合してできている電解質をアルコールやアセトンなどの溶媒に溶解して生成した液体フラックスを溶接部分に塗布して溶接する溶接方法や前記液体フラックスを気化せしめた気化フラックスをシールドガスや複数のシールドガスを混合した混合シールドガスと混合して生成した複合シールドガスを溶接部分に吹き付けながら溶接する方法を発明した。特願２０１０−２００４９４号広報「蝋付け用フラックス及び蝋付け法」で、前記液体フラックスを気化装置に充填し、プロパン（Ｃ３Ｈ６）やアセチレン（Ｃ２Ｈ２）などの燃焼ガスを吹き込んで気化せしめて前記気化フラックスとして、蝋付け炉のバーナーに導き、前記蝋付け炉を加熱しながら前記気化フラックスを吹き込んで蝋付けする蝋付け方法を発明した。特願２０１０−２０６２７１号広報「フィンチューブの製造方法」で、フィンとチューブを高周波抵抗溶接してフィンチューブを製造する方法において、気化装置に前記液体フラックスを充填し、前記気化装置に気体を吹き込んで前記液体フラックスを気化せしめて気化フラックスを生成し、該気化フラックスを溶接部に吹き付けながら前記フィンと前記チューブを溶接するフィンチューブ製造方法を発明した。特開昭６３−１２３５７号広報「ガスシールドアーク溶接法」でシールドガスとして帯電ガスを用いた溶接方法を発明した。この発明をさらに発展させた溶接方法が特開２０１１−０９８３６７号広報「溶接肉盛り用フラックスと溶接肉盛法」で、液体フラックスの溶質を適宜析出せしめて生成した析出フラックスに接種剤を混入してゲル状フラックスとして、該ゲル状フラックスを溶接母材に塗布した後に前記ゲル状フラックスの溶媒を乾燥もしくは燃焼させて固形フラックスとして肉盛り母材に固定した後に、該固形フラックスの上から前記肉盛り母材に溶接する方法や帯電シールドガス中で溶接する方法を発明した。

本発明者は、特開２００９−０９０３６８号広報「ガス切断用気化フラックス」で、ロウ付けなどに使用するフラックスを適宜混合して前処理した混合フラックスを、アルコールやアセトンなどの溶媒に８〜２５重量％混合して、超臨界装置内において温度３００〜４００℃、圧力３４．３〜４４．１ＭＰａで溶解し液体フラックスとし、該液体フラックスに気体を吹き込んで気化させるガス切断用気化フラックスを発明した。特開２００９−２９７７８２号広報「液体フラックスの製造方法及びその装置」で、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃｌ、Ｚｎ、Ｓｅなどの原子の内、少なくとも２種類以上の原子が結合してできている電解質をアルコールやアセトンなどの溶媒中で磁場をかけるとともに、該溶媒を攪拌しながら溶解する液体フラックスの製造方法を発明した。特開２０１０−１００４４１号広報「液体フラックスの製造方法と製造装置及び液体フラックス」で、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｚｎなどの原子の内、少なくとも２種類以上の原子が結合してできている電解質をアルコールなどの溶媒を入れた容器中で、磁場をかけるとともに該溶媒を回転しながら溶解する液体フラックスの製造方法において、溶媒中に電極を挿入し電圧を付加するとともにパルス電圧を付加する液体フラックス製造方法を発明した。特開２００９−２３３７４１号広報「液体フラックス気化装置」で、ロウ付け及びガス切断などに使用するフラックスをアルコールやアセトンあるいはこれらを混合した液体に溶解した液体フラックス中に、アセチレンやプロパンなどの燃焼ガスを吹き込んで、前記液体フラックスを気化せしめて気化フラックスを生成する液体フラックス気化装置において、周りに複数の回転筒用ネオジ磁石が配設してある回転筒を設け、該回転筒を毎分６０〜２００回、回転させながら前記気化フラックスを通過せしめて、該気化フラックスを取り出す液体フラックス気化装置を発明した。

特開２０１１−１０４６２４号広報 特開２００９−２５５１２５号広報 特開２００８−１７３６７０号広報 特開２００４−２８３８５８号広報 特開２０１１−０８８１８０号広報「溶接用フラックスと溶接方法」 特開２０１１−０９８３６７号広報「溶接肉盛り用フラックスと溶接肉盛法」 特願２０１０−２００４９４号広報「蝋付け用フラックス及び蝋付け法」 特願２０１０−２０６２７１号広報「フィンチューブの製造方法」 特開２００９−０９０３６８号広報「ガス切断用気化フラックス」 特開２００９−２９７７８２号広報「液体フラックスの製造方法及びその装置」 特開２０１０−１００４４１号広報「液体フラックスの製造方法と製造装置及び液体フラックス」 特開２００９−２３３７４１号広報「液体フラックス気化装置」 特開昭６３−１２３５７号広報「ガスシールドアーク溶接法」

特許文献０１特開２０１１−１０４６２４号広報や特許文献０２特開２００９−２５５１２５号広報の方法は、フラックスをワイヤの中に封入しているがワイヤの面積に限界があり溶接性を向上するための表面張力の低減剤、脱酸剤、清浄剤の添加が不足していた。例えば、高合金ソリッドワイヤは所要の硬度を出すために炭素及びＮｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗを含む炭素化合物を含有するが、溶接性を向上させるためにはＳｉ、ＡＬ、Ｔｉ、Ｍｎなどの脱酸剤が必要であり、これらを全てワイヤの中に含むには限界がある。そのため、複合ワイヤはこれら特殊元素の他にハロゲンガス（Ｆ、ＣＬ、Ｂｒ、Ｉ）を発生する特殊化合物を混合して、脱酸剤、アーク安定剤、表面張力除去剤としてカバーしているがこれも限界があった。ハロゲンガスのＦ、ＣＬは塩基度をアップさせかつアーク電圧を上昇させ溶解金属の流動性と脱ガスと表面清浄のために複合ワイヤ中に入っており、ＣａＦ（フッ化カルシウム）、ＴｉＯ（酸化チタン）、ＭｎＯ２（酸化マンガン）と同じ役目をする。複合ワイヤ中に必要とするＡＬ、Ｓｉなどの脱酸剤を入れるとすると、ＡＬ、Ｓｉ元素の５〜８倍の質量の化合物が必要であり、このようなフラックスを封入するには限界がある。特許文献０３の特開２００８−１７３６７０号広報の方法では、活性フラックスは二酸化チタン（ＴｉＯ２）や二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）などの金属酸化物の単体もしくは複合体が用いられる。溶接継ぎ手部の表面に活性フラックスを塗布してＭＩＧ溶接することにより溶接部における過剰酸素状態を防止し、溶融金属の表面張力を低下させるとともにプラズマ流を緊縮化させて、溶接速度の速いＭＩＧ溶接で深溶け込みが可能な溶接を安定して行えるとしている。活性フラックスは具体的には市販の活性フラックス（７０％ＴｉＯ２、２０％Ｃｒ２Ｏ３、１０％ＳｉＯ２）である。この活性フラックスは液体状ではなくペースト状であるためそれぞれの化合物は金属酸化物粉末として独立して存在しており液体の中に溶解して混合状態になっているものではないため、溶接面に均一に塗布することが困難である。フラックス化合物はアーク熱により加熱され溶融して集中性の高いプラズマ流を形成するので通常のＭＩＧ溶接よりもさらに深溶け込みとなるが同時に未溶融のフラックスが溶融金属に巻き込まれて溶接欠陥となる問題があった。また、フラックスとしての元素がＴｉ、Ｓｉ、Ｃｒであり機能が限定的で、溶融金属の表面張力低減、脱酸、清浄化の機能が不十分であった。特許文献０４特開２００４−２８３８５８号広報では、チタンやケイ素やジルコニアなどは脱酸剤としての役割を果たしクロムやモリブデンは炭化物を形成して非常に硬い硬化層を形成しまたケイ素は薄いガラス質を形成して溶融金属の酸化を防止する効果があるが、表面張力を低減するためのハロゲンを含有していないために溶融金属の流動性を高め溶け込み深さを深くすることは困難であった。フラックスとしてのハロゲン以外の元素も限定的で機能が不足しており、溶融金属の表面張力低減、脱酸、清浄化の機能が不十分であった。

特許文献０５の特開２０１１−０８８１８０号広報「溶接用フラックスと溶接法」や特文献０６の特開２０１１−０９８３６７号広報「溶接肉盛り用フラックスと溶接肉盛法」や特許文献０７の特願２０１０−２００４９４号広報「蝋付け用フラックス及び蝋付け法」や特許文献０８の特願２０１０−２０６２７１号広報「フィンチューブの製造方法」において、液体フラックスを溶接に応用する方法を提案している。これらの溶接は液体フラックスを溶接面やロウ付け面に塗布して溶接やロウ付けする方法したり、液体フラックスにシールドガスや燃焼ガスを吹き込んで液体フラックスを気化せしめて溶接面やロウ付け面に吹き付けたりして溶接やロウ付けを行う方法である。しかしながら溶接面に液体フラックスを塗布する方法は能率、塗布の均一性、乾燥時間などの面で問題があった。また、気化フラックスを溶接面に吹き付けるだけではフラックスとしての機能を十分に作用させつことはできなかった。また、従来、溶接面に液体フラックスをシールドガスで気化せしめて吹き付けると同時に溶接ワイヤに液体フラックスを塗布して溶接する方法はなかった。液体フラックス製造装置も多様化する溶接材、溶接方法の種類に応じて液体フラックスをきめ細かく作り分けるには溶解能力が不足していた。また、液体フラックスを気化するための気化装置についても、ネオジ磁石の配列構造が効率的でないため気化フラックスの帯電効果が小さく気化フラックスを活性化するには不十分であり高性能の気化装置が求められていた。

炭酸ガスアーク溶接は高電流域ではＭＩＧ溶接に似てスパッタの少ない溶接となるためアーク柱への金属スプレー移行は粒状移行であるが、電流を下げればスパッタが多くなり満足な溶接部が得られない。そのため０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍと細径のソリッドワイヤを使用する。細径にすることでピンチ効果によるジュール熱の増加にてスパッタの減少化を図れるが、ソリッドワイヤはＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ４０３などであり、ソリッドワイヤに入れられる合金量は最大４５％の溶接合金だけであり肉盛り溶接には適していなかった。一方、硬化肉盛り棒は１．２ｍｍ、１．６ｍｍ、２ｍｍと線径を大きくすることで添加合金の増大を図り高合金を得られるが、太径になると電流と電圧の相互関係のため電流値は最大５００アンペアの低電流溶接となりスパッタ粒子が多い溶接面となっていた。

本発明の課題は、半自動アーク溶接において、液体フラックスをシールドガスで気化させた気化フラックスを溶接トーチに導いて溶接すると同時に液体フラックスを溶接ワイヤに塗布して溶接することにより従来の問題点を改善することにある。すなわち、（１）液体フラックスの機能性を高め半自動アーク溶接の溶接品質を向上すること、（２）炭酸ガスアーク溶接によって、ステライトＮｏ．６の代用として開発されたＣｒ−Ｓｉ−Ｍｏ−Ｗ−Ｖ系の耐摩耗高合金複合ワイヤの平均４層肉盛り（８〜１０％）にてＨｖ７００を得る溶接方法を具現化すること、（３）炭酸ガスアーク溶接で１．２ｍｍ〜２．０ｍｍの太径のソリッドワイヤを低スパッタで溶接可能にすること、（４）高合金ワイヤの酸化防止により１層肉盛りでＨｖ７００の硬化肉盛りを具現化すること、（５）液体フラックス製造装置の性能を向上させる、（６）気化装置の性能を向上させることである。

第１の解決手段は特許請求項１に示すように、半自動アーク溶接法において、磁石を配設した容器からなる液体フラックスの製造装置でアルコールやアセトンの溶媒を回転しながら電解質を溶解させて生成した前記液体フラックスを、溶接ワイヤに塗布機にて塗布して溶接する半自動アーク溶接法である。

第２の解決手段は特許請求項２に示すように、前記液体フラックスを前記溶接ワイヤに前記塗布機にて塗布して溶接するとともに、前記液体フラックスを気化装置に充填し、該気化装置にシールドガスを吹き込んで気化せしめた気化フラックスを溶接部分に吹き付けながら溶接する半自動アーク溶接法である。

第３の解決手段は特許請求項３に示すように、前記塗布機は、前記溶接ワイヤに前記液体フラックスを塗布する塗布帯を設けた塗布基部と前記液体フラックスを充填したタンクを着脱自在に取り付けるタンク保持基部からなり、前記タンクにはエア取り入れ口が設けられており、前記塗布基部には前記溶接ワイヤを前記塗布帯に案内するための案内貫通孔を有するワイヤ供給プラグと前記液体フラックスを塗布した前記溶接ワイヤを前記溶接トーチに送りだす送給貫通孔を有する送給ガイドを配設し、前記タンク保持基部には前記タンクを取り付けるためのタンク保持穴が設けられ、前記タンクは排出孔を有するシールキャップにねじ込まれ、該シールキャップは前記タンク保持穴にシールされた状態で挿入保持され、該タンク保持穴の底部には前記塗布帯に前記液体フラックスを導く連通孔が設けられ、該連通孔の途中にニードルバルブを設け前記液体フラックスの流量を調整可能にした塗布機である。

第４の解決手段は特許請求項４に示すように、前記塗布機の前記シールキャップにはシール玉が内包され、該シール玉は前記シールキャップの底部に設けたサポートと伸縮体で前記排出口に押し付けられており、前記シールキャップを前記タンク保持穴に挿入すると、前記保持穴の底部に設けた突起に前記シール玉が押し上げられ前記シール玉が前記排出口から後退する機構を有する塗布機である。

第５の解決手段は特許請求項５に示すように、前記液体フラックスの前記製造装置は前記容器の内側に磁石を配設し、アルコールやアセトンの溶媒を回転しながら電解質を溶解させて前記液体フラックスを製造する前記製造装置であり、前記磁石は固定磁石と回転磁石からなり、前記固定磁石は前記容器の上部に配設した水平フレームから前記容器中に懸垂固定された複数の懸垂アームと該懸垂アームに前記容器の中心部に向けて水平に取り付けられた複数の固定水平アームに取り付けられており、前記回転磁石は前記固定フレームから前記容器中に回転自在に懸垂支持された回転軸に前記容器の外周に向けて水平方向に取り付けた複数の回転水平アームに取り付けられており、前記固定水平アームと前記回転水平アームは、お互いに接触しないように高さ方向に互い違いに配設され、前記容器もしくは前記水平フレームのいずれかを昇降自在にしている液体フラックスの製造装置である。

第６の解決手段は特許請求項６に示すように、前記水平フレームには超音波発振器を高さ方向調整可能に懸垂支持している液体フラックスの製造装置である。

第７の解決手段は特許請求項７に示すように、前記気化装置は気化容器と該気化容器に前記シールドガスを供給する給気管と生成した前記気化フラックスを取り出す排気管及び複数の磁石を配設してなる前記気化装置であり、前記磁石は前記気化容器内での前記気化フラックスの流れ方向に対して横断する方向に配設されている気化フラックスを生成するための気化装置である。

第８の解決手段は特許請求項８に示すように、前記気化装置の前記磁石は複数の貫通孔を有する板状磁石になっており、該板状磁石が前記容器内に単層もしくは複層に配設されている気化装置である。

第９の解決手段は特許請求項９に示すように、前記気化装置の前記磁石は多孔板もしくは金網で形成される磁石充填体に充填され、該磁石充填体が前記容器内に単層もしくは複層に配設されている気化装置である。

第１０の解決手段は特許請求項１０に示すように、前記気化装置には超音波発振器やヒーターを配設している気化装置である。

第１の手段による効果は以下である。（１）液体フラックス３０はＡＬ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｂなどの脱酸機能を有する元素を含有するため溶接中の金属酸化と脱炭を低減でき、第１層目で従来の溶接に比べてＨｖ１００〜１５０程度の硬度アップが図れるのでＨｖ７００程度の高硬度を実現できる。（２）複合ワイヤはもちろんであるが、ソリッドワイヤの場合は全体にコーティングされた液体フラックスがスパーク溶接熱により瞬間乾燥しガス放出ノズルに到達したときはホウ酸化物とフッ化物がガラス状に固まってワイヤに張り付いているためソリッドワイヤでありながらアークロウ付け状態を保持した溶接状態となるためランダムな溶け込みでなくブレージングによる平面な共晶合金を作り硬化肉盛りのように多種類の金属元素を使用する場合は酸化による減量が低減し約５％の合金アップとなる。（３）銅と炭素鋼、ステンレスと炭素鋼などの異種金属の溶接性が向上する。（４）ゴミ焼却炉の発電用ボイラチューブは鉄との混合組織肉盛りではなくアークブレージングによる共晶合金肉盛り法であるが、本液体フラックスはＰＨ７の中性であり、しかもフッ化物などの添加により溶融金属の表面能力除去ができるため肉盛り厚みを薄く平滑に出来る効果が生まれる。

第２の手段による効果は以下である。（１）磁場によるピンチ効果、気化フラックス吹き付けと液体フラックス塗布によるフラックス効果で表面張力除去によるスプレー移行がスムーズとなるためスパッタが低減するとともに、溶滴が落降中に溶滴の一粒ずつにフラックスコーティングされるため美しくビードが重なり欠陥の少ない溶接ビードとなる。（２）従来のＭＩＧ溶接はアルゴンガスを使用するので溶け込みが浅く能率が悪いが、液体フラックスを塗布するとアーク柱のピンチ効果が大きくなり深溶け込みとなり溶接速度が向上する。（３）厚板溶接ではフラックス巻き込みによる欠陥が出ないようにするため、第１層〜第３層目までは通常ＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接を使用するが、気化フラックスを吹きつけながらソリッドワイヤに液体フラックスを塗布して炭酸ガス溶接することでフラックスを巻き込まない無欠陥溶接が可能となるのでＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接の代用が可能である。しかもＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接に比べて溶接速度を数倍に向上させることができる。（４）炭酸ガス溶接でＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接の代用が可能となるので、イナートガスに高価なアルゴンガスを使用する場合に比べて炭酸ガス溶接で代用することにより大幅なコスト削減となる。（５）腐食環境にあるボイラチューブにインコネルやハステロイの肉盛りをすると３〜４年の寿命が１０〜１２年となるように極めて効果が大きいが、このような肉盛り溶接では登り溶接が多いため溶接効率が極めて悪くなる。しかしながら、溶接ワイヤに液体フラックスを塗布し、液体フラックスを吹きつけながら溶接することにより１５〜２０％の作業能率が向上する。

第３の手段による効果は以下である。（１）溶接ワイヤに液体フラックスを連続的に、定量的に、確実に塗布できる。（２）液体フラックスは粘度調整により溶接ワイヤ全体に薄く均一にコーティングされ、スパーク溶接熱により瞬間乾燥し溶接トーチに到達したときはホウ酸化物とフッ化物などの含有フラックスがガラス状に固まって薄膜フラックスとなってワイヤに張り付くことができる。（３）液体フラックスを充填したタンクを簡単に脱着できるので作業性がよい。

第４の手段による効果は、液体フラックスを充填したタンクを逆さまにして塗布機に挿入取付けする際に、液体フラックスが漏れ出してこないことである。

第５の手段による効果は以下である。（１）磁石を容器中に平均的に配設できるので気化フラックスへの帯電効果が大きい。（２）固定磁石と回転磁石が交差する時に起電力が発生し電解質の溶解を促進できる。（３）容器を交換するだけで多種類の液体フラックスを効率的に生成できることである。

第６の手段による効果は、超音波により液体フラックスを効率よく加振できる。

第７の手段による効果は、以下である。（１）気化フラックスに効率よく帯電できる。（２）気化フラックスが析出しにくくなる。（３）溶接時にアーク中のピンチ効果が向上する。（４）磁石の充填量を変えることにより気化器の能力調整が容易である。

第８の手段による効果はいかである。（１）磁石厚みや貫通孔径を変えることにより気化器の能力調整が容易である。（２）気化フラックスに効率よく帯電できる。（３）気化フラックスが析出しにくくなる。（４）溶接時にアーク中のピンチ効果が向上することである。

第９の手段による効果、外気温の変化に応じて温度調整ができるので気化量の調整が容易なことである。

塗布機を装備した半自動アーク溶接機の概要図 塗布フラックスと気化フラックスを併用した溶接状態の概念図 塗布機の断面図 液体フラックスの製造装置縦断面図 液体フラックスの製造装置横断面図 磁石充填体１段の気化装置断面図 磁石充填体複数段の気化装置断面図 板状磁石２段の気化装置断面図 板状磁石複数段のヒーター付き気化装置断面図

本発明の実施形態を図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９に基づいて説明する。

第１の解決手段は特許請求項１及び図１、図２に示すように、半自動アーク溶接法において、磁石を配設した容器からなる液体フラックスの製造装置でアルコールやアセトンの溶媒を回転しながら電解質を溶解させて生成した前記液体フラックス３０を、溶接ワイヤ１０に塗布機２０にて塗布して溶接する半自動アーク溶接法である。

図１は半自動アーク溶接法のフローの概要図（便宜的に第１の解決手段と第２の解決手段を併記した図となっている。）である。溶接ワイヤ１０はコイル１１から塗布機２０を経由して溶接トーチ４０に供給される。溶接ワイヤ１０には塗布機２０によって液体フラックス３０が塗布される。液体フラックス３０は溶接トーチ４０に到達する時点で溶媒が蒸発し薄膜フラックス３１となる。シールドガスはシールドガスタンク６０からシールドガス管６１により溶接トーチ４０に供給される。溶接トーチ４０と母材８０には電源装置７０からケーブル７１を通して給電され溶接ワイヤ１０の外皮１２と母材間８０にアークが発生し溶接される。溶融金属１３はシールドガス管６１から供給されるシールドガスによって外気から遮断される。複合ワイヤ１０の場合は外皮１２に封入されていた固形フラックス１４と液体フラックス３０の溶媒が蒸発した薄膜フラックス３１がアーク熱により蒸発し外気を遮断し、溶融フラックス１５として溶融金属１３を保護する。ソリッドワイヤ１０の場合は固形フラックス１４機能を持たないが液体フラックス３０の塗布によりフラックス機能を付加しているので複合ワイヤ１０と同様のフラックス機能を発揮し溶接性が大幅に向上する。従来のソリッドワイヤ１０はシールドガスだけで外気を遮断し溶融金属１３を保護しなければならず溶接性を向上させるためのフラックス機能もなかった。シールドガスに加えて、薄膜フラックス３１及び固形フラックス１４が溶融した溶融フラックス１５は溶融金属１３の表面を覆い外気を遮断し、溶融金属１３の表面張力の低減、脱酸機能、清浄化により溶接性を向上させる。

溶接ワイヤ１０表面に液体フラックス３０を連続的に塗布するが、液体フラックス３０は溶接トーチ４０に到達する時点で蒸発して薄膜フラックス３１になっており、溶接ワイヤ１０の外皮１２に薄い薄膜フラックス３１の層が残留して張り付いている。さらに溶接トーチ４０近辺では輻射熱と伝導熱により薄膜フラックス３１層は溶接ワイヤ１０に焼き付いて最終的に厚み０．０１〜０．０５ｍｍの薄膜フラックス３１が付着する。

塗布機２０はワイヤコイル１１と溶接トーチ４０の間において溶接ワイヤ１０に連続的に液体フラックス３０を塗布するものである。塗布機２０はローラタイプ、刷毛塗りタイプ、吹き付けタイプ、浸漬タイプなど各種の機構が考えられるが、溶接速度に同調して塗布できればよく、いずれのタイプの塗布機２０も使用可能である。液体フラックス３０を溶接ワイヤ１０に塗布して溶接する方法は、ＭＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接、炭酸ガスアーク溶接などのいわゆる半自動アーク溶接に応用できる。ここで、溶接ワイヤ１０は機能や形状によって、高合金複合ワイヤ、複合溶接ワイヤ、フラックスワイヤ、ソリッドワイヤなどと表記されるが半自動アーク溶接で使用される全ての溶接ワイヤ１０に使用可能である。

従来の炭酸ガスアーク溶接装置のワイヤコイル１１と溶接トーチ４０間に高合金用に調合した液体フラックス３０の塗布装置２０を取り付けることで液体フラックス３０がパイプ状の複合溶接ワイヤ１０に塗布される。複合溶接ワイヤ１０はパイプを使用したり、帯鋼にフラックスや粉体金属をホーミングしてパイプ状にしたりする場合があるが、ホーミングした溶接ワイヤ１０には繋ぎ目ができる。このつなぎ目は真円ではなくわずかな凹みがあり、ここに毛細管現象にて液体フラックス３０が張り付くため液体フラックス３０の塗布性能が向上する。また、塗布機２０の内部あるいは塗布機２０の前部に溶接ワイヤ１０表面に軽微な掻き疵を形成することにより液体フラックス３０の付着効果を向上させることができる。

半自動アーク溶接（炭酸ガスアーク溶接、ＭＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接）に関して溶接母材８０に適合した液体フラックス３０を設計、生成するための要件は次のようになる。（１）溶接最先端懸垂溶滴を切断して球状化する力は従来の熱的ピンチ力だけだと弱いため液体フラックス３０に含有する無機化合物（電解質）に分子ガスのでるものを多く用いることで分子解離熱によるアーク柱の絞り効果による熱的ピンチ力の増加を図ること。（２）アーク安定発生剤として塩素、フッ素ガスの発生による磁気ピンチ力の増加を図ること。（３）溶接ワイヤ１０に塗布した液体フラックス３０の溶媒が溶接直前にアーク熱で速やかに蒸発し強固な薄膜フラックス３１となり溶接ワイヤ１０に張り付き、しかも溶接時は瞬時に蒸発しフラックスとしての機能を発揮し酸化防止、表面張力除去、清浄作用により溶接欠陥のない溶接部を形成することである。

各種金属の成分にて液体フラックス３０の成分も変わるが主成分はホウ酸、ホウ砂、ホウフッ化カリウム、ケイフッ化ナトリウム、塩化アルミニウム、クリオライト、ケイフッ化水素などである。脱酸剤としてＡＬ，Ｓｉなどを含有し、ハロゲンガスとしてＦ、ＣＬなどが発生するものである。酸性度の高い化合物Ｐ２Ｏ５（五酸化リン）、Ｂ２Ｏ３（酸化ホウ素）は磁気溶解法で簡単に溶解可能であり、むしろ塩基度の高いＣａＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏのほうが溶解しにくいため、Ｎａ２Ｂ４Ｏ７、Ｎａ２ＳｉＦ６、Ｋ２Ｂ４Ｏ７の化合物として酸性度と塩基性度を計算して溶解することで液体フラックス３０を作る。化合物は液体フラックス３０中に最大４０％溶解しているため溶接ワイヤ１０先端部がアークや溶融金属から輻射熱やジュール熱を受けると液体フラックス１０は瞬時に乾燥し薄膜フラックス３１となり溶接ワイヤ１０に固着し、溶接ワイヤ１０溶融時に瞬間的にガス化しシールドガスとともにアーク柱に沿ってシールドするためハロゲンガスの入ったアーク柱となりアークを強制対流冷却するためアークが安定する。薄膜フラックス３１中の元素は、炭酸ガスが分離（ＣＯ２→ＣＯ＋Ｏ（発生期酸素））して発生する酸化力の強い発生期の酸素と一瞬にして結合（２Ｐ→Ｐ２Ｏ５、Ｓｉ→ＳｉＯ２、２ＡＬ→ＡＬ２Ｏ３）して脱酸剤として従来フラックスの２〜５倍の酸素を除去するため酸化防止の働きが強化される。

液体フラックス３０の溶媒はアルコールやアセトンであるが溶媒の粘性や気化特性を調整するためにエーテルなどを添加してもよい。液体フラックス３０のメイン溶媒はアルコール類のエチレングリコール、グリセリン、メタノールなどの有機溶剤のためＣ、Ｈ、Ｏが７０％近く入っている。塗布機２０と溶接トーチ間４０距離が短いと溶媒の乾燥時間不足となりピンホールの原因となる。一方液体フラックス３０が１００％メタノール溶媒だと粘性不足となり塗布後のフラックス脱落となる。このため液体フラックス３０でありながら粘性は必要である。有機溶剤の各種特性は、グリセリン（Ｃ３Ｈ８Ｏ２、３価のアルコール）：１４１２ｃＰ（センチポアズ）、エチレングリコール（Ｃ２Ｈ２Ｏ２）：２５．６６ｃＰ、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）：０．５９４５ｃＰ、アセトン（Ｃ３Ｈ６Ｏ）：０．３１６ｃＰ、テトラヒドラフラン（Ｃ４Ｈ８Ｏ，環状エーテル化合物）：０．５５ｃＰである。これらの溶剤を適宜組み合わせて２５〜３０ｃＰ程度の粘性に調整するのがよい。

本発明者は、特開２０１１−９８３６７号広報において、ゲル化したフラックスを前もって母材に塗布し帯電シールガス中で溶接する方法を開発したが、今回の発明はそれをさらに強化したものである。多層肉盛り溶接において溶接面に塗布したゲル化フラックスの乾燥が不十分な場合は、溶接母材の溶接吸収熱にて塗布したフラックスが瞬時に泡状に膨れ巣やピンホールの原因となる。本発明では、溶接面に液体フラックスを塗布するのではなく逆にワイヤ側に連続塗布することで塩基度をアップすることが可能である。脱酸力はＺｒ、ＡＬ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉ、Ｃ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎの順に弱くなる。塩基度（＝ＣａＯ／ＳｉＯ２）は酸性物質（スラグなど）と塩基性物質の反応の差である。炭酸ガス溶接では酸化防止対策が必須であり酸化剤としてＳｉ、ＡＬ、Ｔｉなどを優先的に溶接ワイヤに入れるので酸化カルシウムはどうしても多量に入れることができず塩基度が低くなる。手棒の場合はフラックスの外形を太くすることでフラックス中に多量のＣａＯ、ＴｉＯ、ＡＬ２Ｏ３、ＳｉＯ２を入れることができる。一般に溶接ワイヤは次のような直径のワイヤが市販されている。ソリッドワイヤでは０．６、０．８、０．９、１．０、１．２、１．４，１．６ｍｍの７種類、フラックス入りワイヤでは１．０、１．２、１．４、１．６、２．０ｍｍの５種類があり銘柄ごとに２〜４種類の径で作られており、小径ワイヤは薄板用に、太径のものは大電流用に供している。通常１ｍｍ以下のワイヤは厚板６ｍｍ以下の薄板や４ｍｍ以下の小脚長すみ肉での使用が多く、２ｍｍのワイヤは大電流溶接を行う自動溶接のみに使用されている。

複合ワイヤ１０中に封入できないＡＬ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｂなどを液体フラックス３０中に溶解し最大４０％濃度とし、グリセリン（Ｃ３Ｈ８Ｏ３、１４１２ｃｐ、３価のアルコール）を添加して粘性を１００〜３００ｃｐに調整することで送給ワイヤ１０に連続塗布することが可能である。溶接ワイヤ１０に塗布された液体フラックス３０は溶接母材８０と溶接トーチ４０間で通電することで昇温し、液体フラックス３０が溶接母材８０直近（１５〜２０ｍｍ）に達するときは２００℃以上となっているため液体フラックス３０中のアルコールなどの溶媒は乾燥し薄膜フラックス３１となり溶接ワイヤ１０外周に均一に固く張り付き安定したアーク電圧を保持する。ハロゲン元素としてＦ、ＣＬ、Ｂｒなどを自由に溶媒中で溶解可能なため、溶融金属１３の清浄作用と表面張力除去作用が向上し美しいビードの溶接が可能である。

ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接、炭酸ガスアーク溶接のような半自動アーク溶接で高硬度を得るためのワイヤの成分設計は次のようになる。Ｃは０．１５〜５．００ｗｔ％含有させる。Ｃはマルテンサイト、セメンタイトなどの変態を起こさせる硬化肉盛り元素として安く非常に有効な元素で、溶接ワイヤ中に炭素単独で最大０．５ｗｔ％まで含有できる。それ以上では伸線切れとなるためで大部分はホーミングの際炭素単独よりも炭化物として入れる。Ｃｒ２Ｏ７、ＷＣ、ＶＣ、ＭｏＣ、ＮｂＣなどの炭化物として入れる場合は０．１５〜５．０ｗｔ％程度まで可能であり高硬度が得られる。Ｓｉは０．５〜４．０ｗｔ％含有させる。溶接ワイヤ１０には最大１．０ｗｔ％いれることで溶接母材の脱酸剤としてＳｉＯ２となりガラス質の薄いノロとなり溶接面に張り付く。主として脱酸剤であるが金属中に約４．０ｗｔ％入るとシリコロイという耐熱耐摩耗効果をだすため耐摩耗性を重視する場合は多く入れる。Ｍｎは０．３〜２０．０ｗｔ％入れる。Ｍｎは脱酸剤であるが１６．０ｗｔ％入れるとオーステナイトとなる。脱酸剤と溶接ビードの平面化と焼き入れ性の割れ防止、靱性アップ、硬度アップのため０．３〜３．０ｗｔ％の範囲で添加される場合が多い。ＡＬは０．１〜０．５ｗｔ％である。脱酸剤として有効であるがワイヤ中に入れると高価である。また複合ワイヤ中にホーミングとして入れるためには必要とする質量の８〜１０倍入れる必要がありこれまた困難である。０．１ｗｔ％以上入れるとＡＬ２Ｏ３の張り付きが２層目溶接を悪化させるので、Ｓｉ＋ＡＬ＋Ｂ＋Ｚｒ＋Ｔｉと組み合わせて最大１．０ｗｔ％以内としている。Ｔｉは０．１〜５．０ｗｔ％である。ＴｉはＡＬ、Ｓｉのように脱酸剤であるが結晶微細化剤として硬化肉盛り材に入っている。ＴｉＯ２となった際のフラックスはビードの上に薄くカバーし、ビード波型も美しく作り徐冷となるためクラック防止となる。ＴｉＣともなるためＦｅＴｉ（フェロチタン）粉末で入れる。その他の元素としてアーク安定剤、スラグ形成剤、表面張力除去剤、硬化剤としてアルカリ金属（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ）、アルカリ土類金属（Ｃａ、Ｂｅ、Ｂａ）、半金属（Ｂ、ＡＬ、Ｓｉ）、非金属（Ｃ、Ｎ、Ｏ）、ハロゲン（Ｆ、ＣＬ、Ｂｒ、Ｉ）などを用いる。かつＣｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｂ、Ｖ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｂなどは炭化物合金をつくるためフェロ合金として入れることで安定した炭化物を作る。これらを５〜４０ｗｔ％含有させることで高硬度合金を作る。

以下に実施例１と実施例２を示す。実施例では液体フラックス３０の成分例を示しているが、本実施例の液体フラックス３０以外にも多様な液体フラックス３０を生成し塗布する方法が考えられる。従って、本発明者の発明した、特開２００９−０９０３６８号広報「ガス切断用気化フラックス」及び特開２００９−２９７７８２号広報「液体フラックスの製造方法及びその装置」及び特開２０１０−１００４４１号広報「液体フラックスの製造方法と製造装置及び液体フラックス」及び特開２００９−２３３７４１号広報「液体フラックス気化装置」などで示されている製造方法を用いて生成した液体フラックス３０を溶接ワイヤ１０に塗布する方法であれば本発明の範囲に含まれるものであることは言うまでもない。

（実施例１）液体フラックスの製造例を示す。液体フラックスは本発明者の発明した液体フラックスの製造方法に基づいて生成した。製造方法の概要は、磁界を付加した容器中においてパルス電流を流しつつ、溶媒と溶質を混合し、２０〜３０ｒｐｍで回転させ約３０分かけて溶解させて生成した。第１の液体フラックス、第２の液体フラックス、第３の液体フラックスをそれぞれ個別に生成した後に３つの液体フラックスを混合した。第１の液体フラックスは、１）エチレングリコール（Ｃ２Ｈ６Ｏ２）：１００ｃｃ、２）塩化アルミ６水和物（ＡＬＣＬ３・６Ｈ２Ｏ）：６０ｇ、３）塩化リチウム（ＬｉＣＬ）：４０ｇである。第２の液体フラックスは、１）アセトン（Ｃ３Ｈ６Ｏ）：１００ｃｃ、２）クリオライト（３ＮａＦ・ＡｌＦ３）：３０ｇである。第３の液体フラックスは、１）塩化カリウム（ＫＣＬ）：３０ｇ、２）メタノール（ＣＨ３ＯＨ）：３００ｃｃである。３つの液体フラックスのトータル溶媒量は５００ｃｃ、溶質量は１６０ｇである。

３つの液体フラックスを混合した場合の各元素重量比は、Ｎａ：９．８５５ｇ（６．１５９％）、Ｋ：１５．７３４ｇ（９．８３４％）、Ｌｉ：６．５４９ｇ（４．０９０％）、ＡＬ：１０．５６４ｇ（６．５８５％）、ＣＬ：７４．１５８ｇ（４６．３４９％）、Ｆ：１６．２９０ｇ（１０．１８１％）、Ｈ：２．９８３ｇ（１．８６４％）、Ｏ：２３．８６８ｇ（１４．９１８％）である。アルカリ金属元素（Ｎａ、Ｋ、Ｌｉ）の総重量は３２．１３８ｇであり、ハロゲン元素（ＣＬ、Ｆ）の総重量は９０．４４８ｇである。ハロゲン元素として重い塩素を主体とした液体フラックスである。アルカリ金属におけるＮａ、Ｋ、Ｌｉの割合は、Ｎａ：３０．７％、Ｋ：４８．９６％、Ｌｉ：４．０９％である。

アルカリ金属（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ）の特長を表１に示す。

実施例１では、溶接火炎が全体的に赤色系になるように配合した。Ｎａを多くすると黄色火炎となり溶接下面が見えにくいためＬｉの深紅色にて中和した。そのため非常に目に優しい火炎色となる。Ｌｉは融点が低くその割には沸点が高いため炭酸ガスシールドガスの中にあって２重シールドガスとなる。ハロゲンガスは全フラックス中に５６．５３％含有されているが２重にシールドされた不活性ガス中で溶解するので酸化反応が少ない。

（実施例２）液体フラックスの製造例を示す。液体フラックスの製造方法は実施例１と同じである。第１の液体フラックスは実施例１で生成した液体フラックス２５０ｃｃである。固形物は８０ｇ含有されている。第２の液体フラックスは、１）ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）：２０ｇ、２）グリセリン（Ｃ３Ｈ８Ｏ２）：３０ｇ、３）アセトン（Ｃ３Ｈ６Ｏ）：４０ｃｃ、４）ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）：５０ｇ、５）エチレングリコール（Ｃ２Ｈ６Ｏ２）：１００ｃｃ、６）メタノール（ＣＨ３ＯＨ）：１１０ｃｃ、７）ホウフッ化珪素（ＨＳｉＦ４）：３０ｃｃ（１２．６ｇ）である。第２液体フラックスの液体は２８０ｃｃ、固形物は８２．６７ｇとなる。磁界をかけた容器中に電流を流して２０〜３０ｒｐｍで回転させながら、第１の液体フラックスに第２の液体フラックスを混合する。

２つの液体フラックスを混合した場合の各元素重量比は、Ｎａ：１６．３５３ｇ（１０．０５３％）、Ｋ：７．８６７ｇ（４．８３６％）、Ｌｉ：３．２７４ｇ（２．０１３％）、ＡＬ：５．２８２ｇ（３．２４７％）、Ｓｉ：３．３６８ｇ（２．０７０％）、Ｂ：１４．２４２ｇ（８．７５５％）、ＣＬ：３７．０７９ｇ（２２．７９４％）、Ｆ：１７．２５７ｇ（１０．６０９％）、Ｈ：２．６５１ｇ（１．６２９％）、Ｏ：５５．２９７ｇ（３３．９９３％）である。アルカリ金属元素（Ｎａ、Ｋ、Ｌｉ）の総重量は２７．４９４ｇであり、金属元素（ＡＬ、Ｓｉ、Ｂ）の総重量は２２．８９２ｇであり、ハロゲン元素（ＣＬ、Ｆ）の総重量は５４．３３６ｇである。ハロゲン元素として重い塩素を主体とした液体フラックスである。アルカリ金属におけるＮａ、Ｋ、Ｌｉの割合は、Ｎａ：５９．４８％、Ｋ：２８．６１％、Ｌｉ：１１．９１％である。

実施例２では、火炎の色はＮａの黄色の割合が大きいが平均してピンク色となる。溶接炎が全体的にピンク色となるため溶接面が見えやすくなる。脱酸剤となるＡＬ、Ｓｉ、Ｂが２倍以上となるため発生期の酸素を抑えるため実施例１よりも良好な溶接性となる。従来のシールドガスに加えアルカリ金属ガスとハロゲンガスの３重シールドガスとなる。供給ワイヤ先端部と母材アース間にてスパークするため金属も瞬間的に蒸発・凝固しながら溶融・精錬をするのが溶接アーク溶滴である。溶滴ワイヤ先端は磁気風の嵐の中にあり各金属融点の差も含めて一瞬に磁気風の中で炭化物を含んだ合金を作るため体積も３〜５％増加する。冷却の際溶解中に溶けたガスの排出状況により巣やピンホールが残ったり残らなかったりする。高合金ワイヤはほぼ１００％裸に近いため複合ワイヤ特有の固形フラックスによる保温やシールド効果は少ないが、薄膜フラックス（液体フラックスの溶媒が蒸発して薄く溶接ワイヤに固着した状態のフラックス）の脱酸素機能により発生期の酸素が抑えられるので（Ｃ＋Ｏ２→ＣＯ２）が生まれにくくなる。このため高硬度を発現する役割の炭素が酸化しないことから、第１層にて従来のＭＩＧ溶接（アルゴンガス溶接）と比較するとビッカース（Ｈｖ）で１００〜１５０アップする。このことは逆にクラックの原因となるため下盛りクッションを必要とする場合が生じる。さらに半金属（ホウ素やケイ素など）は高温中においては金属的挙動を示すが冷却すると結晶構造より半導体物質となるためセラミック化し高硬度を保持する効果がある。このため脱酸剤として残ったホウ素やケイ素は高温、耐摩耗、耐熱性向上に繋がるためステライトの代用となる。また高シリコン（Ｓｉ）の入ったシリコロイなどの鋳巣埋め補修などに適する。

本発明はヒューム発生量、スパッタ発生量、スラグ発生量を低減させると同時に表面張力除去が大きいため平坦ビードとなり第１層目よりＨｖ７００を得ることが可能であり、従来の３〜４層肉盛りに対して２層で目的とする高合金を得ることが可能となりステライトＮｏ．６合金の代用が可能となった。従来のＴＩＧ溶接に比べて熱負荷が小さく、予熱１００℃を保持すれば溶接時は２５０〜３００℃の母材温度が連続保持できるため結果的に３倍の高能率に繋がる。

第２の解決手段は特許請求項１及び図１、図２に示すように、前記半自動アーク溶接法において、前記液体フラックス３０を前記溶接ワイヤ１０に前記塗布機２０にて塗布して溶接するとともに、前記液体フラックス３１を気化装置５０に充填し、該気化装置５０にシールドガスを吹き込んで気化せしめた気化フラックスを溶接部分に吹き付けながら溶接する半自動アーク溶接法である。

図１は半自動アーク溶接法のフローの概要図である。溶接ワイヤ１０はコイル１１から塗布機２０を経由して溶接トーチ４０に供給される。溶接ワイヤ１０には塗布機２０によって液体フラックス３０が塗布される。さらに、気化装置５０によって液体フラックス３０が気化した気化フラックスを溶接トーチ４０に導いて溶接面に吹き付けながら溶接する。

肉盛り溶接の作業効率を向上するには炭酸ガスアーク溶接がよいが、炭酸ガスアーク溶接においては炭酸ガスが高温のアークで熱解離して発生期の酸素を発生させ溶接ワイヤ１０やフラックスを酸化させる問題がある。この発生期の酸素による酸化を防止できればＭＩＧ溶接でしかできなかった溶接が炭酸ガスアーク溶接でも可能になる。また従来の炭酸ガスアーク溶接の性能を大きく向上できる。炭酸ガスによる発生期の酸素や酸化を防ぐために溶接ワイヤ１０に液体フラックス３０を塗布して溶接するとともに液体フラックス３０をシールドガスで気化せしめた気化フラックスを溶接面に吹き付けながら溶接する方法が有効である。

本発明者は、特開２００９−０９０３６８号広報「ガス切断用気化フラックス」及び特開２００９−２９７７８２号広報「液体フラックスの製造方法及びその装置」及び特開２０１０−１００４４１号広報「液体フラックスの製造方法と製造装置及び液体フラックス」及び特開２００９−２３３７４１号広報「液体フラックス気化装置」などで液体フラックスや気化フラックスを自在に生成する方法を発明した。液体フラックス３０や気化フラックスは特許文献９〜１２の発明を応用して生成したものである。本発明者は、特開昭６３−１２３５７１号広報にてガスシールドアーク溶接法にてスパッタを最大３５％減らすことに成功している。この発明ではフェライト磁石（１０００Ｇ／個）を使用していた。本発明者は、特開２００９−２３３７４１号広報にて液体フラックス気化装置を発明したが、気化装置に使用されているネオジ磁石の磁力は（３５０００Ｇ／個）小型で非常に強力であるため気化フラックスに磁気振動を与えることが可能であり結果的に帯電ガスシールド溶接法となっている。

シールドガス中に気化フラックスとしてＨ３ＢＯ３（ホウ酸）、Ｎａ２Ｂ４Ｏ７（ホウ砂）、ＫＦ（フッ化カリウム）、ＡＬＣＬ２・６Ｈ２Ｏ（塩化アルミニウム・６水和物）、ＨＳｉＦ４（ケイフッ化水素）などを入れることで塩基度や清浄作用や表面張力除去効果の向上が図れるためスパッタ減少と溶接ビード外観の美しさと強度アップが図れる。従来スパッタ減少法としてはアルゴンガス中に２〜５％の酸素を入れアーク電圧をアップさせることにより溶滴の微細化を図っていた。炭酸ガスは安価であるため現在主力のイナートガスであるが、磁界をかけた気化装置５０に炭酸ガスを通して液体フラックス３０を気化させて炭酸ガスと混合した気化フラックスを生成して溶接面に吹き付けることで帯電ガス溶接法と気化フラックス溶接法が可能となった。

本発明者は、特開昭６４−７７７４３号広報「液体燃料の改善装置」で燃料ガスに磁石で帯電することにより燃料効率を向上させる方法を発明した。特開６３−１２３５７１号広報「ガスシールドアーク溶接法」において、磁場によるアークのピンチ効果により溶接性が向上する方法を発明したが、本発明ではさらに気化フラックス吹き付け溶接法に液体フラックス塗布法を付加した。表面張力除去によるスプレー移行がスムーズになるためスパッタが減少し溶滴が落降中にフラックスにて一粒ずつフラックスコーティングされるため美しくビードが重なり欠陥の少ない溶接ビードとなる。ソリッドワイヤ１０は複合ワイヤ１０のようにフラックスを付加していないが、ソリッドワイヤ１０全周に液体フラックスがコーティングされスパーク溶接熱で瞬間乾燥されるので、溶接直前では液体フラックスはガラス状に固まってワイヤに張り付いている状態となる。そのためソリッドワイヤ１０でありながらもホウ酸化物やフッ化物系の薄膜フラックス３１が全周に張り付いている複合ワイヤ１０に近いソリッドワイヤ１０となっている。アーク蝋付け状態を守るためランダムな溶け込みではなくブレージングによる平面な共晶合金をつくるため肉盛りの場合約５％程度の合金アップとなる。またＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接の代用が可能である。気化ガス帯電とソリッドワイヤ１０の液体フラックス塗布効果により従来にない高能率溶接法である。

肉盛りなどの高合金鋼複合溶接ワイヤは硬度を達成するために炭素を優先的に封入するので、炭素以外の元素を入れる空間が限定されフラックスも所定の量を添加できない。そのためフラックス作用の少ない高合金系のソリッドワイヤに近いシールドガス特性だけの溶接法に近くなる。アーク柱への金属移行においては、溶接ワイヤ先端に懸垂する細長い溶滴形状、すなわち先端懸垂溶滴形状が最大の問題であることから安定なアークを得るには、溶滴の表面張力を除去して細長い溶滴形状を分断して適度に球状化する手段が必要である。先端懸垂溶滴形状の球状化対策としては、（１）懸垂溶滴の切断に必要な最小限の熱的ピンチ力を得るために分子ガスである酸素をシールドガスに添加して供給すること、（２）熱的ピンチ力を効果的に作用させるためにアークが這い上がることを防止すべく、アークを発生しやすい物質を添加すること、（３）溶滴の表面張力を低減し流動性を向上させて小径で球状の溶滴にすることである。これらの方法を具現化するにはさらに次のような課題を解決する必要がある。（１）シールドガスとしてアルゴンガスに酸素を添加したＭＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接、炭酸ガスアーク溶接方法がより優れているが、アルゴンをシールドガスとして使用するとコストが高くなることや溶接能率が低いなどの問題がある。（２）従来の複合ワイヤでは溶接ワイヤに封入した固形フラックスだけではフラックス機能が不足しているので、溶接ワイヤ表面に液体フラックスを塗布することにより、さまざまな機能を有する元素を万遍無く添加しなければならない。（３）特に小径で球状の溶滴を得るためには溶融金属の表面張力を低減することが必須条件であり、ハロゲンガスであるフッ素や塩素を添加する手段が必要である。これらの課題を具体的に解決するには、液体フラックスを溶接ワイヤに塗布して溶接するとともに、さらに液体フラックスをシールドガスで気化せしめた気化フラックスを溶接面に吹き付けながら溶接することが先端懸垂溶滴形状の球状化に効果的なことが判明した。

本発明を応用して例えば硬化肉盛りを半自動アーク溶接法で実施する場合について説明する。硬度アップに最も寄与する元素はＣｒ２Ｃ７、ＭｏＣ、ＶＣ、ＷＣ、ＮｂＣなどの化合物を形成する炭素である。溶接ワイヤにはこれらの炭化物を形成するために最大５ｗｔ％程度の炭素を添加する必要がある。ところが炭素は燃焼しやすく、Ｃ＋Ｏ２→ＣＯ２またはＣＯ＋Ｏとなりやすい。炭素燃焼反応を抑えるためには発生期の酸素を極力他の元素と反応させて脱酸的働きにて炭素の消耗を防ぐ必要がある。例えば、フラックスにＡＬ、Ｓｉ，Ｐなどを添加することにより、２ＡＬ+３Ｏ→ＡＬ２Ｏ３、Ｓｉ＋Ｏ２→ＳｉＯ２、２Ｐ＋５Ｏ→Ｐ２Ｏ５として脱酸している。しかしながら、炭素は比重が軽く単体で添加する場合は炭化物として入れる場合の１０倍の量が必要となる。そのため炭素は炭化物の形で添加することになるが、これらの炭化物中の炭素が酸素と結び付いて逃げないようにするためアルゴンガスでシールドするＭＩＧ溶接が主流となっている。しかし、ＭＩＧ溶接は溶け込み量が小さいので肉盛りのように溶接量の多い場合は作業能率が悪くなる。

高合金元素と酸素（Ｏ）の反応式及び反応熱（生成熱）の例を示す。（１）ＡＬ＋３／２（Ｏ）→１／２ＡＬ２Ｏ３（個体）（１４８４５０ｃａｌ／ｍｏｌ）、（２）Ｓｉ＋２（Ｏ）→ＳｉＯ２（個体）（１４０５４０ｃａｌ／ｍｏｌ）、（３）Ｍｎ＋（Ｏ）→ＭｎＯ（液体）（５８４００ｃａｌ／ｍｏｌ）、（４）Ｃ＋（Ｏ）→ＣＯ（気体）（５３００ｃａｌ／ｍｏｌ）。ＡＬとＳｉの発熱が非常に大きいことが分かる。これらの元素が合金元素として溶接溶解金属中に溶け込む時の反応熱（溶解熱）は、ＡＬが１１７００ｃａｌ／ｍｏｌ、Ｓｉが２９０００ｃａｌ／ｍｏｌ、Ｃが８９００ｃａｌ／ｍｏｌである。このような反応熱はＡＬやＳｉが溶融金属中に含有溶解する時発生するため結果的にアーク柱のジュール熱をアップさせることになりアーク柱の熱ピンチ効果にて溶滴スプレー移行となりフラックスとしての役目を果たす。Ｍｎは吸熱反応であるが値が小さいので無視できる。

アーク柱は４０００〜５０００℃の高温のため溶滴中での酸化反応は非常に速い。酸化反応を低減するには、原理的にはシールドガス中の酸素を減じ、大気中の酸素侵入を妨げればよいのでありシールドガスとしてアルゴンやヘリウムなどを使用すればよい。しかしながら、溶接速度をアップし、シールドガスのコストを低減するには炭酸ガスを使うのが効果的である。本発明による溶接ワイヤ１０への液体フラックス３０の塗布及び溶接面への気化フラックスの吹き付けによる溶接技術を使用することによりシールドガスとして炭酸ガスが使えるようになる。その理由は、液体フラックス３０中のＡＬ、Ｓｉ、Ｔｉなどが脱酸剤として機能することやＮａ、Ｋ、Ｂなどが優先的に発生期の酸素と結び付いて酸化することで低酸素化を図れるからであり、これらの脱酸作用により炭酸ガス溶接でもＭＩＧ溶接と同等の肉盛り面が得られるからである。図２に示すように溶接ワイヤ１０の外側に塗布した液体フラックス３０は溶媒が蒸発して薄膜フラックスとなり、さらにアーク熱によりホウ酸ガラスを主とする水あめ状態を経て一瞬にして気化し、アーク柱をシールドし空気を遮断し酸化反応を抑えるため溶融金属の酸化を防ぐことができる。

溶滴中の酸化反応はアーク柱のピンチ効果にて一種の磁場レンズにて絞られるためシールドガスとしての炭酸ガスは酸化反応する面積も小さくなりアーク冷却と空気遮断が主たる機能となる。従来は高合金ソリッドワイヤを溶接するような場合はアーク柱の安定化やヒュームの発生が少ない高純度のアルゴンガスを使うＭＩＧ溶接が使われるケースが多いがアーク柱のピンチ効果は炭酸ガスより弱いため溶け込み量が小さく能率が悪かった。本発明は、高合金溶接ワイヤに液体フラックスを塗布することによりフラックス添加をカバーしており、溶け込みが深くて能率のよい炭酸ガスアーク溶接でＭＩＧ溶接と同等の溶接性を得ることができるようにしたものである。

比較例１として、従来のアルゴンシールドによるＭＩＧ溶接の場合、溶接ワイヤによる４層肉盛り中の化学成分は例えば、Ｃ：２．６３８％、Ｓｉ：４．９９２％、Ｍｎ：２．０８７％、Ｐ：０．０１３％、Ｓ：０．０１４％、Ｃｒ：２２．１４４％、Ｍｏ：０．０９６％、ＡＬ：０．９６３％、Ｃｏ：０．０８０％、Ｃｕ：０．１９２％、Ｎｂ：０．０２８％、Ｔｉ：０．０２１％、Ｖ：０．０７２％、Ｗ：０．２５２％、Ｎ：０．０６３％、Ｂ：０．００１％、Ｎｉ：６．９８９％、Ｆｅ：５９．３５５％である。

比較例２として、前記と同一の溶接ワイヤに液体フラックスを塗布した場合の炭酸ガスアーク溶接（便宜的に炭酸ガスＭＩＧ溶接と呼称する）における肉盛り中の化学成分は例えば、Ｃ：２．７７１％、Ｓｉ：５．２９５％、Ｍｎ：２．１７４％、Ｐ：０．０１３％、Ｓ：０．０１４％、Ｃｒ：２３．２０７％、Ｍｏ：７．３８１％、ＡＬ：０．９９０％、Ｃｏ：０．１４６％、Ｃｕ：０．２１８％、Ｎｂ：０．０２７％、Ｔｉ：０．０２２％、Ｖ：０．０７７％、Ｗ：０．２５７％、Ｎ：０．０６９％、Ｂ：０．００２％、Ｎｉ：７．３８１％、Ｆｅ：５７．３１７％である。

比較例１の液体フラックスを塗布しないアルゴンＭＩＧ溶接と比較例２の液体フラックス３０を溶接ワイヤ１０に塗布した炭酸ガス溶接とを比較すると液体フラックス３０を塗布した炭酸ガス溶接のほうが金属の酸化は少ない。溶接ワイヤ１０に液体フラックス３０を塗布した炭酸ガス溶接は炭酸ガスでＭＩＧ溶接（炭酸ガスＭＩＧ溶接）するような効果が生じる。以下に比較例１のアルゴンＭＩＧ溶接と比較例２の炭酸ガスＭＩＧ溶接（炭酸ガス溶接をＭＩＧ溶接の代用として使用した場合の便宜的な呼称）の酸化量の差を示す。Ｃ：＋４．８％↑、Ｓｉ：＋６．１％↑、Ｍｎ：＋４．１％↑、Ｃｒ：＋４．８％↑、Ｍｏ：＋８．３％↑、ＡＬ：＋２．８％↑、Ｃｏ：＋８２．５％↑、Ｃｕ：＋１２．５％↑、Ｖ：＋６．９％↑、Ｗ：＋２％↑、Ｂ：＋１００％↑、Ｎｉ：＋５．６％↑、Ｆｅ：−３．４％↓。

上記数字の通り比較例２の炭酸ガスＭＩＧ溶接は従来の比較例１のアルゴンＭＩＧ溶接に比べて鉄以外の金属の酸化を防いでいる。比較例２おいて主力元素であるＣ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉの酸化低減によりこれらの元素の含有量がアップしており、分析値の通り平均５％の元素濃度アップとなっている。高合金ソリッドワイヤ１０表面に液体フラックス３０を塗布して気化フラックス中で溶接するため全ての元素の酸化消耗を低減しており、しかも硬化層は第１層目でＨｖ７００程度の高い硬度が得られる。第１層目よりＨｖ７００が出る最大の理由は炭化物を形成して高硬度となる元素が酸化低減しないからである。液体フラックス中にアーク安定剤としてＮａ、Ｋ、Ｂを添加、電流値アップ剤としてＣＬ、Ｆ、Ｂｒを添加、表面張力除去剤としてＣＬ、Ｆ、Ｂｒなどを添加することにより、線径１．６ｍｍの太径ワイヤにおいても細径ワイヤと同程度の低スパッタ率であるうえ、肉盛り量も１回で４〜５ｍｍの肉盛りが可能である。

複合炭化物量もステライトＮｏ．６以上含有可能であるため２層目の肉盛り約６〜７ｍｍにてステライトＮｏ．６相当以上の耐摩耗性能が出る。また、耐食、耐熱性能でもステライトＮｏ．６と同等の溶接材であり溶接方法である。

またステンレスはＮｉ、Ｃｒの３〜５％アップとなり発生期の酸素除去が従来の複合ワイヤ１０以上に達成されているため肉盛りビードも凹凸が少なく平滑なビードが得られる。炭酸ガスアーク溶接では深溶け込みであるため、溶滴における酸化反応速度は溶滴内の物質拡散速度が律速し、ガス成分の供給速度が酸化反応速度を支配しているわけではない。液体フラックス３０は溶滴の表面張力を低減し溶滴の流動性を向上させることから溶滴の酸化反応が進行する前に含有成分を拡散できるために殆どの元素の酸化が低減した。

高温炉側壁の熱的保護や高温炉にガスや原料を吹き込むためのノズルとして水冷式純銅が使用されるが、純銅に耐摩耗材として、ハイクロムやインコネルを予熱５００〜６００℃で溶接肉盛りする場合がある。このような溶接では純銅の温度が高くなりすぎて析出硬化処理効果が消滅するので耐熱や耐酸化には効果があるが耐摩耗には弱くなる。また溶接作業時に作業者に与える熱負荷が大きく作業性が悪い問題がある。本発明による気化フラックスの溶接部への吹き付け効果と溶接ワイヤへの液体フラックス塗布効果で予熱を３００〜４５０℃に程度に低減できるので純銅の硬度が落ちず耐摩耗性が向上する。また比較的低温予熱での溶接作業となるので作業性が改善できる。溶接性状としては液体フラックスにフッ化物とホウ酸化物が入るのでアークブレージング溶接となる。銅に対する溶接面が凹凸とならず共晶合金が主となる。そのため純銅への肉盛りでも第１層〜第３層肉盛りでＨｖ６００程度の硬度が出せる。また、炭酸ガス溶接とすることで、分子ガスである炭酸ガスが高温のアーク熱で（ＣＯ＋Ｏ）に解離するときに生じる解離熱でアーク中のピンチ力がアップし深溶け込みとなり溶接速度を向上できる。溶接作業者は高温にさらされる時間が短縮され作業負荷が軽減されるメリットもある。ＭＩＧ溶接はシールドガスがアルゴンのため炭酸ガスのようにＣＯ＋Ｏに分離せず、分子解離熱が出ないので、溶接作業者には熱負荷を少なくすることになるが溶接効率が炭酸ガスの半分以下となるため結果的に３倍の熱輻射を受ける。炭酸ガスなどの分子ガスがＣＯ＋Ｏに分離する際の解離熱は大きいが高能率化による多量肉盛りの場合は結果的に作業者の熱負荷を小さくする。

ＭＩＧ溶接はアルゴンガスが主であるが炭酸ガスアーク溶接やＭＡＧ溶接では、シールドガス中の炭酸ガスや酸素がアーク熱で熱解離を起こす際に生じる吸熱反応が発生し、密度を高めるために収縮する力、いわゆるピンチ力が発生する。そのため溶滴を切断するので溶滴が溶接ワイヤ１０先端に細長く懸垂する先端懸垂溶滴が生じないので、磁気吹きや溶融池近傍の陰極点移動の影響を受けることがなくスパッタの発生やビード形状の不良や溶け込み不足が減少する。炭酸ガスのアーク熱による分解熱はアーク柱の温度上昇に繋がりかつピンチ効果によるアーク柱の絞りのためスパッタ減少化に繋がり、低電流から最大５００アンペアの高電流まで幅広く安定化する。炭酸ガスＭＩＧ溶接（炭酸ガス溶接をＭＩＧ溶接の代用として使用する意味）では炭酸ガスによるアークのピンチ効果のために深く狭いビード幅溶け込み率となるため従来のアルゴンガスを用いるＭＩＧ溶接と比較すると、硬化肉盛りの場合の２番からの割れ剥離が非常に少なくかつ高硬度保持が可能となった。炭酸ガスはＣＯ＋Ｏに分解するため地球温暖化の主原因とされ環境的にはマイナスの面があるが日本のイナートガス溶接業界における主力は今もって炭酸ガスである。そのためフラックス中にＣａＯ（生石灰）などの入った低水素系やＴｉＯ２（ルチル系）を入れることで炭酸ガスが高温で分解して生成される発生期の酸素による酸化をカバーしていた。塩基度はＣａＯ／ＳｉＯ２であるが液体フラックス中にＦ、ＣＬ、Ｂｒなどのハロゲンガスを入れることでＳｉの消耗を防げるので塩基度のアップ効果がある。そのためＳｉやハロゲンガスが効率的に機能する溶接方法となっている。

硬化肉盛り溶接作業は最悪環境である。予熱による輻射熱、炭酸ガスの分解による解離熱の反射、発生するガスとヒューム対策用防塵マスクの着用が必要であり、溶接部の急激な温度低下による割れを防止するため扇風機もかけられない場合がある。ある程度自動化は進んでいるが単品肉盛りが多く平均硬度を得るための硬化肉盛りは５〜６層必要である。今もって複雑な一瞬の反応による硬化肉盛りは人間の熟練技を要する。各種機器の延命化のため摩耗防止対策は必須であり硬化肉盛りは大きな市場であることから、溶接作業者の負荷軽減は今後も溶接業界の課題の一つである。本溶接方法は、夏場の暑い環境の中で、予熱及び保温された鉄板の連続肉盛り作業における肉体的疲労を少なくするためにも有効な溶接方法である。

第３の解決手段は特許請求項２及び図３に基づいて説明する。前記塗布機２０は、前記溶接ワイヤ１０に前記液体フラックス３０を塗布する塗布帯２２ａを設けた塗布基部２２と前記液体フラックス３０を充填したタンク２７を着脱自在に取り付けるタンク保持基部２１からなり、前記タンク２７にはエア取り入れ口２７ａが設けられており、前記塗布基部２２には前記溶接ワイヤ１０を前記塗布帯２２ａに案内するための案内貫通孔２４ａを有するワイヤ供給プラグ２４と前記液体フラックス３０を塗布した前記溶接ワイヤ１０を前記溶接トーチ４０に送りだす送給貫通孔２５ａを有するワイヤ送給ガイド２５を配設し、前記タンク保持基部２１には前記タンク２７を取り付けるためのタンク保持穴２１ａが設けられ、前記タンク２７は排出孔２６ｄを有するシールキャップ２６にねじ込まれており、該シールキャップ２６は前記タンク保持穴２１ａにシールされた状態で挿入保持され、該タンク保持穴２１ａの底部２１ｃには前記塗布帯２２ａに前記液体フラックス３０を導く連通孔２１ｂが設けられ、該連通孔２１ｂの途中に流量調整弁２３を設け前記液体フラックス３０の流量を調整可能にした塗布機２０である。

タンク２７の材質はＳＵＳ、チタン、樹脂などが適している。液体フラックス３０の消費につれてタンク２７内は負圧になるのでタンク２７の上部にはエア取り入れ口２７ａが必要である。タンク２７をタンク保持穴２１ａに挿入するとシールキャップ２６はＯリング２１ｄと強く接触するのでタンク２７の液体フラックス３０はシールされる。シールキャップ２６の側面は若干テーパが望ましい。液体フラックス３０はタンク保持穴２１ａの底部２１ｃに開けられた連通孔２１ｂを通って塗布帯２２ａまで導かれる。連通孔２１ｂの途中には流量調整弁２３があり塗布帯２２ａに滴下する液体フラックス量３０を調整する。流量調整弁２３はニードルバルブ２３を使用して微妙な流量性ができるようにするのがよい。ニードルバルブ２３はネジ２３ｂでニードル２３ａのストロークを調整して液体フラックス３０の流量を調整する。ワイヤ供給プラグ２４はコイル１０から供給される溶接ワイヤ１０を円滑に塗布帯２２ａに導入する。ワイヤ送給プラグ２５は液体フラックス３０を塗布したワイヤ１０を円滑に溶接トーチ４０に送り出す。

タンク２７の内側や外側に磁石（図示せず）を取り付けてもよい。液体フラックス３０に磁界を掛けることより液体フラックス３０が析出しにくくなる。磁石にはアルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石などがある。磁石はネオジ磁石のように強い磁界を示すものが好ましい。特に冬期は温度が下がり電解質の溶解度が低下する場合は有効である。また、塗布機２０は外気温が低い場合や粘度の高い溶媒を使用するような場合は必要に応じてフィルムヒーター（図示せず）などで加熱や保温する方法を併用するのがよい。

第４の解決手段は特許請求項３及び図３に示すように、前記塗布機２０の前記シールキャップ２６にはシール玉２６ｂが内包され、該シール玉２６ｂは前記シールキャップ２６の底部に設けたサポート２６ａと伸縮体２６ｃで前記排出口２６ｄに押し付けられており、前記シールキャップ２６を前記タンク保持穴２１ａに挿入すると、前記タンク保持穴２１ａの底部２１ｃに設けた突起２１ｅに前記シール玉２６ｂが押し上げられ前記シール玉２６ｂが前記排出口２６ｄから後退する機構を有する塗布機２０である。

液体フラックス３０のタンク２７はタンク保持穴２１ａに挿入固定する際逆さまになる。その際にタンク２７内の液体フラックス３０がシールキャップ２６の排出口２６ｄから漏れ出すので、それを抑えるためにシール玉２６ｂを伸縮体２６ｃで排出口２６ｄに押し付けてタンク２７を逆さまにしても液体フラックス３０の漏れが生じないようにする。シールキャップ２６をタンク保持穴２１ａに挿入するとシールキャップ２６の外周はＯリング２１ｄでシールされる。さらにシールキャップ２６をタンク保持穴２１ａに挿入するとタンク保持穴２１ａの底部２１ｃに設けた突起２１ｅがシール玉２６ｂを押し上げ、シール玉２６ｂは排出口２６ｄから遊離するのでタンク２７の液体フラックス３０は排出口２６ｄから流れ出すことができる。伸縮体２６ｃはスプリングやゴムが適している。シール玉２６ｂはＳＵＳ、チタン、ガラス、樹脂などが適している。

第５の解決手段を特許請求項５及び図４、図５で説明する。図４は液体フラックス３０の製造装置９０の縦断面図である。図５は製造装置９０のＡ−Ａ断面図である。前記液体フラックス３０の前記製造装置９０は前記容器９１の内側に磁石９２を配設し、アルコールやアセトンの溶媒を回転しながら電解質を溶解させて前記液体フラックス３０を製造する前記製造装置９０であり、前記磁石９２は固定磁石９２ａと回転磁石９２ｂからなり、前記固定磁石９２ａは前記容器９１の上部に配設した水平フレーム９３から前記容器９１中に懸垂固定された複数の懸垂アーム９４と該懸垂アーム９４に前記容器９１の中心部に向けて水平に取り付けられた複数の固定水平アーム９４ａに取り付けられており、前記回転磁石９２ｂは前記水平フレーム９３から前記容器９１中に回転自在に懸垂支持された回転軸９５に前記容器９１の外周に向けて水平方向に取り付けた複数の回転水平アーム９５ａに取り付けられており、前記固定水平アーム９４ａと前記回転水平アーム９５ａは、お互いに接触しないように高さ方向に互い違いに配設され、前記容器９１もしくは前記水平フレーム９３のいずれかを昇降自在にしている液体フラックス３０の製造装置９０である。

液体フラックスの製造装置３０は、特開２０１１−０９８３６７号広報「溶接肉盛り用フラックスと溶接肉盛法」、特開２０１１−０８８１８０号広報「溶接用フラックスと溶接方法」、特開２０１０−１００４４１号広報「液体フラックスの製造方法と製造装置及び液体フラックス」特開２００９−２９７７８２号広報「液体フラックスの製造方法及びその装置」、特開２００９−２３３７４１号広報「液体フラックス気化装置」、特開２００９−０９０３６８号広報「ガス切断用気化フラックス」などの発明で開示された製造装置がある。本発明による液体フラックス製造装置３０はこれらの液体フラックス製造装置の発明をもとにさらに発展させたものである。

磁石９２（９２ａ、９２ｂ）にはアルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石などがあるがネオジ磁石のように強い磁界を示すものが好ましい。容器全体に３００００ガウス以上の磁界をかけることができるように磁石９２の数や大きさや種類を選択するのがよい。

固定磁石９２ａと回転磁石９２ｂが交差する時の起電力が大きくなるように、磁石９２は面積の広い面が回転方向に対して平行になるように配設するのがよい。即ち固定磁石９２ａと回転磁石９２ｂの向かい合う面が広くなるようにするのがよい。このことにより固定水平アーム９４ａと回転水平アーム９５ａの段数を多くとれるので固定水平アーム９４ａと回転水平アーム９５ａに載置する磁石９２の個数を増やせることになり溶媒や溶質に付加する磁界が大きくなり溶解速度が向上する。また、回転水平アーム９５ａの回転抵抗が小さくなり動力が小さくて済む。固定磁石９２ａと回転磁石９２ｂの間隔は５〜３０ｍｍがよい。望ましくは１０〜２０ｍｍである。回転軸９５の回転数は溶質の種類や溶解時間の設定によって異なるが１０〜２００ｒｐｍがよい。モーター９６は可変速式のものが適している。回転軸９５の回転方法はモーター９６をカップリング９６ａで直結してもよいしベルトや減速機を介して連結してもよい。容器９１や水平フレーム９３を昇降する場合は電動シリンダ９７や油圧シリンダなどを使用できる。電動シリンダを保護するためにカバー９７ａを設けた方がよい。容器９１の材質は非磁性体で腐食しにくい材質が望ましく、ガラス、プラスチックなどの樹脂類、ステンレス、チタンなどを使用できる。磁石９２の個数を増やすには固定水平アーム９４ａと回転水平アーム９５ａの段数を増加するほうほうがあるが、固定水平アーム９４ａと回転水平アーム９５ａの回転方向の本数を増やしたり、回転水平アーム９４ａと固定水平アーム９５ａの面積を増やしたりして磁石９２の取り付け面積を増やす方法がある。

従来の液体フラックス３０の製造装置９０は磁石９２やモーター９６などが容器９１に直接固定されていた。この方法では容器９１ごとに磁石９２や回転装置が必要となり設備コストが高くなったり、液体フラックス３０製造後容器９１の移し替えをしなければならなかったりするなどの作業手間がかかっていた。本発明では磁石９２やモーター９６は容器９１とは独立した水平フレーム９３に載置することにしているので１台の製造装置９０で複数の容器９１に対応でき、作業効率の向上や製造コストの低減が図れる。

第６の解決手段は特許請求項５及び図４、図５に示すように、前記水平フレーム９３に超音波発振器９８を高さ方向調整可能に懸垂支持している液体フラックス３０の製造装置９０である。

超音波発振器９８は液体フラックス製造装置９０の容器９１上方から液体フラックス３０に接触せしめて加振する。液体フラックス３０の液面は液体フラックス３０の種類や製造量によって異なるので、液体フラックス３０の液面に対して超音波発信器９８が適切に接触するように調整可能となっている。超音波発振器９８の高さ調整はサポート９８ａを昇降させ、ボルト９８ｂで固定する。液体フラックス３０の容器９１と分離して水平フレーム９３に取り付けることにより１台の超音波発振器９８で複数の容器９１に対応可能である。

第７の解決手段を特許請求項７及び図６、図７に基づいて説明する。前記気化装置５０は気化容器５１と該気化容器５１に前記シールドガスを供給する給気管５２と生成した前記気化フラックスを取り出す排気管５３及び複数の磁石５４を配設してなる前記気化装置５０であり、前記磁石５４は前記気化容器５２内での前記気化フラックスの流れ方向に対して横断する方向に配設されており、前記気化装置５０の前記磁石５４は多孔板５５もしくは金網５５で形成される磁石充填体５６に充填され、該磁石充填体５６が前記容器５１内に単層もしくは複層に配設されている気化装置５０である。

シールドガスは給気管５２から供給され、吹き込み口５０ａから気化容器５１に吹き込まれる。吹き込まれたシールドガスは気化容器５１に充填された液体フラックス３０を撹拌し、液体フラックス３０を気化して気化フラックスを生成する。従って、気化フラックスはシールドガスと液体フラックスが気化した気化ガスが混合したものである。気化フラックスは気化容器５１に充填された磁石５４間の隙間５４ａを通過して帯電しながら排気管５３の方に上昇して排気管５３から溶接トーチ４０に向けて送り出される。磁石は５４気化フラックスとの接触効率を高めるために気化フラックスの流れを横断するように配設されているので、気化フラックスは必ず磁石５４を横切ることになり効率的に帯電することができる。気化フラックスの帯電効率を高めるために、気化容器５１内に充填された液体フラックス３０をあらかじめ磁石５４と接触させておくとよい。液体フラックス３０は補給口５７から補給される。給気管５２、排気管５３、補給口５７などの出入り口にはバルブ５７ａなどを設けてシールドガス、気化フラックス、液体フラックスの漏洩を防止する手段を適宜とるようにする。吹き込み口５０ａは余った液体フラックス３０の排出や気化容器５１内を洗浄した時の廃液の排出にも使用される。

本発明者は特開２００９−２３３７４１号広報「液体フラックス気化装置」において液体フラックス中に、アセチレンやプロパンなどの燃焼ガスを吹き込んで、前記液体フラックスを気化せしめて、気化フラックスを生成する液体フラックス気化装置において、周りに複数の回転筒用ネオジ磁石が配設してある回転筒を設け、該回転筒を毎分６０〜２００回、回転させながら前記気化フラックスを通過せしめて、該気化フラックスを取り出す液体フラックス気化装置を発明した。また、特開２０１１−０８８１８０号広報「溶接用フラックスと溶接法」において、気化装置に充填した前記液体フラックスにシールドガスを吹き込んで、液体フラックスを気化させて溶接トーチに導いて溶接する方法を発明した。また、特開２０１０−２００４９４号広報「蝋付け用フラックス及び蝋付け法」において、液体フラックスを気化装置に充填し、該気化装置にアルゴン（Ａｒ）や窒素（Ｎ）などの不活性ガスを吹き込んで液体フラックスを気化せしめて気化フラックスとして、蝋付け部に吹き付けながら蝋付けする蝋付け方法を発明した。また、特願２０１０−２０６２７１号広報「フィンチューブの製造方法」において、フィンとチューブを高周波抵抗溶接してフィンチューブを製造する方法において、気化装置に液体フラックスを充填し、気化装置に気体を吹き込んで液体フラックスを気化せしめて気化フラックスを生成し、該気化フラックスを溶接部に吹き付けながら前記フィンと前記チューブを溶接するフィンチューブ製造方法を発明した。

従来の気化装置５０においては気化装置５０に取り付けた磁石５４は気化容器５２の側壁や気化フラックスの流れに平行に配設した軸に取り付けてあるので、気化フラックスの流れに平行に配設されることになり、磁石５４と気化フラックスの接触率が低く帯電効果が小さかった。気化フラックスの流れを横断するように磁石５４を配設することで、磁石５４と気化フラックスの接触効率を向上させた。気化フラックスの帯電効果を大きくすることにより気化フラックスが溶接トーチ４０に到達する前に気化フラックスが配管内に析出するという問題が解消できた。また、気化装置５０と溶接トーチ４０までの距離が長い場合途中に磁石を充填した中継器（図示せず）を設ける場合があるが、中継器に配設する磁石も気化フラックスを横断するように配設することで帯電効果を高めることができるので中継器の個数を低減できる。

多孔板５５や金網５５はＳＵＳ、チタン、樹脂などが適している。多孔板５５の貫通孔５５ａ径や金網５５の網目５５ａの大きさは磁石５４を保持できればよい。磁石５４は厚み３〜１０ｍｍ、直径５〜３０ｍｍ程度の平板を単層もしくは複層に積層してもよいがランダムに充填してもよい。気化容器５１の液体フラックスから気化した気化フラックスが排気管５３に向かう流れを阻害しない程度に充填するのがよい。複数の磁石５４を充填しているので磁石５４全体の表面積が広くなり、磁石５４と気化フラックスの接触機会が増大するので気化フラックスの帯電効果が向上する。

図６において、破線で囲まれた部分が充填体５６である。充填体５６への磁石５４の充填の仕方は図６のように磁石５４の厚み方向を揃えて積層してもよいしランダムに積層してもよい。いずれにしても気化フラックスが磁石５４間の隙間５４ａを通過してしながら効率よく帯電できればよい。図６は充填層５６を単層にしているが図７では複層にしている例を示している。充填体は押さえ板５１ａやスペーサ５１ｂで容器５１に固定する。スペーサ５１ｂの数や大きさを変えることにより充填体の層数や間隔を調整できる。

第８の解決手段は特許請求項８及び図８、図９おいて説明する。前記磁石５４は複数の貫通孔５４ａを有する板状磁石５４になっており、該板状磁石５４が前記容器５１内に単層もしくは複層に配設されている気化装置５０である。

図８では板状磁石５４が気化フラックスの流れを横切る方向に配設され板状磁石５４が2段積層されている。下段は貫通孔５４ａを大きくして液体フラックス３０と気化フラックスが混合した状態となっている。液体フラックス３０も気化直前まで磁石５４に接触しているほうがよい。磁石５４は通常粉末を固形状態に圧縮成型して製造するが、磁石５４を平板形状に成形して平板に複数の貫通孔５４ａを設けてその貫通孔５４ａに気化フラックスを通すことにより帯電効果を向上させるものである。貫通孔５４ａは１．０〜２０ｍｍ程度である。１．０より小さいと気化フラックスが経年的に付着して孔詰まりする問題がある。２０ｍｍより大きいと帯電効果が低下して十分な帯電効果が得られない。平板状磁石５４の厚みは５〜５０ｍｍである。５ｍｍ以下であると強度低下により割損しやすくなる。５０ｍｍ以上になると製造コストが上がりすぎ経済的に成り立ちにくくなる。

図９では板状磁石５４を複数段積層している例を示している。下段の板状磁石は液体フラックスと接触している状態になっている。

第９の解決手段は特許請求項９及び図９に示すよう、前記気化装置にヒーターを配設している気化装置である。

ヒーター５８には例えばフィルムヒーターなどがある。フィルムヒーター（面上発熱体）はステンレス箔を電気抵抗体として、両面をポリエステル樹脂で絶縁した非常に薄いシート状の発熱体である。電気抵抗体をポリエステル樹脂でコーティングしているので耐久性や安全性に優れている。超薄型（０．２ｍｍ以下）に成形できるのでわずかなスペースや曲面に取り付けることができる。外気温は季節や使用環境に応じて異なってくる。寒冷地では夏と冬の温度差は６０℃以上になるので、溶接性を一定に保つには気化フラックスの気化量を適切に調整する必要がある。気化装置５０内の液体フラックス３０の温度は２０〜５０℃が適しているが溶接状態を目視判断しながら温度調節するのがよい。

１０：溶接ワイヤ
１１：コイル
１２：外皮
１３：溶融金属
１４：固形フラックス
１５：溶融フラックス
２０：塗布機
２１：タンク保持基部
２１ａ：タンク保持穴
２１ｂ：連通孔
２１ｃ：底部
２１ｄ：Ｏリング
２１ｅ：突起
２２：塗布基部
２２ａ：塗布帯
２２ａ：ストレートゾーン
２２ｂ：コーンゾーン
２３：流量調整弁（ニードルバルブ）
２３ａ：ニードル
２３ｂ：ネジ
２４：ワイヤ供給プラグ
２４ａ：案内貫通孔
２４ｂ：コーン部
２５：ワイヤ送給ガイド
２５ａ：送給貫通孔
２６：シールキャップ
２６ａ：サポート
２６ｂ：シール玉
２６ｃ：伸縮体
２６ｄ：排出口
２７：タンク
２７ａ：エア取り入れ口
３０：液体フラックス
３１：液体フラックス（薄膜フラックス）
４０：溶接トーチ
５０：気化装置
５０ａ：吹き込み口
５１：気化容器
５１ａ：押さえ板
５１ｂ：スペーサ
５２：給気管
５３：排気管
５４：磁石
５４ａ：隙間
５５：多孔板、金網
５５ａ：径、網目
５７：補給口
５７ａ：バルブ
５８：ヒーター
６０：シールドガスタンク
６１：シールドガス管
７０：電源装置
７１：ケーブル
８０：溶接母材
９０：製造装置
９１：容器
９２：磁石
９２ａ：固定磁石
９２ｂ：回転磁石
９３：水平フレーム
９４：懸垂アーム
９４ａ：固定水平アーム
９５：回転軸
９５ａ：回転水平アーム
９６：モーター
９６ａ：カップリング
９７：電動シリンダ
９７ａ：カバー
９８：超音波発振器
９８ａ：サポート
９８ｂ：ボルト

Claims (9)

1. 半自動アーク溶接法において、磁石を配設した容器からなる液体フラックスの製造装置でアルコールやアセトンの溶媒を回転しながら電解質を溶解させて生成した液体フラックスを、溶接ワイヤに塗布機にて塗布して溶接することを特徴とする半自動アーク溶接法。
2. 前記半自動アーク溶接法において、前記液体フラックスを前記溶接ワイヤに前記塗布機にて塗布して溶接するとともに、前記液体フラックスを気化装置に充填し、該気化装置にシールドガスを吹き込んで気化せしめた気化フラックスを溶接部分に吹き付けながら溶接することを特徴とする請求項１記載の半自動アーク溶接法。
3. 前記塗布機は、前記溶接ワイヤに前記液体フラックスを塗布する塗布帯を設けた塗布基部と前記液体フラックスを充填したタンクを着脱自在に取り付けるタンク保持基部からなり、前記タンクにはエア取り入れ口が設けられており、前記塗布基部には前記溶接ワイヤを前記塗布帯に案内するための案内貫通孔を有するワイヤ供給プラグと前記液体フラックスを塗布した前記溶接ワイヤを前記溶接トーチに送りだす送給貫通孔を有するワイヤ送給ガイドを配設し、前記タンク保持基部には前記タンクを取り付けるためのタンク保持穴が設けられ、前記タンクは排出孔を有するシールキャップにねじ込まれ、該シールキャップは前記タンク保持穴にシールされた状態で挿入保持され、該タンク保持穴の底部には前記塗布帯に前記液体フラックスを導く連通孔が設けられ、該連通孔の途中にニードルバルブを設け前記液体フラックスの流量を調整可能にしたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の塗布機。
4. 前記塗布機の前記シールキャップにはシール玉が内包され、該シール玉は前記シールキャップの底部に設けたサポートと伸縮体で前記排出口に押し付けられており、前記シールキャップを前記タンク保持穴に挿入すると、前記保持穴の底部に設けた突起に前記シール玉が押し上げられ前記シール玉が前記排出口から後退する機構を有することを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載の塗布機。
5. 前記液体フラックスの前記製造装置は前記容器の内側に磁石を配設し、アルコールやアセトンの溶媒を回転しながら電解質を溶解させて前記液体フラックスを製造する前記製造装置であり、前記磁石は固定磁石と回転磁石からなり、前記固定磁石は前記容器の上部に配設した水平フレームから前記容器中に懸垂固定された複数の懸垂アームと該懸垂アームに前記容器の中心部に向けて水平に取り付けられた複数の固定水平アームに取り付けられており、前記回転磁石は前記固定フレームから前記容器中に回転自在に懸垂支持された回転軸に前記容器の外周に向けて水平方向に取り付けた複数の回転水平アームに取り付けられており、前記固定水平アームと前記回転水平アームは、お互いに接触しないように高さ方向に互い違いに配設され、前記容器もしくは前記水平フレームのいずれかを昇降自在にしていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液体フラックスの製造装置。
6. 前記水平フレームには超音波発振器を高さ方向調整可能に懸垂支持していることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項５記載の液体フラックスの製造装置。
7. 前記気化装置は気化容器と該気化容器に前記シールドガスを供給する給気管と生成した前記気化フラックスを取り出す排気管及び複数の磁石を配設してなる前記気化装置であり、前記磁石は前記気化容器内での前記気化フラックスの流れ方向に対して横断する方向に配設されており、前記気化装置の前記磁石は多孔板もしくは金網で形成される磁石充填体に充填され、該磁石充填体が前記容器内に単層もしくは複層に配設されていることを特徴とする請求項２記載の気化装置。
8. 前記気化装置は気化容器と該気化容器に前記シールドガスを供給する給気管と生成した前記気化フラックスを取り出す排気管及び複数の磁石を配設してなる前記気化装置であり、前記磁石は前記気化容器内での前記気化フラックスの流れ方向に対して横断する方向に配設されており、前記気化装置の前記磁石は複数の貫通孔を有する板状磁石になっており、該板状磁石が前記容器内に単層もしくは複層に配設されていることを特徴とする請求項２又は請求項７記載の気化装置。
9. 前記気化装置にヒーターを配設していることを特徴とする請求項２又は請求項７又は請求項８記載の気化装置。

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