JP2005288485A - 溶接用Ｔｉ系線材 - Google Patents

Abstract

【課題】 自然酸化膜よりも厚いＴｉ系酸化膜を有しているにもかかわらず、線材の全酸素含有量を十分低減でき、ひいては該全酸素含有量を規格範囲内に容易に収めることができる溶融金属形成用Ｔｉ系線材を提供する。
【解決手段】 先端側から順次加熱溶融してＴｉ系金属からなる溶融金属を形成するための溶融金属形成用Ｔｉ系線材であって、線材本体３がＴｉ系金属にて構成され、該線材本体３の表面に自然酸化膜よりも厚いＴｉ系酸化膜２が形成される。線材本体３の酸素含有率ＷＯ_Ｍが０．０２質量％以上０．２質量％であり、線材本体３とＴｉ系酸化膜２とを合わせた線材全体の全酸素含有率ＷＯ_Ｔが０．１質量％以上０．５質量％以下に調整される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、溶接用Ｔｉ系線材に関する。

欧州特許公開ＥＰ１２７７５３９Ａ１号公報

Ｔｉ金属あるいはＴｉ合金からなるＴｉ系金属部材の溶接に際しては、工業用Ｔｉ系線材を用い、かつ活性金属であるＴｉの酸化を防止するために、溶接部位を不活性ガスで覆ってアーク溶接を行なうシールドアーク溶接が採用される。例えば、ＭＩＧ溶接（Metal Inert Gas Arc Welding）においては、図１３に示すように、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスＩＧ雰囲気中で溶接用Ｔｉ系線材２０１と純チタン製又はチタン合金製母材ＷＰとの間にアークＡＲを発生させる。そして、送給ローラ２０２によって線材２０１の先端部をアークＡＲ内に送給して溶融させながら溶接する。なお、符号２０５は先端から不活性ガスＩＧを噴出させるガスノズル（トーチ）であり、基端側に柔軟性を有するコンジットチューブ２０４を備える。符号２０６はトーチ２０５に固定され線材２０１を保持するとともに線材２０１に電流を供給する電極チップ（コンタクトチップ）であり、ＷＭは溶接部、ＭＰは溶融池である。ＭＩＧ溶接によれば高能率化とともに、溶融エネルギーの向上により溶け込みが深くなって溶接不良の発生が抑えられ、また、トーチ２０５先端部が小型になって狭い場所での溶接が容易となる利点がある。

ところで、近年ではＴｉ溶接工程の高能率化及び溶接施工の短納期化を目指すため、線材２０１の送給速度はますます高速化する傾向にある。この場合、線材２０１の表面とコンジットチューブ２０４との間の摩擦力が大きいと、線材２０１の送給がスムーズになされなくなり、最悪の場合コンジットチューブ２０４内で線材２０１に詰まりや座屈が発生するおそれがある。

特に、従来の溶接用Ｔｉ系線材の場合、線材の表面を機械的あるいは化学的に研磨して、金属光沢仕上げとすることが行なわれているが、このような処理を施した線材は表面が粗く送給性に劣る難点がある。また、金属光沢状の外観を有する線材は、溶接時のアークの安定性が見かけほどには良好でなく、自動溶接機を用いたＭＩＧ溶接では、アークが安定点を求めて細かく移動するため、良好なビード形状が得られない問題がある。これは、送給速度が不安定化すると、溶融する線材先端と溶接される母材との間の距離が微妙に変化することも関係していると思われる。

なお、Ｆｅ系部材のＭＩＧ溶接においてはＦｅ系溶接線材の表面に、摩擦低減のためにＣｕメッキを施したり、潤滑油を塗布したりすることが行なわれている。しかしながら、活性金属であるＴｉの溶接の場合、線材表面にＣｕメッキを施したり潤滑油を塗布したりすることは、脆弱なＣｕ−Ｔｉ系金属間化合物や炭化物の形成により、溶接継手強度の低下を招くので採用することができない。他方、溶接時のアークの安定化を図る方法としては、シールドガス中に炭酸ガスや酸素を導入する方法が古くから採用されているが、この方法はシールドガスからの溶接部への酸素の吸収が大きく、Ｔｉ溶接の場合は溶接継手の伸びの低下につながるため好ましくない。

また、Ｔｉ溶射を行なう場合においても、基本的には溶接の場合と同様の問題が生ずる。例えばアーク溶射の場合、２本のＴｉ系線材間にアーク形成することから、一方の線材の供給速度が乱れるだけでもアーク放電ギャップ間隔が変化して、アークが不安定化する。従って、アーク安定性の問題は、溶接の場合よりもより生じやすいといえる。そこで、特許文献１には、Ｔｉ金属もしくはＴｉを主成分とするＴｉ合金にて構成されるとともに、自然酸化膜よりも厚いＴｉ系酸化膜が線材表面に形成された溶接ないし溶射用のＴｉ系線材が開示されている。このようなＴｉ系酸化膜を有したＴｉ系線材を用いることにより、コンジットチューブ等を介した線材の送給性を大幅に向上することができ、アークの安定性も大幅に改善することができる。

ところで、Ｔｉ系金属からなる構造体は、強度確保や信頼性向上のために、酸素含有率の上限が規格により制限される。特に、Ｔｉ系線材を用いて溶接形成される継手の場合、溶接中に吸収される酸素は有害とみなされることも多い。従って、特許文献１のような厚いＴｉ系酸化膜を有したＴｉ系線材を用いる場合、厚い酸化膜からも相当の酸素が混入することを考慮して、母材となる線材本体部の酸素含有率はできるだけ低く留めるよう、考慮される。

しかしながら、本発明者らが詳細に検討した結果、線材本体部の酸素量を過度に低減したＴｉ系酸化膜付きの線材を用いて溶接を行なった場合、溶接継ぎ手の強度が却って悪化することが判明した。

本発明の課題は、溶接あるいは溶射等を行なう際の、線材の送給性とアークの安定性との双方に優れ、しかも得られる溶接部の機械的特性や溶射層の品質も良好に確保できる溶接用Ｔｉ系線材を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記の課題を解決するために、本発明の溶接用Ｔｉ系線材は、先端側から順次加熱溶融してＴｉ系金属からなる溶融金属を形成するための溶接用Ｔｉ系線材であって、線材本体がＴｉ系金属にて構成され、該線材本体の表面に自然酸化膜よりも厚いＴｉ系酸化膜が形成されてなり、
線材本体の酸素含有率ＷＯ_Ｍが０．０２質量％以上０．４質量％であり、
かつ、線材本体とＴｉ系酸化膜とを合わせた線材全体の全酸素含有率ＷＯ_Ｔが０．１質量％以上０．５５質量％以下に調整されたことを特徴とする。

なお、本明細書において「Ｔｉ系金属」とは、Ｔｉ金属もしくはＴｉを主成分（５０質量％以上）とするＴｉ合金のことをいう。また、Ｔｉ系酸化膜とは、カチオン元素の５０質量％以上がＴｉである酸化物被膜のことをいう。さらに、「主成分」とは質量含有量の最も高い成分のことをいい、２種以上の成分からなる「主成分」とは、それらの成分の合計質量含有量が、他の成分の全てに対し、各単独の質量含有量を上回っていることをいう。

自然酸化膜よりも厚いＴｉ系酸化膜を有したＴｉ系線材を用いることにより、コンジットチューブ等を介した線材の送給性を大幅に向上することができ、アークの安定性も大幅に改善することができる。他方、Ｔｉ系酸化膜の内側にある線材本体の酸素含有率ＷＯ_Ｍを本発明では０．０２質量％以上０．４質量％以下に規定する。線材本体をなすＴｉ系金属は、Ｔｉが活性金属であることもあって酸素の混入が不可避的に発生する。従って、その酸素含有率を０．０２質量％未満にすることは製造コストの大幅な増大を招く。他方、Ｔｉ系金属の酸素含有率が０．４質量％を超えると、線材本体の延性が低下し、送給時に断線等のトラブルを生じやすくなる線材本体をなすＴｉ系金属の酸素含有率は、より望ましくは０．０３質量％以上０．３８質量％以下に設定するのがよい。

そして、本発明においては、線材本体とＴｉ系酸化膜とを合わせた線材全体の全酸素含有率ＷＯ_Ｔを０．１質量％以上０．５５質量％以下に調整する。これにより、該線材を用いて形成した溶接部の強度を向上でき、ひいてはＴｉ系金属部材の溶接の信頼性を向上することができる。

線材全体の全酸素含有率ＷＯ_Ｔが０．１質量％未満になると、形成される溶接部の酸素量が不足し、溶接部の強度が不足することにつながる。特に、溶接対象となるＴｉ系金属母材は、一定量、例えば０．１質量％以上０．４質量％以下の酸素が含有されているほうが、材料強度を向上する上で却って有利な場合がある。しかし、溶接に使用するＴｉ系金属線材の酸素含有量が低ければ、形成される溶接部の酸素濃度が不足して、母材に対し溶接部の強度が相対的に低下し、該溶接部により形成された当接継手などの溶接構造部の機械的な信頼性を損なうことにつながる。他方、線材側の全酸素含有率ＷＯ_Ｔは、母材側の酸素濃度より多少高くなっても、線材からの酸素が母材側の材料により希釈され、溶接部の酸素濃度を、高強度維持に好都合な母材側の酸素濃度に近づけることができる。しかし、線材全体の全酸素含有率ＷＯ_Ｔが０．５５質量％を超えると、母材による希釈を考慮しても溶接部の酸素濃度が過度に高くなりすぎ、溶接部の強度や靭性が低下することにつながる。線材全体の全酸素含有率ＷＯ_Ｔは、より望ましくは０．１２質量％以上０．４５質量％以下とするのがよい。

Ｔｉ系酸化膜の厚さは以下のようにして特定することができる。すなわち、線材の断面を鏡面研磨し、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analysis）により酸素濃度分布を面分析するとともに、酸素濃度が７質量％以上となる周縁領域をＴｉ系酸化膜として特定する。

線材の表面に形成するＴｉ系酸化膜の厚さは０．３μｍ以上３０μｍ以下の範囲内で調整するのがよい。Ｔｉ系酸化膜の厚さが０．３μｍ未満では、線材の送給性改善効果が不十分となり、また、アークが不安定化しやすくなって、均一な溶接部を形成する上で不利となる。一方、Ｔｉ系酸化膜の厚さが３０μｍを超えると、溶接部への酸素混入比率が高くなり、強度低下などの弊害につながる場合がある。

溶接用Ｔｉ系線材として一般に多用される線径は、０．６ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲である。この場合、線材長手方向の引張強度は、線径をＤｗとすると、
Ｓmin＝−２３０Ｄｗ＋８５０ （単位：ＭＰａ）
Ｓmax＝−６２０Ｄｗ＋２０００ （単位：ＭＰａ）
にて表されるＳmin以上Ｓmax以下の範囲内とするのがよい。

線材の引張強度が過度に小さいと、送給時に線材がコンジットチューブ等の内部で座屈変形を起しやすくなり、線材詰まり等の不具合を引き起こしやすくなる。他方、線材の引張強度が過度に大きいと線材の可撓性が不足し、コンジットチューブ等による曲がった経路に沿った線材のスムーズな送給が妨げられる場合がある。また、コンジットチューブ等の経路形成部材の屈曲が特に大きくなる部分では、剛性の高い線材との干渉のため、経路形成部材の内面が齧られたりする不具合も生じやすくなる。そこで、上記の不具合を抑制するために、線材の長手方向の引張強度は、線材の座屈強度を考慮して、線径に応じた上記範囲に規定するのがよいのである。

具体的には、自然酸化膜よりも厚いＴｉ系酸化膜を、線材本体表面の酸化熱処理により形成したのち、適切な加工率（減面率）で冷間伸線加工することにより線材長手方向の引張強度を前述のＳmin以上Ｓmax以下の範囲にコントロールすることが可能となる。加工前線材の表面に形成してあるＴｉ系酸化膜は、冷間伸線加工時において線材と伸線用ダイスとの間の潤滑機能を一部担うことにもなるが、該Ｔｉ系酸化膜が薄すぎると、この潤滑効果が不足して線材表面にダイスマークが深く刻まれやすくなり、不良の原因となる。他方、Ｔｉ系酸化膜が過度に厚すぎると、Ｔｉ系酸化膜の延性は本来あまり高くないことから、伸線用ダイスを通したときにＴｉ系酸化膜の剥離を生じやすくなり、線材の全長にわたって均一なＴｉ系酸化膜の被覆状態を得にくくなる。Ｔｉ系酸化膜は、延性が低いことに加え、下地となる線材本体との間の熱膨張係数の差も大きいため、膜厚が増加したときの密着力の低下が著しく、線材の繰り出し時やコンジットチューブ内での送給時にＴｉ系酸化膜の脱落が生じやすい。また、冷間伸線加工によって相当量のクラックを生じてしまうこともある。クラックが著しく発生するとクラック内部に伸線時の潤滑剤などが残留しやすくなり、溶着金属中にそれらの不純物が混入する恐れがある。

以上をまとめると、長手方向の引張強度が前述のＳmin未満では、線材の剛性不足により送給時の座屈変形、ひいてはコンジットチューブ等の内部での線材詰まり等を招きやすくなる。また、線材の長手方向の引張強度が前述のＳmaxを超えると、曲がった経路に沿った線材のスムーズな送給が妨げられ、特に屈曲の大きい部位では、コンジットチューブ等の経路形成部材の内面が齧られたりする不具合を生じやすくなる。従って、線材の引張強度はＳmin以上Ｓmax以下の範囲に調整する必要があるが、このような強度のＴｉ系線材は冷間伸線加工の加工率（減面率）を調整してやれば製造可能である。

線径Ｄｗを０．６ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とする場合、Ｔｉ系酸化膜の厚さＴｗは０．７５μｍ以上１２μｍ以下とするのがよい。Ｔｗが０．７５μｍ以下であると、上記線径Ｄｗの範囲において、全酸素含有率ＷＯ_Ｔを０．１質量％以上に確保することが不可能になる。また、上記線径Ｄｗの範囲において、Ｔｗが１２μｍを超えると、全酸素含有率ＷＯ_Ｔを０．５質量％以下に留めることが不可能になる。同様に観点において、Ｔｗ／Ｄｗは０．００１２５以上０．００６以下の範囲に設定するのがよい

加工により得られる溶接用Ｔｉ系線材のＴｉ系酸化膜の厚さは１μｍ以上５μｍ以下に規定するのがよい。Ｔｉ系酸化膜の厚さが１μｍ未満になると、伸線加工時の潤滑効果が不足して、得られる線材表面にダイスマークが深く刻まれ、線材表面の摩擦係数を悪化させる原因となる。他方、Ｔｉ系酸化膜の厚さが５μｍを超えると、伸線用ダイスを通したときにＴｉ系酸化膜の剥離を生じやすくなり、線材の全長にわたって均一なＴｉ系酸化膜の被覆状態を得にくくなる。また、Ｔｉ系酸化膜と線材本体表面との密着性が低下し、線材使用時にＴｉ系酸化膜の脱落が生じやすくなったり、クラックが著しく発生して伸線時に潤滑剤が残留しやすくなる。しかし、Ｔｉ系酸化膜の厚さは１μｍ以上５μｍ以下とすることで、線材本体の表面に平滑で均一なＴｉ系酸化膜を形成することが可能となる。この場合、Ｔｉ系酸化膜（自然酸化膜よりも厚い部分）による金属本体表面の被覆面積率は７０％以上、望ましくは８０％以上となっているのがよい。

なお、冷間伸線加工後において、線材本体に付加される熱履歴を３００℃以下に留めることが望ましい。３００℃を超える熱履歴が加わると、線材表面に密着性の劣る新たなＴｉ系酸化膜が生成する惧れがある。また、熱履歴が３００℃以下であれば、線材の引張強度はほとんど低下しない。線材本体に付加される熱履歴は、より望ましくは２００℃以下に留めるのがよい。

また、線材の送給性やアークの安定性向上といった効果を顕著にするには、Ｔｉ系酸化膜による金属本体表面の被覆面積率を７０％以上、望ましくは８０％以上確保する必要がある。このような面積被覆率を達成するには、冷間伸線加工時の減面率を２０％以上７０％以下に調整することが望ましい。減面率が２０％未満になると、線材にビビリや波打ちが発生しやすくなったり、寸法が不安定となったりしてアーク安定性を低下させる原因となる。また、純Ｔｉ線材などの場合、加工により導入される歪が十分でなくなり、線材長手方向の引張強度を前述のＳmin以上に確保することが難しくなる。さらに、Ｔｉ系酸化膜の金属本体への食い込み力を高める効果、ひいては膜の密着性改善効果も期待できなくなるため、結果としてＴｉ系酸化膜の被覆率を悪化させる結果を招くことがある。一方、減面率が７０％を超えると、得られる溶接用Ｔｉ系線材のＴｉ系酸化膜に形成されるクラックが２０％を超える可能性が高まり、潤滑剤が多量に残留しやすくなるという不具合につながる。

本発明の溶接用Ｔｉ線材は、溶融金属として溶接金属を形成する溶接用Ｔｉ線材として使用することができる。また、溶融金属として溶射金属層を形成する溶射用Ｔｉ線材として使用することもできる。

また、本発明の溶接用Ｔｉ系線材はＴｉを主成分とするものである。本明細書にて「Ｔｉを主成分とする」とは、最も含有率の高い成分がＴｉであることを意味し、望ましくは５０質量％以上をＴｉとする。Ｔｉ合金を採用する場合、得られる溶接部や溶射層の強度あるいは延性向上等を目的として、種々の添加元素を副成分として含有させることができる。以下、採用可能な添加元素の例と望ましい添加量の範囲とを示す。

（１）Ａｌ：９質量％以下
ＡｌはＴｉの低温相であるα相を安定化させるとともに、α相中に固溶してこれを強化する働きを有する。ただし、その含有量が９質量％を超えると、Ｔｉ_３Ａｌ等の中間相（金属間化合物）が多量に形成され、靭性あるいは延性が阻害されることにつながる。他方、上記効果を顕著なものとするためには、１質量％以上は添加することが望ましく、より望ましくは２〜８質量％の範囲で添加するのがよい。

（２）Ｎ及びＯの少なくともいずれか：合計で０．５質量％以下
Ｎ及びＯも、Ａｌと同様のα相安定化及び強化元素として機能し、特にＯの添加効果が顕著である。ただし、その合計含有量が０．５質量％を超えると、靭性あるいは延性が阻害されることにつながる。他方、上記効果を顕著なものとするためには、合計で０．０３質量％以上は添加することが望ましく、より望ましくは、合計で０．０８〜０．２質量％の範囲で添加するのがよい。なお、ここでの酸素含有量は、いずれも、Ｔｉ系酸化膜以外の線材本体部の酸素含有量を意味する。

（３）Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ及びＴａの１種又は２種以上：合計で４５質量％以下
これらの元素は、いずれもＴｉ高温相であるβ相の安定化元素であり、熱間加工性の向上と、熱処理性改善による高強度化を図る上で有効である。ただし、これらの元素はいずれも高比重かつ高融点であり、過剰な添加はＴｉ合金特有の軽量及び高比強度の効果を損なわせることにつながるほか、合金融点の上昇により溶製による製造の困難化を招来するので、合計添加量の上限を４５質量％とする。他方、上記効果を顕著なものとするためには、合計で１質量％以上は添加することが望ましい。また、ＭｏやＴａは、合金の耐食性改善のために少量添加される場合もある。

（４）Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ及びＣｕの１種又は２種以上：合計で１５質量％以下
これらの元素もβ相の安定化効果を有し、熱間加工性の向上と、熱処理性改善による高強度化を図る上で有効である。ただし、いずれもＴｉとの間に中間相（例えば、ＴｉＣｒ_２、ＴｉＦｅ、Ｔｉ_２Ｎｉ、ＴｉＭｎあるいはＴｉ_２Ｃｕなど）を形成しやすく、過剰な添加は延性及び靭性を損なわせることにつながるために、合計添加量の上限を１５質量％とする。他方、上記効果を顕著なものとするためには、合計で０．５質量％以上は添加することが望ましい。また、Ｎｉは合金の耐食性改善のために少量添加される場合もある。

（５）Ｓｎ及びＺｒの少なくともいずれか：合計で２０質量％以下
これらの元素はα相とβ相との双方を強化する中性形添加元素として知られる。ただし、過剰な添加は効果の飽和を招くため、合計添加量の上限を２０質量％とする。他方、上記効果を顕著なものとするためには、合計で０．５質量％以上は添加することが望ましい。

（６）Ｓｉ：０．７質量％以下
合金の耐クリープ性（クリープラプチャ強度）を増し、耐熱性改善効果を有する。ただし、過剰な添加はＴｉ_５Ｓｉ_３等の金属間化合物の形成により、クリープラプチャ強度あるいは延性の低下を却って引き起こすため、添加量の上限を０．７質量％とする。他方、上記効果を顕著なものとするためには、０．０３質量％以上は添加することが望ましく、より望ましくは、０．０５〜０．５質量％の範囲で添加するのがよい。

（７）Ｐｄ及びＲｕの少なくともいずれか：合計で０．５質量％以下
合金の耐食性を改善する効果を有する。ただし、いずれも貴金属であり高価なことから、効果の飽和等も考慮して添加量の上限を０．５質量％とする。他方、上記効果を顕著なものとするためには、０．０２質量％以上は添加することが望ましい。

具体的な合金組成として、以下のようなものを例示できる（なお、組成に関しては、主成分元素であるＴｉを先頭に、副成分元素を、質量％の単位を省略した組成数値とともにハイフンで結合して記載する（例えば、Ｔｉ−６質量％Ａｌ−４質量％Ｖ合金は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖと記載する））。
(1)α型合金
Ｔｉ−５Ａｌ−２．５Ｓｎ、Ｔｉ−５．５Ａｌ−３．５Ｓｎ−３Ｚｒ−１Ｎｂ−０．３Ｍｏ−０．３Ｓｉ、Ｔｉ−２．５Ｃｕ
(2)ニアα型合金：Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ−０．１Ｓｉ、Ｔｉ−８Ａｌ−１Ｍｏ−１Ｖ、Ｔｉ−２．２５Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｚｒ−２Ｍｏ−０．２５Ｓｉ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｎｂ−１Ｔａ−０．８Ｍｏ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−１．５Ｚｒ−１Ｍｏ−０．３５Ｂｉ−０．１Ｓｉ、Ｔｉ−６Ａｌ−５Ｚｒ−０．５Ｍｏ−０．２Ｓｉ、Ｔｉ−５Ａｌ−６Ｓｎ−２Ｚｒ−１Ｍｏ−０．２５Ｓｉ
(3)α＋β型合金
Ｔｉ−８Ｍｎ、Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎ、Ｔｉ−７Ａｌ−４Ｍｏ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｚｒ−２Ｍｏ−２Ｃｒ−０．２５Ｓｉ、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ、Ｔｉ−４Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｍｏ−０．２Ｓｉ、Ｔｉ−４Ａｌ−４Ｓｎ−４Ｍｏ−０．２Ｓｉ、Ｔｉ−２．２５Ａｌ−１１Ｓｎ−４Ｍｏ−０．２Ｓｉ、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｚｒ−４Ｍｏ−４Ｃｒ、Ｔｉ−４．５Ａｌ−５Ｍｏ−１．５Ｃｒ、Ｔｉ−６Ａｌ−５Ｚｒ−４Ｍｏ−１Ｃｕ−０．２Ｓｉ、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｃｒ−１Ｆｅ
(4)β型合金
Ｔｉ−１３Ｖ−１１Ｃｒ−３Ａｌ、Ｔｉ−８Ｍｏ−８Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ、Ｔｉ−３Ａｌ−８Ｖ−６Ｃｒ−４Ｍｏ−４Ｚｒ、Ｔｉ−１１．５Ｍｏ−６Ｚｒ−４．５Ｓｎ、Ｔｉ−１１Ｖ−１１Ｚｒ−２Ａｌ−２Ｓｎ、Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ、Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌ、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ａｌ−３Ｓｎ、Ｔｉ−２２Ｖ−４Ａｌ、Ｔｉ−１５Ｖ−６Ｃｒ−４Ａｌ
(5)ニアβ型合金：Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ、
(6)耐食合金（溶接用としても使用できるが、溶射により耐食被覆層を形成したい場合に、特に有用である）
Ｔｉ−０．１５Ｐｄ、Ｔｉ−０．３Ｍｏ−０．８Ｎｉ、Ｔｉ−５Ｔａ

本発明の溶接用Ｔｉ系線材においてＴｉ系酸化膜は、Ｔｉ系金属線材を、酸素を含有した雰囲気中にて熱酸化処理することにより形成できる。酸素を含有した雰囲気としては、酸素含有窒素雰囲気（大気雰囲気を含む）あるいは酸素含有不活性ガス雰囲気のほか、水蒸気など、酸素化合物を含有した気体雰囲気を用いてもよい。必要十分な厚さのＴｉ系酸化膜を効率的に形成するには、酸素分圧が５〜２１×１０^３Ｐａの酸素含有雰囲気を用いるのがよく、処理温度は例えば５００〜８００℃に設定するのがよい。また、熱酸化処理以外に、電気化学的に表層を酸化する方法も採用可能である。具体的には、リン酸溶液中での陽極酸化法が有効である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の溶接用Ｔｉ系線材を用いてＭＩＧ溶接を行なう装置系の一例を示すものである。この装置３００は、母材として例えば純チタン製又はチタン合金製のエンジン用エキゾーストパイプＥＰのＭＩＧ溶接を行なうものとして例示しているが、本発明はもちろん、これに限定されるものではなく、例えば自動ＴＩＧ溶接等にも適用可能である。また、溶接用Ｔｉ系線材（以下、単に線材ともいう）は、ＴｉもしくはＴｉ合金（例えば、Ｔｉ−６％Ａｌ−４％Ｖ等）より構成される。リール５０から巻き出された線材３０１は、矯正ローラ３０３により線癖を矯正された後、送給ローラ３０２により可撓性を有するコンジットチューブ３０４内に導かれる。コンジットチューブ３０４の先端にはトーチ３０５が設けられ、コンジットチューブ３０４の後端側から導入されたアルゴン等の不活性ガスＩＧは、トーチ３０５の先端から被溶接部材であるエキゾーストパイプＥＰの溶接部位に吹き付けられてこれをガスシールドする。

トーチ３０５内には線材３０１の送りを許容した形でこれと導通する電極チップ３０６が設けられ、線材３０１の先端とエキゾーストパイプＥＰとの空隙に高圧を印加してアークＡＲを発生させる。線材３０１はこのアークの熱エネルギーにより溶融し、溶接部位に滴下されて溶接部ＷＭを形成する。なお、送給ローラ３０２は、線材３０１が溶融・消耗する速度に合わせてこれを連続的又は断続的にアークＡＲに向けて送給する。なお、溶接部ＷＭは、凝固直後は高温であり、すぐにシールドが破れると酸化が進行するので、溶接部ＷＭの上方を覆うアフターシールド用ジグ３０７と、同じく溶接部ＷＭの裏側を覆うバックシールド用ジグ３０８とが設けられている。

図２は、線材３０１の断面を模式的に示すものである。線材３０１は、線材本体３（酸素含有率が７質量％未満となる部分である）がＴｉ金属にて構成されている。線材本体３の酸素含有率ＷＯ_Ｍは０．０２質量％以上０．４質量％であり、線材本体とＴｉ系酸化膜とを合わせた線材全体の全酸素含有率ＷＯ_Ｔが０．１質量％以上０．５５質量％以下に調整されている。また、線材本体３の表面には、Ｔｉ系酸化膜２が０．３μｍ以上３０μｍ以下の厚さにて形成される。

本実施形態では、線径Ｄｗが０．６ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、線材長手方向の引張強度が、
Ｓmin＝−２３０Ｄ＋８５０ （単位：ＭＰａ）
Ｓmax＝−６２０Ｄ＋２０００ （単位：ＭＰａ）
にて表されるＳmin以上Ｓmax以下の範囲に、冷間加工により調整されている。また、Ｔｉ系酸化膜２の厚さは、より具体的な値としてＴｉ系酸化膜の厚さＴｗは０．７５μｍ以上１２μｍ以下（より望ましくは１μｍ以上５μｍ以下）に調整されている。また、Ｔｗ／Ｄｗは０．００１２５以上０．００６以下である。

上記のようなＴｉ系酸化膜２を有した線材３０１を用いることにより、アークの安定性が改善される。その理由は以下のように推察される。すなわち、線材３０１は、アーク発生時に表皮電流によって表層部から優先的に加熱され、温度的にも高温となる。その結果、表層部をなすＴｉ系酸化膜２中に局在化した酸素は、アーク溶融の初期段階で蒸発してシールドガス雰囲気中に流出し、酸素を含有したシールドガスを用いた場合と同様の状態となって、アークが安定化するものと考えられる。また、従来のように、シールドガス自体に相当量の酸素が導入されるのと異なり、アーク安定化に必要十分な量の酸素が、Ｔｉ系酸化膜からの蒸発により直接補われるため、シールドガスへの酸素添加に比べ、少量でも有効に作用し、結果として溶接部に取り込まれる酸素量も従来の方法と比較して減ずることかでき、溶接継手強度の向上を図ることができるようになる。また、アークは酸化物を指向する性質があり、規則的な酸化物形成により、安定した陰極点と陽極点とを形成するため、アークが安定化するという説もある。

線材本体３の酸素含有率ＷＯ_Ｍを０．０２質量％以上０．４質量％以下に規定することで、線材本体３の延性が確保され、送給時に断線等のトラブルを生じにくい。また、線材本体３とＴｉ系酸化膜２とを合わせた線材全体の全酸素含有率ＷＯ_Ｔを０．１質量％以上０．５５質量％以下に調整することで、該線材を用いて形成した溶接部の強度を向上できる。

Ｔｉ系酸化膜２が形成された線材表面の表面粗さは、最大高さをＲｙとして、１０μｍ以下にすることが、線材３０１のコンジットチューブ３０４内の送給性を向上させる観点において望ましい。そして、前記したような厚さ及び酸素濃度にてＴｉ系酸化膜２を形成することは、表面粗さがこのような数値に調整された線材表面を得る上でも当然に有利に作用する。また、上記表面粗さにおいては、算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下となっていることが望ましい。また、最大高さＲｙ及び算術平均粗さＲａの下限値については特に制限はなく、コストとの兼ね合いにより適宜設定される（本発明者らは、Ｒｙが少なくとも１．０μｍ程度まで、Ｒａが少なくとも０．１μｍ程度まで小さくできることを確認している）。なお、本明細書において表面粗さは、ＪＩＳ：Ｂ０６０１（２００１）に規定された方法により測定されたものを意味する。

線材３０１は、上記のようなＴｉ系酸化膜２の形成により、線材表面の動摩擦係数を大幅に低減できる。具体的には、表面を研磨した従来型のＴｉ線材の表面動摩擦係数は０．５〜０．６程度であるが、本発明の採用により、その動摩擦係数を、０．１以上０．４以下程度に軽減することができる。そして、線材３０１として一般に多用される線径Ｄｗは、０．６〜２．０ｍｍ程度の範囲であるが、このような線径Ｄｗを採用する場合、Ｔｉ系酸化膜２の形成により、具体的に達成可能な送給安定性のレベルとして、例えば、線材送給装置における反力を測定した送給反力測定プロファイルの平均振幅にて１５Ｎ以下を実現できる。送給反力をこのように小さくできることで、コンジットチューブ３０４内での線材３０１の詰まり等の発生を効果的に抑制することができる。

また、コンジットチューブ内３０４での線材３０１の挫屈を防止するためには、線材長手方向の引張強度が、前述のＳmin以上Ｓmax以下に調整されている必要がある。すなわち、長手方向の引張強度がＳmin未満では、線材３０１の剛性不足により送給時の座屈変形、ひいてはコンジットチューブ３０４（図１）の内部での線材詰まり等を招きやすくなる。一方、線材３０１の長手方向の引張強度がＳmaxを超えると、図１のごとく、自由に屈曲可能な可撓性のコンジットチューブ３０４内での線材のスムーズな送給が妨げられ、特に屈曲の大きい部位では、コンジットチューブ３０４の内面が齧られたりする不具合を生じやすくなる。

上記のような強度の線材３０１は、冷間伸線加工により製造することができる。以下、具体的に説明する。まず、Ｔｉインゴット（例えば工業用純チタン１種又は２種からなるもの）を原料素材として線材圧延後、脱スケールすることにより加工前線材３０１’を得る。前述のごとく、Ｔｉ系酸化膜を形成する前の加工前線材３０１’
（線材本体３となるべきＴｉ系素材である）の酸素含有率は、ＷＯmax−ΔＷＯ（質量％）以下、具体的には、ＷＯmax−０．０５質量％以下に調整されたものを使用する。

図３に示すように、この加工前線材３０１’は、ストランド状態で熱酸化処理炉４６内に連続的に搬送され、表面が酸化処理されて、Ｔｉ系酸化膜が形成される。酸化処理は、例えば酸素分圧が５〜２１×１０^３Ｐａの酸素含有雰囲気、例えば酸素含有窒素雰囲気（大気雰囲気を含む）が使用され、処理温度は５００℃〜８００℃（例えば７５０℃）に設定される。加工前線材３０１’の表面に形成するＴｉ系酸化膜の厚さは１μｍ以上５μｍ以下であり、該厚さを得るためには、上記処理温度に設定された酸化処理炉４１の加熱区間の、加工前線材３０１’の通過時間が１〜１０分間（例えば６分間）となるように、上記加熱区間の長さに応じて加工前線材３０１’の搬送速度が調整される。この熱処理により加工前線材は回復・再結晶により展延性が向上し、後工程の冷間伸線加工等が容易になる。本実施形態では、送り側ロール４７に巻かれた加工前線材３０１’を、モータ４８ｍにより受け側ロール４８によりコイル状に巻き取りつつ上記搬送を行なうようにしている。

Ｔｉ系酸化膜を形成後の加工前線材３０１’は、図４に示すように、潤滑剤槽２０内の、潤滑剤（粉末状）２１内を通過し、表面に潤滑剤が付与される。該潤滑剤は、次の伸線工程において伸線ダイスとの間に潤滑作用を付与し、伸線性を向上させる。なお、加工前線材３０１’に対する潤滑剤２１の付与は、図５に示すように、コイル状の線材を潤滑剤槽２０内に装入して行なうこともできる。

潤滑剤は、種々の金属セッケン類のほか、フッ化グラファイト、二硫化モリブデンなどを使用でき、２種以上のものを組み合わせて使用することもできる。線材表面には後述する洗浄を行っても微量の潤滑剤が残留することがあり、特に溶接用線材の場合には、潤滑剤成分混入による溶接継手強度の低下やばらつきなどにつながることもある。そこで潤滑剤は、線材を溶融させたときに分解ないし蒸発が進みやすく、溶接金属中への混入を生じにくいものを使用することがより望ましいといえる。この観点において特に望ましい潤滑剤は、ステアリン酸カルシウム及び水酸化カルシウムの少なくともいずれか主成分として含有するものである。また、二硫化モリブデンを主成分として含有するものも採用できる。

なお、加工前線材３０１’の表面に形成したＴｉ系酸化膜は平滑で摩擦係数も小さく、潤滑剤の付着性もそれほど良好でない。従って、加工前線材３０１’をそのまま潤滑剤粉末中に埋没させても、十分な量の潤滑剤を付着できないことがある。そこで、図７に示すように、散点状の凸部が一様に分散した形態を有する前処理皮膜４９を形成し、その状態で該加工前線材３０１’を潤滑剤粉末２１中にて長手方向へ移動させる方法を採用することが有効である。このようにすると、前処理皮膜４９の凸部にて潤滑剤粉末２１が連れ出されながら加工前線材３０１’の表面に付着し、潤滑剤粉末層３２１が形成される。前処理皮膜４９の凸部により潤滑剤粉末２１の引っ掛けによる連れ出し効果により、潤滑剤粉末量の付着量が大幅に増加し、また、凸部を線材表面に分散形成することで、潤滑剤粉末２１を線材表面に一様に付着させることができる。

前処理皮膜４９は、例えば前処理皮膜形成剤の溶液を加工前線材の表面に塗布し、これを乾燥させることにより、容易にかつ簡便に形成することができる。前処理皮膜形成剤としては、水溶性の金属硫酸塩、水溶性の金属炭酸塩、脂肪酸カルシウム及び水酸化カルシウムのいずれかを使用し、該前処理皮膜形成剤の水溶液を加工前線材の表面に塗布する方法を採用するとよい。上記の前処理皮膜形成剤は、線材を溶融させたときに分解ないし蒸発が進みやすく、溶接金属中への混入を生じにくい利点がある。

本実施形態では、Ｔｉ系金属線材を、酸素を含有した雰囲気中にて熱酸化処理することによりＴｉ系酸化膜を加工前線材３０１’の表面に形成しているが、これを利用して、前処理皮膜４９は次のような方法により形成することができる。すなわち、図３に示すように、該熱酸化処理後において昇温状態の加工前線材３０１’の表面に前処理皮膜形成剤の溶液を塗布し、該線材３０１’の余熱で該溶液の溶媒を蒸発させて前処理皮膜を形成する。この方法によると、Ｔｉ系酸化膜形成の熱履歴により線材３０１’は例えば５００℃以上８００℃以下の高温状態で溶液塗布されるので、その余熱により溶媒（水分）が速やかに蒸発し、図６に示すように、塗付装置１４７の下流側に乾燥装置を特に設けなくとも、前処理皮膜４９を均一に分散した形で簡便に形成できる。また溶媒の蒸発も速やかに進むので、線材表面に前処理皮膜４９を強固に密着させることができる。

この場合、図３に示すように、加工前線材３０１’の熱酸化処理炉４６の直後に前処理皮膜形成剤の溶液の塗付装置１４７（本実施形態では溶液の噴霧ノズルを加工前線材３０１’の周囲に複数個配置したものとして構成している）を設け、加工前線材３０１’を長手方向に（ストランド状で）搬送しつつ熱酸化処理炉４６内を通してＴｉ系酸化膜を形成し、引き続き該Ｔｉ系酸化膜形成後の加工前線材３０１’を塗付装置１４７に搬送して前処理皮膜形成剤の溶液を塗布するようにすれば、線材３０１’の温度が十分高いうちに溶液の塗布を行なうことができるので、前処理皮膜をより確実に形成することができる。塗布装置１４７は、皮膜形成剤の溶液中に加工前線材３０１’を浸漬する方式で代用してもよい。

前処理皮膜形成済みの加工前線材３０１’は、図３に示すように受け側ロール４８により巻き取られ、一時保管される。その後、ロール４８から加工前線材３０１’を繰り出しつつ、前処理皮膜形成済みの加工前線材３０１’を潤滑剤槽２０に供給し、図７に示す潤滑剤粉末層３２１を形成する。このとき、前述の水溶性の金属硫酸塩、水溶性の金属炭酸塩、脂肪酸カルシウム及び水酸化カルシウムなどからなる前処理皮膜形成剤は吸湿性が比較的高いので、加工前線材３０１’を予備乾燥炉４５にて予備乾燥した後、潤滑剤槽２０に供給すると潤滑性能向上が期待できる。

以上のようにして潤滑剤が付与された加工前線材３０１’は、ダイスホルダ３１と、該ダイスホルダ３１に固定された伸線ダイス３２（例えば超硬合金製のものである）とを有する冷間伸線装置３０に導入される。具体的には、加工前線材３０１’を、入口側よりも出口側が小径となるように断面がほぼ円錐状に形成された伸線ダイス３２にのダイス孔に挿通し、常温下で出口側から引っ張ることにより、伸線ダイス３２の出口の断面形状とほぼ同一断面を有する線材３０１が得られる。該線材３０１は、矯正部４９を経て線材スプール５０へ巻き取られ、前記したＭＩＧ溶接に使用される。

図８に示すように、加工前線材３０１’はＴｉ系酸化膜２’の表面に潤滑剤層３２１が形成され、その状態で伸線ダイス３２を用いて冷間伸線加工を施す。伸線ダイス３２のダイス孔３１ｈの孔径は、加工前線材３０１’の線径に応じ、冷間伸線加工の減面率が２０％以上７０％以下の範囲となるよう調整されている。該減面率は、Ｔｉ系酸化膜２の膜厚を考慮して、伸線後のクラックＣＫの面積率が２０％以下となるように設定される。加工前線材３０１’の表面に付与された潤滑剤３２１’は、伸線の断面縮小時にＴｉ系酸化膜２’にクラックＣＫが形成されると、そのクラックＣＫ内に潤滑剤が押し込まれる。クラック内に残留した潤滑剤は線材表面に残留しやすいので、後述のごとく、Ｔｉ系酸化膜２の剥離抑制を考慮しつつ洗浄液中への浸漬により十分除去する必要がある。

酸化熱処理により加工前線材３０１’の表面に形成されたＴｉ系酸化膜は、酸化時の体積膨張の影響などもあり、低密度で線材本体に対する密着力も低くなっていることが多い。しかし、上記のように冷間伸線加工を施すことにより、Ｔｉ系酸化膜２’は、伸線ダイス内にて線材縮径方向に圧縮されて高密度化し、かつ、金属からなる線材本体への食い込み効果により密着力が高められたＴｉ系酸化膜２となる。

図１２に示すごとく、加工前線材３０１’において、Ｔｉ系酸化膜２’は、延性が低いことに加え、下地となる線材本体３’との間の熱膨張係数の差も大きいため、Ｔｉ系酸化膜２’の厚さＴｗ’が過度に増加するし、具体的には５μｍを超えて大きくなっていると、膜中に相当量のクラック２ｃを生じていることも多い。このクラック２ｃは、潤滑剤を多量に保持するため、溶接部へ混入する不純物量が増加するという悪影響を及ぼすことがある。

一方、加工前線材３０１’のＴｉ系酸化膜２’の厚さＴｗ’が１μｍ未満に小さくなっていると、Ｔｉ系酸化膜２’による伸線加工時の潤滑効果への寄与が不足して、潤滑剤を塗付しても、得られる線材３０１の表面にダイスマークが深く刻まれ、線材表面の摩擦係数を悪化させる原因となる場合がある。Ｔｉ系酸化膜２’の厚さを１μｍ以上５μｍ以下とすれば、より平滑で均一なＴｉ系酸化膜２を形成することが可能となる。

前述のごとく、線材の引張強度は前述のＳmin以上Ｓmax以下に調整する必要がある。Ｔｉ系酸化膜２’の厚さは１μｍ以上５μｍ以下に調整され、加工前線材３０１’の線径は０．７ｍｍ以上２．５ｍｍ以下である。これを伸線により線径０．６ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の線材３０１を得ようとする場合、冷間伸線加工の減面率を２０％以上７０％以下に調整する。なお、１回の伸線で望みの線径まで減面できないときは、ダイス径が順次縮小する複数のダイスを用いて、複数回の伸線を繰り返せばよい。

Ｔｉ系酸化膜２’の厚を１μｍ以上５μｍ以下と小さくした場合、図１０に示すように、加工前線材３０１’の断面の真円度が悪いと、真円度がそれよりは良好なダイス孔３１ｈの内面と、加工前線材３０１’の外面との接触が不均一となる。その結果、線径が過剰となる領域はダイス孔３１ｈの内面から十分な圧縮力を受けて、Ｔｉ系酸化膜２へのクラックＣＫの形成も促進される。一方、線径が不足する領域では、ダイス孔３１ｈの内面から受ける圧縮力が不足して、Ｔｉ系酸化膜２へのクラックＣＫはあまり進まず、線材の表面肌が周方向で不均一となる。これはクラック部に残留する潤滑剤量にも影響を及ぼす。こうした不具合を防止するために、加工前線材３０１’が０．７ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であって円形断面を有するものであり、これに２０％以上の減面率で冷間伸線加工を施す場合、加工前線材３０１’の真円度を１０μｍ以下に調整することが望ましい。この場合、加工前線材３０１’は、例えば次のようにして真円度を高めることができる。すなわち、図１１に示すように、例えばロール孔型２０１ｇ，２０１ｇを有した圧延ロール２０１，２０１を用いて、加工能率の高い線材圧延により、伸線直前の線径まで減面する。そして、Ｔｉ系酸化膜の形成前に、矯正用ダイス２３１を用い、真円度を１０μｍ以下に調整するための矯正伸線加工（伸線加工の方が圧延よりも加工精度が高い）を施し、その後、Ｔｉ系酸化膜を形成すればよい。

図８に戻り、上記のごとく冷間伸線加工が終了した加工済み線材３０１は、クラックＣＫ内に潤滑剤２３１が残留しやすい。また、Ｔｉ系酸化膜２上にも多少の潤滑剤が残留する場合がある。そこで、図９に示すように、加工済み線材３０１を洗浄槽５６に導き、洗浄液５７中に加工済み線材３０１を浸漬して洗浄する（洗浄工程）。洗浄液としては、例えば前述の潤滑剤の主体をなす金属せっけん等に対し溶解性を有するアルカリ系洗浄液（例えば界面活性剤を主体とするもの）を使用できる。この洗浄により、クラックＣＫ以外の領域に付着した水溶性の前処理皮膜と潤滑剤とが除去できる。前処理皮膜形成剤として、水溶性の金属硫酸塩、水溶性の金属炭酸塩、脂肪酸カルシウム及び水酸化カルシウムを用いれば、上記の洗浄及び補助洗浄にて前処理皮膜形成剤を容易に溶解・除去することができ、処理後の線材表面への残留量も少なくできる。その結果、前処理皮膜形成剤からの残留酸素も少なくなり、線材全体の酸素含有率を規格上限値内に収めることがより容易になる。また、Ｔｉ系酸化膜の形成とは無関係な、炭素や水素などの不純物も、前処理皮膜形成剤の残留が減ることで減少し、線材全体の炭素含有率や水素含有率も規格上限値内に容易に収めることができる。なお、洗浄後は、下流側に設けられたエアー吹付け等による乾燥装置６５により洗浄後の線材３０１を乾燥する。

他方、潤滑剤については、上記洗浄により、クラックＣＫ以外の領域に付着したものは比較的容易に除去できるが、クラックＣＫの内部に保持されている潤滑剤は、洗浄のみで十分に除去することは困難な場合がある。そこで、洗浄工程後に、洗浄液にて湿潤した状態の加工済み線材３０１の表面を、線材よりも軟質の拭き取り媒体６２にて摩擦することにより、クラックＣＫ内に圧入された潤滑剤を拭き取り除去することが効果的である。この拭き取りにより、クラックＣＫからも潤滑剤が十分に除去され、線材３０１表面への潤滑剤残留量が大幅に減じられる。その結果、潤滑剤からの残留酸素が少なくなり、線材全体の酸素含有率を規格上限値内に収めることがより容易になる。また、Ｔｉ系酸化膜の形成とは無関係な、炭素や水素などの不純物も、潤滑剤の残留が減ることで減少し、線材全体の炭素含有率や水素含有率も規格上限値内に容易に収めることができる。この場合、拭き取り媒体６２の材質、押し付け圧力を適切に選定し、Ｔｉ系酸化膜の剥離を招いてはならない。

本実施形態では、洗浄槽５６の下流側に温水噴霧による補助洗浄槽５０を設け、さらに、洗浄槽５６及び補助洗浄槽５０を通過して搬送される線材３０１に対し、線材搬送を継続しつつこれに帯状の拭き取り媒体６２を当接させて線材表面の拭き取り処理を行なう拭取り装置６０を設けている。

図８に戻り、上記のようにしてクラックＣＫ内の残留潤滑剤を減少させることで、該線材を用いて形成される溶接部への不純物としての混入も抑制でき、該溶接部の強度や特性に悪影響を及ぼすことはない。潤滑剤の残留量は、線材１０ｋｇ当たり１ｇ以下、望ましくは０．５ｇ以下であるのがよい（ゼロｇを含む）。また、クラックの形成面積率は２０％以下に調整するのがよい。

なお、以上説明した実施形態では、図２に示すように線材３０１の全体をＴｉ金属にて構成していたが、図２に一点鎖線で示すように、線材３０１の表層部のみをＴｉ金属にて形成し、内部に別の金属層４を形成した複合線材とすることもできる。例えば、溶接部ないし溶射層をＴｉ合金製のものとしたいとき、その合金成分からなる金属層４（例えば、Ａｌ、Ｖ、Ａｌ−Ｖ合金など）を設けておき、溶融金属を形成する際に、外層部をなすＴｉ金属と合金化することができる。外層部がＴｉ系酸化膜２の形成されたＴｉ金属層とされることで、線材全体を単一合金層とする場合よりも、線材の送給安定性及びアーク安定性を良好に確保することができる。また、金属層４の代わりに、セラミック粉末を充填した線材を用いれば、金属−セラミック複合材料（例えば、サーメット）を溶射することもできる。さらに、溶射方法はアーク溶射に限定されるものではなく、線状の溶射材料を用いることが可能であれば、例えばフレーム溶射、レーザー溶射、ガス溶射、プラズマ溶射などを採用することもできる。これらの溶射方法においても、線材の送給を安定化させる効果は同様に達成され、均一な溶射層を形成することに寄与する。

以下、本発明の効果を確認するために行なった実験結果について説明する。
（実施例１）
まず、素材としてチタン線素材（ＪＩＳ：Ｈ４６７０（１９９３）に規定された工業用純チタン１種、ないしそれより若干酸素含有率の多い組成に相当：線径１．６ｍｍ、酸素含有率：０．０４〜０．２１質量％）を、窒素雰囲気（酸素分圧２１×１０^３Ｐａ）に維持された加熱炉で、５００〜８００℃にて１分〜６０分間加熱することにより酸素拡散を行なった。これらの素材に、既に詳述した方法により冷間伸線加工を施し、線径が１．０ｍｍであって、表１に示す種々の厚さのＴｉ系酸化膜を有する溶接用Ｔｉ系線材を得た（番号１〜４）。これらの線材につき、以下の測定及び評価を行なった。

（１）Ｔｉ系酸化膜の厚さＴｗ及び平均酸素濃度
線材の断面（ランダムに抜き出した１０箇所）を鏡面研磨し、ＥＰＭＡ（Electron
Probe Micro Analysis）により酸素濃度分布を面分析するとともに、酸素濃度が７％以上となる周縁領域をＴｉ系酸化膜として特定し、周方向及び線長方向の平均厚さとして算出した。また、線材本体部と線材全体の各酸素含有率も同じＥＰＭＡ分析結果に基づいて算出した。

（２）引張強さ
線材から長さ１００ｍｍの試験片を切り出し、インストロン型引張試験機を用いてクロスヘッド速度１．０ｍｍ／分にて引張を行い、応力−歪曲線を測定するとともに、その最大応力値を引張強さとして読み取った。

（３）動摩擦係数
バウデン−リーベン型摩擦試験機を用いて測定した。具体的には、線材試料を試料台上に取り付け、上から押圧用の鋼材を重ね、その鋼材を一定重量の分銅にて押圧しながら試料台を一定速度で移動させたときの摩擦力を、歪ゲージ式の荷重検出器により検出する。
（４）送給安定性評価
線材を図１のＭＩＧ溶接装置３００にセットして、線材送り速度７５ｍｍ／秒、電流９０Ａにて溶接を実施した。コンジットチューブ３０４の長さは３ｍとし、線材送給にトラブルなく溶接可能な場合に○（送給性良好）、溶接開始時に線材に座屈が発生した場合に×（送給性不安定）として判定した。

（５）アーク安定性評価
溶接時におけるアークの乱れを目視することでアーク安定性評価を行なった。溶接時に目視にてほとんど乱れずにアークが発生する場合に○（アーク安定）、他方、アークが安定点を求めて頻繁に乱れる状態の場合を×（アーク不安定）として判定した。

（６）継手の機械的特性（強度／伸び）評価
ＪＩＳ：Ｚ３１２１（１９９３）に従い１Ａ号試験片を作製し、継手の引張試験（ＪＩＳ：Ｚ２２４１）を行なうことで、その伸び評価を行った。評価は、溶接金属部にて破断を起すものは不良（×）、溶接熱影響部で破断を起すものは可（△）、母材又は境界位置で破断を起すものは良好（○）として行なった。

（７）製造性評価
減面率５０％で冷間伸線加工を各１０ｋｇ行い、伸線できたものを良好（○）、断線が生じたものを不良（×）として評価した。
以上の結果を表１に示す。

これによると、全体酸素量が０．１質量％以上０．５５質量％以下の範囲内で、継手の機械的特性と線材の製造性の双方ともに良好となることがわかる。

（実施例２）
素材として、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（酸素含有率：０．０６質量％）を用い、（６）の継手の機械的特性（強度／伸び）評価において、溶接対象となる母材を、酸素含有率が０．１０質量％のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金板材を用い、（７）の製造性評価において冷間伸線加工を減面率２５％で行った点を除き、他は同様の条件にて実施例１と同様の実験を行なった。以上の結果を表２に示す。

実施例１とほぼ同様の傾向の結果が得られていることがわかる。

本発明の適用対象となるＴｉのＭＩＧ溶接装置の概略を示す模式図。 本発明の溶接用Ｔｉ系線材の断面模式図。 本発明の溶接用Ｔｉ系線材の製造工程説明図。 図３に続く説明図 図４の別工程を示す説明図。 前処理皮膜の形成概念を説明する図。 前処理皮膜の効果説明図。 Ｔｉ系酸化膜の性状に伸線加工が及ぼす効果を説明する図。 伸線後の洗浄及び拭き取り工程の概念説明図。 加工前線材の断面真円度が潤滑剤分布に影響を与える様子を説明する図。 断面真円度を高めるための予備工程の説明図。 Ｔｉ系酸化膜を過度に厚く形成した場合の問題点を説明する図。 ＭＩＧ溶接装置の要部を示す模式図。

符号の説明

２ Ｔｉ系酸化膜
３ 線材本体部
２１ 潤滑剤
３０１ 溶接用Ｔｉ系線材

Claims (6)

1. 先端側から順次加熱溶融してＴｉ系金属からなる溶融金属を形成するための溶接用Ｔｉ系線材であって、線材本体がＴｉ系金属にて構成され、該線材本体の表面に自然酸化膜よりも厚いＴｉ系酸化膜が形成されてなり、
   前記線材本体の酸素含有率ＷＯ_Ｍが０．０２質量％以上０．４質量％であり、
   かつ、前記線材本体と前記Ｔｉ系酸化膜とを合わせた線材全体の全酸素含有率ＷＯ_Ｔが０．１質量％以上０．５５質量％以下に調整されたことを特徴とする溶接用Ｔｉ系線材。
2. 前記Ｔｉ系酸化膜の厚さが０．３μｍ以上３０μｍ以下である請求項１記載の溶接用Ｔｉ系線材。
3. 線径Ｄｗが０．６ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、線材長手方向の引張強度が、
   Ｓmin＝−２３０Ｄ＋８５０ （単位：ＭＰａ）
   Ｓmax＝−６２０Ｄ＋２０００ （単位：ＭＰａ）
   にて表されるＳmin以上Ｓmax以下の範囲にある請求項１又は請求項２に記載の溶接用Ｔｉ系線材。
4. 前記Ｔｉ系酸化膜の厚さＴｗが０．７５μｍ以上１２μｍ以下、Ｔｗ／Ｄｗが０．００１２５以上０．００６以下である請求項３に記載の溶接用Ｔｉ系線材。
5. 前記Ｔｉ系酸化膜の厚さＴｗが１μｍ以上５μｍ以下である請求項４記載の溶接用Ｔｉ系線材。
6. 線材表面の動摩擦係数が０．１以上０．４以下である請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の溶接用Ｔｉ系線材。
   

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