JP2006102794A - ガスシールドアーク溶接用フラックス入り銅めっきワイヤ - 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長時間溶接する場合においても、ワイヤ送給性が良好で、かつ、チップの摩耗が少なくアークが安定なガスシールドアーク溶接用フラックス入り銅めっきワイヤを提供する。
【解決手段】 鋼製外皮にフラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラックス入り銅めっきワイヤにおいて、ワイヤ表面長手方向に対して３０°方向を測定した表面粗さの算術平均粗さＲａが０．０４〜０．１２μｍ、かつ、ワイヤ表面にワイヤ１０ｋｇ当たり二硫化モリブデンを０．００５〜０．５０ｇ、リン脂質を０．００８〜０．１５ｇ含み残部は常温で液体の潤滑油からなる潤滑剤を合計で０．５〜２．５ｇ有することを特徴とする。また、二硫化モリブデンの粒径が１．０μｍ以下であることも特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガスシールドアーク溶接用フラックス入り銅めっきワイヤに関し、特に軟質で長尺のコンジットケーブルを使用して長時間溶接する場合においても、ワイヤ送給性が良好で、かつ、チップの摩耗が少なくアークが安定なガスシールドアーク溶接用フラックス入り銅めっきワイヤに関する。

一般にガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、図１（ａ）、（ｂ）に示すように鋼製外皮１内にフラックス２を充填し、合わせ目３を有する断面構造のシームタイプのフラックス入りワイヤと図１（ｃ）に示す断面構造のシームレスタイプのフラックス入りワイヤの細径（０．８〜１．６ｍｍ）が多く使用されている。

図１（ａ）、（ｂ）のシームタイプのフラックス入りワイヤは、合わせ目３を有することから、ワイヤ表面に銅めっきを施すことができず、また湿式伸線で縮径することができない。したがって、潤滑剤として金属石鹸等を用い乾式伸線で縮径した後ワイヤ表面の潤滑剤を除去する工程（ベーキング処理）が必要で、銅めっき処理工程は省略できるものの煩雑な作業を要する。

前記ベーキング処理なしで十分な溶接作業性を得る技術として、たとえば特開平５−２３７３１号公報（特許文献１）に、ポリ四弗化エチレン、二硫化モリブデン、グラファイト、マイカ、セリサイトおよびタルクを適量含む固体潤滑剤で乾式伸線し、ワイヤ表面に前記潤滑剤を適量付着するフラックス入りワイヤが開示されている。

しかし、前述のフラックス入りワイヤを用いて溶接した場合、コンジットケーブルの内包されたコンジットチューブ内の摩擦によってワイヤ表面の固体潤滑剤が剥がれ、長時間溶接しているとコンジットチューブ内に固体潤滑剤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。また、ワイヤ表面に銅めっきが施されてなく、乾式伸線で縮径しているのでワイヤ表面の粗さが大きいので、チップがワイヤとの摩擦で消耗しさらにアークが不安定になる。

一方、図１（ｃ）に示すシームレスタイプのフラックス入りワイヤは、ワイヤ表面に銅めっきが施されているのでチップ摩耗が少なくアークが安定する。前記銅めっきを有するワイヤの送給性を良好とするために、例えば特開昭６１−２７１９８号公報（特許文献２）にワイヤ表面に平均粒径５０〜７５０μｍのショットを用いて凹部を付与、特開平８−９９１８８号公報（特許文献３）にはワイヤ表面に凹部および縦溝を有し、さらに特開平１０−２４９５７６号公報（特許文献４）には、ワイヤ表面粗度Ｒａを０．１〜０．３μｍとし、いずれもワイヤ表面の凹部に固体潤滑剤や液体潤滑剤を保有する技術が開示されている。

しかし、前述の銅めっきワイヤを用いて長時間溶接した場合、コンジットチューブ内の摩擦によってワイヤ表面凹部の角の銅めっきが剥がれ、長時間溶接しているとコンジットチューブ内に銅くずが固体潤滑剤とともに蓄積され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が生じて満足できるものではない。

特開平５−２３７３１号公報 特開昭６１−２７１９８号公報 特開平８−９９１８８号公報 特開平１０−２４９５７６号公報

本発明は、軟質で長尺のコンジットケーブルを使用して長時間溶接する場合においても、ワイヤ送給性が良好で、かつ、チップの摩耗が少なくアークが安定なガスシールドアーク溶接用フラックス入り銅めっきワイヤを提供することを目的とする。

本発明の要旨は、鋼製外皮にフラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラックス入り銅めっきワイヤにおいて、ワイヤ表面長手方向に対して３０°方向を測定した表面粗さの算術平均粗さＲａが０．０４〜０．１２μｍ、かつ、ワイヤ表面にワイヤ１０ｋｇ当たり二硫化モリブデンを０．００５〜０．５０ｇ、リン脂質を０．００８〜０．１５ｇ含み残部は常温で液体の潤滑油からなる潤滑剤を合計で０．５〜２．５ｇ有することを特徴とする。また、二硫化モリブデンの粒径が１．０μｍ以下であることも特徴とするガスシールドアーク溶接用フラックス入り銅めっきワイヤにある。

本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入り銅めっきワイヤによれば、軟質で長尺のコンジットケーブルを使用して長時間溶接する場合においても、ワイヤ送給性が良好で、かつ、チップの摩耗およびスパッタ発生量が少なくアークが安定した溶接が可能となる。

本発明者らは、前記課題を解決するために溶接用ワイヤ表面状態およびワイヤ表面に塗布する送給潤滑剤について種々検討した。その結果、ワイヤ表面に銅めっきを有し表面粗さの限定と均一に微粒の二硫化モリブデンおよび常温で液体である潤滑油を適量塗布することによって、軟質で長尺のコンジットケーブルを使用して長時間溶接する場合においてもワイヤ送給性が良好で、チップ摩耗も極めて少なくなり安定したアークが得られることを見出した。

ワイヤ表面の銅めっきは、コンジットチューブ内での摩擦抵抗を低減するとともにチップ先端での通電性を良好にしアークを安定させる。さらに、長時間溶接してもチップ摩耗が極めて少なく安定したアークを持続させることができる。しかし、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４で規定されるワイヤ表面長手方向に対して３０°方向を測定した表面粗さの算出平均粗さＲａが０．１２μｍを超えると、コンジットチューブ内の摩擦によってワイヤ表面の銅めっきが剥がれ、長時間溶接しているとコンジットチューブ内に銅くずが蓄積され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。また、長時間溶接でチップの摩耗量が多くなってアークが不安定となる。

銅めっきは通電性、潤滑性およびチップの耐摩耗性を向上させるとともに防錆性向上の効果も有する。めっき厚は、０．３〜１．２μｍ程度が好ましい。
なお、ワイヤ表面長手方向に対して３０°方向を測定した表面粗さの算出平均粗さＲａが０．０４μｍ未満であると、銅めっきの剥離は生じないがワイヤ送給装置の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。

次に、ワイヤ表面に塗布する潤滑剤は、ワイヤ１０ｋｇ当たり二硫化モリブデンを０．００５〜０．５０ｇ、リン脂質を０．００８〜０．１５ｇ含み残部は常温で液体である潤滑油からなる潤滑剤を合計で０．５〜２．５ｇ（以下、ｇ／１０ｋｇＷという。）とする。二硫化モリブデンは、コンジットチューブ内で送給抵抗を抑制してワイヤ送給性を良好にする。二硫化モリブデンが０．００５ｇ／１０ｋｇＷ未満であると、コンジットチューブ内で送給抵抗が大きくなりワイヤ送給性が不良となる。逆に、二硫化モリブデンが０．５０ｇ／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。

なお、二硫化モリブデンの粒径は１．０μｍ以下であることが送給抵抗を低減してワイヤ送給性を良好にするので好ましい。
リン脂質は、後述する常温で液体であ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を有する。リン脂質が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、コンジットチューブ内で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。逆に、リン脂質が０．１５ｇ／１０ｋｇＷを超えると、スパッタ発生量が多くなる。

本発明にいうリン脂質とは、レシチン（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脂質を９５％程度含有する粉末状のもの、リン脂質を約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。

潤滑剤中の常温で液体である潤滑油は、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。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、リン脂質および常温で液体である潤滑油の合計で０．５〜２．５ｇ／１０ｋｇＷとする。潤滑剤の合計量が０．５ｇ／１０ｋｇＷ未満であると、コンジットチューブ内で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。

本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入り銅めっきワイヤは、例えば特公平４−７２６４０号公報に記載のフラックス入りワイヤの製造方法でシームレスワイヤ素線を製造した後、ワイヤ表面にめっきを施し湿式伸線で縮径して縮径率をコントロールして目的のワイヤ表面粗さとし、仕上げ伸線または仕上げ伸線後に送給潤滑剤をワイヤ表面に塗布して製造する。

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のシームレスフラックス入りワイヤ（ＪＩＳ Ｚ３３１３ ＹＦＷ−Ｃ５０ＤＲ、フラックス充填率１３％）の表面状態および潤滑剤塗布量を変えて試作してスプール巻きワイヤとした。

各試作ワイヤにつきワイヤ送給性、チップ摩耗量およびスパッタ発生量を調査した。ワイヤ送給性およびチップ摩耗量の評価は、図２に示す装置を用いて行った。図２において送給機４にセットされたスプール巻きワイヤ５は、送給ローラ６により引き出され、コンジットケーブル７に内包されたコンジットチューブを経てその先端のトーチ８からチップ９まで送給される。そしてチップ９と鋼板１０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７は６ｍ長さで、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１１を設けた。送給機４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）およびワイヤの実速度Ｖｗ検出器１２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、送給ローラ部分に設けられたロードセル１３によりワイヤ送給時にワイヤがコンジットチューブから受ける反力を送給抵抗Ｒとして検出した。溶接は試作ワイヤ毎に新しいコンジットチューブを用いて表２に示す溶接条件で４５分溶接し、溶接開始後１５分から溶接終了までの３０分間スリップ率ＳＬと送給抵抗Ｒを測定して平均値を求めた。スリップ率ＳＬが１０％以下で送給抵抗Ｒが６ｋｇｆ以下の場合にワイヤ送給性良好と判定した。また、チップの摩耗量は、試作ワイヤ毎に新しいチップ（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０．０５ｍｍ以下を良好として評価した。

スパッタ発生量は、上記ワイヤ送給性およびチップ摩耗性の試験終了後、コンジットチューブおよびチップを交換せずに銅製の捕集箱を用いて、ビードオンプレート溶接により表２に示す溶接条件で５回溶接（１回の溶接時間１．５ｍｉｎ）して捕集したスパッタを１分間の発生量に換算した。スパッタ発生量は１ｇ／ｍｉｎ以下でアークが安定して作業性が良好である。それらの結果を表１にまとめて示す。

表１中、ワイヤＮo.１〜８が本発明例、ワイヤＮo.９〜１７は比較例である。本発明例であるワイヤＮo.１〜８は、銅めっきを有し、ワイヤ表面長手方向に対して３０°方向を測定した表面粗さの算術平均粗さＲａが適正で、ワイヤ表面の潤滑剤である二硫化モリブデン、リン脂質の付着量および潤滑油を含む潤滑剤の合計量と二硫化モリブデンの粒径が適正であるので、スリップ率ＳＬおよび送給抵抗Ｒが低くワイヤ送給性が良好で、チップ摩耗量およびスパッタ発生量も少なく溶接作業性が良好であるなど極めて満足な結果であった。

比較例中ワイヤＮo.９は、ワイヤ表面長手方向に対して３０°方向を測定した表面粗さの算術平均粗さＲａが低いので、ワイヤ送給装置の送給ローラ部でワイヤがスリップしてスリップ率ＳＬが高くなってアークが不安定であった。
ワイヤＮo.１０は、ワイヤ表面長手方向に対して３０°方向を測定した表面粗さの算術平均粗さＲａが高いので、コンジットチューブ内の摩擦によってワイヤ表面の銅めっきが剥がれ、コンジットチューブ内に銅くずが蓄積され送給抵抗Ｒが大きくワイヤ送給性が悪くなった。また、チップの摩耗量が多くアークが不安定となった。

ワイヤＮo.１１は二硫化モリブデンが少なく、ワイヤＮo.１３はリン脂質（レシチン）が少なく、またワイヤＮo.１５は潤滑剤合計量が少ないので、いずれも送給抵抗Ｒが大きくワイヤ送給性が悪くなってアークが不安定となった。
ワイヤＮo.１２は二硫化モリブデンが多く、またワイヤＮo.１４はリン脂質（レシチン）が多いので、いずれもスパッタ発生量が多くなった。

ワイヤＮo.１６は、潤滑剤合計量が多いので、スリップ率ＳＬが高くなった。また二硫化モリブデンの粒径が大きいので、送給抵抗Ｒが大きくワイヤ送給性が悪くなってアークが不安定となった。
ワイヤＮo.１７は、ワイヤ表面に銅めっきが施されてないので、ワイヤ送給抵抗Ｒが大きく、チップ摩耗量も多くアークが不安定であった。

フラックス入りワイヤの断面構造例を示した模式図である。 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 鋼製外皮部
２ フラックス
３ 鋼製外皮部の合わせ目
４ 送給機
５ スプール巻きワイヤ
６ 送給ローラ
７ コンジットケーブル
８ トーチ
９ チップ
１０ 鋼板
１１ コンジットケーブルの屈曲部
１２ ワイヤの実速度検出器
１３ 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. 鋼製外皮にフラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラックス入り銅めっきワイヤにおいて、ワイヤ表面長手方向に対して３０°方向を測定した表面粗さの算術平均粗さＲａが０．０４〜０．１２μｍ、かつ、ワイヤ表面にワイヤ１０ｋｇ当たり二硫化モリブデンを０．００５〜０．５０ｇ、リン脂質を０．００８〜０．１５ｇ含み残部は常温で液体の潤滑油からなる潤滑剤を合計で０．５〜２．５ｇ有することを特徴とするガスシールドアーク溶接用フラックス入り銅めっきワイヤ。
2. 二硫化モリブデンの粒径が１．０μｍ以下であ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フラックス入り銅めっきワイヤ。

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