JP3321113B2

JP3321113B2 - アルミニウム又はアルミニウム合金用ミグ溶接ワイヤ

Info

Publication number: JP3321113B2
Application number: JP12649099A
Authority: JP
Inventors: 慎太郎尾崎; 知之立花
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1999-05-06
Filing date: 1999-05-06
Publication date: 2002-09-03
Anticipated expiration: 2019-05-06
Also published as: JP2000317675A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム又は
アルミニウム合金用ミグ溶接ワイヤに関し、特に、５０
００系のアルミニウム合金材の溶接に好適なアルミニウ
ム又はアルミニウム合金用ミグ溶接ワイヤに関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム又はアルミニウム合金ワイ
ヤ（以下、アルミニウム又はアルミニウム合金を総称し
てアルミニウムという。）を使用したミグ溶接は、以下
のプロセスで行われる。

【０００３】先ず、溶接用ワイヤは通常５ｋｇ乃至１０
ｋｇのスプールから引き出され、矯正ローラ及び送給ロ
ーラを経て、コンジットチューブ内を通過し、その先端
に配置される溶接トーチ内の給電チップから給電され
る。給電されたワイヤ先端と母材との間にはアークが発
生し、母材はアークにより溶融され、ワイヤは大気と遮
断された不活性ガスシールド中を溶滴となって母材に移
行して、溶接部が形成される。

【０００４】しかしながら、アルミニウム・アルミニウ
ム溶接で良好な溶接部を得るうえで以下に述べるような
問題点がある。即ち、１点目は、アルミニウムは液相と
固相とで水素溶解度差が大きく、水素によるブローホー
ルが極めて発生しやすいという問題点である。

【０００５】２点目は、コンジットチューブ内面とワイ
ヤ表面との摩擦によりワイヤが削られ、そのワイヤ磨耗
粉がコンジットチューブ内に堆積し、ワイヤの送給が阻
害された結果、アーク安定性又はビード形状が劣化する
という問題点である。

【０００６】これらの問題点のうち、ブローホールの発
生を防ぐ従来の技術としては、線引き加工されたワイヤ
を最終工程である巻替えの前に洗浄し、水素源である油
（伸線油）を除去する方法が一般的に知られている。ま
た、耐ブローホール性に悪影響を及ぼさない範囲で油を
一定量付着させ、送給性を向上させたアルミワイヤが提
示されている（特開平５−２７７７８６号公報）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年のエネル
ギーコスト及び環境問題に関する情勢から、自動車又は
圧力容器のアルミニウム化の要求が高まっている。即
ち、アルミニウム及びアルミニウム合金溶接の適用の要
求が高まっている。

【０００８】また、高速化及び省人化の観点から自動機
又はロボットが多数導入されている自動車部材の溶接ラ
インでは、送給コンジットライナは長くかつ湾曲した状
態で使用されるため、従来品と同等の耐ブローホール性
に加えて、より優れた送給性が要求される。

【０００９】一方、圧力容器へのアルミニウム溶接の適
用に関しては、ＬＮＧタンク等の被溶接物の大容量化に
併せて板厚が増大する傾向にある。即ち、溶接部に水素
がパイルアップし、プローホールが発生しやすい傾向に
ある。このため、従来品と同等の送給性に加えて、より
優れた耐ブローホール性を有するワイヤが求められてい
る。

【００１０】しかしながら、最終工程前でのワイヤ洗浄
又は特開平５−２７７７８６号公報に開示されたワイヤ
に一定量の油を付着させたアルミワイヤではいずれも送
給性又は耐ブローホール性の点で、これらの要求に応え
ることが困難であるという問題点がある。

【００１１】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、優れた送給性と耐ブローホール性とが両立
したアルミニウム又はアルミニウム合金用ミグ溶接ワイ
ヤを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係るアルミニウ
ム又はアルミニウム合金用ミグ溶接ワイヤは、線材の引
張強度が３５０乃至５００Ｎ／ｍｍ²、前記線材の降伏
比が９０％以下であることを特徴とする。降伏比とは、
（０．２％耐力）／（引張強度）×１００で表される数
値をいう。

【００１３】本発明においては、前記線材の表面に、ワ
イヤ全重量に対して、０．５乃至２０μｇ／ｇの油を付
着させることが好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係るアル
ミニウム又はアルミニウム合金用ミグ溶接ワイヤについ
て詳細に説明する。本発明者等がアルミニウム及びアル
ミニウム合金用ミグ溶接ワイヤにおける上記課題を解決
するために鋭意実験研究し、種々の検討を行った。その
結果、ワイヤの物性、即ち、引張強度と降伏比とを改良
することで、耐ブローホール性の劣化を伴う油の付着を
極微量にしても良好な送給性を確保できることを見出し
た。また、特に過酷な送給経路で使用する場合、引張強
度及び降伏比の物性面の改良により、ワイヤの表面にワ
イヤ全量量に対して、０．５乃至２０μｇ／ｇの油を付
着させることでより一層送給性を向上させることができ
ることも見出した。

【００１５】以下、アルミニウム又はアルミニウム合金
用ミグ溶接ワイヤの数値限定理由について説明する。

【００１６】線材の引張強度：３５０乃至５００Ｎ／ｍ
ｍ ² 矯正ローラ又は送給ローラでのワイヤの座屈を防ぐため
に３５０Ｎ／ｍｍ²以上の線材の引張強度を必要とす
る。送給経路でのワイヤ表面疵の発生を防ぐためには４
００Ｎ／ｍｍ²以上とすることが望ましい。一方、線材
の引張強度が５００Ｎ／ｍｍ²を超えると、コンジット
ライナが湾曲した状態で配置された場合に、コンジット
ライナ内面とワイヤ表面との摩擦抵抗が大きくなり、ワ
イヤ磨耗粉の発生量を増加させるために不適である。従
って、線材の引張強度は３５０乃至５００Ｎ／ｍｍ²と
する。

【００１７】線材の降状比：９０％以下線材の降状比を９０％以下とすることにより、コンジッ
トライナが湾曲した状態で配置された場合にも、送給抵
抗が増加せず、ワイヤ磨耗粉の発生が少ないワイヤを作
製することができる。従って、線材の降伏比は９０％以
下とする。

【００１８】油量：０．５乃至２０μｇ／ｇ従来のアルミニウム又はアルミニウム合金用ミグ溶接ワ
イヤにおいて送給性を改良するためには、特開平５−２
７７７８６号公報に開示されているように、１０乃至１
００ｎｌ／ｇ（約９乃至９０μｇ／ｇ）の油を付着させ
る必要がある。

【００１９】しかし、本発明のワイヤは上述のように物
性面の改良が施されており、そのままでも良好な送給性
を有するが、線材の表面に０．５μｇ／ｇ以上の油を付
着させることでより一層送給性を向上させることができ
る。一方、従来のアルミニウム及びアルミニウム合金用
ミグワイヤ以上の耐ブローホール性を確保するために
は、付着油量を２０μｇ／ｇ以下とする必要がある。従
って、油量は０．５乃至２０μｇ／ｇとすることが好ま
しい。なお、送給性と耐ブローホール性を両立する上
で、より好ましい範囲は、０．８乃至１０μｇ／ｇであ
る。

【００２０】

【実施例】以下、本発明のアルミニウム又はアルミニウ
ム合金用ミグ溶接ワイヤの実施例について、その特性を
比較例と比較して具体的に説明する。

【００２１】ワイヤは表１に示す化学成分の２種類のイ
ンゴットより、圧延及び線引きにより直径が１．２ｍｍ
の線材に加工した後に、鋼線製のスプールに巻替えて作
製した。巻替えた後のワイヤの一部は、スプールに巻か
れた状態のまま、２００乃至５００℃の温度に昇温した
アルゴン雰囲気の脱気炉中に５乃至１８０分間放置する
ことで、引張強度又は降伏比を種々変化させた。

【００２２】０．２％耐力及び引張強度の測定は、試験
片として、直径が１．２ｍｍ、長さが３００ｍｍの直線
状に矯正したワイヤをＪＩＳＺ２２４１に規定された
金属材料引張試験方法に準じて行った。なお、引張試験
機には、島津製作所製「オートグラフ」を使用した。本
実施例では、ワイヤの引張特性（０．２％耐力、引張強
度、降伏比等）を変化させる方法として、雰囲気炉によ
る熱処理を使用したが、工業的にワイヤを製造する場合
には、通電加熱や誘導加熱、ヒートローラ又はストラン
ド炉・雰囲気炉による昇温を使用しても良い。また、本
実施例では、直径が１．２ｍｍのワイヤで昇温を行った
が、工業的にワイヤを製造する場合には、昇温条件（昇
・降温速度、保持温度、保持時間）を選定することで、
昇温を行うタイミングを、より太い線径にすることがで
きる。

【００２３】ワイヤの油量は、油をアセトンで希釈した
液の中にワイヤを浸漬することで調整した。油量の測定
には、ＰＥＲＫＩＮＥＬＭＥＲ社製フーリエ変換赤外
分光分析装置（ＦＴＩＲ）を使用した。油量の分析方法
は、先ず、約５ｇのワイヤを長さ５乃至２０ｍｍに切断
し、３０ミリリットルのビーカー中で、潤滑油を溶解で
きる揮発性の有機溶媒により、２分間の超音波洗浄を行
った。洗浄液にＫＢｒ粉末０．２ｇを加え、有機溶媒を
完全に蒸発させた後、メノウ乳鉢中で、十分に粉砕・混
合し、錠剤に成型する。成型した錠剤を透過法によりＦ
ＴＩＲ分析し、−ＣＨ２のピークである２９２５ｃｍ^-1
の強度を使用して油量を定量した。これらの結果を表２
及び３に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】

【００２７】図１はワイヤの送給性評価試験に使用する
ワイヤ送給装置を示す模式図である。図１に示すよう
に、ワイヤ送給装置は基台４にスライダ５が配置され、
このスライダ５に架台６が配置されている。この架台６
にはロードセル７が取り付けられている。また、架台６
の上にはスプール８が配置されている。このスプール８
からワイヤＷが引き出され矯正ローラ９及び送給ローラ
１０を通過させ、コンジットライナ１１内に挿入されて
トーチ１２を通過し、ワイヤＷは母材１に溶接可能な位
置に配置される。作製したワイヤＷの送給性の評価は、
図１に示したワイヤ送給装置を使用して、表４に示す化
学成分を有する送給性評価試験用母材である母材No.１
を下記表５に示す溶接機器及び条件で５分間連続で下向
姿勢のビードオンプレート溶接を行い、発生したワイヤ
磨耗粉の重量の大小で評価した。

【００２８】図２はワイヤ磨耗粉捕集装置を示す模式図
であり、図３はワイヤ磨耗粉捕集方法を示す模式図であ
り、図４はメンブレンフィルタの乾燥方法を示す模式図
である。ワイヤ磨耗粉の定量には図４に示した装置を使
用した。図２に示すようにワイヤ磨耗粉捕集装置は、ワ
イヤ磨耗粉を分離するメンブレンフィルタ１４が収納さ
れるフィルタホルダ１３と、フラスコ１５と、このフィ
ルタホルダ１３とフラスコ１５とを接続するジョイント
部１７とからなっている。また、ジョイント部１７には
吸引装置（図示せず）に接続するためのホース１６が取
り付けられている。

【００２９】ワイヤ磨耗粉の定量方法について図１乃至
図４を参照して説明する。先ず、溶接終了後に、トーチ
１２及びコンジットチューブ（図示せず）から、ワイヤ
表面と直接接触する部品であるコンジットライナ１１を
取り外す。

【００３０】次に、図３に示すように送給側のコンジッ
トライナ端部１１ａを上側にし、トーチ１２側のコンジ
ットライナ端部１１ｂを下側にしてコンジットライナ１
１を保持して、コンジットライナ１１内部をエーテルで
洗浄した後、Ａｒガスを吹き込んでコンジットライナ１
１内部のワイヤ磨耗粉とエーテルをフィルタホルダ１３
に受ける。ワイヤ磨耗粉はホース１６に接続された吸引
装置により吸引されてフィルタホルダ１３内部に配置さ
れたメンブレンフィルタ１４（ＰＴＦＥ又はセルロース
アセテート製、孔径：０．１μｍ）によりエーテルと分
離される。分離されたエーテルはフラスコ１５に溜ま
る。

【００３１】次に、図４に示すようにワイヤ磨耗粉１８
を捕集したメンブレンフィルタ１４をガラス製のシャー
レ１９中に保管し、蓋２０をした後に、電気乾燥炉中で
１００℃の温度で２０分間保持して、エーテルを完全に
除去する。メンブレンフィルタ１４の温度が室温に下が
るまで放置した後、捕集後のメンブレンフィルタ１４の
重量を測定し、捕集前後のメンブレンフィルタ１４の重
量変化からワイヤ磨耗粉１８量を定量する。

【００３２】

【表４】

【００３３】

【表５】

【００３４】図５及び図６はＸ線透過試験に使用する母
材の開先形状を示す模式図である。図７はＸ線透過試験
に使用する溶接部を示す模式図である。

【００３５】耐ブローホール性の評価は、表４に示す化
学組成のＸ線透過試験用母材である母材No.２を図５及
び図６に示すように、開先角度が９０°になるように母
材１の一端に斜面を形成し、ルート間隔をあけて斜面を
突き合わせ、開先が狭まる側に裏当材３を配置した開先
を横向で、下記表６に示す溶接機器及び溶接条件で継手
溶接を行い、図７に示すように形成された溶接部２のＸ
線透過試験を行って評価した。なお、Ｘ線透過試験はＪ
ＩＳＺ３１０５に規定されているアルミニウム平板突
合せ溶接部の放射線透過試験方法に準じて行った。これ
らの結果を表７及び８に示す。

【００３６】

【表６】

【００３７】

【表７】

【００３８】

【表８】

【００３９】上記表７に示すように、実施例No.１乃至
１６はＸ線透過試験による結果の分類がＪＩＳ１類又は
２類、ワイヤ磨耗粉量が０．９ｍｇ以下であり、耐ブロ
ーホール性及び送給性が共に優れていた。

【００４０】なお、油付着量が０．８乃至１０μｇ／ｇ
の範囲にある本発明の請求項２を満足する実施例No.１
乃至３、５乃至７、９乃至１１及び１３乃至１５はワイ
ヤ磨耗粉量が０．１乃至０．９ｍｇと少なく、Ｘ線透過
試験による結果の分類がＪＩＳ１類であった。

【００４１】これら本発明の請求項２を満足する実施例
No.１乃至３、５乃至７、９乃至１１及び１３乃至１５
の中でも、より好ましい油付着量の範囲内にある実施例
No.３、６、７、１０、１１及び１５は、ワイヤ磨耗粉
量が０．１乃至０．４ｍｇと極めて少ないと共に、板厚
３０ｍｍのＸ線透過試験においてもＪＩＳ１類を示し、
より一層良好な送給性及び耐ブローホール性を得ること
ができた。

【００４２】一方、表８に示すように比較例No.１７乃
至３２は、耐ブローホール性及び送給性が共に良好な結
果を得ることができなかった。

【００４３】比較例No.１７は、ワイヤの引張強度が本
発明の範囲を超えているため、ワイヤの摩擦抵抗が大き
くワイヤ磨耗粉の量が多くなり、送給性が劣った。

【００４４】比較例No.１８は、ワイヤの引張強度が本
発明の範囲を超えているため、ワイヤの摩擦抵抗が大き
くワイヤ磨耗粉の量が多くなり、送給性が劣った。

【００４５】比較例No.１９は、ワイヤの引張強度が本
発明の範囲を超えているため、ワイヤの摩擦抵抗が大き
くワイヤ磨耗粉の量が多くなり、送給性が劣った。ま
た、油付着量が多いため、板厚３０ｍｍにおけるＸ線透
過試験の結果がＪＩＳ２類と耐ブローホール性がやや劣
った。

【００４６】比較例No.２０は、ワイヤの引張強度が本
発明の範囲を超えているため、ワイヤの摩擦抵抗が大き
くワイヤ磨耗粉の量が多くなり、送給性が劣った。ま
た、油付着量が多いため、板厚８ｍｍにおけるＸ線透過
試験の結果がＪＩＳ２類であり、板厚３０ｍｍにおける
Ｘ線透過試験の結果がＪＩＳ３類と耐ブローホール性が
劣った。

【００４７】比較例No.２１は、ワイヤの降伏比が本発
明の範囲を超えているが、油付着量が多いため、ワイヤ
磨耗粉の量は少なく、実用に耐える送給性であった。し
かし、油付着量が多いため、板厚８ｍｍにおけるＸ線透
過試験の結果がＪＩＳ３類であり、板厚３０ｍｍにおけ
るＸ線透過試験の結果がＪＩＳ３類と耐ブローホール性
が劣った。

【００４８】比較例No.２２は、ワイヤの引張強度が本
発明の範囲未満であるため、ワイヤの耐磨耗性が不足し
ワイヤ磨耗粉の量が多くなり、送給性が劣った。

【００４９】比較例No.２３は、ワイヤの引張強度が本
発明の範囲未満であるため、ワイヤの耐磨耗性が不足し
ワイヤ磨耗粉の量が多くなり、送給性が劣った。

【００５０】比較例No.２４は、ワイヤの引張強度が本
発明の範囲未満であるため、ワイヤの耐磨耗性が不足し
ワイヤ磨耗粉の量が多くなり、送給性が劣った。また、
油付着量が多いため、板厚３０ｍｍにおけるＸ線透過試
験の結果がＪＩＳ２類であり、耐ブローホール性がやや
劣った。

【００５１】比較例No.２５は、ワイヤの引張強度が本
発明の範囲未満であるため、ワイヤの耐磨耗性が不足し
ワイヤ磨耗粉の量が多くなり、送給性が劣った。また、
油付着量が多いため、板厚８ｍｍにおけるＸ線透過試験
の結果がＪＩＳ２類であり、板厚３０ｍｍにおけるＸ線
透過試験の結果がＪＩＳ３類と耐ブローホール性が劣っ
た。

【００５２】比較例No.２６は、ワイヤの降伏比が本発
明の範囲を超えているが、油付着量が多いため、ワイヤ
磨耗粉の量は少なく、実用に耐える送給性であった。し
かし、油付着量が多いため、板厚８ｍｍにおけるＸ線透
過試験の結果がＪＩＳ３類であり、板厚３０ｍｍにおけ
るＸ線透過試験の結果がＪＩＳ３類と耐ブローホール性
が劣った。

【００５３】比較例No.２７は、ワイヤの降伏比が本発
明の範囲を超えているため、ワイヤの送給抵抗が増大し
ワイヤ磨耗粉の量が多くなり、送給性が劣った。

【００５４】比較例No.２８は、ワイヤの降伏比が本発
明の範囲を超えているため、ワイヤの送給抵抗が増大し
ワイヤ磨耗粉の量が多くなり、送給性が劣った。

【００５５】比較例No.２９は、ワイヤの降伏比が本発
明の範囲を超えているため、ワイヤの送給抵抗が増大し
ワイヤ磨耗粉の量が多くなり、送給性が劣った。また、
油付着量が多いため、板厚３０ｍｍにおけるＸ線透過試
験の結果がＪＩＳ２類であり、耐ブローホール性がやや
劣った。

【００５６】比較例No.３０は、ワイヤの降伏比が本発
明の範囲を超えているため、ワイヤの送給抵抗が増大し
ワイヤ磨耗粉の量が多くなり、送給性が劣った。また、
油付着量が多いため、板厚８ｍｍにおけるＸ線透過試験
の結果がＪＩＳ２類であり、板厚３０ｍｍにおけるＸ線
透過試験の結果がＪＩＳ３類と耐ブローホール性が劣っ
た。

【００５７】比較例No.３１は、ワイヤの降伏比が本発
明の範囲を超えているため、ワイヤの送給抵抗が増大し
ワイヤ磨耗粉の量が多くなり、送給性が劣った。また、
油付着量が多いため、板厚８ｍｍにおけるＸ線透過試験
の結果がＪＩＳ２類であり、板厚３０ｍｍにおけるＸ線
透過試験の結果がＪＩＳ３類と耐ブローホール性が劣っ
た。

【００５８】比較例No.３２は、ワイヤの降伏比が本発
明の範囲を超えているが、油付着量が多いため、ワイヤ
磨耗粉の量は少なく、実用に耐える送給性であった。し
かし、油付着量が多いため、板厚８ｍｍにおけるＸ線透
過試験の結果がＪＩＳ３類であり、板厚３０ｍｍにおけ
るＸ線透過試験の結果がＪＩＳ３類と耐ブローホール性
が劣った。

【００５９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明においては、
引張強度及び降伏比を規制することにより、アルミニウ
ム及びアルミニウム合金のミグ溶接において、優れた送
給性を有すると共に、耐ブローホール性が良好な溶接部
を得ることができる。

【００６０】また、ワイヤの表面に付着させる油量を規
制することにより、より一層送給性が優れたアルミニウ
ム又はアルミニウム合金用ミグ溶接ワイヤを得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ワイヤの送給性評価試験に使用するワイヤ送給
装置を示す模式図である。

【図２】ワイヤ磨耗粉捕集装置を示す模式図である。

【図３】ワイヤ磨耗粉捕集方法を示す模式図である。

【図４】メンブレンフィルタの乾燥方法を示す模式図で
ある。

【図５】Ｘ線透過試験に使用する母材の開先形状を示す
模式図である。

【図６】Ｘ線透過試験に使用する母材の開先形状を示す
模式図である。

【図７】Ｘ線透過試験に使用する溶接部を示す模式図で
ある。

【符号の説明】

１；母材２；溶接部３；裏当材４；基台５；スライダ６；架台７；ロードセル８；スプール９；矯正ローラ１０；送給ローラ１１；コンジットライナ１１ａ、１１ｂ；コンジットライナ端部１２；トーチ１３；フィルタホルダ１４；メンブレンフィルタ１５；フラスコ１６；ホース１７；ジョイント部１８；ワイヤ磨耗粉１９；シャーレ２０；蓋Ｗ；ワイヤ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−223092（ＪＰ，Ａ) 特開平９−168888（ＪＰ，Ａ) 特開平10−249527（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 35/02 B23K 35/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】線材の引張強度が３５０乃至５００Ｎ／
ｍｍ²、前記線材の降伏比が９０％以下であることを特
徴とするアルミニウム又はアルミニウム合金用ミグ溶接
ワイヤ。
【請求項２】前記線材の表面に、ワイヤ全重量に対し
て、０．５乃至２０μｇ／ｇの油を付着させることを特
徴とする請求項１に記載のアルミニウム又はアルミニウ
ム合金用ミグ溶接ワイヤ。