JP2002219595A

JP2002219595A - 溶接ワイヤ

Info

Publication number: JP2002219595A
Application number: JP2001017083A
Authority: JP
Inventors: Junya Ueda; 上田純也; Kimihiro Tsuji; 公博辻
Original assignee: Sumikin Welding Industries Ltd
Current assignee: Sumikin Welding Industries Ltd
Priority date: 2001-01-25
Filing date: 2001-01-25
Publication date: 2002-08-06

Abstract

(57)【要約】【課題】送給性とアーク安定性に優れ、適正溶接条件の
幅が広く、かつコンタクトチップの摩耗が小さい溶接ワ
イヤの提供。【解決手段】下記の特徴を有する溶接ワイヤ（「％」は
質量％である）。ワイヤ表面の銅付着量がワイヤ単位質量あたり0.05％
以下であること。ワイヤ表面にワイヤ単位質量あたり0.0005〜0.0020％
のコーティング層があって、そのコーティング層は、Mo
Ｓ_２、MoＳ_３、ＷＳ_３および有機モリブデンの中から選
ばれた１種以上をMoに換算して１〜10％を含有する油脂
からなること。このワイヤはソリッドワイヤでもフラッ
クス入りワイヤでもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスシールドアー
ク溶接やサブマージアーク溶接等に使用されるソリッド
ワイヤおよびフラックス入りワイヤ（以下、これらをま
とめて「ワイヤ」という）に関する。本発明のワイヤ
は、表面に銅メッキ層を有さず、送給性およびアーク安
定性等に優れ、広範な溶接条件で良質の溶接を可能にす
るものである。

【０００２】

【従来の技術】それ自体がアーク発生用の電極になって
消耗し、溶接金属を形成するワイヤは、手溶接、半自動
溶接および自動溶接のすべてに使用できる溶接材料であ
って、鋼構造物の溶接に最も広く使用されているもので
ある。

【０００３】上記いずれの溶接方法でも、ワイヤは、ス
プールまたはパック容器からコンジットチューブ（コン
ジットケーブルともいう）を経て溶接トーチへ送られ
る。溶接物は形状、大きさ等が多種多様であり、溶接箇
所が狭隘なことも多い。従って、コンジットチューブと
しては屈曲させて使用できる、いわゆるフレキシブルチ
ューブが使用され、その長さも様々である。

【０００４】上記のように、屈曲させたコンジットチュ
ーブ（極端な場合は、ほぼ直角にまで曲げることがあ
る）内にワイヤを通すと、チューブ内壁とワイヤの局部
的衝突が生じて、ワイヤの送給がスムーズにいかないこ
とがある。また、溶接トーチ内のコンタクトチップとワ
イヤとの間で断続的に微小融着が起きることもある。こ
のような場合、手溶接では作業者の手に周期的なゴツゴ
ツという衝撃あるいは振動が伝わり、作業者に不快感を
与え、また疲労を増大させる。

【０００５】さらに上記のような送給の不安定は、トー
チからのワイヤの突き出し長さの変動、従って、ワイヤ
先端と被溶接物との間隔の変動を招く。これはアークの
不安定によるスパッタの発生や溶接不良、あるいはアー
ク断絶による溶接作業中断の原因となる。

【０００６】一般にソリッドワイヤの表面には銅メッキ
が施されている。この銅メッキは、伸線時の潤滑、ワイ
ヤとコンタクトチップとの通電性の向上、ワイヤの滑り
を良くしてコンタクトチップの摩耗を少なくすること、
およびワイヤの防錆に寄与すると考えられている。

【０００７】ワイヤの送給性改善に関しては次のような
提案がある。即ち、特開平６−２８５６７８号公報に
は、ワイヤの表面にグラファイトと二硫化モリブデンを
含む植物油または動物油を塗布するという発明が開示さ
れている。また、特開平７−２２０８７号公報にはワイ
ヤ表面に特定形状の溝（亀裂）を形成させたワイヤの発
明が開示されている。これらのいずれもワイヤ表面には
銅メッキを施すことが前提になっている。

【０００８】アークの安定化のためには、ワイヤ表面の
粗さを規定したり、ワイヤ自体またはメッキ層中にNa、
Ca、Ｋのような元素を含有させて、コンタクトチップと
ワイヤ間の通電点の変動を少なくする技術が知られてい
る。また、ワイヤ表面部に粒界酸化物層を設けて、溶接
中の溶滴の表面張力を低下させ、溶滴の離脱性を高める
という提案もある。

【０００９】近年、溶接ロボットを用いて溶接を行うこ
とが多くなり、ワイヤの送給性および溶接安定性の改善
が強く求められている。上記のように、ワイヤの送給性
やアーク安定性の向上に関する提案は種々あるが、屈曲
したコンジットチュ−ブ、特に細径で長いコンジットケ
ーブルの中を高速で送られるワイヤの送給性の改善は十
分ではない。また、ワイヤが溶接トーチの先端から送り
出される長さ（いわゆる突き出し長さ）の変動があって
もアークが安定に維持される性能に関しても未だ不十分
である。

【００１０】前記の銅メッキに関しては、メッキ作業の
工程削減やメッキ廃液処理の問題等を回避するために、
これを省略しようという提案もある。しかし、単に銅メ
ッキを省略しただけでは、ワイヤの潤滑性が低下するた
めにコンダクターチップの摩耗が激しくなって、溶接作
業の不安定、コンタクトチップ交換の手間の増大等の問
題が生じる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、銅メ
ッキを省略したワイヤであって、送給性とともにアーク
安定性に優れ、適正溶接条件の幅が広く、またコンタク
トチップの摩耗も抑制できるワイヤを提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の溶接ワイヤは、
下記およびの特徴を有する（以下の「％」は質量％
を意味する）。

【００１３】ワイヤ素地表面の銅付着量がワイヤ単位
質量あたり0.05％以下であること。

【００１４】ワイヤ表面にワイヤ単位質量あたり0.00
05〜0.0020％のコーティング層があって、そのコーティ
ング層は、MoＳ_２、MoＳ_３、ＷＳ_３および有機モリブデ
ンの中から選ばれた１種以上をMoに換算して１〜10％を
含有する油脂からなること。

【００１５】なお、上記の「銅付着量が単位質量あた
り0.05％以下」というのは、例えばワイヤの10cmを採取
してその表面付着物を化学分析したときに銅含有量が全
質量（ワイヤ10cmの全質量）の0.05％以下であることを
意味する。従って、ワイヤ素地に含有される銅量は除外
される。上記の各％も、同じようにワイヤの単位長さ
（例えば10cm）の全質量に対する％である。

【００１６】ワイヤ本体を除いて、コーティング層のCu
分だけを分析するには、次の方法が使用できる。即ち、
ICP発光分析や原子吸光分析法などにより、まずワイヤ
全体のCu含有率を測定する。次にコーティング層（同メ
ッキ層があればそれを含む）を電解法等によって除去
し、残ったワイヤ本体のCu含有率を同様にして分析す
る。そして、これらの分析値の差を求めれば、コーティ
ング層のCu含有率、即ち、ワイヤ素地表面の付着Cu量が
わかる。

【００１７】本発明のワイヤには、ガスシールド溶接や
サブマージ溶接に使用するソリッドワイヤ、ガスシール
ド溶接用のフラックス入りワイヤがある。

【００１８】

【発明の実施の形態】通常、ワイヤ表面には銅メッキが
施されており、そのメッキ層の微細な亀裂に浸透した送
給用潤滑剤によりワイヤの送給性が保たれている。それ
にもかかわらず、コンジットチューブを屈曲を大きくし
て使用する場合には、ワイヤ送給性は不十分である。ま
た、従来のワイヤでは、ワイヤ突き出し長さの変動に対
して溶接電圧が大きく変化し、アークが不安定になりが
ちである。

【００１９】本発明者は上記の現象について究明したと
ころ、その原因がワイヤ表面のコーティングにあること
を知り、ワイヤのコーティングを含む表面性状の改善に
よって上記の問題点が解決できることを確認し、本発明
に到った。

【００２０】例えば、ガスシールド溶接用のソリッドワ
イヤは、ダイス等を用いて5.5mm径といった太い線材か
ら徐々に伸線される。その中間段階で銅メッキされ、1.
6〜0.6mm程度の径に仕上げられる。伸線途中では潤滑剤
が使用されるが、この伸線用潤滑剤は最終工程前で洗い
流され、最終工程で送給用潤滑剤がコーティングされ
る。

【００２１】上記のようにして製造されたワイヤの表面
には銅メッキ層が存在する。この銅が、比較的低電流域
での溶接におけるアーク安定性、および比較的高電流で
の溶接におけるスプレー移行領域でのアーク安定性を損
なうのである。即ち、ワイヤ表面に存在する銅は、アー
ク安定性には有害である。

【００２２】上記の知見を基に、銅メッキを施していな
いワイヤを試用してみたところ、その表面に天然油脂、
鉱物油、合成油等の従来の送給用潤滑剤をコーティング
しても、コンタクトチップの摩耗が大きく、長時間使用
ではコンタクトチップの口径が楕円状に大きく広がる現
象が見られた。そこで、本発明者は銅メッキをしないこ
とを前提として、しかもコンタクトチップの摩耗を防止
するために、コーティング剤（送給用潤滑剤）の改良を
行った。

【００２３】以下、本発明で定めた各要件について説明
する。

【００２４】(1)ワイヤ表面の銅付着量についてワイヤ表面には銅メッキをしないのであるが、コーティ
ング剤等の不純物としての銅が存在することがある。こ
のような銅も含めて、その量が前記の0.05％を超えると
ワイヤとコンタクトチップの間の通電点が変動し、ワイ
ヤとコンタクトチップ間に微小な融着が生じてワイヤ送
給が滑らかでなくなり、いわゆるゴツゴツ感が現れる。
また、アークが不安定になり、溶接中に大粒のスパッタ
が発生しやすく、低電流域では短絡回数が減少して溶接
が不安定になる。また高電流域ではスプレー状になる電
流範囲が狭くなって、適正溶接条件の幅が狭くなる。従
って、銅の付着量は0.05％以下でできるだけ少なくすべ
きである。望ましいのは0.03％以下である。

【００２５】なお、最近の伸線加工技術によれば、銅メ
ッキを施さなくても潤滑剤を適当に選ぶことにより、ワ
イヤの伸線は何ら支障なく実施できる。

【００２６】(2)ワイヤのコーティング層について油脂は低温での潤滑性を高め、コンジットチューブ内で
のワイヤ送給性を改善する。一方、油脂中に配合された
モリブデン硫化物（MoＳ_２、MoＳ_３、ＷＳ_３）は、高温
での潤滑促進剤となる。従って、溶接中に高温になるコ
ンタクトチップ内でのワイヤの送給性向上に寄与する。
有機モリブデンも高温では分解してMoＳ _２等のモリブデ
ン硫化物になり同じ作用効果を持つ。

【００２７】適量のモリブデン硫化物を含有する油脂を
コーティングしたワイヤは、ワイヤ送給ロールからコン
ジットチューブを経てコンダクタチップに到るまでの常
温域では油脂の潤滑作用により優れた送給性を有する。
他方、高温にさらされるコンタクトチップ内では油脂が
分解しても、残留するモリブデン硫化物の潤滑作用によ
り、同じく良好な送給性が確保される。

【００２８】コーティング層の比率がワイヤの単位質量
あたり、0.0005％未満では上記の作用効果が十分でな
い。一方、0.0020％を超えると、送給ロールとワイヤと
の間に滑りが生じ送給ロールの空回りが起きて、ワイヤ
送給に支障がでる。従って、ワイヤの安定供給にはコー
ティング剤をワイヤ単位長さあたり0.0005〜0.0020％と
するのがよい。好ましいのは0.0010〜0.0015％である。

【００２９】コーティング層に添加するモリブデン硫化
物および有機モリブデンは、１種または２種以上の合計
でMoに換算して１〜10％（コーティング層の総量中の
％）とする必要がある。1.0％未満では効果が不十分で
あり、10％を超えると高温で残留したモリブデン硫化物
がコンタクトチップ上部やコンジットチューブの中に付
着して円滑なワイヤ送給を妨げるおそれがある。好まし
いのは2.5〜8.0％、最も好ましいのは、3.0〜6.0％であ
る。

【００３０】上記のモリブデン硫化物または有機モリブ
デンにより、コンタクトチップの摩耗が抑制され、長時
間の溶接でもコンタクトチップ損傷がなく、高能率の溶
接作業が可能になる。

【００３１】油脂としては、天然油脂、合成油脂、鉱物
油等、従来から使用されているものが使用できる。ただ
し、塗布作業を円滑にし、かつワイヤ送給性を高めるに
は、融点が25℃以下、酸価が１mgKOH/g以下の油脂が望
ましい。

【００３２】なお、上記のコーティング層には防錆効果
があるので、防錆剤の添加は必ずしも必須ではない。し
かし、長期の保管や、腐食性環境での使用に備えて、ワ
イヤの発錆防止を完全にするために、アミン系の防錆剤
を１〜３％程度添加してもよい。以下、本発明の効果を
実施例によって具体的に説明する。

【００３３】

【実施例】［実施例１］JIS Z3312に規定されるYGW12の
ソッドワイヤ（直径1.2mm）を用い、表面の付着銅量を
変化させた試験ワイヤを準備した。付着銅量は、メッキ
する場合はメッキ厚さを変え、メッキしない場合はコー
ティング層中のCu量を変えて調整した。なお、表１〜４
の銅含有量は、ワイヤ自体に含まれている銅を除いた量
である。

【００３４】上記のワイヤに表４の試験No.４のコーテ
ィング層を設け、下記の条件でガスシールドアーク溶接
試験を実施した。

【００３５】電流・電圧：100A−17V、150A−20V、200A
−22V ワイヤ送り速度：40cm/min シールドガス：100％CO_２ワイヤ突き出し長さ：15mm、25mm、35mm 溶接姿勢：下向き溶接（ビードオンプレート）上記の電流およびワイヤ突き出し長さの各組合せについ
て、溶接中の短絡波形を解析して短絡回数を調べた。

【００３６】表１、表２および表３に、それぞれ電流10
0A、150Aおよび200Aのときの銅付着量および突き出し長
さごとの短絡回数（回／min）を示した。また、図１、
図２および図３に表１〜３の中から銅付着量0.01％（本
発明例）と同0.30％（比較例）のデータを選んでワイヤ
突き出し長さと短絡回数との関係を図示した。

【００３７】

【表１】

【表２】

【表３】表１〜３および図１〜３から明らかなように、銅付着量
の少ない（銅メッキをしていない）ワイヤでは、銅付着
量の多いものに較べて短絡回数が増加している。特に10
0Aという低電流では、ワイヤ突き出し長さが15〜35mmと
変化しても短絡回数は約150回から120以上である。

【００３８】短絡回数（アーク溶接の分野で言う「短絡
移行」）が多いということは、アーク変動が小さく安定
した溶接ができることを意味する。銅の付着量の多いワ
イヤ（従来の銅メッキワイヤ）では、溶接電流がワイヤ
表面の銅層に集中して流れるため、アークが先ず表面の
銅層から発生し、次いでワイヤ素地に移行する。従っ
て、アーク発生点が広がりすぎて短絡回数が減るものと
考えられる。これに対して、銅付着量が少ない場合には
アーク発生点がワイヤ素地に集中し短絡回数が増加する
のである。

【００３９】［実施例２］JIS Z3312に規定されるYGW15
のソリッドワイヤ（直径1.2mm）を用い、実施例１と同
様にしてその表面の付着銅量が0.03％および0.25％のワ
イヤを作製し、コーティングを施した（表４のNo.４の
コーティングを使用）。これを試験ワイヤとして、シー
ルドガスを80％Ar＋20％CO_２とし、その他は実施例と同
じ方法（ただし、溶接電流は180A、200A、250A、300Aお
よび350Aの５種類、突き出し長さは300A以上の場合は25
mm、180〜250Aの場合は20mm）で溶接し、適正溶接が可
能な最小電圧と最大電圧を調べた。

【００４０】試験結果を図４に示す。図中の曲線ａおよ
び曲線ｂは、それぞれ銅付着量が0.03％または0.25％の
ワイヤを使用したときの適正電圧の最小値を示す曲線で
ある。曲線ｃは、両ワイヤを使用したときの適正電圧の
最大値を示す曲線である（実際には２曲線であるが、殆
ど重複している）。

【００４１】図４から明らかなように、銅付着量が0.03
％のワイヤ（本発明のワイヤ）を使用したときには、ど
の電流値においても適正電圧の範囲が拡大している。こ
のことから、本発明のワイヤでは、従来の銅メッキワイ
ヤに較べて高電流域でも安定した溶接ができることが明
らかである。

【００４２】［実施例３］表４に示すように、JIS YGW1
1のワイヤを用いて銅付着量、潤滑剤の種類および塗布
量を様々に変えた10種の試験ワイヤを準備した。銅付着
量の調整は実施例１と同じ方法で行った。潤滑剤はいず
れも防錆剤を含まない。

【００４３】コーティング層の塗布は、伸線工程の最終
スキンパスの前に行った。この塗布は走行するワイヤを
フェルト製のパッドで挟み、そのフェルトにコーティン
グ剤を滴下してしみ込ませることによって行った。この
時、フェルトにしみ込ませるコーティング剤の量を調整
して、ワイヤへの塗布量を変化させた。なお、コーティ
ング層は、スキンパスでの伸線用潤滑剤としても働く。

【００４４】上記のワイヤを使用し、電流320A、電圧35
V、ワイヤ突き出し長さ20mmとし、シールドガスとして1
00％CO_２を使用してガスシールドアーク溶接を実施し
た。

【００４５】ワイヤ送給性の評価は、次の方法で行っ
た。即ち、トーチに振動計を取り付け、溶接作業中に検
知した振動を電圧に変換して図５に示すチャートに記録
した。この電圧変動と溶接作業者が感じるワイヤ送給性
との相関関係を予め求めておき、下記の３段階で評価し
た。

【００４６】非常に良好（図５の(ａ)のタイプ１）：電
圧は低いレベルで殆ど変動がなく、作業者は
振動を感じない。表４では◎印。

【００４７】良好（図５の(ａ)のタイプ１と(ｂ)のタイ
プ２の中間）：電圧は低いレベルでわずかに変動がある
が、作業者は振動を殆ど感じない。表４では○印。

【００４８】不良（図５の(ｃ)のタイプ３）：電圧は高
レベルから低レベルまで大きく変動する。作業者はワイ
ヤがどこかでつっかかるゴツゴツ感を感じる。表４では
×印。

【００４９】コンタクトチップの摩耗量は、ワイヤ10kg
を送給した後のコンタクトチップ質量を測定し、試験開
始前の質量との差で評価した。

【００５０】表４に試験結果を示す。なお、総合評価の
欄は、ワイヤ送給性、コンタクトチップ摩耗量だけでな
く、アークの安定性および溶接部の健全性をも加味した
評価である。

【００５１】

【表４】表４の試験No.１〜５は本発明例である。いずれもワイ
ヤ送給性にはまったく問題がなく、コンタクトチップの
摩耗も少ない。実施例１と２の結果から明らかなよう
に、アーク安定性も高くきわめて健全な溶接部が得られ
た。

【００５２】比較例のNo.６は、ワイヤの銅付着量は少
ないが潤滑剤塗布をしていないので、コンタクトチップ
の摩耗が激しい。No.７は銅付着量が0.28と多いために
コンタクトチップの摩耗は軽減されているが、ワイヤ送
給性は不良で、アーク安定性も劣る。No.８はコーティ
ング層のMo含有量が14％と多いため、ワイヤ送給性は不
良でアーク安定性も劣る。No.９はMo系ではないコーテ
ィング層を0.0025％塗布したものであり、コンタクトチ
ップの摩耗量が多く、ワイヤ送給性およびアーク安定性
が不良である。No.10は銅付着量が多く、Mo系添加物の
ないコーティング層であるためにコンタクトチップの摩
耗は軽減されているが、ワイヤ送給性は不良で、アーク
安定性も劣る。

【００５３】以上、ソリッドワイヤによるガスシールド
溶接の実施例を示したが、フラックス入りワイヤでも同
じ効果が得られている。また、サブマージアーク溶接に
おいても同様である。

【００５４】

【発明の効果】本発明の効果を要約すれば次のとおりで
ある。

【００５５】(1)本発明ワイヤを低電流域で使用する場
合は、短絡回数が大幅に増加し、ワイヤ突き出し長さが
変動してもアークが安定している。短絡回数の増加は、
溶接中に発生するスパッタ粒が小さく発生量も少ないこ
とを意味し、被溶接物へのスパッタ付着が減少すること
を意味する。

【００５６】(2)本発明ワイヤを高電流域の溶接に使用
する場合、適正溶接条件の幅が拡大し、溶接姿勢やワイ
ヤ突き出し長さが変動しても安定した溶接が実施でき
る。アークが安定することから、全姿勢溶接が従来のワ
イヤに較べて容易になり、溶接部の品質も改善される。
しかも溶接トーチの振動もなく溶接作業者の疲労が少な
い。

【００５７】(3)本発明ワイヤを混合ガス（ArとCO_２の
混合ガス等）によるシールド溶接に使用する場合、適正
電圧範囲が広くなり、低電圧側での溶接が可能になる。
従って、従来高速度溶接で発生しがちであったアンダー
カットやハンピングビードを防止することができ、溶接
部の品質を高めることができる。

【００５８】(4)本発明のワイヤは、フラックス入りワ
イヤであってもコンタクトチップの摩耗を引き起こさず
送給性がきわめて良好である。従って、全姿勢溶接（特
に縦向き溶接）が容易にかつ効率よく実施できる。

【００５９】(5)サブマージアーク溶接用ワイヤとして
は、例えば小径の電縫鋼管製造の際の管内面シーム溶接
のように、ワイヤ（従って、コンジットチューブ）を極
端に曲げる必要がある場合でも安定してワイヤ送給を行
うことができる。従来、ともすればワイヤ送給時のノッ
キングによって生じていたアンダーカットも防止され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】JIS YGW12のワイヤによる溶接電流100Aのガス
シールド溶接時のワイヤ突き出し長さと短絡回数との関
係を、ワイヤ表面の銅付着量0.01％と0.30％の場合につ
いて示した図である。

【図２】同じく、溶接電流150Aの場合の図である。

【図３】同じく、溶接電流200Aの場合の図である。

【図４】JIS YGW15のワイヤによるガスシールド溶接時
の本発明例と比較例のアーク安定領域の電流、電圧を示
した図である。

【図５】溶接作業中に検知した振動を電圧に変換したチ
ャートである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワイヤ素地表面に付着した銅が、ワイヤの
単位質量あたり0.05％以下であり、かつ同表面にワイヤ
単位質量あたり0.0005〜0.0020％のコーティング層があ
って、そのコーティング層は、MoＳ_２、MoＳ_３、ＷＳ_３
および有機モリブデンの中から選ばれた１種以上をMoに
換算して１〜10％含有する油脂からなることを特徴とす
る溶接ワイヤ。
【請求項２】ワイヤがガスシールド溶接用のソリッドワ
イヤである請求項１に記載の溶接ワイヤ。
【請求項３】ワイヤがサブマージ溶接用のソリッドワイ
ヤである請求項１に記載の溶接ワイヤ。
【請求項４】ワイヤがガスシールド溶接用フラックス入
りワイヤである請求項１に記載の溶接ワイヤ。