JP2731505B2 - アーク溶接用ワイヤ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアーク溶接用ワイヤに関
し、より詳しくは、溶接作業性に優れたソリッドワイヤ
及びフラックス入りワイヤで、アルミ用を除く軟鋼、高
張力鋼、低合金鋼、ステンレス鋼等の溶接に適し、特に
アーク安定性の良好な溶接ワイヤに関する。

【０００２】

【従来の技術】アーク不安定は従来ワイヤの溶接作業性
の問題点である。その原因としては、通電点の変動や送
給性の不安定性さが挙げられる。

【０００３】このアーク不安定を改善する方法として、
銅メッキを施したソリッドワイヤに関しては、通電点を
安定させるためにメッキ密着性向上やメッキ皮膜の均一
性向上を図ったワイヤ等が実施されてきた。また、送給
性安定のために粒界酸化ワイヤ(特開昭５６−１４４８
９２号)等の技術が開発された。

【０００４】一方、フラックス入りワイヤについても、
アーク不安定の改善方法として、通電点を安定させるた
めにフラックス入りワイヤにメッキを施す検討や、フラ
ックス中のアーク安定剤の検討等がなされてきた。ま
た、送給性を安定させるため、表面潤滑剤の改善、表面
粗さの検討及び塗布方法の技術開発がなされてきた(特
開昭５７−３２８９４号等)。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ソリッ
ドワイヤについてのアーク不安定の問題点は、粒界酸化
ワイヤ、メッキ密着性、つきまわり性の向上だけでは満
足し得る程度には改善されていない。

【０００６】すなわち、粒界酸化ワイヤとは、ワイヤ表
層に酸素富化層を形成させて、その上に銅メッキを行
い、伸線をすることにより、ワイヤ表面に横溝をつく
り、横溝中に保持される液体潤滑剤によりワイヤ送給性
を向上させるものであるが、アーク安定性については不
十分である。また、メッキ密着性やメッキ皮膜の均一性
を向上させ、チップ―ワイヤ間の通電点を安定させる試
みもなされてきたが、それらの因子を改善しても、アー
ク安定性については満足できる性能は得られていない。

【０００７】また、フラックス入りワイヤについても、
従来技術のような検討だけでは、アーク安定性は改善で
きていない。

【０００８】本発明は、かゝる状況のもとで、従来ワイ
ヤの欠点を解消して、通電点の変動や送給性の不安定さ
がなく、アーク安定性の優れたソリッドワイヤ及びフラ
ックス入りワイヤを提供することを目的とするものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明者らは、ソリッドワイヤについては、伸線方
法(潤滑剤、伸線速度、ワイヤ温度等)、メッキＣu量の
増減、メッキサイズや焼鈍条件等を変化させたワイヤを
試作し、またコアードワイヤについても、従来技術の製
造条件やフラックス組成を変え、各種ワイヤを試作し、
アーク安定性を調査したところ、アーク安定性に差
(良、悪)が認められた。

【００１０】その原因としては、送給性不安定及び通電
点の変動が考えられたので、まず、初めに送給性不安定
とアーク安定性との相関について調査した。具体的に
は、電流を流さずワイヤ送給性を調査したが、アーク安
定性調査結果との良い相関関係は得られなかった。

【００１１】次に、アーク安定性についてはワイヤの通
電性と関係があると考え、ワイヤ表面の粗さをＳＥＭや
触針法(ＪＩＳ Ｂ０６０１、ＪＩＳ Ｂ０６５１)で測定
し、作業性との関連をみた。触針法によりワイヤ長手方
向表面の粗さを測定した結果、及び円周方向の真円度計
の測定結果から、アーク安定性との関係を調査したが、
これらの２次元的測定方法からの結果では明確な相関関
係は認められなかった。

【００１２】しかし、ＳＥＭ及び触針法による表面粗さ
測定を通し、本発明の基礎となった２つの知見を見い出
すことができた。

【００１３】第１に、触針法による粗さとＳＥＭによる
観察から得られるワイヤ表面状況は必ずしも一致しな
い。第２に、触針法による粗さの結果は同一であって
も、ワイヤ通電性、アーク安定性に差がある。以上の理
由について、触針法についての検討をした結果、触針法
による粗さ測定法では、針先の曲率よりも小さな凹凸が
測定困難である(微細凹部は計測不可能、凸部は触針に
より破壊される)ことにより、ＳＥＭで観察した表面状
況と触針法により測定された結果と良好な一致は見られ
ていないとの結論に至った。

【００１４】そこで、更に微細な粗さ及び粗さの３次元
的定量化をする測定方法を用いた。この測定の結果、粗
さとアーク安定性との強い相関関係を認めることができ
た。従来の触針法では測定できない微細な凹凸及び３次
元的凹凸度(ワイヤ比表面積)がアーク安定性に大きく影
響していることがわかった。この理由は、必ずしも明確
ではないが、ワイヤ表面のワイヤ比表面積が大きい、す
なわち、ワイヤ表面の凹凸が大きくなるとチップとワイ
ヤの接触点(通電点)が不安定となり、その結果、電流が
不安定となり、アークが安定しないものと推定される。
従来の表面粗さ測定法では測定できないワイヤ表面の微
細な凹凸がアーク安定性に大きく影響するものと考えら
れる。

【００１５】この影響は、銅メッキを施したソリッドワ
イヤに関しても、またメッキのないソリッドワイヤにお
いても同様である。更に、ソリッドワイヤがフラックス
入りワイヤに代わっても同様な傾向が得られた。

【００１６】ここで、ワイヤ比表面積とは、ワイヤ表面
の実表面積を測定した測定部分の見掛け上の面積をＳm
(mm²)、測定部分のワイヤ表面の実表面積をＳa(mm²)と
した場合、下式で定義される(図１参照)。 ワイヤ比表面積＝(Ｓa／Ｓm)−１

【００１７】なお、測定部分の見掛け上の面積とは、測
定部分を平面に展開した時の縦×横で表わされる面積で
ある。本発明では測定部分を平面に展開した後、５００
μm×６００μm(３０００００μm²)の部分の実表面積を
測定した。

【００１８】また、ワイヤ比表面積の測定は以下の条件
の方法によって測定されるものである。 ・サンプリング方法：スプールに巻かれた製品ワイヤか
らできるだけ疵を付けないように約２０mmを任意の３ヶ
所から採取し、金属表面を腐食させない石油エーテル、
アセトン、四塩化炭素、フロン等の有機溶媒中で、或い
は加工工程中で使用する潤滑剤の種類によってはそれを
除くために最も適当と思われる液(湯やその他の脱脂液)
で超音波洗浄することによりワイヤ表面に付着している
汚れや油脂分等の不純物を取り除く。超音波洗浄はワイ
ヤが互いに擦れあって疵を付けないように１本づつ行
う。なお、ワイヤの製造に当たっては、伸線によってダ
イスから受ける疵、設備各所や線同士の接触で生じるう
ち、疵や擦り疵などは可能な限り発生させないように留
意されているものであり、その意味では、比表面積値は
疵のない部分を選んで測定する。 ・測定位置：１サンプルの任意の１断面を１２０度ずら
した３ヶ所で測定し、３サンプルの合計９ヶ所の測定値
の単純平均とする。 ・測定倍率：１５０倍(ワイヤ径によらず一定)。測定装
置としては、例えば、エリオニクス社製ＥＲＡ−８００
０が挙げられる。

【００１９】本発明は、以上のように測定されたワイヤ
比表面積を０.０５以下に抑制することにより、アーク
安定性に優れたアーク溶接用ソリッドワイヤ及びフラッ
クス入りワイヤが得られることを見い出したものであ
る。

【００２０】次に数値限定理由について説明する。

【００２１】ワイヤ比表面積０.０５以下：ワイヤ比表
面積はアーク安定性に影響し、ワイヤ比表面積が小さい
ほどアーク安定性は増す。しかし、実用上は０.０５以
下までのワイヤは充分使用できるもので、ワイヤ比表面
積の上限は０.０５とする。

【００２２】過酷な送給状態では、アーク安定性を確保
するには更なる低ワイヤ比表面積値が要求されることか
ら、ワイヤ比表面積の上限は０.０１が好ましい。前述
のＥＲＡ−８０００により測定した平均表面粗さ(Ｒa)
は０.４μm以下であることが望ましい。また、ワイヤ長
手方向における比表面積値のバラツキも±０.００５以
内にすることが望ましい。

【００２３】ワイヤ比表面積を小さくする方法として
は、乾式伸線法よりも湿式伸線の方が小さくなり、伸線
速度の低速化、伸線ダイススケジュールを変えることに
よる減面率の細分化、メッキサイズの細径化等により、
ワイヤ比表面積を小さくすることが可能である。

【００２４】なお、本発明はワイヤの成分に拘らず同様
の効果が得られる。

【００２５】次に本発明の実施例を示す。

【００２６】

【実施例１】本例は軟鋼ソリッドワイヤについての例で
ある。

【００２７】各種の原線を用いて、表２に示す製造方法
により表１に示す化学成分のワイヤ径１.２mmφのソリ
ッドワイヤを製作した。それらを表３に示す溶接条件に
より軟鋼母材上で一部は送給条件を２水準に変えて溶接
を行い、溶接作業性を評価した。一方、各ワイヤについ
て前述の測定方法により、ワイヤ比表面積及びＲaを測
定した。それらの結果を表４にまとめて示す。

【００２８】ワイヤＮo.１〜Ｎo.５は本発明例であり、
いずれも良好な作業性を示した。なお、過酷な送給条件
においてはワイヤ比表面積及びＲaがより低いものが良
好な結果を示した。これに対し、比較例のワイヤＮo.
６、Ｎo.７、並びに従来ワイヤＡ〜Ｃは、ワイヤ比表面
積が０.０５を超えており、いずれも溶接作業性が劣っ
ている。なお、ワイヤＮo.１(本発明例)及びＮo.７(比
較例)についてワイヤ表面のＳＥＭ像及び３次元鳥瞰図
を図２、図３に示す。図２はワイヤＮo.１、図３はワイ
ヤＮo.７の場合である。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】

【表３】

【００３２】

【表４】

【００３３】

【実施例２】本例はステンレスソリッドワイヤの例であ
る。

【００３４】軟鋼ソリッドワイヤの場合と同様の要領に
てステンレスソリッドワイヤを試作した。ワイヤの化学
成分、製造工程、溶接条件を表５、表６、表７に示し、
従来ワイヤと試作ワイヤについてのワイヤ比表面積を表
８に示す。

【００３５】表８より明らかなように、本発明例の試作
ワイヤ３本とも、通常の送給条件で良好な作業性を示し
た。

【００３６】

【表５】

【００３７】

【表６】

【００３８】

【表７】ステンレスソリッドワイヤ溶接条件

【００３９】

【表８】

【００４０】

【実施例３】本例は継ぎ目なしフラックス入りワイヤの
例である。

【００４１】表９に示す組成のフラックスと表１０に示
す外皮を用いて、表１２の製造工程により表１１の諸元
の継ぎ目なしフラックス入りワイヤを試作した。それら
を表１３に示すよう溶接条件により軟鋼母材上で溶接を
行い、溶接作業性を評価した。各ワイヤについて前述の
測定方法により、ワイヤ比表面積を測定した。それらの
結果を表１４に示す。

【００４２】表１４より明らかなように、本発明例の試
作ワイヤは、いずれも、通常の送給条件で良好な作業性
を示した。

【００４３】

【表９】

【００４４】

【表１０】

【００４５】

【表１１】

【００４６】

【表１２】

【００４７】

【表１３】

【００４８】

【表１４】

【００４９】なお、アルミは、軟鋼、高張力鋼、低合金
鋼、ステンレス鋼等に比較して、融点が低いため、チッ
プ内の通電点をより多くしなければならず、ワイヤ比表
面積が０.０５以下では不充分のため、アルミ用のワイ
ヤは除く。

【００５０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
通電点の変動や送給性の不安定さがなく、アーク安定性
の優れたソリッドワイヤ及びフラックス入りワイヤを提
供することができる。アルミ用を除く軟鋼、高張力鋼、
低合金鋼、ステンレス鋼等の溶接に適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】ワイヤ比表面積の測定概念図である。

【図２】実施例１のソリッドワイヤＮo.１のワイヤ表面
(金属組織)を示す写真で、（ａ）は凹凸状態を示し、
（ｂ）はＳＥＭ像である。

【図３】実施例１のソリッドワイヤＮo.７のワイヤ表面
(金属組織)を示す写真で、（ａ）は凹凸状態を示し、
（ｂ）はＳＥＭ像である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 陽 神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１株 式会社神戸製鋼所藤沢事業所内 (72)発明者 横島聖一 神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１株 式会社神戸製鋼所藤沢事業所内 (56)参考文献 特開 平１−202391（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−66495（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−56170（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−321861（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−19893（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−178586（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−299579（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−299583（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−100687（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アーク溶接用ソリッドワイヤ及びフラッ
   クス入りワイヤからなる群から選択されたアーク溶接用
   ワイヤにおいて、下式で定義されるワイヤ表面の比表面
   積値（以下、ワイヤ比表面積という）を０．０５以下に
   抑制したことを特徴とするアーク溶接用ワイヤ。 ワイヤ比表面積＝（Ｓａ／Ｓｍ）−１ ここで、 Ｓｍ：ワイヤ表面の実表面積を測定した測定部分の見掛
   け上の面積（ｍｍ²） Ｓａ：測定部分のワイヤ表面の実表面積（ｍｍ²）