JP2501567B2 - 溶接用鋼ワイヤおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自動溶接あるいは半自動溶接として使用さ
れているガスシールドアーク溶接法に使用されるソリッ
ドワイヤ及びその製造方法に関する。

［従来の技術］ ガスシールドアーク溶接法は、溶着速度が速く能率的
で、様々な溶接姿勢に適用でき、またその溶接機が小型
で操作性が良く、溶接金属の機械的性能も良好なため、
汎用性の高い溶接法として一般に使用されている。

このガスシールドアーク溶接法に使用されるソリッド
ワイヤに要求される性能としては、溶接ビードの外観、
形状、溶接金属の機械的性能、そしてアークの安定性等
に与える影響に関するものが挙げられる。

従来、上述の性能を上げるために、ワイヤ中の合金成
分量の調整、ワイヤ自身の物理的な性能である引張強
さ、キャスト、ピッチの調整、更にワイヤ表面状態を清
浄にし、銅メッキされる場合にはメッキ品質の向上等の
面から改善が進められている。

また積極的にアーク安定性を向上する試みとして、ワ
イヤ表面にアーク安定性を高める物質（例えばイオン化
電位電圧の低い物質、即ちCs（セシウム）,Na（ナトリ
ウム）,K（カリウム）,Li（リチウム）等、およびそれ
らの化合物。）を付着させたワイヤも提案されている
（特開昭58-3797号等）。

通常アーク溶接用フラックス入りワイヤには、フラッ
クス中に前述の化合物がアーク安定剤として配合されて
おり、特開昭58-3797号のワイヤは同様の効果をソリッ
ドワイヤに利用しようと試みたものである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、本発明者らが従来例にもとづいてアー
ク安定剤をワイヤ表面に付着させたワイヤについて試験
した結果、従来例では良好な溶接結果が得られる溶接条
件範囲が限定され、ガスシールドアーク溶接法の特徴で
ある汎用性が得られない。またこのワイヤは表面の化合
物が脱落を生じ易く、付着量の変動によりアーク安定性
が阻害されたり、脱落物によりワイヤ送給性を阻害する
等の欠点があった。

本発明は、特開昭58-3797号の従来の発明について更
に改善をはかったもので、広範な溶接条件の下で、アー
ク安定性が良好で、スパッターが少なく、かつワイヤ送
給性の良好なワイヤの提供を第１の目的とする。また、
本発明は、上記ワイヤを得ることのできる製造方法即ち
カリ化合物がワイヤ表面に必要量均一に付着され、且つ
送給時にも付着したカリ化合物が脱落しにくいワイヤの
製造方法の提供を第２の目的とする。

［問題点を解決するための手段］ かかる目的を達成するため、本発明の溶接用鋼ワイヤ
は、任意のワイヤ断面において、表面に下記式をみたす
溝を有するワイヤの表面にカリ化合物をＫ換算でワイヤ
全重量あたり１〜8ppm付着させたことを特徴とする。

但し溝の深さおよび幅はワイヤ軸心方向に直交する断
面での値を示す。

また本発明の溶接鋼用ワイヤは、カリ化合物としてス
テアリン酸カリおよび／または炭酸カリを用いてなるこ
とを特徴とする。

本発明の第２の目的を達成するためにの本発明の溶接
鋼用ワイヤの製造方法は、溶接用鋼ワイヤの製造におい
てステアリン酸カリおよび／または炭酸カリを主体とし
た潤滑剤を用いて、少なくとも１回以上乾式伸線して溝
を形成した後、引き続き油式スキンパスを少なくとも１
回実施し、製品径まで加工することを特徴とする。

また、本発明の溶接用鋼ワイヤの製造方法は、溝を形
成する乾式伸線に先だち銅メッキを施してなることを特
徴とする。

本発明者等は、アーク安定性が良好でスパッターが少
なく且つワイヤ送給付性が良好なワイヤを得るために種
々検討した結果、ワイヤ表面に所定量のカリ化合物を付
着させ、且つワイヤ表面には微細な溝を形成することに
より達成できることを知見し、本発明を完成させるに至
った。

カリ化合物をワイヤ表面に付着させるにあったては、
化合物が脱落すると、溶接作業性が不安定になると共
に、脱落した化合物が、コンジットケーブル等のワイヤ
送給経路に堆積し、ワイヤ送給速度の安定性をも阻害す
ることから、通常の取扱いによっても容易に脱落しない
ように強固に付着させる必要がある。

化合物即ちイオン化電位電圧の低い物質をワイヤ表面
に付着させるに際しては、ワイヤ表面に微細な溝を形成
し、ワイヤと化合物との機械的付着力を増加さえて溝中
に強固に付着、保持させることにより、連続使用時にお
けるワイヤ表面からの脱落を防止し、安定した溶接作業
性を得られるようにした。

またワイヤ表面に付着させるカリの量について検討し
た結果、広範囲な溶接条件下でも良好な溶接作業性が得
られるのは、ワイヤ全体としてカリ量換算で１−8ppmで
あることを見出した。尚、このアーク安定性の向上に使
用する化合物として、入手の容易さ、価格の手頃さ、ま
た工業用原料としての品質の化合物を使用しても良好な
特性を得られること等を考慮して、ステアリン酸カリお
よび／または炭酸カリを使用することが望ましい。

ここでいうステアリン酸カリとは、その原料として、
容易に入手できる工業用ステアリン酸を、ケン化するこ
とにより得られるものをいう。

この工業的に生産されるステアリン酸には原料油脂に
含まれる相当量のパルミチン酸やオレイン酸が含まれ
る。

また本発明のワイヤは、伸線工程の中で、ワイヤ表面
に適度な溝を形成する工程、そして溝中にカリ化合物を
付着させる工程及び、ワイヤ表面の平坦度と、カリ化合
物の付着量を調整する工程を実施することで製造する。

ワイヤ表面に微細な溝を形成する方法としては、乾式
伸線を利用できる。乾式伸線法において潤滑剤の組成や
粒度を調整することで最終的に本発明で要求される粗さ
のワイヤ表面を形成する素地を得ることができる。

またワイヤ表面に微細な溝を形成する他の方法として
は、若干酸化性の雰囲気の炉内を通す等して、ワイヤ表
面に延性の少ない層を形成し、その後のダイス伸線時に
ワイヤ表面に形成される微細な亀裂を利用することもで
きる。

以上のようにしてワイヤ表面を調整した後に、ステア
リン酸カリおよび／または炭酸カリを主体とした潤滑剤
を使用して乾式伸線を１回または数回行う。

ワイヤ表面に適度な溝が形成された後に、カリ化合物
を主体にした潤滑剤で伸線すると、この溝中にカリ化合
物が強固に付着する。銅メッキを施した場合には、直後
からカリ化合物を主体にした乾式潤滑剤で伸線すること
で、ワイヤ表面への溝形成と、カリ化合物の付着を同時
に行うこともできる。

更に、カリ化合物を主体にした潤滑剤で伸線したまま
では、ワイヤ表面のほぼ全面にカリ化合物が付着してお
り、その量はワイヤ全体としてカリ量換算で10ppm以上
となって、本発明で目的とする量には過大であり、また
脱落容易な状態に付着している部分もある。

ワイヤ表面の過剰なカリ化合物を除去し、更に強固に
付着させるため、及び、本発明で要求される粗さのワイ
ヤ表面を得るためワイヤの仕上げ直前に１回または数回
の油式スキンパスを行なう。

使用する油式潤滑剤としては、溶接用ワイヤのスキン
パス用として使用されているものをそのまま利用でき
る。

（数値限定理由） 溶接作業性とワイヤ表面のカリ化合物付着量との相関
を調べた結果を第１図に示す。

また溶接作業性の評価方法は第２図に示す構成の測定
治具を用いて溶接し、銅製受け皿に補集されるスパッタ
ーの重量を測定し、比較することで行なった。

なお、第２図中、符号１はワイヤ送給装置、２はトー
チ、３は試験板、４は補集皿、５は走行台車である。

第１図から明らかなように、カリ化合物量がワイヤ全
体としてカリ量換算で約1ppm以上の場合にアーク安定性
が向上し、スパッター発生量（補集量）が減少する。

さらに、カリ化合物の付着量を増加させて試験した結
果では、カリ量換算で10ppm以上にした場合は、溶接電
流が比較的低い時や、また高電流でも溶接速度が速い溶
接条件の時に、アークの振らつきを生じ易くなった。

アークに振らつきを生じると、ビード形状が不揃いと
なったり、スパッター発生量が増加した。従って、広範
囲な溶接条件下で良好な溶接作業性が得られるカリ化合
物量は、ワイヤ全体としてカリ量換算で１〜8ppmである
ことを見出した。

また、ワイヤ表面の溝は、 である。0.1より小さいと、平滑すぎて付着させたカリ
化合物が脱落しやすい。

他方、ワイヤ表面溝は、 である。0.1より大きいとワイヤ表面の溝が過大なた
め、カリ化合物の付着が不均一になったり付着量が過大
になりやすくなる。

このことから、カリ化合物は、ワイヤ表面にただ単に
溝を設け、その中に付着させて保持させるだけでは効果
的でないことが判明する。

第３図（ａ）〜（ｃ）は、ワイヤ表面の凹凸状態を先
端が５μmRの先端子による触針式電気マイクロメータに
より半径方向に測定したものである。

すなわち、第５図に示す測定子を用いて測定した。

この測定子はＬ字状をなしており、その一端は支点で
支えられ、他端には先端子を有している。

ワイヤの任意に選ばれた面に先端子を当接してワイヤ
を回転させると、ワイヤ表面の凹凸に応じて測定子は支
点を軸に振動する。その振動に伴う振幅を増幅させて第
３図の外から２番目に示す円を描く。

この円に基づき溝の深さおよび幅を算出する。

すなわち、第６図に示すように、深さは真円から溝底
部までの距離ｈである。幅ｗは溝の両端と真円との中心
が形成する角度θと真円の半径ＲからθＲにより求めら
れる。

なお、ワイヤ表面には、上記の測定方法では検出でき
ない深さ0.1μｍ未満の微細な溝も形成されているが、
これら検出できない深さ0.1μｍ未満の微細な溝を全て
測定することは困難であり、本発明では、上述の測定方
法による妥当性も検討した結果、上述の測定方法による
測定結果にもとづいて、ワイヤ表面の荒さを規定したも
のである。

この図から以下のことが判明する。

第３図（ａ）はワイヤ表面が平滑すぎる場合の測定結
果を示すもので、付着させたカリ化合物が脱落し易い。

なお、この図において、ワイヤ表面のゆるやかな凹部
は、何ら影響度が無く無視してよい。

第３図（ｂ）は本発明の一例であり、ワイヤ表面には
適度な溝が形成されているため、カリ量換算で１〜8ppm
のカリ化合物を強固に付着、保持できる。

第３図（Ｃ）はワイヤ表面の溝が過大な場合の測定結
果を示すもので、カリ化合物の付着が不均一になった
り、付着量が過大になり易い。

なお、第３図（ａ）〜（ｃ）に記載したワイヤマーク
Ａ〜Ｅの表面アラサの測定結果は表６に示すとおりであ
った。

（発明の実施例） 表１に示す公知成分の溶接ワイヤ素材に、表５に示す
各種表面溝及びカリ量のカリ化合物を付着させて以下の
製法に基づき製造し、表２のNo1及びNo2に示す条件で溶
接試験を行なった。

なお、試験に用いたワイヤは以下の方法で製造した。

ワイヤNo2及び３ 圧延原線（5.5mmφ）を2.3mmφまで伸線し、2.3mmφ
で銅メッキした後、1.5mmφまではステアリン酸カリ及
び／又は炭酸カリを主体とした潤滑剤を用いて乾式伸線
する。

銅メッキ及びそれに続く乾式伸線で、ワイヤ表面に適
度な溝の形成と、ワイヤ表面へのカリ化合物の付着が行
なわれる。

1.5mmφから仕上げサイズの1.2mmφまでは２回の油式
伸線を行なう。油式伸線によりワイヤ表面の過剰なカリ
化合物の除去と同時に、さらに強固にカリ化合物をワイ
ヤ表面の溝中に付着させることができる。

なお、2.3mmφまで伸線した後のダイススケジュルを
表３に示す。

ワイヤNo4は、圧延原線（5.5mmφ）を2.3mmφまで
伸線し、2.3mmφで弱酸化性に雰囲気調整された焼鈍炉
中を通し、線材表面に薄い酸化層と粒界酸化部を形成す
る。その後独立した酸洗工程を通さず、通常銅メッキ工
程に組込まれているところの線材表面の活性化処理と兼
用する短時間の酸洗のみで、表面の薄い酸化層のみを除
去し、粒界酸化部は残留させたまま銅メッキを行なう。
銅メッキ以降はNo2及びNo3と同一工程で製造した。

この時の伸線加工時にワイヤ表面に微細な亀裂を生じ
ると同時に、亀裂中にカリ化合物を付着、保持させるこ
とができる。

ワイヤNo1は、圧延原線（5.5mmφ）を2.3mmφまで
伸線し、2.3mmφで銅メッキ後、ステアリン酸カリを主
体として乾式潤滑剤で１回のみ伸線（2.0mmφ）し、そ
の後は全て油式伸線により製造した。

乾式伸線後の油式伸線の繰り返しにより、ワイヤ表面
の平滑化と同時に、ワイヤ表面に付着したステアリン酸
カリが減少している。

ワイヤNo5及びNo7は、ワイヤNo2及びNo3より粗い表
面を得るためのもので、圧延原線（5.5mmφ）を2.3mmφ
まで伸線し、2.3mmφで大気雰囲気で故意に通常行なわ
れるより高温で且つ長時間焼鈍し、厚いスケールと粗い
素地を形成したのち、更にこれも通常行なわれるより長
時間の酸洗いを行なって凹凸の大きい表面を形成させ
た。その後1.3mmφまで乾式伸線し、1.3mmφで銅メッキ
した。

ワイヤNo5は銅メッキ後、ステアリン酸カリを主体と
した乾式潤滑剤で１回伸線（1.25mmφ）し、更に１回の
油式伸線（1.2mmφ）で仕上げた。

ワイヤNo7は銅メッキ後、ステアリン酸カリ及び炭酸
カリを主体とした乾式潤滑材で１回伸線（1.25mmφ）
し、更に１回の油式伸線（1.2mmφ）で仕上げた。

ワイヤNo5及び７はいずれも2.3mmφでの焼鈍及び酸洗
い時にワイヤ表面に形成された過大な溝が仕上りワイヤ
まで残留している。

ワイヤNo6は、No2及びNo3より平滑な表面を得るた
めのもので、圧延原線（5.5mmφ）を2.3mmφまで伸線
し、表面粗度を上げる焼鈍工程を通さず2.3mmφで銅メ
ッキ後、1.3mmφまでは全て湿式潤滑剤を用いて伸線
し、その後炭酸カリを主体とした乾式潤滑剤を用いて１
回のみの伸線（1.25mmφ）し、更に１回の油式伸線（1.
2mmφ）で仕上げた。

銅メッキ後の湿式伸線の繰り返しにより、ワイヤ表面
が平滑化され、また１回のみの油式伸線では、ワイヤ表
面に過剰なカリ化合物が残留している。

上述の製法に基づいて得られた溶接ワイヤは、溶接試
験の結果、以下の結論に達した。

ワイヤNo1はカリ量が少ないためアークが不安定で、
スパッターの発生が多かった。

ワイヤNo5はカリ量が多くかつワイヤ表面の溝が過大
なため、アークの振らつきが生じるとともにカリ化合物
の付着量不均一によりアークの安定性阻害もみられ、溶
接作業性が悪い。

ワイヤNo6はカリ量が多いためアークの振らつきが発
生し、また、ワイヤ表面が平滑すぎてカリ化合物がワイ
ヤ送給中に脱落し、コンジット内の詰まりも発生するこ
とから、溶接作業性が悪いといえる。

ワイヤNo7は、ワイヤ表面の溝が過大なためカリ化合
物の付着量が不均一となってアーク安定性が阻害され、
溶接作業性が悪い。

ワイヤNo2〜４はそれぞれ本発明を実施したワイヤで
あり、いずれも溶接作業性が良好であり、トラブル等は
生じなかった。

［発明の効果］ 以上の説明より明らかなように、本発明ワイヤは、ワ
イヤ表面に一定範囲の溝を設けて機械的付着力を増大さ
せて、ワイヤ全重量当りカリ量換算で１〜8ppmのカリ化
合物を極めて強固に付着させているので、アークの振ら
つきがなく安定するし、カリ化合物の脱落によるトラブ
ルも生じることがない。また、カリ化合物の付着量の調
整によって、ソリッドワイヤの特徴である広範な溶接条
件のもとで、アーク安定性が良好で、スパッターの少な
い溶接が可能である。

ここで、本発明のワイヤの使用時におけるカリ化合物
の脱落の有無について試験した結果を表４に示す。

試験は第４図に示すような８の字形に曲げたワイヤ送
給用コンジットケーブル８中へ、ワイヤ９を連続送給
し、コンジットケーブル内への付着、堆積物の重量を測
定したものである。

なお、第４図中符号６はワイヤリール、７はワイヤ送
給用モータである。

表４より明らかなように、本発明ワイヤに過酷なワイ
ヤ送給条件下においてもコンジットケーブル内への付
着、堆積物はわずかであり、実用上支障のないレベルで
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶接作業性すなわち、スパッター補集量とカリ
化合物ワイヤ表面付着量との相関を示すグラフ、第２図
はスパッター補集器の構成を示す正面図、第３図は溶接
ワイヤの横断面における表面形状を真円度計で測定した
測定結果を示すもので、（ａ）は表面が平滑すぎるワイ
ヤ、（ｂ）は本発明のワイヤ、（ｃ）は表面溝が過大な
ワイヤを示す。第４図は脱落物測定加速試験装置の側面
図である。第５図は溝形状の測定手段を示す図である。
第６図は、溝の深さおよび幅の算出方法を示す図であ
る。 １……ワイヤ送給装置、２……トーチ、３……試験板、
４……補集皿、５……歩行台車、６……供試ワイヤ、７
……ワイヤ送給用モータ、８……コンジットケーブル、
９……ワイヤ。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】任意のワイヤ断面において、表面に下記式
   をみたす溝を有するワイヤの表面にカリ化合物をＫ換算
   でワイヤ全重量あたり１〜8ppm付着させたことを特徴と
   する溶接用鋼ワイヤ。 但し溝の深さおよび幅はワイヤ軸心方向に直交する断面
   での値を示す。
2. 【請求項２】カリ化合物としてステアリン酸カリおよび
   ／または炭酸カリを用いてなる特許請求の範囲第（１）
   項記載の溶接用鋼ワイヤ。
3. 【請求項３】溶接用鋼ワイヤの製造においてステアリン
   酸カリおよび／または炭酸カリを主体とした潤滑剤を用
   いて、少なくとも１回以上乾式伸線して溝を形成した
   後、引き続き油式スキンパスを少なくとも１回実施し、
   製品径まで加工することを特徴とする溶接用鋼ワイヤの
   製造方法。
4. 【請求項４】溝を形成する乾式伸線に先だち銅メッキを
   施してなる特許請求の範囲第（３）項記載の溶接用鋼ワ
   イヤの製造方法。