JP2005074490A - ガスシールドアーク溶接用めっきなし鋼ワイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】 軟質で長尺のコンジットケーブルを使用して溶接する場合においても、送給ローラでスリップがなく、かつ摩擦抵抗が少なくワイヤ送給性が良好でチップ摩耗も少なく、さらにアークが安定したガスシールドアーク溶接用めっきなし鋼ワイヤを提供する。
【解決手段】 ワイヤ表面のワイヤ長手方向にすじ状の溝を有したガスシールドアーク溶接用めっきなし鋼ワイヤであって、ワイヤ長手方向に対して３０°方向を測定した表面粗さの算術平均粗さＲａが０．０５〜０．２５μｍ、かつ、ワイヤ表面にワイヤ１０ｋｇ当たり二硫化モリブデンを０．００３〜０．５５ｇ、レシチンを０．００８〜０．１３ｇ含み残部は潤滑油からなる潤滑剤を合計で０．８〜２．５ｇ有することを特徴とする。また、ワイヤ表面潤滑剤にワイヤ１０ｋｇ当たりＫを０．００４〜０．２５ｇ含有することも特徴とするガスシールドアーク溶接用めっきなし鋼ワイヤ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ワイヤ表面に銅めっきが施されていないガスシールドアーク溶接用めっきなし鋼ワイヤに関し、特に軟質で長尺のコンジットケーブルを使用して溶接する場合においても、ワイヤ送給性が良好で、チップ摩耗が少ないガスシールドアーク溶接用めっきなし鋼ワイヤに関する。

一般にガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤは、細径（０．８〜１．６ｍｍ）でワイヤ表面に銅めっきが施されているものが多く使用されている。これは、ワイヤ表面に銅めっきが施されていないと、溶接時にコンジットケーブルに内包されたコンジットライナ内で摩擦抵抗による送給抵抗を受けること、さらにチップも摩擦によって摩耗して、アークが不安定になるからである。

しかし、ワイヤ表面に銅めっきが施されているワイヤを使用した場合には、溶接時にコンジットライナ内での摩擦によって銅めっきが剥がれ、長時間使用しているとコンジットライナ内に銅くずが蓄積されて送給抵抗が大きくなり、ワイヤ送給性が悪くなってアークが不安定になるという問題もある。
一方、ワイヤ表面に銅めっきが施されていないワイヤについても、上記銅めっきの剥離の問題とともに、ワイヤの製造時に工程を省略できること、および青化銅や硫酸銅などのめっき廃液の取扱が不要になる等のメリットから従来から種々の研究がされている。

例えば、特開昭５０−６４１３６号公報（特許文献１）に、ワイヤ表面に非硬化性の界面活性剤と非硬化性の高分子石油とを混合した液体を塗布して、耐錆性と良好なワイヤ送給性を得るというめっきなし鋼ワイヤが開示されている。特公昭５５−２４３９３号公報（特許文献２）には、ワイヤ表面にジンクジチオフオスフエート（Ｚｎ−ＤＴＰ）を添加した防錆潤滑油を塗布して、チップ摩耗の減少、耐錆性および良好なワイヤ送給性が得られるというめっきなし鋼ワイヤが開示されている。

また、特開昭５５−１２８３９５号公報（特許文献３）には、ワイヤ表面に粉末状の硫黄とグラファイトを塗布して、溶接性能、通電性能および防錆性能を向上しためっきなし鋼ワイヤが開示されている。さらに、特開平１１−１４７１９５号公報（特許文献４）には、ワイヤ表面に環状構造を有する炭化水素化合物を存在させて、潤滑物質の剥離を抑制して良好なワイヤ送給性を得るというめっきなし鋼ワイヤが開示されている。

しかしながら、溶接の対象となる構造物によっては溶接が狭隘部で行われることが多く、それらの場所での使い易さの点から、溶接機のワイヤ送給装置の送給ローラから溶接トーチまでのコンジットケーブルは曲げて使い易くするため、軟らかく、かつ長くなる傾向にある。前述のめっきなしワイヤにおいては、長くて曲げ易いコンジットケーブルを用いて溶接すると、ワイヤ送給時そのコンジットケーブル内のコンジットライナ内をワイヤが通るときに摩擦抵抗が大きくなり、溶接時のワイヤ送給に支障をきたし、アークが不安定になって溶接ができなくなる。さらに、チップも摩擦によって摩耗して、アークが不安定になるという問題が生じて満足できるものではない。

特開昭５０−６４１３６号公報 特公昭５５−２４３９３号公報 特開昭５５−１２８３９５号公報 特開平１１−１４７１９５号公報

この発明は、軟質で長尺のコンジットケーブルを使用して溶接する場合においても、送給ローラでスリップがなく、かつ摩擦抵抗が少なくワイヤ送給性が良好でチップ摩耗も少なく、さらにアークが安定したガスシールドアーク溶接用めっきなし鋼ワイヤを提供することを目的とする。

本発明の要旨は、ワイヤ表面のワイヤ長手方向にすじ状の溝を有したガスシールドアーク溶接用めっきなし鋼ワイヤであって、ワイヤ長手方向に対して３０°方向を測定した表面粗さの算術平均粗さＲａが０．０５〜０．２５μｍ、かつ、ワイヤ表面にワイヤ１０ｋｇ当たり二硫化モリブデンを０．００３〜０．５５ｇ、レシチンを０．００８〜０．１３ｇ含み残部は潤滑油からなる潤滑剤を合計で０．８〜２．５ｇ有することを特徴とする。 また、ワイヤ表面潤滑剤にワイヤ１０ｋｇ当たりＫを０．００４〜０．２５ｇ含有することも特徴とするガスシールドアーク溶接用めっきなし鋼ワイヤにある。

本発明のガスシールドアーク溶接用めっきなし鋼ワイヤによれば、軟質で長尺のコンジットケーブルを使用して溶接する場合においても、送給ローラでスリップがなく、かつ摩擦抵抗が少なくワイヤ送給性が良好でチップ摩耗も少なく、さらにアークが安定した溶接が可能となる。

ガスシールドアーク溶接用めっきなし鋼ワイヤが良好なワイヤ送給性を具備するためには、ワイヤ送給性にとって有効な潤滑剤（固体潤滑剤、潤滑油）がワイヤ長手方向表面に均一かつ安定して付着していることが必要である。そのためには、ワイヤ長手方向に潤滑剤溜まりとしてすじ状の溝を有する表面粗度（凹凸）が形成されていることが必要となる。

この目的から、本発明では、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４で規定されるワイヤ長手方向に対して３０°方向を測定した表面粗さが算術平均粗さＲａ（以下、算術平均粗さＲｃ［Ｃ］という。）で０．０５〜０．２５μｍ（測定条件：カットオフ値λｃ＝０．２５ｍｍ、評価長さ１Ｎ＝１．２５ｍｍ）とする。

算術平均粗さＲａ［Ｃ］は粗度の深さを示す指針であり、算術平均粗さＲａ［Ｃ］が０．０５μｍ未満であると凹凸部の高低差が過小になり、潤滑剤の保持機能が乏しくなって、コンジットライナ内でのワイヤ送給抵抗が大きくなる。逆に、算術平均粗さＲａ［Ｃ］が０．２５μｍを超えるとすじ状溝の凹凸部高低差が過大になり、チップとの摩擦が大きくなってチップの摩耗が早く、頻繁にチップを交換する必要が生じる。

図１は、本発明のワイヤ表面の例を示す模式図である。図１で符号（１）はワイヤ長手方向を示し、ワイヤ素地（２）上の表面は、平坦部（３）とすじ状の溝（４）からなるすじ状の凹凸部を形成している。ワイヤ表面のすじ状溝（４）は、その溝部に潤滑剤を収納する機能を有する。また、平坦部（３）は潤滑油の皮膜機能を有し、すじ状の溝（４）は平坦部（３）の皮膜状態を安定化させる機能を持つ。なお、本発明における表面粗さの測定方向は、図１に符号（Ｃ）として示すようにワイヤ長手方向（１）に対して３０°方向を測定した値をいう。

また、ワイヤ表面にワイヤ１０ｋｇ当たり二硫化モリブデンを０．００３〜０．５５ｇ、レシチンを０．００８〜０．１３ｇ含み残部は潤滑油からなる潤滑剤を合計で０．８〜２．５ｇ（以下、ｇ／１０ｋｇＷという。）有する。
二硫化モリブデンは、コンジットライナ内でワイヤ送給抵抗を抑制してワイヤ送給性を良好にする。また、チップとの摩擦抵抗を低減してチップ摩耗を抑制する。潤滑剤中の二硫化モリブデンが０．００３ｇ／１０ｋｇＷ未満であると、コンジットライナ内でワイヤ送給抵抗が大きくなりワイヤ送給性が不良となる。また、チップとの摩擦抵抗が大きくなってチップの摩耗が激しくなる。逆に、潤滑剤中の二硫化モリブデンが０．５５ｇ／１０ｋｇＷを超えると、アークが不安定になってスパッタ発生量が多くなる。

レシチンは、後述する潤滑油と共存することによりワイヤ表面の二硫化モリブデンを均一に分散させる作用とチップ部での通電性を良好にする作用を有する。潤滑剤中のレシチンが０．００８ｇ／１０ｋｇＷ未満であると、ワイヤ表面の二硫化モリブデンが均一に付着せず、コンジットライナ内でワイヤ送給抵抗が大きくなる部分がありワイヤ送給性が不良になる。また、チップで摩擦抵抗が大きくなる部分がありチップ摩耗が大きくなる。さらに、チップ部での通電性が不良となり、アークが不安定になる。逆に、潤滑剤中のレシチンが０．１３ｇ／１０ｋｇＷを超えると、スパッタ発生量が多くなる。

本発明にいうレシチンとは、フォスファチジルコン、フォスファチジルエタノールアミン、フォスファジルイニシトールなどのリン酸脂質を主成分とするものを意味し、例えば、大豆や卵黄などから得られるリン酸脂質を９５％程度含有する粉末状のもの、リン酸脂質を約６５％および大豆油などの植物油を３５％程度含有するペースト状のものなどあり、いずれも使用することができ、中でも大豆油から得られるレシチンが好ましい。

潤滑剤中の潤滑油は、ワイヤ表面に皮膜を有し、ワイヤ送給時に二硫化モリブデンの潤滑作用を補完しワイヤ送給性を向上させるとともに耐錆性を向上させる。潤滑油は、動植物油、鉱物油あるいは合成油の何れでもよい。動植物油としてはパーム油、菜種油、ひまし油、豚油、牛油、魚油等を、鉱物油としてはマシン油、タービン油、スピンドル油等を用いることができる。合成油としては炭化水素系、エステル系、ポリグリコール系、ポリフェノール系、シリコーン系、フロロカーボン系を用いることができる。潤滑油中にはさらに潤滑性能を向上させるため、各種の脂肪酸をはじめとする油性剤やりん系、ハロゲン系、イオウ系の極圧添加剤を加えても良く、また、潤滑油の酸化を防ぐための添加剤（酸化防止剤）を加えてもよい。

ワイヤ表面に含む潤滑剤は、前記二硫化モリブデン、レシチンおよび潤滑油の合計で０．８〜２．５ｇ／１０ｋｇＷとする。潤滑剤の合計量が０．８ｇ／１０ｋｇＷ未満であると、コンジットライナ内でワイヤ送給抵抗が大きくなりワイヤ送給性が不良となる。逆に、２．５ｇ／１０ｋｇＷを超えると、送給ローラ部でワイヤがスリップしてアークが不安定になる。

また、ワイヤ表面にＫを０．００４〜０．２５ｇ／１０ｋｇＷ含むことのよって、特にソリッドワイヤの場合アークが安定する。ワイヤ表面のＫが０．００４ｇ／１０ｋｇＷ未満では効果が発揮できず、０．２５ｇ／１０ｋｇＷを超えると、スパッタ発生量が多くなる。本発明のガスシールドアーク溶接用めっきなし鋼ワイヤは、乾式孔ダイス伸線または湿式孔ダイス伸線でワイヤ長手方向の溝をコントロールし、潤滑剤を塗布して製造する。

以下、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。
表１に示すワイヤ径１．２ｍｍのワイヤ表面長手方向にすじ状の溝を有した各種ワイヤ表面粗さおよび潤滑剤を塗布しためっきなしフラックス入りワイヤ（ＪＩＳ Ｚ３３１３ ＹＦＷ−Ｃ５０ＤＲ、フラックス充填率１３％）とめっきなしソリッドワイヤ（ＪＩＳ Ｚ３３１２ ＹＧＷ１２）を試作してスプール巻きワイヤとした。

各試験例につきアーク安定性、ワイヤ送給性能、スパッタ発生量およびチップ摩耗量を調査した。それぞれの評価試験は、図２に示す装置を用いて行った。図２において送給機（５）にセットされたスプール巻き溶接用ワイヤ（６）は、送給ローラ（７）により引き出され、コンジットケーブル（８）に内包したコンジットライナを経てその先端のトーチ（９）からチップ（１０）まで送給される。そしてチップ（１０）と鋼板（１１）との間でビードオンプレート溶接を行う。コンジットケーブル（８）は６ｍ長さで、ワイヤ送給抵抗を与えるために７５ｍｍ径のループを２つ形成した屈曲部（１２）を設けた。送給機（５）には送給ローラの周速度Ｖｒ（設定ワイヤ速度）の検知器（図示せず）、ワイヤの実速度（Ｖｗ）検出器（１３）を備えている。

ワイヤ送給性評価指標のスリップ率ＳＬは、ＳＬ＝（Ｖｒ−Ｖｗ）／Ｖｒ×１００で表される。また、送給ローラ（７）の部分に設けられたロードセル（１４）により送給時にワイヤがコンジットライナから受ける反力を送給抵抗Ｒとして検出した。溶接は表２に示す溶接条件で３０分溶接し、送給抵抗Ｒとスリップ率ＳＬを測定して平均値を求めた。送給抵抗Ｒが６ｋｇ以下でスリップ率ＳＬが１０％以下の場合にワイヤ送給性良好と判定した。アークの安定性はアーク状態を観察して評価した。スパッタ発生状態の評価は小粒で少ないものを○、小粒または大粒で多いものを×として評価した。また、チップの摩耗量は、試験毎に新しい市販のチップ（内径１．４ｍｍ）を用いて溶接終了後最も摩耗の大きい箇所の内径を測定した。チップ摩耗量の評価は、摩耗量が０．１ｍｍ以下を良好として評価した。それらの結果を表１にまとめて示す。

表１中、Ｎｏ．１〜８は本発明例で、Ｎｏ．９〜１６は比較例である。本発明例であるＮｏ．１〜８は、ワイヤ長手方向に対して３０°方向を測定した算術平均粗さＲ［Ｃ］が適正で、潤滑剤中の二硫化モリブデン、レシチンおよび潤滑剤合計量が適正であるので、送給抵抗Ｒおよびスリップ率ＳＬともに低く良好なワイヤ送給性を示し、アークが安定で、スパッタ発生量も少なく、極めて満足な結果であった。また、Ｎｏ．５〜８は、ソリッドワイヤの例であるが、Ｋを適量含んでいるのでアークが安定した。

比較例中Ｎｏ．９は、算術平均粗さＲ［Ｃ］が低いので、潤滑剤の保持機能が乏しく、送給抵抗Ｒが高くなって、ワイヤ送給性が不良であった。
Ｎｏ．１０は、算術平均粗さＲ［Ｃ］が高いので、チップ摩耗量が多くなった。
Ｎｏ．１１は、二硫化モリブデンが少ないので、送給抵抗Ｒが高くなって、ワイヤ送給性が不良であった。また、チップ摩耗量も多くなった。

Ｎｏ．１２は、二硫化モリブデンが多いので、アークが不安定になってスパッタ発生量が多くなった。
Ｎｏ．１３は、レシチンが少ないので、二硫化モリブデンを均一に分散できず、送給抵抗Ｒが高くなって、ワイヤ送給性が不良であった。また、チップ摩耗量も多くなった。さらに、チップでの通電性が不良となって、アークが不安定であった。

Ｎｏ．１４は、レシチンが多いので、スパッタ発生量が多くなった。また、本試験例は、ソリッドワイヤの例であり、Ｋを含んでいないのでアークがやや不安定であった。
Ｎｏ．１５は、潤滑剤の合計量が少ないので、送給抵抗Ｒが高くなって、ワイヤ送給性が不良であった。また、Ｋが多いので、スパッタ発生量が多くなった。
Ｎｏ．１６は、潤滑剤の合計量が多いので、スリップ率ＳＬが高くなって、ワイヤ送給性が不良で、アークも不安定であった。

本発明のガスシールドアーク溶接用めっきなし鋼ワイヤ表面の模式図である。 本発明の実施例におけるワイヤ送給性試験の装置を示す図である。

符号の説明

１ ワイヤ長手方向
２ ワイヤ素地
３ 平坦部
４ 長手溝
５ 送給機
６ スプール巻き溶接用ワイヤ
７ 送給ローラ
８ コンジットケーブル
９ トーチ
１０ チップ
１１ 鋼板
１２ コンジットケーブルの屈曲部
１３ ワイヤの実速度検出器
１４ ロードセル


特許出願人 日鐵住金溶接工業株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊 他１

Claims (2)

1. ワイヤ表面のワイヤ長手方向にすじ状の溝を有したガスシールドアーク溶接用めっきなし鋼ワイヤであって、ワイヤ長手方向に対して３０°方向を測定した表面粗さの算術平均粗さＲａが０．０５〜０．２５μｍ、かつ、ワイヤ表面にワイヤ１０ｋｇ当たり二硫化モリブデンを０．００３〜０．５５ｇ、レシチンを０．００８〜０．１３ｇ含み残部は潤滑油からなる潤滑剤を合計で０．８〜２．５ｇ有することを特徴とするガスシールドアーク溶接用めっきなし鋼ワイヤ。
2. ワイヤ表面潤滑剤にワイヤ１０ｋｇ当たりＫを０．００４〜０．２５ｇ含有することを特徴とする請求項１記載のガスシールドアーク溶接用めっきなし鋼ワイヤ。

Images