JP2003251490A - 炭酸ガスアーク溶接用メッキ無しソリッドワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高品質、高能率の溶接作業が行え、且つ優れた
送給性を有する炭酸ガスアーク溶接用メッキ無しソリッ
ドワイヤを提供する。 【解決手段】ワイヤ表面の１０点平均粗度Ｒｚを０.１
０〜９.００μmとし、ワイヤ表面ビッカース微少硬度Ｈ
ｖ(１ｇ)を１２５〜３１０に調整することによって、比
較的低電流領域における炭酸ガスアーク溶接中に発生す
るスパッタ量を大幅に低減させることを特徴とする。Ｈ
ｖ(１ｇ)とは、測定時荷重を１ｇとしたビッカース表面
硬度を意味する。概略的な工程は、原線(ＲＯＤ)−酸洗
−ショットブラスト−コーティング−乾式伸線−脱脂−
湿式伸線−巻取であって、これらの諸工程を組み合わせ
て、ワイヤ表面の１０点平均粗度Ｒｚ及びワイヤ表面ビ
ッカース微少硬度Ｈｖを本発明の範囲内に調整すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、表面に銅メッキが
施されていない炭酸ガスアーク溶接用ソリッドワイヤに
関し、さらに詳細には、ワイヤ表面の粗度とワイヤ表面
の微少硬度を調整することによって送給性を向上させる
炭酸ガスアーク溶接用メッキ無しソリッドワイヤに関す
る。 【０００２】 【従来の技術】近年、溶接の自動化が進むことに伴い、
炭酸ガスアーク溶接用ワイヤの適用が飛躍的に増大さ
れ、特に、鉄骨、自動車、造船、建築業界で幅広く使用
されている。このように多量に消費されているソリッド
ワイヤにおいて、通電性、送給性、及び耐錆性などを確
保するために表面に銅メッキを施すのが一般化してい
る。 【０００３】しかし、ワイヤの表面に銅メッキ層が存在
すると、ワイヤ製造時の伸線工程中に銅メッキの一部分
が引抜用ダイスなどとの摩擦によってはがれ、その一部
は微少銅粉となってワイヤ表面の凹部に付着することに
なる。その微少銅粉は、実際の溶接の際、溶接チップ内
でワイヤとチップとの摩擦によって落ち、落ちた微少銅
粉がチップ内に溜まって詰り現象(clogging phenomeno
n)が起こるか、溶接の不安定性を増大させ、スパッタの
多発を招く。 【０００４】また、前記微少銅粉の発生を抑制した場合
にも、銅メッキワイヤでは次のような問題点があり得
る。 【０００５】（１）表面の銅メッキは軟らかく、溶接チ
ップとの摩擦によって銅が剥がれてしまうという避けら
れないような欠陥があるため、溶接の不安定化を招く。 【０００６】（２）銅は融点が１０８３℃と低いし、溶
接時超高温下で気化され易いため、溶接ヒューム(fume)
の発生が増加する。 【０００７】このような銅メッキワイヤの短所にもかか
わらず、通電性などの確保のために、これまではワイヤ
表面に銅メッキを施さなければならなかった。従って、
銅メッキが施されていないにもかからわず、銅メッキワ
イヤより優れた特性を表すメッキ無しワイヤの開発が切
実に要求されている状況である。 【０００８】一方、既に紹介されたメッキ無しワイヤに
は、日本国特許２６８２８１４号(アーク溶接用ワイ
ヤ)、日本国特開平１１−１４７１７４号(鋼用メッキ無
し溶接用ワイヤ)、特開２０００−０９４１７８(メッキ
無し溶接用ワイヤ)などがあり、ここでは送給性を向上
させるためにワイヤ表面に送給用潤滑粉末(例えば、Ｍ
ｏＳ₂、ＷＳ₂、Ｃ)を単独または混合して使用するか、
送給用潤滑油などを塗油する技術が開示されている。 【０００９】また、日本国特開２０００−１１７４８３
号(溶接用ワイヤ)には、ワイヤの円周方向に沿って一定
波長を有する凹凸型ワイヤにおいてパワースペクトラに
よって測定されたピーク強度を一定範囲に管理して優秀
なアークスタート性を表す技術が開示されており、日本
国特開２０００−３１７６７９号(アーク溶接用メッキ
無しワイヤ及びアーク溶接法)では、微粒子の絶縁性無
機質粉末及び導電性無機質粉末が水溶性高分子によって
溶接ワイヤ表面に一定量付着されるようにしてヒューム
やスパッタ発生量を低減させる技術が開示されている。 【００１０】また、日本国特開平１１−３４２４９４号
(炭酸ガスアーク溶接用ワイヤ)ではワイヤ化学成分のう
ちスパッタ発生に関与するＣ、Ｓｉ、Ｍｎを(１０Ｃ＋
２Ｓｉ＋Ｍｎ)＝２.４〜５.２５％に調整してスパッタ
発生量を低減させる技術が開示されている。 【００１１】これらの特許は、メッキ無しワイヤの具現
に際して、ある程度、銅メッキワイヤの短所を改善した
が、満足できるほどの水準には至っておらず、特に、ワ
イヤ表面に微細な粉末を塗布することによってメッキ無
しワイヤの品質を改善しているため、表面に塗布された
粉末によるヒューム発生が避けられなく、且つ粉末の均
一な塗布が得難いため、量的な管理に困難であり、不均
一に塗布した場合はスパッタ発生量をさらに増加させる
結果となる。 【００１２】一方、自動溶接において、送給性は、送給
ローラの回転に対応して供給されるワイヤ長さ分だけ、
正確に溶接チップ先端から引き出されるかに関する程度
と定義でき、従って、送給性が悪いと、溶接時、アーク
長が伸び、溶接電流は変動し、結果としてスパッタの多
発につながる。 【００１３】従って、スパッタ量を定量化すると、その
量の多少はワイヤ送給性を表す目安として使用されるこ
とができる。 【００１４】 【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、前
記問題点に鑑みてなされたものであって、銅に起因する
ヒューム発生およびスパッタ発生量を制御し、送給性が
向上された炭酸ガスアーク溶接用メッキ無しワイヤを提
供することにその目的がある。 【００１５】 【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、ワイヤ表面の１０点平均粗度Ｒｚが０.
１０〜９.００μmで、ワイヤ表面ビッカース微少硬度Ｈ
ｖ(１ｇ)が１２５〜３１０である炭酸ガスアーク溶接用
メッキ無しソリッドワイヤを提供する。 【００１６】 【発明の実施の形態】本発明者らは、表面に銅メッキを
施さなく、且つ、表面処理剤などの粉末を塗布しないに
もかかわらず、銅メッキワイヤ以上の優れた送給性が得
られるメッキ無しワイヤへの開発を目指して鋭意研究し
たところ、溶接中スパッタ発生量の多少によってワイヤ
送給性の優劣が決定されることを見出し、ワイヤ表面の
ビッカース微少硬度Ｈｖ、及びワイヤ表面の１０点平均
粗度Ｒｚの調整を通して、前記スパッタ発生量を制御す
ることによって、送給性に優れた本発明を完成するに至
った。 【００１７】つまり、本発明は、銅メッキが施されてい
ない炭酸ガスアーク溶接用ソリッドワイヤ表面の１０点
平均粗度Ｒｚが０．１０〜９．００μｍで、ワイヤ表面
ビッカース微少硬度Ｈｖ(１ｇ)が１２５〜３１０の場合
には、溶接時、スパッタ発生量が著しく低減し、送給性
に優れていることに着目したものである。 【００１８】ここで、ビッカース微少硬度Ｈｖは、周知
の如く、対面角１３６度のピラミッド型ダイヤモンド製
圧子を材料の面に軽く当てて押し込み、ピット(pit：く
ぼみ)を形成し、荷重を除去したのち、残った永久ピッ
トの表面積で荷重を分けた値で表される硬さ(hardness)
であり、荷重をＰKg、ピットの対角線の長さをｄｍｍと
すれば、ビッカース硬度Ｈｖは下記の式で表される。 【００１９】本発明では、Ｈｖ(１ｇ)とは、測定時荷重
を１ｇとしたビッカース表面硬度を意味する。 【００２０】また、１０点平均粗度Ｒｚとは、周知の如
く、ワイヤ断面の凹凸を表す断面曲線において、一定長
さ以内で平均線に対して平行に引いた直線のうち、高い
方から三番目の山頂を通過するものと、深い方から三番
目の谷の底部を通過するものを選択し、これら２本の直
線の間隔を測定した値をミクロン単位に表記したもので
ある。 【００２１】以下、ワイヤ表面の１０点平均粗度Ｒｚ及
びワイヤ表面のビッカース微少硬度Ｈｖを調整すること
について説明する。 【００２２】概略的な工程は、原線(ＲＯＤ)−酸洗−シ
ョットブラスト(shot blast)−コーティング−乾式伸線
−脱脂−湿式伸線−巻取であって、これらの諸工程を組
み合わせて、ワイヤ表面の１０点平均粗度Ｒｚ及びワイ
ヤ表面ビッカース微少硬度Ｈｖを本発明の範囲内に調整
することができる。 【００２３】各工程について説明すれば、まず、最終製
品の１０点平均粗度を大幅に変化させるためにはＲＯＤ
表面の酸化スケールの除去工程である酸洗をインライン
(inline)方式の硫酸電解酸洗で行い、その上、このとき
に加える電流密度を変化させてワイヤ表面のエッチング
(etching)作用も行うことによって表面を粗くすること
ができる。 【００２４】酸洗に次ぐ工程にはコーティング処理とシ
ョットブラスト処理あるが、ショットブラスト処理を行
うと粗度を大幅に増加させることができる。 【００２５】コーティング−乾式伸線−脱脂工程はワイ
ヤ製造における通常の工程であり、本発明との特徴的な
関係がないのでその説明は省略するものとする。 【００２６】次いで、伸線工程について説明する。ワイ
ヤ表面のビッカース微少硬度は主に伸線工程で調整され
る。ワイヤ表面のビッカース微少硬度はワイヤ引張の強
さに比例するが、これだけではワイヤ表面下層部数μｍ
〜数十μｍ範囲内の局部的な領域における微少硬度を大
幅に調整するのは不可能である。従って、伸線工程にお
いてダイスの減面率を考慮し、湿式伸線の最終伸線ダイ
スの減面角度(２α)を８度〜４０度程度に大きく変化さ
せると、ワイヤ表面下層部数μｍ〜数十μｍ範囲内の局
部的な領域における微少硬度も大幅に調整することがで
きる。 【００２７】この際、伸線時引抜力が大きくなると(減
面率を大きくすると)ワイヤにダイスマークが生ずる
が、これを防止するためには伸線回数の調整を通してダ
イスごとの加工度を５〜１２％と低くして施す必要があ
る。 【００２８】即ち、湿式伸線において、ダイスの減面角
度(２α)が８度の場合には伸線回数を１〜４回範囲内に
調整し、減面角度(２α)が８度以上のダイスを使用した
場合には伸線回数を２〜５範囲内に調整することによっ
てダイス加工度を５〜１２％と低くすることができる。 【００２９】例えば、減面角度(２α)＝４０度のダイス
の場合、伸線回数２〜５範囲内で弱い伸線加工を通して
ダイスマークの発生を防止しながら伸線が行え、同時に
極表面層に加工が集中されるため、ワイヤ全体の加工度
に比例して表れるビッカース硬度に加えて表面のビッカ
ース微少硬度が異常に上昇するため、大幅に硬度の調整
が可能となり、結果的にＨｖ＝３００以上の表面硬度の
実現が可能になる。 【００３０】一方、例えば、ビッカース微少硬度Ｈｖ＝
１００と低い場合には、乾式伸線工程の後に焼鈍工程を
経て酸洗を行い、次に湿式伸線を施して表面硬度を調整
することができる。要するに、乾式伸線−焼鈍処理−酸
洗−湿式伸線の工程順に施す。 【００３１】ビッカース表面硬度はワイヤの引張の強さ
にも関係があるため、原線(ＲＯＤ)の径を変化させて調
節し得ることは勿論である。 【００３２】以下、本発明による発明例と本発明の範囲
から外れる比較例に基づいて本発明の効果を説明する。 【００３３】Ｃ：０.０６重量％、Ｓｉ：０.９重量％、
Ｍｎ：１.４重量％、Ｐ：０.０１４重量％、Ｓ：０.０
０９重量％、Ｔｉ：０.１１重量％の成分をもつ、径寸
法８ｍｍ、６．４ｍｍ、５．５ｍｍの原線(ＲＯＤ)を選
択して４５℃、１５％Ｈ_２ＳＯ _４溶液で電解酸洗を行っ
た。引き続き、一部の原線はショットブラスト処理を行
い、残り原線はショットブラスト処理を施さなかった。
ショットブラスト処理工程では吹き付き速度(blasting
speed)を弱く(軽度)、適正に(中度)、強く(強度)などの
三つの条件に変化させながら実施することによって表面
粗度の大きさを変化させた。 【００３４】次いで、通常のリン酸ボンデライトコーテ
ィング処理後、１５％ボラックスコーティング処理を行
って乾燥した後、巻取を行った。酸洗からコーティング
までの工程はインライン直結工程であった。 【００３５】その後、通常の条件で乾式伸線を行い、中
間線寸法(１．３ｍｍ〜２．５ｍｍ)のワイヤを製作し
た。乾式伸線速度は６００ｍ／分であり、回数は１２〜
１６であった。伸線ダイスは炭化タングステンダイスで
あった。 【００３６】伸線後アルカリ電解脱脂を行って、電解脱
脂の以前にはスチールウール(steelwool)でワイヤ表面
の潤滑剤を機械的に除去した。 【００３７】表面ビッカース微少硬度の低い一部ワイヤ
の製作のためには乾式伸線の後に８８０℃で中間焼鈍−
電解酸洗を施すようにした。最終伸線、即ち湿式伸線で
はダイスの減面角度が８度、１２度、１８度、２５度、
３０度、３５度、４０度となるダイスを用いてビッカー
ス微少硬度の変化値を調整した。最終ワイヤ径は１.２
ｍｍであった。 【００３８】湿式伸線ダイス(セット)の減面率(加工度)
は、２αが大きくなるにつれて表１のように減少するよ
うにして表層部にのみ加工を集中させた。また、このよ
うに減面率を減面角度と反比例するように調節すること
が引抜力を下げることとなるため、ダイスマークの発生
を防止することができた。 【００３９】 【表１】 以上に説明した条件の組合せによって多様な表面粗度と
ビッカース微少硬度を持つワイヤを製造し、表２の条件
で溶接を施し、溶接時に発生されるスパッタ量を調査し
た。 【００４０】 【表２】 スパッタ量は８０ｃｍ×１５ｃｍ×２０ｃｍの箱中に厚
さ１２ｍｍ、幅１０ｃｍ、長さ５０ｃｍの鋼板を備え、
その上に４０ｃｍ長さのビードを２分間溶接し、溶接時
発生したスパッタ量を収集して１分当りの量(ｍｇ／分)
と秤量した。 【００４１】ワイヤ表面の１０点平均粗度Ｒｚは９０度
直交するワイヤの長手４方向に対して測定し、その平均
値を１０点平均粗度Ｒｚとした。 【００４２】ビッカース微少硬度Ｈｖは、測定荷重を１
ｇとして顕微鏡から見られるワイヤ表面平坦部を前記１
０点平均粗度Ｒｚの測定と同様にワイヤ４方向に対して
各方向で４地点、総１６地点の硬度を測定し平均値を求
めた。 【００４３】表３は１０点平均粗度Ｒｚ値においてビッ
カース微少硬度Ｈｖによるスパッタ発生量を表したもの
である。 【００４４】 【表３】 一方、表４はスパッタ発生量と送給性の優劣との関係を
表したものであり、ここで送給性において、効果が現わ
れる限界を４００ｍｇ／分で現すことができる。 【００４５】 【表４】 図１は、表３のデータをグラフ化したものであり、これ
によれば、ワイヤ表面の１０点平均粗度Ｒｚが０．１０
〜９.００μm、ワイヤ表面ビッカース微少硬度Ｈｖ(１
ｇ)が１２５〜３１０の条件を全て満たすワイヤの場合
に限ってスパッタ発生量が４００ｍｇ／分以下であり、
送給性に優れていることが分かる。 【００４６】ワイヤは、溶接中に送給ローラによって供
給されて送給ケーブルの内面及び溶接チップの内面と過
酷に接触しながら走行しているため、ワイヤ表面の粗度
または／および硬度と送給性は深い相関関係があると推
定でき、ある特定範囲の表面粗度及び硬度値でのみ優秀
な送給性を表すことが分かる。特に、送給性はワイヤの
引張の強さなどに比例するワイヤ全体の表面硬度ではな
く微少荷重で測定されたワイヤ最表層の微少硬度と強い
相関関係があることが本発明者らによって最初に開示さ
れた。 【００４７】一方、溶接電流２５０Ａの条件で通常の銅
メッキソリッドワイヤであるＪＩＳＺ３３１２ ＹＧＷ
１２相当品の１.２ｍｍワイヤを溶接すると、分当り５
〜６ｍｇのＣｕヒュームが発生しており、日本産業衛生
学会では銅の許容濃度に対して特別な勧告規定がない
が、米国産業衛生専門家会議では許容濃度を０．２ｍｇ
／ｍ³と規定しているため、通常の銅メッキソリッドワ
イヤは好ましくないと言える。 【００４８】また、通常の銅メッキソリッドワイヤの溶
接作業に当たっては適切な保護具の着用、吸引装置の使
用によって溶接時過度発生するＣｕヒュームは避けられ
るが、本発明では銅メッキを施していないため銅ヒュー
ム発生が全くなく、従って前述した保護具などの着用が
要らない。 【００４９】 【発明の効果】以上述べてきたように、ワイヤ表面の１
０点平均粗度Ｒｚを０.１０〜９.００μmとし、ワイヤ
表面ビッカース微少硬度Ｈｖ(１ｇ)を１２５〜３１０に
調整し、比較的低電流領域における炭酸ガスアーク溶接
中に発生するスパッタ量を大幅に低減させて高品質、高
能率の溶接作業が行え、且つ優れた送給性を有する、銅
メッキが施されていない炭酸ガスアーク溶接用ソリッド
ワイヤを具現することができる。 【００５０】以上では本発明を実施例によって詳細に説
明したが、本発明は実施例によって限定されず、本発明
が属する技術分野において通常の知識を有するものであ
れば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修
正または変更できるであろう。

【図面の簡単な説明】 【図１】１０点平均粗度Ｒｚ、ワイヤ表面ビッカース微
少硬度Ｈｖおよびスパッタ発生量の関係を表すグラフで
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金 鎔 大韓民国慶南昌原市聖住洞58−２ 株式会 社キスウェル内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】ワイヤ表面の１０点平均粗度Ｒｚが０.１
   ０〜９.００μm、ワイヤ表面ビッカース微少硬度Ｈｖ
   (１ｇ)が１２５〜３１０であることを特徴とする炭酸ガ
   スアーク溶接用メッキ無しソリッドワイヤ。