(57)【要約】      （修正有）【課題】摩擦溶接の接合部外周や内面に生じる酸化物などの溶接欠陥をなくし、接合の信頼性を向上し、低コストで低消費エネルギーの製品を提供する。【解決手段】接合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ながら摩擦溶接することにより接合面の溶融金属が清浄化され表面張力が低減されるので酸化物を接合面外に押し出す効果が生じカーケンドール効果にて拡散接合するので接合強度が向上し重量軽減やコスト削減が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合面を相対運動させ加熱圧接する摩擦溶接方法において、前記接合面に液体フラックスを塗布するか、もしくは前記接合面に前記液体フラックスを気化せしめた気化フラックスを吹き付けるか、もしくは前記液体フラックスを前記接合面に塗布した後、前記気化フラックスの吹き付けを行いながら溶接することを特徴とする摩擦溶接方法。
【請求項２】
２つの金属部材を相対回転させて接合する前記摩擦溶接方法において、前記金属部材の前記接合面の外周にヘッダー管を配設し、該ヘッダー管にはネオジ磁石を配設し、前記ヘッダー管に複数の孔を設け、該孔から前記気化フラックスを前記接合面に吹き付けるようにしたことを特徴とする請求項１記載の摩擦溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は摩擦溶接の接合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溶接性能を向上させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
摩擦溶接法は溶接される部分の相対運動により、周囲の空気の侵入が防止され、摩擦運動により溶融物と一緒に酸化物が溶接領域から外へ押し出される。このようなメカニズムの作用により圧接法に属する摩擦溶接法はこれまでのガス溶接やアーク溶接法に比べて周囲の空気中における溶融金属の酸化防止や清浄化に対して優れている。しかしながら、縁及びコーナー領域に溶接継ぎ目の欠陥が見られる。これは接合面の溶融物の流動性が必ずしも十分でなく完全に不純物を溶接領域外に押し出せないことや初期酸化による不純物の生成を防止できないことに起因している。このような溶接欠陥は回転運動体や振動体などの疲労破壊の致命的な要因となる。このような摩擦溶接の弱点を考慮した場合設計段階である程度の安全率をプラスした設計とならざるを得ない。これは部品の重量増や駆動トルクの増大、ランニングエネルギーの増大となり製品全体としての競争力を低下させるものである。
【０００３】
摩擦溶接において接合面の空気を遮断するために、特表２０００−５０５７３１号広報において防護ガスシャワーが提案されている。この方法は回転摩擦溶接ではなく振動相対運動による摩擦溶接であるが、接合面を空気の侵入から防ぐことは可能であるが、溶融金属の表面張力を低減し流動性を向上させ内部の酸化物や不純物を完全に周縁部に押し出すことは困難である。
【０００４】
特開平１１−３２０１２９号広報においては、第１回転チャックと第２回転チャックにそれぞれ材料を把持して摩擦溶接する方法が提案されているが、空気中での接合であり空気の遮断や接合面の溶融金属の流動性についての対策は全く考慮されていない。このような摩擦溶接では接合面や周縁部に酸化物などの不純物を残留させることになり長時間の使用により疲労破壊や応力腐食割れなどの脆性破壊を起こす危険性がある。このため安全率を高めにした設計にならざるを得ずコスト削減や軽量化の妨げになっていた。
【０００５】
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噴射し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噴射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。
【０００６】
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２００９−２３３７４１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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献０１】特表２０００−５０５７３１号広報
【特許文献０２】特開平１１−３２０１２９号広報
【特許文献０３】特開２００９−０９０３６８号広報「ガス切断用気化フラックス」
【特許文献０４】特開２００９−２３３７４１号広報「液体フラックス気化装置」
【特許文献０５】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」
【特許文献０６】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」
【特許文献０７】特開２０１１−０８８１８０号広報「溶接用フラックスと溶接方法」
【特許文献０８】特開２０１１−０９８３６７号広報「溶接肉盛り用フラックスと溶接肉盛法」
【特許文献０９】特願２０１０−２００４９４号広報「蝋付け用フラックス及び蝋付け法」
【特許文献１０】特願２０１０−２０６２７１号広報「フィンチューブの製造方法」
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献０１】高温酸化の基礎と応用、内田老鶴圃
【非特許文献０２】高温工学、日刊工業新聞社
【非特許文献０３】高温の化学、日刊工業新聞社
【非特許文献０４】元素１１１の新知識、講談社
【非特許文献０５】元素のことがよくわかる本、河出書房新社
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、摩擦溶接の接合部外周や内面に生じる酸化物などの溶接欠陥をなくし、接合の信頼性を向上し、低コストで低消費エネルギーの製品を具現化するものである。そのために接合面に液体フラックスを塗布したり気化フラックスを効果的に吹き付けたりする方法を具現化するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の解決手段は特許請求項１に示すように、接合面を相対運動させ加熱圧接する摩擦溶接方法において、前記接合面に液体フラックスを塗布するか、もしくは前記接合面に前記液体フラックスを気化せしめた気化フラックスを吹き付けるか、もしくは前記液体フラックスを前記接合面に塗布した後、前記気化フラックスの吹き付けを行いながら溶接する摩擦溶接方法である。
【００１１】
第２の解決手段は特許請求項２に示すように、２つの金属部材を相対回転させて接合する前記摩擦溶接方法において、前記金属部材の前記接合面の外周にヘッダー管を配設し、該ヘッダー管にはネオジ磁石を配設し、該ヘッダー管に複数の孔を設け、該孔から前記気化フラックスを前記接合面に吹き付けるようにした摩擦溶接方法である。
【発明の効果】
【００１２】
第１の手段による効果は以下である。（１）液体フラックスの塗布や気化フラックスの吹きつけにより接合面の溶融金属の表面張力を低減することにより酸化物などの不純物を接合面の外に押し出し清浄化できる。（２）接合面外周の酸化防止により接合面外周の酸化を防止できる。（３）フラックスの機能により拡散接合が可能となり接合強度が向上する。
【００１３】
第２の手段による効果は以下である。（１）ヘッダー管により接合面全周に均一に気化フラックスを吹き付けることができる。（２）接合面の大気シールが可能となり接合中における接合面や接合外周への大気の接触を遮断できる。（３）ネオジ磁石によりヘッダー管側に酸素が帯電するので大気中の酸素が排除される。（４）磁性体の中で軸材が高速回転することで接合部に電流と磁場による力が生れ接合面に生じる酸化物イオン金属を外側に押し出すことでカーケンドール効果による接合部の合金を作ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】はヘッダー管の断面図である。
【図２】はヘッダー管の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態を図１、図２に基づいて説明する。
【００１６】
第１の解決手段は特許請求項１に示すように、接合面を相対運動させ加熱圧接する摩擦溶接方法において、前記接合面に液体フラックスを塗布するか、もしくは前記接合面に前記液体フラックスを気化せしめた気化フラックスを吹き付けるか、もしくは前記液体フラックスを前記接合面に塗布した後、前記気化フラックスの吹き付けを行いながら溶接する摩擦溶接方法である。
【００１７】
本発明における摩擦溶接の工程は以下である。（１）液体フラックスを接合面に塗布する。（２）金属部材を回転と同時に、ヘッダー管から気化フラックスを噴出させる。気化フラックスは３００００〜４００００ガウスの強磁場にて帯電させる。（３）摩擦力と押し付け力にてビードが膨らむまで気化フラックスを噴出する。（４）気化フラックスがガラス状に張り付いて接合部の熱影響部（ＨＡＺ）を保護する。
【００１８】
摩擦溶接における接合部の発熱量Ａは、Ａ＝μ×Ｖ×Ｐで表わされる。μは摩擦係数で０．１〜０．４、Ｖは回転数（ｒｐｍ）で１０００〜６０００ｒｐｍ、Ｐは押し付け力で５〜５０Ｎ／ｍｍ２である。炭素鋼やＳＵＳなどの金属が接合する際の温度は１５５０〜１６００℃の高温となるので接合面はカーケンドール効果にて接合される。液体フラックスや気化フラックスは回転前、回転中、接合時の接合面を保護し、酸化物の生成を防止するとともに微小に生成した酸化物を接合部の外側に押し出す作用を有している。
【００１９】
互いに成分や組織の異なる２つの金属材料を接合すると、接合面には２つの金属の合金ができると同時に酸化物もできている。２つの金属をお互いに高速回転させ加圧すると発熱・接合するがその過程において酸化皮膜は成長する。酸化皮膜の成長は次の２つに大別される。（１）金属イオンが優先的に拡散して酸化被膜成長。（２）酸素イオンが優先的に拡散して酸化被膜成長。金属イオンの優先拡散における酸化被膜成長では、金属の皮膜界面において、Ｍ＝Ｍ（２＋）＋２ｅ（−）の反応に従い金属がイオン化する。金属イオンは皮膜中をガス側に向かって拡散するため皮膜ガス界面では、１／２Ｏ２＋２ｅ＝Ｏ（２−）となる。従って、金属イオンが酸素イオンと反応して酸化物に変わる。酸化物の成長は皮膜ガス界面下で起こる。酸素イオンが優先的に拡散して酸化膜成長する場合は、酸素イオンが金属側に向かって拡散するため金属皮膜界面下では、Ｍ＋Ｏ２=ＭＯ＋２ｅ（−）の酸化物を形成する。１０００℃における酸化物の金属イオン自己拡散係数（ｃｍ２／Ｓ）Ｓ）は、ＦｅＯ：９×１０Ｅ（−８）、ＦｅＯ４：２×１０Ｅ（−９）、α−Ｆｅ２Ｏ３: ２×１０Ｅ（−１５）、ＣｏＯ：２×１０Ｅ（−９）、ＮｉＯ：２×１０Ｅ（−１１）、Ｃｒ２Ｏ３：２×１０Ｅ（−１４）、α−ＡＬ２Ｏ３：２×１０Ｅ（−１７）、ＳｉＯ２：２×１０Ｅ（−１８）、ＭｎＯ：２×１０Ｅ（−１０）である。自己保護皮膜としては、Ｃｒ２Ｏ３、ＡＬ２Ｏ３、ＳｉＯ２の拡散が遅いことは、一旦これらの酸化物が形成されると耐食性には強いことを意味している。接合面にこれらの酸化物が形成され摩擦溶接の合金に巻き込まれると欠陥となり接合部の強度が低下する大きな要因となる。接合される２つの金属の熱膨張係数や熱伝導率は通常異なっており残留応力や熱応力が生じ疲労破壊などの脆性破壊に繋がる危険性がある。このような酸化物の発生を抑えるのが液体フラックスや気化フラックスである。
【００２０】
通常高温酸化における皮膜形成過程は下記のとおりである。（１）酸素雰囲気から金属表面に酸素分子が吸着する。（２）酸素分子は酸素原子に解離する。（３）酸素が金属に固溶する。（４）酸化物が核形成する。（５）核が成長し連続した皮膜となる。酸化の初期の皮膜の成長は皮膜中の電子の移動である。鉄を例にすると、鉄の表面にウスタイト（ＦｅＯ）ができ、次にマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）、次にヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）ができる。鉄の初期酸化状態における酸化鉄の割合は、ウスタイト（ＦｅＯ）：９５％（融点１３７０℃）、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）：４％（融点１５９７℃）、ヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）：１％（融点１５６６℃）である。単なる酸化鉄が大部分のため接合初期の酸化活動を抑えれば摩擦溶接は信頼性の高い接合である。残る５％のマグネタイトやヘマタイトを接合部に巻き込むことは欠陥部を残すことである。摩擦溶接前に接合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ることによりマグネタイトやヘマタイトの生成を防止することができる。
【００２１】
フラックスは一般に２つの金属をロウ付け接合する場合に多く使用される。ロウ付けにおけるフラックスの役割は以下である。（１）母材表面の酸化物を除去し清浄化を保持する。（２）ロウ材の溶融温度においてフラックスの機能を発揮し、ロウ材の活性化を保持する。（３）ロウの流動性と拡延性を促進する機能を保持する。摩擦溶接は２つの金属の接合でありそれ自身が高温で溶解しロウ材となり接合する。ロウ付けに使用するフラックスが果たす役割は摩擦溶接にも応用できるものである。ロウ付けも摩擦溶接も接合品質を確保するには無酸化で接合することである。空気中には２１％の酸素があるのでアルゴンなどのシールドガスで空気を遮断して接合するが、それと同時に瞬間的な溶融金属の流動性を促進し酸化物を接合面外に押し出す機能が必要である。
【００２２】
従来、摩擦溶接はシールドガスとしてアルゴンや窒素を吹き付けて空気を遮断していた。これらは酸化の激しいアルミ合金、マグネシウム合金、チタン合金に主として応用された技術で、単に空気中の酸素を遮断するのが主な目的であり、接合面の高温金属の流動性向上や清浄化の作用はなかった。一部フラックスを使用している例もあるがあくまでも粉末フラックスをペースト状にしたものを塗布する方法であり、フラックスに含有するべき成分の不在や不足、フラックスの溶融遅れ、反応遅れなどにより十分にフラックス機能を果たすことはできなかった。また未反応フラックスが接合面に残存し欠陥の要因となる場合もありあくまでも限定して使用されていた。
【００２３】
本発明の手順は以下である。（１）液体フラックスを摩擦溶接の接合面に塗布する。（２）２つの金属を向かい合わせて回転させながら液体フラックスを気化させた気化フラックスを接合面に吹き付けて接合面を大気からシールドするとともにフラックス成分を補給する。（３）気化フラックスのノズル先端には磁石を配設し、気化フラックスを帯電させる。（４）接合部の熱影響部（ＨＡＺ）をホウ酸ガラス膜で保護する。
【００２４】
液体フラックスは接合する金属の融点や含有成分の種類及び接合金属の組み合わせによって作り分けが可能である。液体フラックスの成分は主に結合する金属の成分にて決定するがその金属の溶解温度に対して約５０℃程度高めの温度に耐えることが重要なポイントである。特開２０１１−０８８１８０号広報「溶接用フラックスとその溶接方法」にあるように、溶接部の酸化防止、表面張力除去、清浄作用を目的として各金属の溶解温度に合わせて製造するのであるが、溶媒中に３０〜４０％と高濃度にて溶解する。
【００２５】
炭素鋼とＮｉ−Ｃｒ鋼の摩擦溶接に適した液体フラックスの例を示す。ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７・１０Ｈ２）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）、ホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ４）をメタノールやアセトンの溶媒に溶解した。含有元素のｗｔ％は、Ｎａ（８．３７５ｗｔ％）、Ｋ（５．４０８ｗｔ％）、Ｂ（１７．２００ｗｔ％）、Ｈ（２．５１７ｗｔ％）、Ｏ（５９．２３３ｗｔ％）、Ｆ（７．２６７ｗｔ％）である。液体フラックスの濃度は２０ｗｔ％でＰＨ７である。この液体フラックスは常温から最大１８００℃までの広い温度範囲でフラックスの機能を発揮できる。接合面に液体フラックスを塗布し、液体フラックスを気化した気化フラックスを接合面に連続塗布することにより高温下における接合面の酸化防止、清浄化、表面張力の低減効果を発揮し拡散接合に近い溶接が可能となる。
【００２６】
ＳＵＳ系金属と耐熱耐摩耗金属との摩擦溶接に適した液体フラックスの例を示す。ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７・１０Ｈ２）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）、ホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ４）をメタノールやアセトンの溶媒に溶解した。含有元素のｗｔ％は、Ｎａ（４．４２３ｗｔ％）、Ｋ（８．９４８ｗｔ％）、Ｂ（１２．０９５ｗｔ％）、Ｈ（４．０９６ｗｔ％）、Ｏ（５８．７２８ｗｔ％）、Ｆ（１１．７１０ｗｔ％）である。液体フラックスの濃度は２０ｗｔ％でＰＨ７である。この液体フラックスは常温から最大１５７５℃までの広い温度範囲でフラックス機能を発揮できる。
【００２７】
ＳＵＳ系金属同士の摩擦溶接に適した液体フラックスの例を示す。ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７・１０Ｈ２）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）、フッ化カリウム（ＫＦ）をメタノールやアセトンの溶媒に溶解した。含有元素のｗｔ％は、Ｎａ（６．０３１ｗｔ％）、Ｋ（１１．２１６ｗｔ％）、Ｂ（１１．５０１ｗｔ％）、Ｈ（４．２４１ｗｔ％）、Ｏ（６１．５６１ｗｔ％）、Ｆ（５．４５０ｗｔ％）である。液体フラックスの濃度は２０ｗｔ％でＰＨ７である。この液体フラックスは常温から最大１５７５℃までの広い温度範囲でフラックス機能を発揮できる。
【００２８】
従来の摩擦溶接の大部分は大気中で施工されていた。完全な接合を得るためには空気を遮断した容器内での接合となるため設備費や作業費がコスト高であり作業時間も長くなっていた。それでも完全に欠陥を排除することは不可能であり、過去のデータから安全率を計算して幾分冗長な設計となり大きめの構造になっていた。摩擦溶接は自動車部品に多く採用されているが、摩擦溶接の信頼性を向上させることにより安全率を低減できれば自動車重量の低減や燃費向上に繋がる。また、従来空気中では不可能であった異種金属同士の摩擦溶接が、液体フラックスや気化フラックスを使用することにより可能になれば低コストの異種金属接合が具現化するので大幅なコスト削減や性能アップにつながる。
【００２９】
摩擦溶接は接合面を接触させて接合することに特徴があり、接合面は比較的に空気遮断された状態にあるが、溶融金属の流動性を向上させて酸化物を接合面外に押し出したり、カーケンドール効果による拡散接合したりするには液体フラックスや気化フラックスのようなフラックスの機能が必要である。また、レーザー溶接や電子ビーム溶接も殆ど接合面を接触させた状態で溶接するが、摩擦溶接と同様にフラックス機能を併用することにより酸化物の除去やカーケンドール効果が生じる。電子ビーム溶接は真空中で行うため溶接中の酸化の問題は考慮しなくてもよいが接合面には少なからず酸化物が生成しているのでフラックス機能は必要である。
【００３０】
第２の解決手段を特許請求項２及び図１、図２に基づいて説明する。２つの金属部材１０、１１を相対回転させて接合する前記摩擦溶接方法において、前記金属部材１０、１１の前記接合面１２の外周にヘッダー管２０を配設し、該ヘッダー管２０にはネオジ磁石２２を配設し、該ヘッダー管２０に複数の孔２１ａを設け、該孔２１ａから前記気化フラックスを前記接合面１２に吹き付けるようにした摩擦溶接方法である。
【００３１】
ヘッダー管２０は半割れパイプ２１とネオジ磁石２２からなっている。半割れパイプ２１の材質は銅、ＳＵＳ、アルミニウムなどの非磁性体材料を使用する。ネオジ磁石２２は保持器２３によって半割れパイプ２１に取り付けられている。ヘッダー管２０には気化フラックスを供給し、孔２１ａら接合面に向けて気化フラックスを噴出させる。孔２１ａの数は１０〜２０個がよい。１つの孔２１ａから０．５〜１．０リットル／ｍｉｎ程度の気化フラックスを噴出させる。気化フラックスは液体フラックス３０を充填した気化装置４０にアルゴンや窒素などのイナートガスを吹き込んで生成しヘッダー管２０に導く。気化装置４０にはネオジ磁石４１が組み込まれており、生成した気化フラックスに帯電させ活性化させている。気化フラックスを活性化させることによりヘッダー管２０までの供給管４２に気化フラックスが析出しないようにしている。ヘッダー管２０には複数のネオジ磁石２２を配設する。ネオジ磁石２２の磁力は１個当たり３０００〜４０００ガウスである。最低１０個以上のネオジ磁石２２を取り付ける。ネオジ磁石２２によって気化フラックスが帯電し活性化するのでヘッダー管２０などに析出することなく孔２１ａから噴出させることができる。気化フラックスにはホウ素が含まれており、摩擦溶接する際の高温度にさらされるとホウ酸ガラスとなり接合面１２周囲に硬く張り付き金属部材１０，１１を空気から遮断する。大気中の酸素はヘッダー管２０のネオジ磁石２２に引き寄せられるので摩擦溶接周辺の酸素を低減するのでさらに酸化物の生成しにくい環境となり溶接強度が向上する。ヘッダー管２０にはシールカバー２４を取り付けて気化フラックスの飛散を最小限にし、気化フラックスの消費量を低減し、シール効果とフラックス機能を効率的に発揮させる。シールカバー２４の材質はゴムや樹脂などが使用できる。
【００３２】
トータル３００００〜４００００ガウスのネオジ磁石２２にて接合面に向かって強磁場を形成し、かつ気化フラックスは帯電することで活性化する。気化フラックス中のフッ素ガスは溶融金属の表面張力を低減し清浄化する。ホウ素ガスは接合面１２や接合面１２外周にガラス状に張り付き酸化防止を図る。また、フレミングの法則によりヘッダー管２０のネオジ磁石２２により気化フラックスや接合面１２の溶融金属に電流と反力が生れ、金属イオンを含んだ酸化物は接合面１２外周方向に押される力が加わるとともに電磁場に向かって引きつけられフラックスと金属イオンの混じった酸化物が接合面１２外に掃きだされる。接合面１２に侵入しようとする酸素はネオジ磁石２２により帯電するのでネオジ磁石２２側に引きつけられ接合面１２に侵入しにくくなる。空気中の酸素濃度は２３ｗｔ％、体積で２１％である。空気の誘電率は１．０００５８５である。これを１００％とした場合、酸素の誘電率は１．０００７５４で９９．９９６％、窒素の誘電率は１．０００９８５で１００．００２％、炭酸ガスの誘電率は１．０００９８５で１００．０３９％である。このデータからも明らかなように酸素は帯電するのでヘッダー管２０のネオジ磁石２２に引きつけられることがわかる。
【符号の説明】
【００３３】
１０：金属部材
１１：金属部材
１２：接合面
２０：ヘッダー管
２１：半割れパイプ
２１ａ：孔
２２：ネオジ磁石
２３：保持材
２４：シールカバー
３０：液体フラックス
４０：気化装置
４１：ネオジ磁石
４２：供給管
【図１】
2013123751.tif 000003
【図２】
2013123751.tif 000004