(57)【要約】  本発明は包括的には、溶接に関し、より具体的には、ガスメタルアーク溶接(GMAW)またはフラックスコアアーク溶接(FCAW)等のアーク溶接用の電極に関する。１つの実施形態では、中空溶接ワイヤが、シースおよびコアを有する。コアは、炭素源およびカリウム源を有し、これらがともにコアの１０重量％未満を構成する。更に、炭素源は、カーボンブラック、ランプブラック、カーボンナノチューブおよびダイヤモンドから成る群から選択される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空溶接ワイヤであって、
シースおよびコアを有し、該コアは、炭素源およびカリウム源を有し、該炭素源と該カリウム源とは合せて前記コアの１０重量％未満を構成し、前記炭素源は、カーボンブラック、ランプブラック、カーボンナノチューブおよびダイヤモンドから成る群から選択される中空溶接ワイヤ。
【請求項２】
前記カリウム源は、ケイ酸カリウム、チタン酸カリウム、アルギン酸カリウム、炭酸カリウム、フッ化カリウム、リン酸カリウム、硫化カリウム、水酸化カリウム、酸化カリウム、過マンガン酸カリウム、ケイフッ化カリウム、カリウム長石、モリブデン酸カリウムまたはそれらの組合せを含む請求項１に記載の中空溶接ワイヤ。
【請求項３】
亜硫酸マンガン、二硫化モリブデン、石膏、硫酸カルシウム、硫酸バリウムまたはパイライトを含む硫黄源を含む請求項１に記載の中空溶接ワイヤ。
【請求項４】
希土類シリサイドを有する請求項１に記載の中空溶接ワイヤ。
【請求項５】
前記炭素源と前記カリウム源とは合せて、前記コアの０．１重量％〜３重量％を構成する請求項１に記載の中空溶接ワイヤ。
【請求項６】
前記炭素源と前記カリウム源とは合せて、前記コアの０．０１重量％〜８重量％を構成する請求項１に記載の中空溶接ワイヤ。
【請求項７】
前記炭素源と前記カリウム源とは合せて、前記コアの０．０５重量％〜５重量％を構成する請求項１に記載の中空溶接ワイヤ。
【請求項８】
溶接方法であって、
溶接ワイヤ電極を溶接装置に給送することであって、前記溶接ワイヤ電極は、コアおよびシースを有し、前記コアは、炭素源および安定剤を有し、該炭素源と該安定剤とは合せて、前記コアの１０重量％未満を構成することと、
前記溶接ワイヤ電極と被覆金属ワークとの間に溶接アークを形成することとを含む溶接方法。
【請求項９】
前記方法は、シールドガス流を前記溶接アーク近くに供給することを更に含み、該シールドガス流は、アルゴン、二酸化炭素、酸素、窒素、ヘリウムまたはそれらの組合せを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記被覆金属ワークは、亜鉛めっきワークまたは合金化亜鉛めっきワークを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記被覆金属ワークは、塗装、めっき、クロムめっき、アルミめっき、浸炭処理、亜硝酸塩被覆またはそれらの組合せがなされた金属ワークを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記安定剤は、ケイ酸カリウム、チタン酸カリウム、アルギン酸カリウム、炭酸カリウム、フッ化カリウム、リン酸カリウム、硫化カリウム、水酸化カリウム、酸化カリウム、過マンガン酸カリウム、ケイフッ化カリウム、カリウム長石、カリウムモリブデナイトまたはそれらの組合せを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記安定剤は、マグネタイト、パイライト、チタン、ジルコニウム、希土類シリサイドまたはそれらの組合せを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ワークは１６ゲージ厚以下を有する請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
溶接システムであって、
溶接ワイヤ電極を受け取るように構成されている溶接トーチを含み、前記溶接ワイヤ電極は、炭素源および金属源を有し、該炭素源と該金属源とは合せて、前記溶接ワイヤ電極の１０重量％未満を構成し、前記金属源は、アルカリ金属源、アルカリ土類金属源またはそれらの任意の組合せを含み、前記溶接トーチは、前記溶接ワイヤ電極とワークとの間にアークを維持しつつ、所望のパターンで前記溶接ワイヤ電極をサイクル的に動かすように構成されている溶接システム。
【請求項１６】
直流棒プラス（ＤＣＥＰ）、直流（ＤＣ）可変極性、パルスＤＣ、平衡交流（ＡＣ）および不平衡ＡＣから成る群から選択される電源構成を用いて溶接するように構成されている請求項１５に記載の溶接システム。
【請求項１７】
前記アルカリ金属源は、アルカリ金属ケイ酸塩、アルカリ金属チタン酸塩、アルカリ金属アルギン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ金属リン酸塩、アルカリ金属硫化物、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属酸化物、アルカリ金属過マンガン酸塩、アルカリ金属の長石、アルカリ金属のポルサイト、アルカリ金属モリブデン酸塩またはそれらの組合せを含む請求項１５に記載の溶接システム。
【請求項１８】
前記アルカリ土類金属源は、アルカリ土類金属ケイ酸塩、アルカリ土類金属チタン酸塩、アルカリ土類金属アルギン酸、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属リン酸塩、アルカリ土類金属硫化物、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類金属過マンガン酸塩、アルカリ土類金属の長石、アルカリ土類金属のポルサイト、アルカリ土類金属モリブデン酸塩またはそれらの組合せを含む請求項１５に記載の溶接システム。
【請求項１９】
亜鉛めっきワーク、塗装ワーク、めっきワーク、クロムめっきワークまたはアルミめっきワークを溶接するように構成されている請求項１５に記載の溶接システム。
【請求項２０】
前記溶接システムは、前記溶接トーチにシールドガスを供給するように構成されているガス供給システムを更に有し、前記シールドガス流は、アルゴン、二酸化炭素、酸素、窒素、ヘリウムまたはそれらの組合せを含む請求項１５に記載の溶接システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は包括的には、溶接に関し、より具体的には、ガスメタルアーク溶接（ＧＭＡＷ）またはフラックスコアアーク溶接（ＦＣＡＷ）等のアーク溶接用の電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接は、多様な用途のために様々な産業に遍在するようになったプロセスである。例えば、溶接は多くの場合、造船、海上プラットフォーム、建設、パイプミル等の用途に用いられる。或る特定の溶接技法（例えば、ガスメタルアーク溶接（ＧＭＡＷ）、ガスシールドフラックスコアアーク溶接（ＦＣＡＷ−Ｇ）およびガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ））は通常、溶接プロセス時に、溶接アークおよび溶接池中およびその周囲に特定の局所的な雰囲気を提供するのにシールドガス（例えば、アルゴン、二酸化炭素または酸素）を用いるのに対し、他の溶接（例えば、フラックスコアアーク溶接（ＦＣＡＷ）、サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）およびシールドメタルアーク溶接（ＳＭＡＷ））は用いない。更に、溶接ワイヤの形態の溶接電極を必要するタイプの溶接もある。溶接ワイヤは、一般的に溶接のための溶加材を供給するとともに溶接プロセスの間に電流経路を構成する。更に、溶接プロセスおよび／または得られる溶接部の特性を概ね変更するような１または複数の成分（例えば、フラックス、アーク安定剤その他の添加剤）を有するタイプの溶接ワイヤ（例えば、中空溶接ワイヤ）もある。
【発明の概要】
【０００３】
１つの実施形態では、中空溶接ワイヤ電極が、シースおよびコアを有する。コアは、炭素源およびカリウム源を有し、これらが合せてコアの１０重量％未満を構成する。更に、炭素源は、カーボンブラック、ランプブラック、カーボンナノチューブおよびダイヤモンドから成る群から選択される。
【０００４】
別の実施形態では、溶接方法が、溶接ワイヤ電極を溶接装置に給送することを含む。この溶接ワイヤ電極は、コアおよびシースを有し、コアは、炭素源および安定剤を有し、これらが合せてコアの１０重量％未満を構成する。本方法は、溶接ワイヤ電極と被覆金属ワークとの間に溶接アークを形成することを更に含む。
【０００５】
別の実施形態では、溶接システムが、溶接ワイヤ電極を受け取るように構成されている溶接トーチを有する。溶接ワイヤ電極は、炭素源およびアルカリ金属源を有し、これらが合せて溶接ワイヤ電極の１０重量％未満を構成する。更に、溶接トーチは、溶接ワイヤ電極とワークとの間にアークを維持しつつ、所望のパターンで溶接ワイヤ電極を周期的に動かすように構成されている。
【０００６】
本発明のこれらの特徴、態様および利点並びに他の特徴、態様および利点は、同様の符号が図全体を通して同様の部品を表す添付の図面を参照しながら以下の詳細な記載を読めば、よりよく理解されることであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本開示の実施形態に従ったガスメタルアーク溶接（ＧＭＡＷ）システムのブロック図である。
【図２】本開示の実施形態に従った中空溶接電極の断面図である。
【図３】本開示の実施形態に従って中空溶接電極を用いてワークを溶接することができるプロセスを示す図である。
【図４】本開示の実施形態に従って中空溶接電極を製造するプロセスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
既述したように、或る特定のタイプの溶接電極（例えば、中空溶接ワイヤ）は、溶接プロセスおよび／または得られる溶接部の特性を概ね変更する１または複数の成分（例えば、フラックス、アーク安定剤その他の添加剤）を有することができる。従って、本開示は、種々の形態のカーボン（例えば、グラファイト、グラフェン、カーボンブラック、ランプブラック、ダイヤモンドまたは類似の炭素源）を組み込んでアークを安定させ、かつ／または、溶接部の化学的性質を変更する（例えば、カーボン含有量が増加する）溶接電極組成に関する。更に、本発明の溶接電極の実施形態は、その他の安定剤、例えば、アルカリ金属化合物（すなわち、第１族元素、例えば、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）またはセシウム（Ｃｓ）の化合物）、アルカリ土類金属化合物（すなわち、第２族元素、例えば、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）の化合物）、希土類シリサイド、並びにその他の元素（例えば、チタン、マンガンまたは類似の元素）および無機物（例えば、パイライト、マグネタイト等）を更に含み得る。下記に説明されるように、開示の溶接電極は、被覆されたワーク（例えば、めっきワーク、亜鉛めっきワーク、塗装ワーク、アルミめっきワーク、浸炭ワークまたは類似の被覆ワーク）および／または薄型のワーク（例えば、２０ゲージワーク、２２ゲージワーク、２４ゲージワークまたは一層薄いワーク）の溶接を可能とし得る。更に、開示される溶接電極は、種々の溶接形態（例えば、直流棒マイナス（ＤＣＥＮ）、直流棒プラス（ＤＣＥＰ）、可変極性、パルス直流（ＤＣ）、平衡または不平衡交流（ＡＣ）極性波形）、種々の溶接方法（例えば、溶接時の溶接電極の円形の動作または蛇行する動作を伴う）の下で、許容可能な溶接を概ね可能にする。
【０００９】
「中空溶接電極」または「中空溶接ワイヤ」という用語は、本明細書で用いる場合、メタルコア溶接電極またはフラックスコア溶接電極等の金属シースおよび粒状コアまたは粉末状コアを有する任意の溶接ワイヤまたは溶接電極を意味することを理解すべきである。「安定剤」という用語は、アークおよび／または溶接の質を向上させる中空溶接電極の任意の成分を一般に意味することも理解すべきである。
【００１０】
図を参照すると、図１は、本開示に従った溶接電極（例えば、中空溶接ワイヤ）を用いるガスメタルアーク溶接（ＧＭＡＷ）システム１０の一実施形態を示す。本説明は、図１に示されているＧＭＡＷシステム１０に特に重点を置くものであり得るが、本開示の溶接電極は、溶接電極を用いる任意のアーク溶接プロセス（例えば、ＦＣＡＷ、ＦＣＡＷ−Ｇ、ＧＴＡＷ、ＳＡＷ、ＳＭＡＷまたは同様のアーク溶接プロセス）に利することができることを理解すべきである。溶接システム１０は、溶接電力ユニット１２と、溶接ワイヤフィーダー１４と、ガス供給システム１６と、溶接トーチ１８とを備える。溶接電力ユニット１２は一般的に、溶接システム１０に給電し、ケーブル束２０を介して溶接ワイヤフィーダー１４に接続することができ、また、クランプ２６を有するリードケーブル２４を用いてワーク２２に接続することができる。図示の実施形態では、溶接ワイヤフィーダー１４は、溶接システム１０の動作時に中空の消耗溶接ワイヤ（すなわち溶接電極）を供給するとともに溶接トーチ１８に給電するために、ケーブル束２８を介して溶接トーチ１８に接続される。別の実施形態では、溶接電力ユニット１２は、溶接トーチ１８と接続して溶接トーチ１８に直接給電することができる。
【００１１】
溶接電力ユニット１２は一般的に、電力変換回路を有することができ、電力変換回路は、交流電源３０（例えば、ＡＣ電力グリッド、エンジン／発電機セットまたはそれらの組合せ）から入力電力を受け取り、その入力電力を調節し、ケーブル２０を介してＤＣ出力電力またはＡＣ出力電力を供給する。そのようなものとして、溶接電力ユニット１２は、溶接ワイヤフィーダー１４に給電することができ、この溶接ワイヤフィード１４が更に、溶接システム１０の要求に従って溶接トーチ１８に給電する。クランプ２６において終端するリードケーブル２４は、溶接電力ユニット１２をワーク２２に接続して、溶接電力ユニット１２と、ワーク２２と、溶接トーチ１８との間での回路を閉じる。溶接電力ユニット１２は、溶接システム１０の要求による指定に応じて、ＡＣ入力電力を直流棒プラス（ＤＣＥＰ）出力、直流棒マイナス（ＤＣＥＮ）出力、ＤＣ可変極性、パルスＤＣまたは可変平衡（例えば、平衡または不平衡）ＡＣ出力に変換することが可能な回路素子（例えば、変圧器、整流器、スイッチ等）を有することができる。本開示の溶接電極（例えば、中空溶接ワイヤ）は、多数の異なる電力構成のために溶接プロセスに対する改善（例えば、アーク安定性の改善および／または溶接品質の改善）を可能にすることができることが理解されるべきである。
【００１２】
図示の溶接システム１０は、ガス供給システム１６を有し、このガス供給システム１６が、シールドガスまたはシールドガス混合気を１または複数のシールドガス源１７から溶接トーチ１８に供給する。図示の実施形態では、ガス供給システム１６は、ガス導管３２を介して溶接トーチ１８に直接接続されている。別の実施形態では、ガス供給システム１６は代わりにワイヤフィーダー１４に接続することができ、ワイヤフィーダー１４は、ガス供給システム１６から溶接トーチ１８へのガスの流れを調整することができる。シールドガスとは、本明細書で用いる場合、（例えば、アークを遮断し、アーク安定性を高め、金属酸化物の形成を制限し、金属表面の湿潤を高め、溶着物の化学的性質を変更する等のために）特定の局所的な雰囲気を提供するために、アークおよび／または溶接池に供給することができる任意のガスまたはガスの混合気を意味する。或る特定の実施形態において、シールドガスフローは、シールドガスまたはシールドガス混合物（例えば、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、二酸化炭素（ＣＯ2）、酸素（Ｏ2）、窒素（Ｎ2）、類似の好適なシールドガスまたはそれらの任意の混合物）であり得る。例えば、シールドガスフロー（例えば、導管３２を経由して送達される）として、Ａｒ、Ａｒ／ＣＯ2混合物、Ａｒ／ＣＯ2／Ｏ2混合物、Ａｒ／Ｈｅ混合物等を挙げることができる。
【００１３】
従って、図示の溶接トーチ１８は一般的に、ワーク２２のＧＭＡＷを行うために、溶接ワイヤフィーダー１４からの溶接電極（すなわち、中空溶接ワイヤ）および電力、並びにガス供給システム１６からのシールドガス流を受け取る。動作時、アーク３４が消耗溶接電極（すなわち、溶接トーチ１８のコンタクトチップから出ている溶接ワイヤ）とワーク２２との間に形成され得るように溶接トーチ１８をワーク２２近くに移動するようにできる。更に、以下で説明するように、溶接電極（すなわち、中空溶接ワイヤ）の組成を調整することによって、アーク３４および／または得られる溶接部の化学的性質（例えば、組成特性および物理特性）を変更することができる。例えば、溶接電極は、フラックス成分または合金成分を有することができ、これらの成分は、アーク安定剤として働くことができ、更に、溶接部に少なくとも部分的に組み込まれることで、溶接部の機械的特性に影響を及ぼすことができる。更に、溶接電極（すなわち、溶接ワイヤ）の或る特定の成分は、アーク近くに更なるシールド雰囲気も提供し、アークによる移行特性に影響を及ぼしかつ／またはワークの表面を還元することができる。
【００１４】
本開示の溶接電極の一実施形態の断面が図２に示されている。図２は、中空溶接電極５０（例えば、中空溶接ワイヤ５０）を示しており、この中空溶接電極５０は、粒状コアまたは粉末状コア５４を被包する金属シース５２を有する。金属シース５２は、任意の適した金属または合金（例えば、高炭素鋼、低炭素鋼または他の適した金属または合金）から製造することができる。金属シース５２は一般的に、溶接用の溶加材を提供することができるため、金属シース５２の組成が、得られる溶接部の組成に影響を及ぼし得ることを理解すべきである。従って、金属シース５２は、添加剤または不純物（例えば、酸化鉄、炭素、アルカリ金属、マンガンまたは同様の化合物若しくは成分）を有することができ、これらの添加物または不純物は、所望の溶接特性を提供するように選択することができる。図示の中空溶接電極５０の粒状コア５４は一般的に、以下で説明するように、或る特定の実施形態では炭素源およびアルカリ金属化合物を含み得る組成を有する圧粉とすることができる。炭素源、アルカリ金属化合物および他の成分（例えば、他のフラックス成分または合金成分）を均質にまたは不均質に（例えば、凝集物または集合体５６で）粒状コア５４内に配することができる。更に、或る特定の溶接電極の実施形態（例えば、メタルコア溶接電極）の場合、粒状コア５４は、１または複数の金属（例えば、鉄、酸化鉄または他の金属）を有することができ、この金属が溶接用の溶加材の少なくとも一部を提供することができる。
【００１５】
中空溶接電極５０内に存在し得る成分の例として（すなわち、１または複数の炭素源、および、１または複数のアルカリ金属化合物に加えて）、Illinois Tool Works, Inc.から市販されているMETALLOY X-CEL（商標）溶接電極中に見ることができるように、他の安定化成分、フラックス成分および合金成分が挙げられる。概して、１または複数の炭素源と１または複数のアルカリ金属化合物との組合せ全体の割合は、粒状コア５４または中空溶接電極５０全体に対して約０．０１重量％〜約１０重量％とすることができる。重量パーセントは、単にカリウム元素または炭素元素の重量基準での寄与ではなく、カリウム源および炭素源全体としての重量基準での寄与を概ね指すことに留意するべきである。例えば、或る特定の実施形態では、１または複数の炭素源と１または複数のアルカリ金属化合物との組合せ全体の割合は、約０．０１％〜約８％、約０．０５％〜約５％または約０．１％〜約４％とすることができる。アーク３４の条件によって、溶接ワイヤの構成要素（例えば、金属シース５２、粒状コア５４等）は、物理的状態を変更するか、化学反応（例えば、酸化、分解等）するか或いは溶接プロセスによって実質的に変性しない溶接部に組み込むことができることを理解すべきである。
【００１６】
粒状コア５４および／または金属シース５２に存在する炭素源は、多数の形態とすることができ、アーク３４を安定させることができ、かつ／または、溶接部の炭素含有量を増加させることができる。例えば、或る特定の実施形態では、グラファイト、グラフェン、ナノチューブ、フラーレンまたは同様の実質的にＳＰ2混成炭素源を、中空溶接電極５０における炭素源として用いることができる。更に、或る特定の実施形態では、グラフェンまたはグラファイトを用いて、炭素シート間の間質空間内に存在し得る他の成分（例えば、水分、ガス、金属等）を提供することもできる。他の実施形態では、実質的にＳＰ3混成炭素源（例えば、マイクロダイヤモンドまたはナノダイヤモンド、カーボンナノチューブ、バッキーボール）を炭素源として用いることができる。更に他の実施形態では、実質的に非晶質の炭素（例えば、カーボンブラック、ランプブラック、煤または同様の非晶質炭素源）を炭素源として用いることができる。更に、本開示は、この成分を「炭素源」と呼び得るが、炭素源は、炭素以外の元素（例えば、酸素、ハロゲン、金属等）を含有し得る化学修飾された炭素源とすることができることを理解すべきである。例えば、或る特定の実施形態では、中空溶接電極５０は、約２０％のマンガン含有量を含有することができるカーボンブラック炭素源（例えば、粒状コア５４および／または金属シース５４における）を有することができる。
【００１７】
更に、中空溶接電極５０は、アーク３４を安定させる１または複数のアルカリ金属化合物を有することもできる。すなわち、中空溶接電極５０の粒状コア５４および／または金属シース５２は、１または複数の第１族元素および第２族元素の化合物、すなわち、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）またはバリウム（Ｂａ）を含み得る。化合物の例の非限定的なリストとして、第１族（すなわち、アルカリ金属）元素および第２族（すなわち、アルカリ土類金属）元素のケイ酸塩、チタン酸塩、チタン酸マンガン、アルギン酸塩、炭酸塩、ハロゲン化物、リン酸塩、硫化物、水酸化物、酸化物、過マンガン酸塩、ハロゲン化ケイ素類、長石、ポルサイト、モリブデナイトおよびモリブデン酸塩が挙げられる。例えば、或る特定の実施形態において、中空溶接電極５０の粒状コア５４は、チタン酸カリウムマンガン、硫酸カリウム、ナトリウム長石、カリウム長石および／または炭酸リチウムを含み得る。用いることができる炭素源およびアルカリ金属化合物の同様の例が、米国特許第7,087,860号「STRAIGHT POLARITY METAL CORED WIRES」および米国特許第6,723,954号「STRAIGHT POLARITY METAL CORED WIRE」に記載されており、これらの米国特許は双方とも、あらゆる目的から、引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。
【００１８】
更に、中空溶接電極５０は、他の安定化成分を有することもできる。一般的に、希土類元素がアーク３４に安定性を与えることができ、希土類元素は得られる溶接部の特性に影響を及ぼし得る。例えば、或る特定の実施形態では、中空溶接電極５０は、希土類元素（例えば、セリウム）を含み得る、Rare Earth Silicide（例えば、イリノイ州ローズモント所在のMiller and Company社から市販されている）等の希土類シリサイドを用いることができる。更に、中空溶接電極５０は付加的または代替的にアーク安定性を与えるとともに、得られる溶接部の化学的性質を調整する、他の元素および／または鉱物を有してもよい。例えば、或る特定の実施形態において、中空溶接電極５０の粒状コア５４および／または金属シース５２は、或る特定の元素（例えば、チタン、マンガン、ジルコニウム、フッ素またはその他の元素）および／または無機物（例えば、パイライト、マグネタイト等）を含み得る。具体例により、或る特定の実施形態は、ケイ化ジルコニウム、ニッケルジルコニウムまたはチタン、アルミニウムおよび／またはジルコニウムの合金を粒状コア５４に含み得る。特に、様々な硫化物化合物、硫酸化合物および／または亜硫酸化合物（例えば、二硫化モリブデン、亜硫酸マンガン、硫酸バリウム、硫酸カルシウムまたは硫酸カリウム）または硫黄含有化合物若しくは硫黄含有無機物（例えば、パイライト、石膏または類似の硫黄含有種）を含む硫黄含有化合物は、ビーズ形状を改良し、かつスラッグが離れるのを促進することで、得られる溶接の質を改良するために粒状コア５４中に含まれることができ、これは以下に説明されるように、亜鉛めっきワークの溶接の際に特に有益であり得る。
【００１９】
概して、中空溶接電極５０は、ワーク２２に対するアーク３４の形成を概ね安定させることができる。従って、本開示の中空溶接電極５０は、溶接プロセス時の飛散を低減しつつも溶着率を高めることができる。アーク３４の安定性の向上により、被覆金属ワークの溶接を概ね可能にすることができることを更に理解すべきである。被覆ワークの例の非限定的なリストとして、塗装ワーク、シールワーク、亜鉛めっきワーク、合金化亜鉛めっき（galvanealed）ワーク、めっき（例えば、ニッケルめっき、銅めっき、錫めっき或いは同様の金属を用いる電気めっき若しくは化学めっき）ワーク、クロムめっきワーク、亜硝酸塩被覆ワーク、アルミめっきワークまたは浸炭処理ワークが挙げられる。例えば、亜鉛めっきワークの場合、本開示の中空溶接電極５０は、アーク３４の安定性およびアーク３４による溶け込みを概ね向上させることができ、それによって、ワーク２２の外側が亜鉛で被覆されているにもかかわらず優れた溶接を達成することができる。更に、アーク３４の安定性を向上させることによって、本開示の中空溶接電極５０は、他の溶接電極を用いて可能であり得るよりも薄いワークの溶接を概ね可能にすることができる。例えば、或る特定の実施形態では、本開示の中空溶接電極５０を用いて、約１６ゲージ、２０ゲージ、２２ゲージ、２４ゲージのまたは更には一層薄いワークを有する金属を溶接することができる。
【００２０】
更に、本開示の中空溶接電極５０は、或る特定の溶接方法または溶接技法（例えば、溶接動作時に特定の方法で溶接電極を動かす技法）と組み合わせることもでき、この溶接方法または溶接技法は、特定のタイプのワーク用に溶接システム１０の堅牢性を更に高めることができる。例えば、或る特定の実施形態では、溶接トーチ１８は、中空溶接電極５０とワーク２２との間（例えば、中空溶接電極５０のシース５２とワーク２２との間のみ）にアーク３４を維持するために、溶接トーチ１８の内部で所望のパターン（例えば、円形パターン、スピンアークパターンまたは蛇行パターン）で電極をサイクル的に或いは周期的に動かすように構成することができる。特定の例として、或る特定の実施形態では、開示の中空溶接電極５０は、「DC ELECTRODE NEGATIVE ROTATING ARC WELDING METHOD AND SYSTEM」と題する米国仮特許出願第61/576850号に開示されている溶接方法等の溶接方法とともに用いることができる。上記米国仮特許出願は、あらゆる目的から、引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。そのような溶接技法は、上述したように、薄いワーク（例えば、２０ゲージ厚、２２ゲージ厚または２４ゲージ厚を有する）を溶接する際に特に有用であり得ることを理解すべきである。
【００２１】
図３は、本開示の溶接システム１０および中空溶接電極５０を、ワーク２２を用いて溶接することができるプロセス６０の一実施形態を示す。図示のプロセス６０は、中空溶接電極５０（すなわち、溶接ワイヤ５０）を溶接装置（例えば、溶接トーチ１８）に給送する（ブロック６２）ことによって開始する。更に、プロセス６０は、シールドガス流（例えば、１００％アルゴン、７５％アルゴン／２５％二酸化炭素、９０％アルゴン／１０％ヘリウム或いは同様のシールドガス流）を溶接装置のコンタクトチップ（例えば、トーチ１８のコンタクトチップ）近くに供給する（ブロック６４）ことを含む。他の実施形態では、ガス供給システム（例えば、図１に示されているガス供給システム１６等）を用いない溶接システムを用いることができ、中空溶接電極５０の１または複数の成分（例えば、アルミニウム、鉄または酸化マグネシウム）がシールドガス成分を提供することができる。次に、アーク３４が中空溶接電極５０とワーク２２との間に形成され得るように中空溶接電極５０をワーク２２近くに運ぶ（ブロック６６）ことができる。アーク３４は、例えば、ＧＭＡＷシステム１０用のＤＣＥＰ、ＤＣＥＮ、ＤＣ可変極性、パルスＤＣ、平衡ＡＣ電源構成または不平衡ＡＣ電源構成を用いて生成することができることを理解すべきである。更に、上述したように、或る特定の実施形態では、溶接プロセス時にアーク３４が（例えば、実質的に中空溶接電極５０の金属シース５２とワーク２２との間に）維持され得るように中空溶接電極５０を特定のパターンおよび／または幾何学形状（例えば、スピンアーク、旋回パターンまたは蛇行パターン）に従ってワーク２２に対してサイクル的にまたは周期的に動かす（ブロック６８）ことができる。更に、或る特定の実施形態では、中空溶接電極５０および／または溶接時の中空溶接電極５０のサイクル的な動きにより、一層薄い（例えば、２０ゲージ未満の）ワーク、および、塗装ワーク、亜鉛めっきワーク、合金化亜鉛めっきワーク、めっきワーク、アルミめっきワーク、クロムめっきワーク、浸炭処理ワークまたは他の同様の被覆ワークの溶接を概ね可能にすることができる。
【００２２】
図４は、中空溶接電極５０を製造することができるプロセス７０の一実施形態を示す。プロセス７０は、帯片を成形して部分的に円形の金属シース５２にする（例えば、半円形または窪みをつくり出す）複数のダイスの中に平坦な金属帯片を給送する（ブロック７２）ことによって開始する。金属帯片が少なくとも部分的に成形されて金属シース５２になった後、金属帯片を粒状コア材料５４で充填する（ブロック７４）ことができる。これに応じて、部分的に成形された金属シース５２を、種々の粉末状のフラックス成分および合金成分（例えば、酸化鉄、亜鉛金属または同様のフラックス成分および／または合金成分）で充填することができる。より具体的には、種々のフラックス成分および合金成分のうち、１または複数の炭素源、および、１または複数のアルカリ金属化合物を、合せて中空溶接電極５０および／または粒状コア材料５４の１０％未満を構成するように添加することができる。更に、或る特定の実施形態では、他の成分（例えば、希土類シリサイド、磁鉄鉱、チタン酸塩、黄鉄鉱および／または他の同様の成分）を、部分的に成形された金属シース５２に添加することもできる。粒状コア材料５４の成分が、部分的に成形された金属シース５２に添加されると、次に、部分的に成形された金属シース５２が粒状コア材料５４を実質的に囲む（例えば、シーム５８を形成する）ように、金属シース５２を概ね閉じることができる１または複数のダイスの中に金属シース５２を給送する（ブロック７６）ことができる。更に、その後、閉じた金属シース５２を粒状コア材料５４を圧縮することによって中空溶接電極５０を縮径するように複数のダイス（例えば、引抜ダイス）の中に給送する（ブロック７８）ことができる。
【００２３】
本明細書において、本発明の或る特定の特徴だけが図示および説明されてきたが、当業者には多くの変更および変形が思い浮かぶであろう。それゆえ、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨に入る全ての変更および変形を包含することを意図していることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２４】
１０    溶接システム
１２    溶接電力ユニット
１４    溶接ワイヤフィーダー
１６    ガス供給システム
１７    シールドガス源
１８    溶接トーチ
１８    トーチ
２０    ケーブル
２２    ワーク
２４    リードケーブル
２６    クランプ
２８    ケーブル束
３０    交流電源
３２    ガス導管
３４    アーク
５０    中空溶接電極
５０    溶接ワイヤ
５２    金属シース
５４    粒状コア
５８    シーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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