JP5267815B2

JP5267815B2 - 溶接用フラックスと溶接方法

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Publication number: JP5267815B2
Application number: JP2009243045A
Authority: JP
Inventors: 哲男原田
Original assignee: 哲男原田
Priority date: 2009-10-22
Filing date: 2009-10-22
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2029-10-22
Also published as: JP2011088180A

Description

本発明は液体フラックスや気化フラックスを用いて溶接部を保護しながら溶接する溶接方法に関するものである。液体フラックスや気化フラックスを単独で使用したり、気化フラックスをアルゴンやヘリウムや炭酸ガスなどのシールドガスと混合したりして複合シールドガスとして用いて溶接部の空気を遮断したり溶融部の流動性を向上させ流麗な溶接面を得ることに関する。本発明は被覆アーク溶接、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接、炭酸ガスアーク溶接、サブマージアーク溶接、エレクトロスラグ溶接法、エレクトロガスアーク溶接、電気抵抗溶接、高周波接触抵抗溶接、高周波誘導抵抗溶接、高周波誘導圧接、レーザー溶接、電子ビーム溶接などの溶接・接合に利用することができる。

本発明者は、特願２００８−２８７８２０号（特許文献１参照）において「ガス切断用気化フラックス」、特願２００８−１０４８２５号（特許文献２参照）において「液体フラックス気化装置」、特願２００８−１７８４２０号（特許文献３参照）において「液体フラックスの製造方法及びその装置」、特願２００８−２７０４３５号（特許文献４参照）において「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」を発明した。上記発明は金属をガス切断する時に切断面に付着するドロスの発生防止や除去の簡便化あるいは金属をロウ付けする際のフラックスとして活用されているがさらに溶接や圧接などの金属接合の分野でもフラックスとして活用できる方法を発明した。

シールドガスを使用する半自動溶接にはＭＡＧ溶接、ＭＩＧ溶接、炭酸ガスアーク溶接などがある。また、ワイヤを自動供給しないがシールドガスを使用する溶接法としてＴＩＧ溶接がある。これらの溶接においてシールドガスは主として溶接面の酸化防止やビード形状の成型やアークの安定化などを目的として使用されていた。

例えば、被覆アーク溶接では軟鋼または低合金鋼からなる芯線を被覆材で被覆しており、芯線より発生したアークを被覆材から発生したガスでシールドし、大気中の窒素や酸素が溶接部に混入するのを防止するとともに被覆材の成分は溶接金属の脱酸精錬やスラグになってビード形状の成型などの働きをする（特許文献５参照）。

鋼製外皮にフラックスを充填してなるアーク溶接用フラックス入りワイヤを使用して、Ａｒが９６％以上、残部がＣＯ２またはＯ２の混合ガスをシールドガスとしてＭＩＧ溶接する方法がある（特許文献６参照）。

溶接領域の少なくとも一部にガスシールドを用いてニッケル及びニッケル合金をＭＩＧ溶接するための方法であって、該ガスシールドがＣＯ２を体積で０．０５〜０．５％含有し残部がアルゴンであるガス混合物であるＭＩＧ溶接方法がある（特許文献７参照）。

タングステン電極の周囲に内外側二重のガスシールドを形成しつつ、アーク発生部位に溶加材として複数本のワイヤを連続的に送給して溶接を行う二重ガスシールド・複数ワイヤ供給方式のＴＩＧ溶接がある（特許文献８参照）。

エレクトロガスアーク溶接、電気抵抗溶接、高周波接触抵抗溶接、高周波誘導抵抗溶接、高周波誘導圧接の分野においてもシールドガスが使用されている。例えば、帯材を成形して短部を突き合わせ、該端部を電縫溶接して管とする過程の中で、電縫溶接前の前記端部にテーパ形状を付与しておき、電縫溶接の加熱を受けつつある前記端部に非酸化性ガスを吹き付けることを特徴とする電縫管の製造方法がある（特許文献９参照）。

被覆溶接棒による被覆アーク溶接やサブマージアーク溶接及びエレクトロスラグ溶接は溶融フラックスで溶接部を空気から保護する機能の他にフラックスが溶融するときに発生するガスでシールドするシールドガスの機能も有しており、直接的にシールドガスを使用するものではないがシールドガスの機能を応用している溶接方法であるといえる。ＴＩＧ（ＴｕｎｇｓｔｅｎＩｎｅｒｔＧａｓ）溶接、ＭＩＧ（ＭｅｔａｌＩｎｅｒｔＧａｓ）溶接、ＭＡＧ（ＭｅｔａｌＡｃｔｉｖｅＧａｓ）溶接、炭酸ガスアーク溶接、電気抵抗溶接、高周波接触抵抗溶接、高周波誘導抵抗溶接、高周波誘導圧接はシールドガスで直接的にシールドする溶接方法である。シールドガスは炭酸ガス（ＣＯ２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などのガスを単独ガスあるいは混合器などで混合した混合シールドガスとして使用されている。混合シールドガスには例えばアルゴンと炭酸ガスの混合ガス（Ａｒ＋ＣＯ2）、アルゴンと炭酸ガスとヘリウム（Ｈｅ）の混合ガス（Ａｒ＋ＣＯ2＋Ｈｅ）、炭酸ガスと窒素（Ｎ２）の混合ガス（ＣＯ２＋Ｎ２）などがある。混合シールドガスは比重差でヘリウム、窒素、炭酸ガス、アルゴンの順に分離するため溶接母材に近い範囲（１０ｍ〜１５ｍ以内）で混合して使用している。

ガスシールドアーク溶接におけるシールドガスの目的は主として溶接部分を空気と遮蔽することによる酸化防止やアークの安定化が主な目的である。ＭＡＧ溶接はコストの安い炭酸ガス（ＣＯ２）をシールドガスとする場合が多いが、スパッタ低減のため炭酸ガスにアルゴン（Ａｒ）を混合することもある。ＭＩＧ溶接はアルミニウム、チタンのように酸化や窒化しやすい金属や非鉄金属及びステンテレスなどの溶接にも使用されている。通常アルゴンのような純イナートガスでシールドしながら溶接する場合とステンレス鋼の場合のようにアークを安定させて融合不良やブローホールなどを防止するために２％程度の酸素や５％程度の炭酸ガスを混合して使用する場合がある。しかし、ステンレス鋼のＭＩＧ溶接ではＡｒ＋ＣＯ２系のシールドガスを使用する場合はビード表面全体に酸化被膜が形成されるので多層溶接などでは融合不良、スラグ巻き込み、ビード形状の劣化などを防止するために適宜ビード表面のスラグ状になった酸化被膜をグラインダなどで除去する必要があった。ＴＩＧ溶接はアルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）のようなイナートガスを使用して母材成分とほぼ同一成分の溶接材料で溶接する。また、電気抵抗溶接、高周波接触抵抗溶接、高周波誘導抵抗溶接、高周波誘導圧接でシールドガスを用いる場合も溶接部を空気と遮蔽することによる酸化防止が主な目的であった。

特願２００８−２８７８２０号特願２００８−１０４８２５号特願２００８−１７８４２０号特願２００８−２７０４３５号特開２００８−１８８６００号特開２００７−２９６５３５号特開２００２−１３７０６２号特開平１１−５８０１７号特開２００７−３０７６０７号

「機械工学便覧」、機械学会、昭和４８年、P１７−６１「溶接作業読本」、日刊工業新聞社、昭和５１年、P２−P２５

シールドガスや混合シールドガスはアークを正常に保持したり溶接部分及び溶融部を空気からシールドしたりするのが主な目的であるが、完全なシールドは困難であり、ビード表面に酸化被膜が形成されるので融合不良、スラグ巻き込み、ビード形状の劣化などが生じていた。このため多層溶接などでは適宜ビード表面のスラグ状になった酸化被膜をグラインダなどで除去する必要があった。本発明ではシールドガスに気化フラックスを混合した複合シールドガスを用いて、アークの正常化や溶接部や溶融部を空気からのシールドする目的の他に溶接部や溶融部をコーティングして保護し、溶接部や溶融部を酸化防止するだけでなく溶融部の流動性を向上させ融合不良やスラグ巻き込み及びビード形状の劣化などを防止するものである。

第１の解決手段は、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ことを特徴とする溶接方法である。

第２の解決手段は、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溶接方法である。

第３の解決手段は、前記液体フラックス及び前記気化フラックスがＰＨ６．８〜ＰＨ７．２である溶接方法である。

第４の解決手段は、前記液体フラックスの前記電解質と前記溶媒の量を調整して、前記電解質を適宜析出させて、前記液体フラックスをコロイドフラックス、ゲルフラックス、ゾルフラックス、粉末フラックスにした溶接用フラックスである。

第５の解決手段は、前記液体フラックスは、アルコールやアセトンなどの溶媒中にホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）とホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）を溶解し更にフッ化物としてホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ２）を溶解せしめたものであり、電解質の重量％でＮａが８．０〜９．０％、Ｋが５．０〜６．０％、Ｂが１７．０〜１８．０％、Ｈが２．０〜３．０％、Ｏが５０．０〜６０．０２％、Ｆが７．０〜８．０％となるように配合し、その合計を１００％とした溶接用フラックスである。

第６の解決手段は、前記液体フラックスは、アルコールやアセトンなどの溶媒中にホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）、酸化ホウ素（B２O３）を溶解せしめたものであり、電解質の重量％でＮａが８．０〜９．０％、Ｂが２６．０〜２７．０％、Ｈが１．０〜２．０％、Ｏが６３．０〜６４．０％となるように配合し、その合計を１００％とした溶接用フラックスである。

第７の解決手段は、前記液体フラックスは、アルコールやアセトンなどの溶媒中に氷晶石（Ｎａ３ＡｌＦ６）、ケイフッ化ナトリウム（ＮａＳｉＦ６）、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ２）、ホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）、ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を溶解せしめたものであり、電解質の重量％でＫが６．０〜７．０％、Ｎａが１０．０〜１１．０％、Ｓｉが５．０〜６．０％、Ａｌが１．０〜２．０％、Ｂが１２．０〜１３．０％、Ｈが０．１〜１．０％、Ｏが２８．０〜２９．０％、Ｆが３４．０〜３５．０％になるように配合し、その合計を１００％とした溶接用フラックスである。

第８の解決手段は、前記気化フラックスは、気化装置に充填した前記液体フラックスに前記シールドガスもしくは前記混合シールドガスを吹き込んで、前記液体フラックスを気化させたものであり、前記気化装置は前記液体フラックスを充填するためのタンク部と前記シールドガスもしくは混合シールドガスを吹き込むための給気管と前記複合シールドガスを溶接部に送るための排気管を配設した溶接方法である。

第１の解決手段による効果は、溶接面にあらかじめ液体フラックスを塗布することにより、（１）溶接面を空気から遮断し溶融部の酸化を防止する、（２）液体フラックスが高温で溶融して溶融金属の表面張力を低減するので流動性がよくなりきれいな溶接面が得られることである。

第２の解決手段による効果は以下である。（１）溶接面を空気から遮断し溶融部の酸化を防止することができる。（２）炭酸ガス（ＣＯ２）＋気化フラックスを混合した複合シールドガスに各種ガスを付加することで様々な特性を得ることができる。例えば、炭酸ガス（ＣＯ２）＋気化フラックスにヘリウム（Ｈｅ）を付加すると電圧アップとなる。通常炭酸ガス単独の場合２４〜２５Ｖに対しアルゴンを付加すると３０〜３２Ｖになる。炭酸ガス（ＣＯ２）＋気化フラックスにアルゴン（Ａｒ）ガスを付加すると溶着金属の無酸化色を得ることができる。炭酸ガス（ＣＯ２）＋気化フラックスに窒素（Ｎ２）を付加すると肉盛り部分の硬度をアップすることができる。通常の硬化肉盛りに対して窒素を付加することにより１０〜２０％の硬度アップとなる。（３）従来の炭酸ガス１００％のシールドガスはＣＯ２→ＣＯ＋Ｏにより一酸化炭素と酸素に分離するため完全に酸化を防止することができないが、複合シールドガスを用いた溶接では気化フラックスの成分中にＮａやＢを含有させることにより、溶融部と接触して薄いガラス状の膜となり溶融部表面を保護するので肉盛り部分の酸化を完全に防止できる。また、ＭＩＧ溶接では溶融部は最大４０００℃の高温となり溶解した溶滴中に複合シールドガス中のＮａ、Ｂが入り込み８００〜１０００℃近辺でこれらがガラス状の膜として溶融部の表面を保護するため美しい炭化物を作る。そのため従来のＭＩＧ溶接における高合金肉盛りの硬度はＨｖ９００〜９５０程度であったが複合シールドガスを使用した場合にはＨｖ９５０〜１０００程度の硬度を確実に得ることができる。（４）歩留まりや硬度が向上するとともに硬度がクラックレスの溶接肉盛りとなり、衝撃荷重を受けても従来の高合金肉盛りに見られたような鱗状の剥離が無くなる。（５）複合シールドガス中にアンモニア（ＮＨ３）のようにＮ２ガスのよく出るものを混合すればガス窒化も可能である。また、複合シールドガスにアンモニア（ＮＨ３）と硫化水素（Ｈ２Ｓ）を混合すれば浸硫窒化肉盛りも可能である。

第３の解決手段による効果は、液体フラックスや気化フラックスが中性もしくは略中性に近いので、溶接面に液体フラックスを塗布したり、気化フラックスを吹き付けたりしても溶接面を酸化させないので溶接性が向上することである。

第４の解決手段による効果は、液体フラックスの溶媒の濃度を変化させることにより、液体フラックスはコロイダル、ゾル、ゲル、粉末と変化するので溶接面に塗布する際に最適な状態の溶接フラックスを選択できる。コロイダルフラックスは溶接面に塗布する際に液垂れを抑制できる。ゾルフラックスやゲルフラックス及び粉末フラックスは溶接材と混ぜて溶接ができる。さらに、溶接用粉末フラックスはＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接、炭酸ガスアーク溶接のワイヤに封入することが可能である。また、被覆アーク溶接棒のフラックス、サブマージアーク溶接のフラックス、エレクトロスラグアーク溶接のフラックスなどにも混入して使用できる。

第５と第６の解決手段による効果は、中性の液体フラックスを製造するためのフラックスの組成であり、この液体フラックスを気化させることにより中性の気化フラックスを製造することができる。

第７の解決手段による効果は、液体フラックスをコロイダルフラックスやゲルフラックスやゾルフラックスや粉末フラックスにするための組成の一例であり、溶媒の量を調整することにより様々な態様のフラックスを製造することができる。

第８の解決手段による効果は、シールドガスもしくは混合シールドガスと気化フラックスを混合した複合シールドガスの生成方法であり、（１）液体フラックスから容易に複合シールドガスを生成することができる、（２）従来のシールドガスラインもしくは混合シールドガスラインに気化装置を組み入れるだけで簡単に複合シールドガスラインに変更できる、（３）本装置を使った複合シールドガス溶接により、溶接面を空気から遮断し溶融部の酸化を防止し、気化フラックスが高温で溶融して溶融金属の表面張力を低減するので流動性が向上しきれいな溶接面が得られることである。

本発明による溶接用フラックスは液体もしくは気体のフラックスとして利用可能であり、被覆アーク溶接、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接、炭酸ガスアーク溶接、サブマージアーク溶接、エレクトロスラグ溶接法、エレクトロガスアーク溶接、電気抵抗溶接、高周波接触抵抗溶接、高周波誘導抵抗溶接、高周波誘導圧接などの金属の溶接・接合に幅広く利用することができる。

複合シールドガスを使用して半自動溶接する際の機器説明図。

第１の解決手段は、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である。液体フラックスは刷毛やスプレーで塗布することができる。液体フラックスの塗布は溶接部の酸化を最小限にするために開先形成後すぐに塗布するのがよい。

アーク溶接は４０００±５０℃の高温になる。液体フラックスに溶解している主なフラックスの融点と沸点は次のようである。ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）の融点は７４１℃で沸点は１５７５℃、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）の融点は５７７℃で沸点は１５００℃、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）の融点は１８０℃で沸点は８００℃、ホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）の融点は２００℃で沸点は８００℃、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ３）の融点は２２５℃で融点は８００℃、フッ化カリウム（ＦＫ）の融点は８６０℃で沸点は１６７６℃、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）の融点は９９５℃で沸点は１７０５℃、フッ化バリウム（ＢａＦ）の融点は１２８０℃で沸点は２４６０℃である。鉄の融点は１５００±３０℃であるためフラックスの沸点が１５００±３０℃以上であれば溶接用の液体フラックスとして使用可能である。フッ化物の量は炭化物の量で決まるがＭｏＣやＷＣなどの難溶解性の炭化物の量に応じて、炭化物とＫＦ、ＮａＦ、ＢａＦなどのフッ化物を置換する。液体フラックス中には溶接性を向上させるために色々な元素を含有させる。例えば、Ｎａは溶融部の酸化防止に効果があり、Ｂは溶融部の流動性を向上させ表面張力を低下する作用があり、肉盛り部のピンホール低減や肉盛り硬化層の平滑性を確保するのに効果がある。

本発明の液体フラックスは、特願２００８−２８７８２０号（特許文献１参照）の「ガス切断用気化フラックス」や特願２００８−１７８４２０号（特許文献３参照）の「液体フラックスの製造方法及びその装置」や特願２００８−２７０４３５号（特許文献４参照）の「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」で発明されている方法を用いて容易に製造することができる。

本手段は被覆アーク溶接、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接、炭酸ガスアーク溶接、サブマージアーク溶接、エレクトロスラグ溶接法、エレクトロガスアーク溶接、電気抵抗溶接、高周波接触抵抗溶接、高周波誘導抵抗溶接、高周波誘導圧接、レーザー溶接、電子ビーム溶接などの溶接・接合に適用できる。

第２の解決手段は、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溶接方法である。シールドガスには炭酸ガス（ＣＯ２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などがある。混合シールドガスには例えばアルゴンと炭酸ガスの混合シールドガス（Ａｒ＋ＣＯ2）、アルゴンと炭酸ガスとヘリウム（Ｈｅ）の混合シールドガス（Ａｒ＋ＣＯ2＋Ｈｅ）、炭酸ガスと窒素（Ｎ２）の混合シールドガス（ＣＯ２＋Ｎ２）などがある。気化フラックスは液体フラックスをシールドガスや混合ガスで気化させて生成できる。液体フラックス中の固体フラックスの濃度は最大３０％程度まで溶解可能であるが溶接後の残留フラックスの除去作業を軽減するために２０％程度の濃度が望ましい。

アーク溶接は４０００±５０℃の高温になる。気化フラックスに溶解している主なフラックスの融点と沸点は次のようである。ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）の融点は７４１℃で沸点は１５７５℃、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）の融点は５７７℃で沸点は１５００℃、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）の融点は１８０℃で沸点は８００℃、ホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）の融点は２００℃で沸点は８００℃、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ３）の融点は２２５℃で融点は８００℃、フッ化カリウム（ＦＫ）の融点は８６０℃で沸点は１６７６℃、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）の融点は９９５℃で沸点は１７０５℃、フッ化バリウム（ＢａＦ）の融点は１２８０℃で沸点は２４６０℃である。鉄の融点は１５００±３０℃であるためフラックスの沸点が１５００±３０℃以上であれば溶接用の気化フラックスとして使用可能である。フッ化物の量は炭化物の量で決まるがＭｏＣやＷＣなどの難溶解性の炭化物の量に応じて、炭化物とＫＦ、ＮａＦ、ＢａＦなどのフッ化物を置換する。気化フラックス中には溶接性を向上させるために色々な元素を含有させる。例えば、Ｎａは溶融部の酸化防止に効果があり、Ｂは溶融部の流動性を向上させ表面張力を低下する作用があり、肉盛り部のピンホール低減や肉盛り硬化層の平滑性を確保するのに効果がある。シールドガスや混合シールドガスに気化フラックスを体積割合で１〜３０%混合して複合シールドガスにする。複合シールドガスは通常１０〜３０リットル／分使用しながら溶接する。望ましくは１８〜２０リットル／分程度である。

従来の炭酸ガスシールドは酸化が激しいためクラックが多く１０〜１５ｍｍの溶接長さに対して１本以上のクラックが発生していたが、複合シールドガスでは１００ｍｍの溶接長さに対して１本発生する程度である。硬度はＨｖ９００〜１３００程度のレベルが確保できる。炭酸ガス（ＣＯ２）＋気化フラックスを混合した複合シールドガスに各種ガスを付加することで様々な特性を得ることができる。例えば、炭酸ガス（ＣＯ２）＋気化フラックスにヘリウム（Ｈｅ）を付加すると電圧アップとなる。通常炭酸ガス単独の場合２４〜２５Ｖに対しアルゴンを付加すると３０〜３２Ｖになる。炭酸ガス（ＣＯ２）＋気化フラックスにアルゴン（Ａｒ）ガスを付加すると溶着金属の無酸化色を得ることができる。炭酸ガス（ＣＯ２）＋気化フラックスに窒素（Ｎ２）を付加すると肉盛り部分の硬度をアップすることができる。通常の硬化肉盛りに対して窒素を付加することにより１０〜２０％の硬度アップとなる。また、ＭＩＧ溶接はアルミニウムやチタンのように酸化や窒化しやすい金属や非鉄金属及びステンテレスなどの溶接にも使用されているが、通常アルゴンのような純イナートガスでシールドしながら溶接する場合とステンレス鋼の場合のようにアークを安定させて融合不良やブローホールなどを防止するために２％程度の酸素や５％程度の炭酸ガスを混合して使用する場合がある。このようなMIG溶接のシールドガスに気化フラックスを混合した複合シールドガスを用いることにより無酸化色溶接や硬度アップ溶接の機能を付加することができる。複合シールドガスは比重差でヘリウム、窒素、炭酸ガス、アルゴンの順に分離するため通常の場合できるだけ溶接母材に近い範囲（１０ｍ〜１５ｍ以内）で混合して使用するのがよい。

本手段は主として、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接、炭酸ガスアーク溶接、サブマージアーク溶接、エレクトロスラグ溶接法、エレクトロガスアーク溶接、電気抵抗溶接、高周波接触抵抗溶接、高周波誘導抵抗溶接、高周波誘導圧接、レーザー溶接などの溶接・接合に適用できる。

第３の解決手段は、液体フラックス及び前記気化フラックスがＰＨ６．８〜ＰＨ７．２である溶接方法である。本発明の液体フラックスは、特願２００８−２８７８２０号（特許文献１参照）の「ガス切断用気化フラックス」や特願２００８−１７８４２０号（特許文献３参照）の「液体フラックスの製造方法及びその装置」や特願２００８−２７０４３５号（特許文献４参照）の「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」で発明されている方法を用いて容易に製造することができる。液体フラックスや液体フラックスを気化させた気化フラックスは強度の酸性を示す場合が多いので、機械加工で形成した開先部に液体フラックスを塗布したり、吹き付けたりすると開先部が錆びる問題がある。液体フラックスや気化フラックスを中性にすることにより開先部の酸化を防止することができる。

第４の解決手段は、前記液体フラックスの前記電解質と前記溶媒の量を調整して、前記電解質を適宜析出させて、前記液体フラックスをコロイドフラックス、ゲルフラックス、ゾルフラックス、粉末フラックスにした溶接用フラックスである。液体フラックスは電解質に対して溶媒の量を調整することにより、電解質を完全に溶解させた状態から部分析出、完全析出状態を制御できる。溶媒を完全に蒸発させれば最終的に粉末フラックスとして析出させることができる。

第５の解決手段は、前記液体フラックスは、アルコールやアセトンなどの溶媒中にホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）とホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）を溶解し更にフッ化物としてホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ２）を溶解せしめたものであり、重量％でＮａが８．０〜９．０％、Ｋが５．０〜６．０％、Ｂが１７．０〜１８．０％、Ｈが２．０〜３．０％、Ｏが５０．０〜６０．０２％、Ｆが７．０〜８．０％となるように配合し、その合計を１００％とした溶接用フラックスである。本発明の液体フラックスは、特願２００８−２８７８２０号（特許文献１参照）の「ガス切断用気化フラックス」や特願２００８−１７８４２０号（特許文献３参照）の「液体フラックスの製造方法及びその装置」や特願２００８−２７０４３５号（特許文献４参照）の「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」で発明されている方法を用いて容易に製造することができる。ホウ砂はＰＨ８であるがホウ酸やフッ化物などのフラックスはほとんどが酸性であるが、各成分の量を精密に組み合わせることにより本液体フラックスのＰＨを略ＰＨ７にコントロールすることが可能となる。

第６の解決手段は、前記液体フラックスは、アルコールやアセトンなどの溶媒中にホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）、酸化ホウ素（B２O３）を溶解せしめたものであり、重量％でＮａが８．０〜９．０％、Ｂが２６．０〜２７．０％、Ｈが１．０〜２．０％、Ｏが６３．０〜６４．０％となるように配合し、その合計を１００％とした溶接用フラックスである。本発明の液体フラックスは、特願２００８−２８７８２０号（特許文献１参照）の「ガス切断用気化フラックス」や特願２００８−１７８４２０号（特許文献３参照）の「液体フラックスの製造方法及びその装置」や特願２００８−２７０４３５号（特許文献４参照）の「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」で発明されている方法を用いて容易に製造することができる。

第７の解決手段は、前記液体フラックスは、アルコールやアセトンなどの溶媒中に氷晶石（Ｎａ３ＡｌＦ６）、ケイフッ化ナトリウム（ＮａＳｉＦ６）、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ２）、ホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）、ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を溶解せしめたものであり、重量％でＫが６．０〜７．０％、Ｎａが１０．０〜１１．０％、Ｓｉが５．０〜６．０％、Ａｌが１．０〜２．０％、Ｂが１２．０〜１３．０％、Ｈが０．１〜１．０％、Ｏが２８．０〜２９．０％、Ｆが３４．０〜３５．０％になるように配合し、その合計を１００％とした溶接用フラックスである。本発明の液体フラックスは、特願２００８−２８７８２０号（特許文献１参照）の「ガス切断用気化フラックス」や特願２００８−１７８４２０号（特許文献３参照）の「液体フラックスの製造方法及びその装置」や特願２００８−２７０４３５号（特許文献４参照）の「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」で発明されている方法を用いて容易に製造することができる。

第８の解決手段は、前記気化フラックスは気化装置１０に充填した前記液体フラックス２０に前記シールドガスもしくは前記混合シールドガスを吹き込んで気化させたものであり、前記気化装置１０は前記液体フラックス２０を充填するためのタンク部１１と前記シールドガスもしくは混合シールドガスを吹き込むための給気管１２と前記複合シールドガスを溶接部に送るための排気管１３を配設したものであるである。気化装置１０に充填した液体フラックス２０にシールドガスもしくは混合シールドガスを吹き込むことにより液体フラックス２０は気化して気化フラックスとなるが、同時にシールドガスもしくは混合シールドガスと混合して複合シールドガスとなる。気化装置は特願２００８−１０４８２５号で発明されたものを使用することができ、本発明による気化装置１０を用いることによりホースや配管にフラックス成分が析出しにくくなる。

図１は半自動溶接に複合シールドガスを使用する場合の例を示している。半自動溶接には炭酸ガスアーク溶接、MIG溶接、MAG溶接がある。炭酸ガスアーク溶接はシールドガスに炭酸ガスのみを使用する。MIG溶接はシールドガスにアルゴン１００％かアルゴンに数％の酸素を混合した混合シールドガスを使用する。MIG溶接はシールドガスにアルゴンと炭酸ガスの混合シールドガスを使用する。一般的使用されているのはアルゴン８０％、炭酸ガス２０％の混合シールドガスである。半自動溶接ではないがTIG溶接もシールドガスを使用する溶接であり本発明が応用できるのはもちろんである。

半自動溶接のようにシールドガスを使用する溶接においては、シールドガスはボンベ３０からガス流量調節器４０を介して気化器１０に供給される。シールドガスは給気管によって液体フラックス２０に吹き込まれるので、液体フラックス２０はシールドガスによって攪拌され気化して気化フラックスとなる。気化フラックスはシールドガスと混合して複合シールドガスとなり排気管１３から排出されて溶接トーチ５０に供給される。溶接トーチ５０にはワイヤ送給装置６０からワイヤ６１が供給される。溶接機７０からはワイヤ６１に電力を給電するためのケーブル７１が溶接トーチ５０まで配設されている。図1は半自動溶接の機器フローの一例を示したがこの他にも色々な機器の組み合わせがあるのは言うまでもない。また複合シールドガスの供給方法については自動溶接以外の溶接・接合方法についても色々なパターンがあるのは言うまでもない。

特願２００８−２７０４３５号に示した方法により、アルコール中にホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）とホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）を溶解し更にフッ化物としてホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ２）を溶解せしめてＰＨ７で２０％濃度の液体フラックスを生成する。ホウ砂はＰＨ８であるがホウ酸やフッ化物などのフラックスはほとんどが酸性である。アルコールに溶解せしめた電解質の元素の重量％は、Ｎａ（８．４％）、Ｋ（５．４％）、Ｂ（１７．２％）、Ｈ（２．５％）、Ｏ（５９．２％）、Ｆ（７．３％）であり合計１００重量％となっている。特願２００８−１０４８２５号の気化装置に本液体フラックスを充填して、炭酸ガスを吹き込んで気化せしめた複合シールドガスを用いて、高合金鋼、厚み１０ｍｍに両開先を設けて突合せ溶接したところ秀麗な溶接部を得た。歩留まりや硬度が向上するとともに、クラックレスの溶接肉盛りとなり、衝撃荷重を受けても従来の高合金肉盛りに見られたような鱗状の剥離が無くなった。本溶接を応用した硬化肉盛り溶接においては、複合シールドガス中にアンモニア（ＮＨ３）のようにＮ２ガスのよく出るものを混合すればガス窒化も可能である。また、複合シールドガスにアンモニア（ＮＨ３）と硫化水素（Ｈ２Ｓ）を混合すれば浸硫窒化肉盛りも可能である。但し排気設備やエアラインマスクが必要である。

特願２００８−２７０４３５号に示した方法により、アルコール中にホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）、酸化ホウ素（B２O３）を溶解せしめてＰＨ７で２０％濃度の液体フラックスを生成する。アルコールに溶解せしめた電解質の元素の重量％は、Ｎａが８．４％、Ｂが２６．６％、Ｈが１．５％、Ｏが６３．６％であり合計１００重量％となっている。特願２００８−１０４８２５号の気化装置に本液体フラックスを充填して、アルゴンガスを吹き込んで気化せしめた複合シールドガスを用いて、高合金鋼、厚み１０ｍｍに両開先を設けて突合せ溶接したところ秀麗な溶接部を得た。歩留まりや硬度が向上するとともに、クラックレスの溶接肉盛りとなり、衝撃荷重を受けても従来の高合金肉盛りに見られたような鱗状の剥離が無くなった。

特願２００８−２７０４３５号に示した方法により、アルコール中に氷晶石（Ｎａ３ＡｌＦ６）、ケイフッ化ナトリウム（ＮａＳｉＦ６）、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ２）、ホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）、ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を溶解せしめてＰＨ７で２０％濃度の液体フラックスを生成する。アルコールに溶解せしめた電解質の元素の重量％は、Ｋが６．７６％、Ｎａが１０．８４％、Ｓｉが４．８３％、Ａｌが１．９６％、Ｂが１２．８３％、Ｈが０．３６％、Ｏが２８．２％、Ｆが３４．２％であり合計１００重量％となっている。本液体フラックスをＳＳ４００の溶接面に塗布して被覆アーク溶接棒で突合せ溶接したところ秀麗な溶接部を得た。

本発明は金属アーク溶接、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接、炭酸ガスアーク溶接、エレクトロガスアーク溶接、エレクトロスラグ溶接、電気抵抗溶接、高周波接触抵抗溶接、高周波誘導抵抗溶接、高周波誘導圧接などに利用することができる。

１０：気化装置
１１：タンク
１２：給気管
１３：排気管
２０：液体フラックス
３０：ボンベ
４０：ガス流量調節器
５０：溶接トーチ６０：ワイヤ供給装置
６１：ワイヤ
７０：溶接機
７１：ケーブル
８０：母材

Claims

ホウ化物もしくはホウ化物とフッ化物を混合してなる電解質をアルコール又はアセトンの溶媒に溶解せしめＰＨ６．８〜ＰＨ７．２にした液体フラックスを溶接部に塗布して溶接することを特徴とする溶接方法。
前記液体フラックスは、その前記電解質と前記溶媒の量を調整して、前記電解質を適宜析出させて、コロイドフラックス、ゲルフラックス、ゾルフラックス、粉末フラックスのいずれかにして溶接部に塗布して溶接することを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
ホウ化物もしくはホウ化物とフッ化物を混合してなる電解質をアルコール又はアセトンの溶媒に溶解せしめＰＨ６．８〜ＰＨ７．２にした液体フラックスを得、次にこの液体フラックスを気化せしめて気化フラックスとし、これを、単数のシールドガス又は複数のシールドガスと混合して複合シールドガスを生成し、この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ことを特徴とする溶接方法。
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の前記液体フラックスの前記電解質と前記溶媒の量を調整して、前記電解質を適宜析出させて、前記液体フラックスをコロイドフラックス、ゲルフラックス、ゾルフラックス、粉末フラックスにしたことを特徴とする溶接用フラックス。
前記液体フラックスは、アルコール又はアセトンの溶媒中に電解質としてホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）、ホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ２）を溶解せしめてなり、且つ電解質のＮａが８．０〜９．０重量％、Ｋが５．０〜６．０重量％、Ｂが１７．０〜１８．０重量％、Ｈが２．０〜３．０重量％、Ｏが５０．０〜６０．０２重量％、Ｆが７．０〜８．０重量％を各々含有し、その合計を１００重量％にしたことを特徴とする請求項１又は請求項３記載の溶接方法。
前記液体フラックスは、アルコール又はアセトンの溶媒中に電解質としてホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を溶解せしめてなり、且つ電解質のＮａが８．０〜９．０重量％、Ｂが２６．０〜２７．０重量％、Ｈが１．０〜２．０重量％、Ｏが６３．０〜６４．０重量％を各々含有し、その合計を１００重量％としたことを特徴とする請求項１又は請求項３記載の溶接方法。
前記液体フラックスは、アルコール又はアセトンの溶媒中に電解質として氷晶石（Ｎａ３ＡｌＦ６）、ケイフッ化ナトリウム（ＮａＳｉＦ６）、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ２）、ホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）、ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を溶解せしめてなり、且つ電解質のＫが６．０〜７．０重量％、Ｎａが１０．０〜１１．０重量％、Ｓｉが５．０〜６．０重量％、Ａｌが１．０〜２．０重量％、Ｂが１２．０〜１３．０重量％、Ｈが０．１〜１．０重量％、Ｏが２８．０〜２９．０重量％、Ｆが３４．０〜３５．０重量％を各々含有し、その合計を１００重量％としたことを特徴とする請求項１又は請求項３記載の溶接方法。