JP2008194716A

JP2008194716A - ガスシールドアーク溶接用銅めっきソリッドワイヤ

Info

Publication number: JP2008194716A
Application number: JP2007031456A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Tojo; 和弘東条; Kimihiro Tsuji; 公博辻
Original assignee: Nippon Steel and Sumikin Welding Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Priority date: 2007-02-13
Filing date: 2007-02-13
Publication date: 2008-08-28

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銅めっきソリッドワイヤを提供する。
【解決手段】ガスシールドアーク溶接用銅めっきソリッドワイヤにおいて、めっき厚さが０．３〜１．１μｍのワイヤ表面にワイヤ１０ｋｇ当たり常温で液体の潤滑油を０．３〜１．５gおよびカリウムを０．００４〜０．２５ｇ有し、金属粉および金属粉以外の固形分の付着量が合計で０．３０ｇ以下であることを特徴とする。また、ワイヤ表面にワイヤ１０ｋｇ当たり二硫化モリブデンを０．００５〜０．２５ｇ、リン脂質を０．００８〜０．１０ｇ含むことも特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスシールドアーク溶接用銅めっきソリッドワイヤに関し、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銅めっきソリッドワイヤに関する。

ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、全姿勢溶接が可能で、信頼性の高い溶接継手部が得られる。したがって、造船、建築、橋梁を主体とする大型構造物や自動車等の輸送機器の薄板鋼構造物製造に広く用いられている。

ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤを用いたアーク溶接作業は、ワイヤ供給装置の送給ローラにより、コンジットケーブル内部に内包された螺旋状に形成されたコンジットチューブとそれにつながる溶接トーチのチップから連続的にワイヤを送り出しながらシールドガスの雰囲気でアーク溶解する方法で使用される。また、コンジットケーブルは溶接作業を容易にするために６ｍ以上の長尺でかつ軟質の物が用いられ、ワイヤ供給装置から溶接部までの距離の調整や狭隘部の溶接をするために上下あるいは左右に曲げられたり、ループ状に巻きつけて長さを調整して使用されることが多い。

このような状況で使用された場合、ワイヤは螺旋状のコンジットチューブ内の表面と接触摩擦部が増えて送給抵抗が増し送給抵抗が大きくなり、ワイヤを円滑に送給することが困難となる。そのため、例えば特開２０００−３１７６７９号公報（特許文献１）には、ワイヤ表面に絶縁無機質粉末及び／または導電性無機質粉末が水溶性高分子と共に付着した技術の開示されている。また、特開２００５−１６９４１５号公報（特許文献２）には、Ｃｕメッキを施していないワイヤ表面に高級脂肪酸、アルカリ石鹸、金属石鹸、ＭｏＳ₂、黒鉛、ＢＮ、フッ化物、タルクおよびマイカのうち１種または２種以上からなる固形潤滑剤皮膜を有する炭酸ガスシールドアーク溶接用ワイヤの提案がある。

これらのワイヤを用いて溶接した場合、短期間の溶接においてはワイヤ送給性が優れ、アークも安定するが、長期間溶接をすると、これらのワイヤはワイヤ表面に銅めっきが施されてないので、チップがワイヤとの摩擦で消耗してアークが不安定になるとともに、ワイヤとコンジットチューブとの摩擦で固体潤滑剤および削られたコンジットチューブの金属粉がコンジットチューブ内に蓄積されワイヤの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。

一方、ワイヤ表面に銅めっきが施されているとチップ摩耗が少なくなりアークは安定する。さらに、ワイヤ送給性を改善する技術として、例えば、特開平８−２２９６９７号公報（特許文献３）には、ワイヤ表面に二硫化モリブデン、二硫化タングステンおよび四弗化エチレンの１種または２種以上、脂肪酸、脂肪酸の１価または２価アルコールのエステルまたは石油ろうの１種または２種以上を適量塗布したガスシールドアーク溶接用ワイヤの提案がある。また、特開２００３−２２５７９４号公報（特許文献４）には、ワイヤ表面下層部にＭｏＳ₂、ＢＮ、ワックス、Ｋ化合物および銅粉からなる固形潤滑剤、ワイヤ表面上層部に潤滑油を塗布したガスシールドアーク溶接用ワイヤの提案がある。

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、ワイヤとコンジットチューブ内の摩擦によってワイヤ表面の潤滑剤およびワイヤ製造時に付着した銅粉や鉄粉がコンジットチューブ内に蓄積され送給抵抗が非常に大きくなり、アークが不安定になるって、ついにはアーク切れするという問題が生じて満足できるものではない。
特開２０００−３１７６７９号公報特開２００５−１６９４１５号公報特開平８−２２９６９７号公報特開２００３−２２５７９４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銅めっきソリッドワイヤを提供することを目的とする。

本発明の要旨は、ガスシールドアーク溶接用銅めっきソリッドワイヤにおいて、めっき厚さが０．３〜１．１μｍのワイヤ表面にワイヤ１０ｋｇ当たり常温で液体の潤滑油を０．３〜１．５ｇおよびカリウムを０．００４〜０．２５ｇ有し、金属粉および金属粉以外の固形分の付着量が合計で０．３０ｇ以下であることを特徴とする。また、ワイヤ表面にワイヤ１０ｋｇ当たり二硫化モリブデンを０．００５〜０．２５ｇ、リン脂質を０．００８〜０．１０ｇ有することも特徴とするガスシールドアーク溶接用銅めっきソリッドワイヤにある。

本発明のガスシールドアーク溶接用銅めっきソリッドワイヤによれば、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施し、浄化したワイヤ表面に常温で液体である潤滑油およびカリウム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。
さらに、ワイヤ表面に前記潤滑油およびカリウムとともに二硫化モリブデンおよびリン脂質を有することによって、ワイヤ送給性がさらに向上することも見出した。

ワイヤ表面の銅めっき厚さは、０．３〜１．１μｍとする。ワイヤ表面の銅めっきは、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少なく安定したアークを持続させるとともに防錆性向上の効果も有する。銅めっき厚さが０．３μｍ未満であると、チップ摩耗量が大きくなってアークが不安定となる。一方、銅めっき厚さが１．１μｍを超えると、溶接時にワイヤ表面とコンジットチューブとの接触によって削られた銅めっきがコンジットチューブ内に蓄積されて長時間溶接していると送給抵抗が非常に大きくなりアークが不安定となって、ついにはアーク切れが生じるようになる。

次に、ワイヤ表面に塗布する潤滑剤は、ワイヤ１０ｋｇ当たり常温で液体である潤滑油を０．３〜１．５g（以下、ｇ／１０ｋｇＷという。）とする。
常温で液体である潤滑油は、ワイヤ表面に皮膜を有し、ワイヤ送給時にワイヤ送給性を向上させる。潤滑油が０．３ｇ／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、１．５ｇ／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。

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。

ワイヤ表面にカリウムを０．００４〜０．２５ｇ／１０ｋｇＷ含むことによって、溶滴が微粒になりスパッタ発生量が少なくなるとともに極めてアークが安定する。また、前述の如くワイヤ表面の銅めっきは長時間溶接においてもチップ摩耗を少なくするが、チップ摩耗が少しでも進むとワイヤ表面との通電性が不良となりアークがやや不安定となる。しかし、ワイヤ表面にカリウムを塗布することによって、チップが多少摩耗してもチップとワイヤとの通電性を良好にしアークが安定する。ワイヤ表面のカリウムが０．００４ｇ／１０ｋｇＷ未満ではその効果が発揮されず、０．２５ｇ／１０ｋｇＷを超えると小粒のスパッタ発生量が多くなる。なお、カリウムは、ステアリン酸カリウム、炭酸カリウム、クエン酸カリウム等の化合物または潤滑油中にイオン化したカリウムを添加したもの用いることができる。

ワイヤ表面の銅めっきは、前述のようにチップ先端での通電性を良好にし、チップ摩耗が少なく、さらに防錆性向上という効果がある。しかし、ワイヤ表面への銅めっきはワイヤ素線径（２．５〜３．５ｍｍ程度）で施された後に仕上げ伸線で製品径まで縮径されるが、この過程で銅めっきが剥がれワイヤ表面に多量付着する。また、同時にワイヤ表層部の鉄も削られてワイヤ表面に付着する。これらワイヤ表面に付着した金属粉は、コンジットチューブ内に蓄積されて長時間溶接していると送給抵抗が非常に大きくなりアークが不安定となって、ついにはアーク切れが生じるようになる。

さらに、銅粉や鉄粉などの金属粉以外に、ワイヤ表面には残留した固形伸線潤滑剤や湿式伸線潤滑剤中の汚れ、ほこり等が付着してコンジットチューブ内に蓄積されて長時間溶接していると送給抵抗が大きくなりアークが不安定となる。しかし、金属粉および金属粉以外の固形分（以下、固形不純物という。）の付着量の合計が０．３０ｇ／１０ｋｇＷ以下であると、コンジットチューブ内への蓄積量が少なくなり、コンジットチューブが摩耗して交換するまで送給抵抗を大きくすることがない。なお、固形不純物には、カリウムおよび後述の二硫化モリブデンは含まない。

さらに、ワイヤ表面に二硫化モリブデンを有することによって、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さらに良好にする。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０．２５ｇ／１０ｋｇＷを超えると、スパッタ発生量が多くなる。

なお、二硫化モリブデンはコンジットチューブとの接触により長時間溶接しているとコンジットチューブ内に少量蓄積されるが、この蓄積された二硫化モリブデンは送給抵抗を小さくする働きをする。また、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。

また、リン脂質をワイヤ表面に有することによって、常温で液体である潤滑油と共存して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０．１０ｇ／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。

本発明のガスシールドアーク溶接用銅めっきソリッドワイヤの製造方法は、ソリッドワイヤ素線のワイヤ表面に銅めっきを施したのち、製品径まで仕上げ伸線して、ワイヤ表面を例えば洗浄や機械的に浄化し、常温で液体である潤滑油とカリウムまたは潤滑油、カリウム、二硫化モリブデンおよびリン脂質をワイヤ表面に塗布してスプール巻きまたはペールパック入りワイヤとする。

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の銅めっきを施したソリッドワイヤ（ＪＩＳＺ３３１２ＹＧＷ１２）のワイヤ表面を浄化の程度およびワイヤ表面への潤滑油などの塗布量を変えて試作してスプール巻きワイヤとした。なお、二硫化モリブデンの粒径は０．６μｍ以下のものを用いた。

各試作ワイヤにつきワイヤ送給性、アークの安定性、チップ摩耗量、スパッタ発生量およびコンジットチューブ内の二硫化モリブデン、金属粉および固形不純物などの蓄積状態を調査した。

ワイヤ送給性およびチップ摩耗量の評価は、図１に示す装置を用いて行った。図１において送給機１にセットされたスプール巻きワイヤ２は、送給ローラ３により引き出され、コンジットケーブル４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５からチップ６まで送給される。そしてチップ６と鋼板７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４は６ｍ長さで、送給抵抗を与えるために１５０ｍｍ径のループを２つ形成した屈曲８を設けた。送給機１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９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１０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１２０分溶接し、溶接開始後１００分から溶接終了までの２０分間アークの安定性、スリップ率ＳＬおよび送給抵抗Ｒを測定した。スリップ率ＳＬが平均で１０％以下、送給抵抗Ｒが平均で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０．１５ｍｍ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。また、スパッタ発生量測定後、コンジットチューブのループ部を切断して、潤滑剤、金属粉および固形不純物の蓄積状態を観察した。それらの結果を表３にまとめて示す。

表１および表３中、ワイヤＮo.１〜１０が本発明例、ワイヤＮo.１１〜１７は比較例である。

本発明例であるワイヤＮo.１〜１０は、ワイヤ表面に適量の銅めっき厚さを有し、ワイヤ表面の潤滑油量およびカリウム量が適正で、銅粉、鉄粉および固形不純物の合計量が少ないのでスリップ率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、アークが安定しており溶接作業性が良好で、コンジットチューブ内への蓄積量が少ないなど極めて満足な結果であった。なお、二硫化モリブデンおよびリン脂質を含まないワイヤＮo.１とワイヤＮo.４は、送給抵抗Ｒがやや高くなった。

比較例中ワイヤＮo.１１は、めっき厚さが厚いので、送給抵抗Ｒが高くなってアークが不安定となった。また、コンジットチューブ内への蓄積量が多かった。さらに、リン脂質量が多いので、スパッタ発生量も多かった。ワイヤＮo.１２は、めっき厚さが薄いので、チップが摩耗してアークが不安定になった。また、二硫化モリブデン量が多いので、スパッタ発生量も多かった。

ワイヤＮo.１３は、潤滑油量が多いので、スリップ率ＳＬが高くアークが不安定になった。ワイヤＮo.１４は、潤滑油量が少ないので、送給抵抗Ｒが高くなってアークが不安定となった。ワイヤＮo.１５は、カリウム量が多いので、スパッタ発生量が多かった。また、二硫化モリブデン量が少ないので、送給抵抗Ｒがやや高くなった。

ワイヤＮo.１６は、カリウム量がないので、アークがやや不安定であった。また、リン脂質を含まないので、送給抵抗Ｒもやや高くなった。ワイヤＮo.１７は、銅粉、鉄粉および固形不純物の合計量が多いので、送給抵抗Ｒが高くアークも不安定になった。また、コンジットチューブ内への蓄積量が多かった。

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送給機
２スプール巻きワイヤ
３送給ローラ
４コンジットケーブル
５トーチ
６チップ
７鋼板
８コンジットケーブルの屈曲部
９ワイヤの実速度検出器
１０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

ガスシールドアーク溶接用銅めっきソリッドワイヤにおいて、めっき厚さが０．３〜１．１μｍのワイヤ表面にワイヤ１０ｋｇ当たり常温で液体の潤滑油を０．３〜１．５ｇおよびカリウムを０．００４〜０．２５ｇ有し、金属粉および金属粉以外の固形分の付着量が合計で０．３０ｇ以下であることを特徴とするガスシールドアーク溶接用銅めっきソリッドワイヤ。
ワイヤ表面にワイヤ１０ｋｇ当たり二硫化モリブデンを０．００５〜０．２５ｇ、リン脂質を０．００８〜０．１０ｇさらに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銅めっきソリッドワイヤ。