JP3399712B2 - アーク溶接用鋼ワイヤ - Google Patents
アーク溶接用鋼ワイヤInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アーク溶接用鋼ワ
イヤの改良に係り、更に詳しくは、溶接時の送給性が優
れ、かつ、アークが安定で良好な作業を長時間維持でき
るアーク溶接用鋼ワイヤに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】アーク溶接用鋼ワイヤは、溶接の自動
化、高能率化が進むと共に、更に多く使用される傾向に
あるが、最近、能率の点より自動、半自動溶接を問わ
ず、高電流の溶接条件が採用される方向にある。その結
果、必然的にワイヤ送給速度が大となる。また、対象と
なる構造物によっては溶接が狭隘部で行われる場合も多
く、それらの場所での使い易さの点から、溶接機のワイ
ヤ送給装置の送給ロールから溶接トーチまでのコンジッ
トケーブルは曲げても使い易くするため、軟らかく、か
つ長くなる傾向にある。 【０００３】このように溶接用ワイヤの送給速度が大と
なるとともに、長くて曲げ易いコンジットケーブルで使
用されると、ワイヤ送給時そのコンジットケーブル内の
コンジットチューブ内をワイヤが通るときに摩擦抵抗が
大きくなり、溶接時のワイヤ送給に支障をきたし、アー
クが不安定となって溶接が出来なくなると言う問題が生
じる。このため、これまでにアーク溶接用鋼ワイヤは、
ワイヤ送給性を良くするために、種々の対策が施されて
いるが未だ十分なものはなく、溶接作業者は過酷な条件
下で、しばしば溶接の中断を余儀なくされ、摩耗したコ
ンジットチューブの交換など、その対応に苦慮している
のが実状である。 【０００４】これらの溶接用ワイヤの送給性の問題に対
しては、従来、例えば特開昭５５−４００６８号公報に
高位脂肪酸と高級１価アルコールからなるエステル及び
前記エステルとＭｏＳ2 、グラファイト等を混合被覆し
たアーク溶接用鋼ワイヤ、あるいは特開昭５８−１８４
０９５号公報に記載されているグラファイト、二硫化モ
リブデン、ガラス粉末などの固形潤滑剤を混合したもの
を鋼ワイヤ表面に塗布したアーク溶接用鋼ワイヤなどが
提案されている。 【０００５】しかしながら、これらのアーク溶接用鋼ワ
イヤにおいても、前述した軟質で長尺のコンジットケー
ブルを使用し、かつ高電流条件で溶接されるような過酷
な条件下では、送給ロール部でワイヤがスリップしたり
コンジットチューブ内での摩擦抵抗が大きく、またコン
ジットチューブ内が摩擦熱及びコンジットライナーを包
む溶接用ケーブルの発熱で高温となりワイヤ表面の潤滑
剤が部分的に融け、凝集してワイヤ表面に均一に被覆さ
れなくなる等で、その送給性は満足できなくなる。ま
た、融け出した潤滑剤は長時間溶接を行っている間に
銅、鉄分等の他のワイヤ付着物をコンジットチューブ、
インナーチューブおよびチップ内に堆積させ、ワイヤ通
路を狭め送給抵抗、チップの通電抵抗を増大させ、アー
クの安定維持を妨げるという問題がある。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は軟質
で長尺のコンジットケーブルを使用し、かつ高電流条件
で溶接される場合においても、コンジットケーブル内の
詰まり及び送給ロールへの銅および鉄分などの含有する
潤滑剤成分の堆積がなく、しかも、厳しい屈曲状態でも
送給ロールでのワイヤのスリップがなく、かつ摩擦抵抗
の少ない送給性の良好で、長時間でもアークの安定した
溶接が出来るアーク溶接用鋼ワイヤを提供することを目
的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】前述したような課題を解
決するための手段として、本発明は、アーク溶接用鋼ワ
イヤをエーテル中で超音波洗浄し、抽出した表面の付着
量をワイヤ１０ｋｇ当たり０．１〜１．２ｇとし、エー
テル洗浄後の該ワイヤを、更に６０〜７０℃の温トルエ
ン中で超音波洗浄し、抽出した付着物の量をワイヤ１０
ｋｇ当たり０．０１〜１．２ｇ、エーテル及びトルエン
で抽出物を孔径３μｍの濾紙（メンブランフィルター）
で濾過した残査中のＭｏＳ2 ，ＷＳ2 ，ＰＴＦＥ，Ｃ，
フッ化黒鉛、金属石鹸の１種または２種以上の固体潤滑
剤の合計をワイヤ１０ｋｇ当たり０．０１〜０．４ｇで
あると共に、ワイヤ長さ方向のワイヤ表面粗さＲａが
０．０５〜０．５μｍであることを特徴とするアーク溶
接用鋼ワイヤにある。 【０００８】 【作用】以下に、本発明を更に詳細に説明する。本発明
者らは、過酷な条件下でも溶接を長時間安定維持させる
目的で、溶接中のワイヤ送給及びアークの現象を写真、
高速ビデオ、波形解析等各種装置を用いて観察した結果
と、ワイヤ表面の分析結果からワイヤ表面の潤滑剤は最
表層を微量の液体潤滑剤で覆い、その下層に固体または
半固体の潤滑剤を強固に付着させる２層構造とすること
により、前記した過酷な条件下でも長時間安定した溶接
を持続できることを見い出した。 【０００９】すなわち、先ず温トルエンで主に抽出され
る脂肪酸、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種以上のもの（以下ワ
ックス等という）の内、高融点のワックス等を適量付着
させ、最後にエーテルで抽出させる常温で液体の油類を
塗布することにより、更に送給条件など必要に応じてワ
ックス等内にＭｏＳ2 ，ＷＳ2 ，ＰＴＦＥ，Ｃ，フッ化
黒鉛、金属石鹸の１種または２種以上を添加することに
より、過酷なコンジットケーブルの使用や高電流条件下
においても、コンジットケーブル内の詰まり及び送給ロ
ールへの銅及び鉄分などの含有する潤滑剤成分の堆積が
少なく、しかも、厳しい屈曲状態でも送給ロールでのス
リップが少なく、かつコンジットケーブル内の摩擦抵抗
が小さくできるので、ワイヤ送給性が極めて良好とな
り、長時間でもアークの安定した溶接が出来る。これら
の効果は、各組成物それぞれの共存効果によりなし得た
ものであるが、各々組成物の限定理由について以下に述
べる。 【００１０】 【発明の実施の形態】先ず、本発明者らは送給性改善の
目的でワイヤ表面の付着物の作用効果を検討すると共に
付着物の管理を行うために量及び組成を確認する方法を
種々検討した。その結果、ワイヤ表面に微量付着させた
物を精度良く、比較的容易に分析する方法として適当な
溶媒で抽出物を洗浄し、抽出物を分析するのが最も良い
ことが判った。そこで付着物を有機溶媒で抽出し、その
量と送給性その他の溶接特性の関係を研究した。しか
し、全体の付着量のみでは十分に現象を解明することが
出来ず、付着物を分離分析する必要に迫られ、種々分離
方法を検討の結果、最後に塗布した油類はエーテル中で
超音波洗浄することにより比較的容易に抽出できたが、
ワイヤに直接強固に付着しているワックス等を精度良
く、しかも効率良く抽出する方法を種々検討した結果、
トルエンを６０〜７０℃に加温して行うのが最も効率よ
く、安定して抽出できることが判った。また、トルエン
の温度が６０℃未満では抽出終点まで時間が掛かり、終
点が明確でなく、抽出量が安定しない。逆に、７０℃を
超えた温度では蒸発が激しくなり引火の危険が大きくな
るため抽出温度は６０〜７０℃に限定した。 【００１１】温トルエンで抽出されるワイヤ表面付着物
は主にワイヤ送給性を向上させるために仕上げ伸線工程
の初期に付着させた高融点の脂肪酸、脂肪酸の１価また
は２価アルコールのエステル及び石油ろうの１種または
２種以上のもの、あるいはこれらに固体潤滑剤を添加し
たものである。温トルエン抽出物はワイヤ送給中のワイ
ヤとコンジットライナーの摩擦抵抗を低下させる効果が
あり、特に高電流で長時間溶接を行うなどより過酷な条
件下で潤滑性の高い固体潤滑剤をワイヤ表面に均一に保
持させ長いコンジットケーブルでも潤滑切れを起こさな
い効果がある。 【００１２】しかし、図１に示すように温トルエン抽出
付着物がワイヤ１０ｋｇ当たり０．０１ｇ未満では潤滑
および他の固体潤滑剤をワイヤ表面に均一に保持するこ
とが出来ないためコンジットケーブル内の送給抵抗が高
く、ワイヤの座屈等により安定に溶接することが出来な
い。また、図２に示すように、１．２ｇを超えた場合、
潤滑過多となり送給ロール部でのスリップが起こり易く
送給が安定せず、安定した溶接が出来ない。ワイヤのス
リップ率の測定及び算出方法は実施例で詳述する。ま
た、余分な付着物が送給ロール、コンジットライナーお
よびチップ内に堆積し易くなるため、長時間の溶接でコ
ンジットライナー等に詰まりが生じアークが不安定とな
る。従って、温トルエン抽出量はワイヤ１０ｋｇ当たり
０．１〜１．２ｇに限定する必要がある。 【００１３】さらに、エーテル抽出物はワイヤ製造の最
終工程で塗布される常温で液体の油が主体であるが、油
塗布によりワックス等および固体潤滑剤のみの場合より
送給抵抗が低下し、過酷な条件下での送給性がより安定
化する効果がある。すなわち、図３又は４に示すよう
に、冬季（平均気温５℃以下）等の低温環境で溶接を開
始したとき、一般に電機子電流値は高く、ワイヤ送給が
不安定となる場合があるが、このような場合でも油を塗
布すると電機子電流が低下し、アークが安定するまでの
時間が短くなる効果がある。また、ワイヤ表面に光沢を
与えて外観を改善し、光沢を保持する効果もある。しか
し、ワイヤ１０ｋｇ当たり０．１ｇ未満ではこれらの効
果が認められず、１．２ｇを超えて塗布された場合、か
えって送給ロールでスリップを起こし易く送給が不安定
となる。従って、本発明ではエーテルで抽出される塗布
油の量はワイヤ１０ｋｇ当たり０．１〜１．２ｇに限定
した。 【００１４】また、送給条件によりエーテルおよび６０
〜７０℃の温トルエン抽出分を孔径３μｍの濾紙（メン
ブランフィルター）で濾過した残査の合計がワイヤ１０
ｋｇ当たり０．０１〜０．４ｇとなるようにＭｏＳ2 ，
ＷＳ2 ，ＰＴＦＥ，Ｃ，フッ化黒鉛、金属石鹸の１種ま
たは２種以上の固体潤滑剤をワックス中に均一に混合付
着させることにより、より過酷な条件下での安定なワイ
ヤ送給が可能となる。しかし、ワイヤ１０ｋｇ当たり
０．０１ｇ未満ではその効果は認められず、０．４ｇを
超えた場合送給ロール部でのスリップを起こし易くなる
と共に、チップでの通電が不安定となる。また、長時間
溶接によりコンジットライナー内の詰まりによるアーク
不安定を引起し、長時間の使用に耐えない。なお、固体
潤滑剤成分としては、上記以外にもタルク、セリサイ
ト、石灰、窒化硼素、プラスチックおよび種々の金属酸
化物等があるが、必要に応じてこれらを添加することが
できる。 【００１５】さらに、本発明はワイヤ表面の長さ方向の
平均粗さＲａを特定することで、ケーブル状態がより厳
しい条件でも安定したワイヤ送給性が確保できると共
に、安定に潤滑剤をワイヤ表面に保持することができ
る。しかしながら、ワイヤ表面の平均粗さＲａが０．０
５μｍ未満では、ワイヤ表面に安定に潤滑剤を保持する
ことができなくなり、ワイヤの送給性が不安定になる。
ワイヤ表面の平均粗さＲａが０．５μｍ超えると、潤滑
剤がワイヤ表面に多量に付着して、ワイヤが送給ロール
部でスリップし易く送給が安定せずアークが不安定にな
り、スパッタも増加する。従って、本発明ではワイヤ表
面粗さＲａは０．０５μｍ〜０．５μｍに限定した。 【００１６】 【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
する。まず、アーク溶接用鋼ワイヤ表面のエーテル抽出
分となる塗布油および温トルエン抽出分となるワックス
等の種類と量を調整したワイヤ径１．４ｍｍのＪＩＳＺ
３３１３に規定されるＹＦＷ−Ｃ５０ＤＲのシームレ
スフラックス入りワイヤ（フラックス充填率１４％）を
生産した。供試ワイヤは充填フラックスを所定の充填率
に充填後焼鈍径まで伸線し、電解酸洗後めっきを施し
た。該ワイヤを仕上げ伸線工程でワックス等またはワッ
クス等に固体潤滑剤を添加した物を付着、洗浄すること
により下地表面の粗さ及び付着量を制御した。更に整列
巻き工程の直前で洗浄後、油量を制御して塗布し、スプ
ールに巻き取り試験に供した。ワイヤの表面平均粗さＲ
ａはＪＩＳ Ｂ０６０１に準拠して接触式表面粗さ計に
より長さ方向に１２．５ｍｍ、９０°回転させ４回測定
し、その平均値を取った。 【００１７】ワイヤ送給性の調査は図５に示す装置を用
いた。すなわち、６ｍのコンジットケーブルの中間に送
給抵抗を高める目的で、ループの直径を１５０φ〜８０
φまで段階的に変化させたループを２回転を設けた。ワ
イヤはスプール２から送給モータ３によってコンジット
ケーブル１に送給されトーチ４に送られる。この時、ワ
イヤは１０ｋｇを溶接した。そのときの溶接条件は電
流：３５０Ａ、電圧：３２Ｖ、速度：３０ｃｍ／ｍｉ
ｎ、ＣＯ2 ：２５ｌ／ｍｉｎとし、送給ロールの加圧力
は２５ｋｇ一定とした。 【００１８】ワイヤ送給性は、送給モータ３の電機子電
流値の測定によって調べた。なお、ワイヤ送給性は電機
子電流値が３．５Ａを超えるとアークの長さが変化して
アークが不安定となる。ワイヤ送給ロール部でのワイヤ
のスリップは、送給ロールの周速と送給ロール出口側の
ワイヤ速度を測定し、下記式でスリップ率を計算して調
べた。ワイヤのスリップ率は５％超えると、ワイヤ送り
速度に緩急が生じてワイヤの送給むらによってアークが
不安定になると共にスパッタの発生が多くなる。なお、
ワイヤの周速度は送給モータの回転をロータリーエンコ
ーダで測定し、送給ロールの直径から算出した。また、
出口側のワイヤ速度はレーザドップラー方式の線速計を
設置して測定した。 スリップ率＝（送給ロールの周速）−（送給ロール出口
側のワイヤ速度）／（送給ロールの周速）×１００ 【００１９】それらの結果を表１にまとめて示す。表１
において、試験Ｎｏ１〜１８が本発明例のアーク溶接用
鋼ワイヤ、試験Ｎｏ１９〜２６が比較例である。本発明
の試験Ｎｏ１〜１８はコンジットケーブルの屈曲条件が
１５０φ×２ターンより厳しい条件でも溶接時のスリッ
プ率及び送給モータの電機子電流値が低く、アークも安
定しており極めて満足な結果であった。比較例中、Ｎｏ
１９はエーテル抽出分が本発明の範囲の下限より少ない
場合で、電機子電流値、スリップ率が高くアークが安定
しない。 【００２０】Ｎｏ２０はトルエン抽出分が本発明の範囲
の下限より少ない場合で、電機子電流値、スリップ率が
高くアークが不安定となる。Ｎｏ２１はエーテル抽出
分、トルエン抽出分は本発明の範囲内であるが、ワイヤ
表面の粗さＲａが本発明の下限より少ない場合で、コン
ジットケーブルの屈曲条件１５０φ×２ターンでは送給
モータの電機子電流値が高く、ワイヤが送給されない。
Ｎｏ２２はエーテル抽出分が本発明の上限を超える場合
で、ワイヤが送給ロールでスリップしてしまい、電機子
電流値が高くスリップ率も非常に高くなり、アークが安
定しない。Ｎｏ２３はトルエン抽出分が本発明の上限を
超える場合で、ワイヤが送給ロールでスリップしてしま
い、電機子電流値が高くスリップ率も非常に高くなり、
アークが安定しない。 【００２１】Ｎｏ２４はエーテル抽出分、トルエン抽出
分は本発明の範囲内であるが、ワイヤ表面の粗さＲａが
本発明上限より多い場合で、コンジットケーブルの屈曲
条件１５０φ×２ターンでは送給モータの電機子電流が
高くワイヤが送給されない。Ｎｏ２５はエーテル及びト
ルエン抽出分を孔径３μｍの濾紙で濾過した場合の残差
量が本発明の下限より少ない場合で、コンジットケーブ
ルの屈曲条件１５０φ×２ターンでは送給モータの電機
子電流が高く、ワイヤが送給されない。Ｎｏ２６はエー
テル及びトルエン抽出分を孔径３μｍの濾紙で濾過した
場合の残差量が本発明の上限を超える場合で、ワイヤが
送給ロールでスリップしてしまい、電機子電流値が高く
スリップ率も非常に高くなり、アークが安定しない。な
お、これら実施例ではシームレスフラックス入りワイヤ
の１．４ｍｍ径の場合を示したが、より小径および太径
でも同様な結果が得られた。また、シームありのフラッ
クス入りワイヤおよび銅めっきを施したソリッドワイヤ
についても同様な結果が得られた。 【００２２】 【表１】【００２３】 【発明の効果】以上述べたように、本発明のアーク溶接
用鋼ワイヤによれば、軟質で長尺のコンジットケーブル
を使用し、かつ高電流条件で溶接される場合において
も、コンジットケーブル内の詰まり及び送給ロールでの
潤滑成分の堆積がなく、しかも厳しい屈曲条件でも送給
ロール部でのスリップがなく、かつ摩擦抵抗が少ないな
ど送給性が良好で、長時間でも安定したアークの溶接が
可能となる優れた効果を奏するものである。
イヤの改良に係り、更に詳しくは、溶接時の送給性が優
れ、かつ、アークが安定で良好な作業を長時間維持でき
るアーク溶接用鋼ワイヤに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】アーク溶接用鋼ワイヤは、溶接の自動
化、高能率化が進むと共に、更に多く使用される傾向に
あるが、最近、能率の点より自動、半自動溶接を問わ
ず、高電流の溶接条件が採用される方向にある。その結
果、必然的にワイヤ送給速度が大となる。また、対象と
なる構造物によっては溶接が狭隘部で行われる場合も多
く、それらの場所での使い易さの点から、溶接機のワイ
ヤ送給装置の送給ロールから溶接トーチまでのコンジッ
トケーブルは曲げても使い易くするため、軟らかく、か
つ長くなる傾向にある。 【０００３】このように溶接用ワイヤの送給速度が大と
なるとともに、長くて曲げ易いコンジットケーブルで使
用されると、ワイヤ送給時そのコンジットケーブル内の
コンジットチューブ内をワイヤが通るときに摩擦抵抗が
大きくなり、溶接時のワイヤ送給に支障をきたし、アー
クが不安定となって溶接が出来なくなると言う問題が生
じる。このため、これまでにアーク溶接用鋼ワイヤは、
ワイヤ送給性を良くするために、種々の対策が施されて
いるが未だ十分なものはなく、溶接作業者は過酷な条件
下で、しばしば溶接の中断を余儀なくされ、摩耗したコ
ンジットチューブの交換など、その対応に苦慮している
のが実状である。 【０００４】これらの溶接用ワイヤの送給性の問題に対
しては、従来、例えば特開昭５５−４００６８号公報に
高位脂肪酸と高級１価アルコールからなるエステル及び
前記エステルとＭｏＳ2 、グラファイト等を混合被覆し
たアーク溶接用鋼ワイヤ、あるいは特開昭５８−１８４
０９５号公報に記載されているグラファイト、二硫化モ
リブデン、ガラス粉末などの固形潤滑剤を混合したもの
を鋼ワイヤ表面に塗布したアーク溶接用鋼ワイヤなどが
提案されている。 【０００５】しかしながら、これらのアーク溶接用鋼ワ
イヤにおいても、前述した軟質で長尺のコンジットケー
ブルを使用し、かつ高電流条件で溶接されるような過酷
な条件下では、送給ロール部でワイヤがスリップしたり
コンジットチューブ内での摩擦抵抗が大きく、またコン
ジットチューブ内が摩擦熱及びコンジットライナーを包
む溶接用ケーブルの発熱で高温となりワイヤ表面の潤滑
剤が部分的に融け、凝集してワイヤ表面に均一に被覆さ
れなくなる等で、その送給性は満足できなくなる。ま
た、融け出した潤滑剤は長時間溶接を行っている間に
銅、鉄分等の他のワイヤ付着物をコンジットチューブ、
インナーチューブおよびチップ内に堆積させ、ワイヤ通
路を狭め送給抵抗、チップの通電抵抗を増大させ、アー
クの安定維持を妨げるという問題がある。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は軟質
で長尺のコンジットケーブルを使用し、かつ高電流条件
で溶接される場合においても、コンジットケーブル内の
詰まり及び送給ロールへの銅および鉄分などの含有する
潤滑剤成分の堆積がなく、しかも、厳しい屈曲状態でも
送給ロールでのワイヤのスリップがなく、かつ摩擦抵抗
の少ない送給性の良好で、長時間でもアークの安定した
溶接が出来るアーク溶接用鋼ワイヤを提供することを目
的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】前述したような課題を解
決するための手段として、本発明は、アーク溶接用鋼ワ
イヤをエーテル中で超音波洗浄し、抽出した表面の付着
量をワイヤ１０ｋｇ当たり０．１〜１．２ｇとし、エー
テル洗浄後の該ワイヤを、更に６０〜７０℃の温トルエ
ン中で超音波洗浄し、抽出した付着物の量をワイヤ１０
ｋｇ当たり０．０１〜１．２ｇ、エーテル及びトルエン
で抽出物を孔径３μｍの濾紙（メンブランフィルター）
で濾過した残査中のＭｏＳ2 ，ＷＳ2 ，ＰＴＦＥ，Ｃ，
フッ化黒鉛、金属石鹸の１種または２種以上の固体潤滑
剤の合計をワイヤ１０ｋｇ当たり０．０１〜０．４ｇで
あると共に、ワイヤ長さ方向のワイヤ表面粗さＲａが
０．０５〜０．５μｍであることを特徴とするアーク溶
接用鋼ワイヤにある。 【０００８】 【作用】以下に、本発明を更に詳細に説明する。本発明
者らは、過酷な条件下でも溶接を長時間安定維持させる
目的で、溶接中のワイヤ送給及びアークの現象を写真、
高速ビデオ、波形解析等各種装置を用いて観察した結果
と、ワイヤ表面の分析結果からワイヤ表面の潤滑剤は最
表層を微量の液体潤滑剤で覆い、その下層に固体または
半固体の潤滑剤を強固に付着させる２層構造とすること
により、前記した過酷な条件下でも長時間安定した溶接
を持続できることを見い出した。 【０００９】すなわち、先ず温トルエンで主に抽出され
る脂肪酸、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種以上のもの（以下ワ
ックス等という）の内、高融点のワックス等を適量付着
させ、最後にエーテルで抽出させる常温で液体の油類を
塗布することにより、更に送給条件など必要に応じてワ
ックス等内にＭｏＳ2 ，ＷＳ2 ，ＰＴＦＥ，Ｃ，フッ化
黒鉛、金属石鹸の１種または２種以上を添加することに
より、過酷なコンジットケーブルの使用や高電流条件下
においても、コンジットケーブル内の詰まり及び送給ロ
ールへの銅及び鉄分などの含有する潤滑剤成分の堆積が
少なく、しかも、厳しい屈曲状態でも送給ロールでのス
リップが少なく、かつコンジットケーブル内の摩擦抵抗
が小さくできるので、ワイヤ送給性が極めて良好とな
り、長時間でもアークの安定した溶接が出来る。これら
の効果は、各組成物それぞれの共存効果によりなし得た
ものであるが、各々組成物の限定理由について以下に述
べる。 【００１０】 【発明の実施の形態】先ず、本発明者らは送給性改善の
目的でワイヤ表面の付着物の作用効果を検討すると共に
付着物の管理を行うために量及び組成を確認する方法を
種々検討した。その結果、ワイヤ表面に微量付着させた
物を精度良く、比較的容易に分析する方法として適当な
溶媒で抽出物を洗浄し、抽出物を分析するのが最も良い
ことが判った。そこで付着物を有機溶媒で抽出し、その
量と送給性その他の溶接特性の関係を研究した。しか
し、全体の付着量のみでは十分に現象を解明することが
出来ず、付着物を分離分析する必要に迫られ、種々分離
方法を検討の結果、最後に塗布した油類はエーテル中で
超音波洗浄することにより比較的容易に抽出できたが、
ワイヤに直接強固に付着しているワックス等を精度良
く、しかも効率良く抽出する方法を種々検討した結果、
トルエンを６０〜７０℃に加温して行うのが最も効率よ
く、安定して抽出できることが判った。また、トルエン
の温度が６０℃未満では抽出終点まで時間が掛かり、終
点が明確でなく、抽出量が安定しない。逆に、７０℃を
超えた温度では蒸発が激しくなり引火の危険が大きくな
るため抽出温度は６０〜７０℃に限定した。 【００１１】温トルエンで抽出されるワイヤ表面付着物
は主にワイヤ送給性を向上させるために仕上げ伸線工程
の初期に付着させた高融点の脂肪酸、脂肪酸の１価また
は２価アルコールのエステル及び石油ろうの１種または
２種以上のもの、あるいはこれらに固体潤滑剤を添加し
たものである。温トルエン抽出物はワイヤ送給中のワイ
ヤとコンジットライナーの摩擦抵抗を低下させる効果が
あり、特に高電流で長時間溶接を行うなどより過酷な条
件下で潤滑性の高い固体潤滑剤をワイヤ表面に均一に保
持させ長いコンジットケーブルでも潤滑切れを起こさな
い効果がある。 【００１２】しかし、図１に示すように温トルエン抽出
付着物がワイヤ１０ｋｇ当たり０．０１ｇ未満では潤滑
および他の固体潤滑剤をワイヤ表面に均一に保持するこ
とが出来ないためコンジットケーブル内の送給抵抗が高
く、ワイヤの座屈等により安定に溶接することが出来な
い。また、図２に示すように、１．２ｇを超えた場合、
潤滑過多となり送給ロール部でのスリップが起こり易く
送給が安定せず、安定した溶接が出来ない。ワイヤのス
リップ率の測定及び算出方法は実施例で詳述する。ま
た、余分な付着物が送給ロール、コンジットライナーお
よびチップ内に堆積し易くなるため、長時間の溶接でコ
ンジットライナー等に詰まりが生じアークが不安定とな
る。従って、温トルエン抽出量はワイヤ１０ｋｇ当たり
０．１〜１．２ｇに限定する必要がある。 【００１３】さらに、エーテル抽出物はワイヤ製造の最
終工程で塗布される常温で液体の油が主体であるが、油
塗布によりワックス等および固体潤滑剤のみの場合より
送給抵抗が低下し、過酷な条件下での送給性がより安定
化する効果がある。すなわち、図３又は４に示すよう
に、冬季（平均気温５℃以下）等の低温環境で溶接を開
始したとき、一般に電機子電流値は高く、ワイヤ送給が
不安定となる場合があるが、このような場合でも油を塗
布すると電機子電流が低下し、アークが安定するまでの
時間が短くなる効果がある。また、ワイヤ表面に光沢を
与えて外観を改善し、光沢を保持する効果もある。しか
し、ワイヤ１０ｋｇ当たり０．１ｇ未満ではこれらの効
果が認められず、１．２ｇを超えて塗布された場合、か
えって送給ロールでスリップを起こし易く送給が不安定
となる。従って、本発明ではエーテルで抽出される塗布
油の量はワイヤ１０ｋｇ当たり０．１〜１．２ｇに限定
した。 【００１４】また、送給条件によりエーテルおよび６０
〜７０℃の温トルエン抽出分を孔径３μｍの濾紙（メン
ブランフィルター）で濾過した残査の合計がワイヤ１０
ｋｇ当たり０．０１〜０．４ｇとなるようにＭｏＳ2 ，
ＷＳ2 ，ＰＴＦＥ，Ｃ，フッ化黒鉛、金属石鹸の１種ま
たは２種以上の固体潤滑剤をワックス中に均一に混合付
着させることにより、より過酷な条件下での安定なワイ
ヤ送給が可能となる。しかし、ワイヤ１０ｋｇ当たり
０．０１ｇ未満ではその効果は認められず、０．４ｇを
超えた場合送給ロール部でのスリップを起こし易くなる
と共に、チップでの通電が不安定となる。また、長時間
溶接によりコンジットライナー内の詰まりによるアーク
不安定を引起し、長時間の使用に耐えない。なお、固体
潤滑剤成分としては、上記以外にもタルク、セリサイ
ト、石灰、窒化硼素、プラスチックおよび種々の金属酸
化物等があるが、必要に応じてこれらを添加することが
できる。 【００１５】さらに、本発明はワイヤ表面の長さ方向の
平均粗さＲａを特定することで、ケーブル状態がより厳
しい条件でも安定したワイヤ送給性が確保できると共
に、安定に潤滑剤をワイヤ表面に保持することができ
る。しかしながら、ワイヤ表面の平均粗さＲａが０．０
５μｍ未満では、ワイヤ表面に安定に潤滑剤を保持する
ことができなくなり、ワイヤの送給性が不安定になる。
ワイヤ表面の平均粗さＲａが０．５μｍ超えると、潤滑
剤がワイヤ表面に多量に付着して、ワイヤが送給ロール
部でスリップし易く送給が安定せずアークが不安定にな
り、スパッタも増加する。従って、本発明ではワイヤ表
面粗さＲａは０．０５μｍ〜０．５μｍに限定した。 【００１６】 【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
する。まず、アーク溶接用鋼ワイヤ表面のエーテル抽出
分となる塗布油および温トルエン抽出分となるワックス
等の種類と量を調整したワイヤ径１．４ｍｍのＪＩＳＺ
３３１３に規定されるＹＦＷ−Ｃ５０ＤＲのシームレ
スフラックス入りワイヤ（フラックス充填率１４％）を
生産した。供試ワイヤは充填フラックスを所定の充填率
に充填後焼鈍径まで伸線し、電解酸洗後めっきを施し
た。該ワイヤを仕上げ伸線工程でワックス等またはワッ
クス等に固体潤滑剤を添加した物を付着、洗浄すること
により下地表面の粗さ及び付着量を制御した。更に整列
巻き工程の直前で洗浄後、油量を制御して塗布し、スプ
ールに巻き取り試験に供した。ワイヤの表面平均粗さＲ
ａはＪＩＳ Ｂ０６０１に準拠して接触式表面粗さ計に
より長さ方向に１２．５ｍｍ、９０°回転させ４回測定
し、その平均値を取った。 【００１７】ワイヤ送給性の調査は図５に示す装置を用
いた。すなわち、６ｍのコンジットケーブルの中間に送
給抵抗を高める目的で、ループの直径を１５０φ〜８０
φまで段階的に変化させたループを２回転を設けた。ワ
イヤはスプール２から送給モータ３によってコンジット
ケーブル１に送給されトーチ４に送られる。この時、ワ
イヤは１０ｋｇを溶接した。そのときの溶接条件は電
流：３５０Ａ、電圧：３２Ｖ、速度：３０ｃｍ／ｍｉ
ｎ、ＣＯ2 ：２５ｌ／ｍｉｎとし、送給ロールの加圧力
は２５ｋｇ一定とした。 【００１８】ワイヤ送給性は、送給モータ３の電機子電
流値の測定によって調べた。なお、ワイヤ送給性は電機
子電流値が３．５Ａを超えるとアークの長さが変化して
アークが不安定となる。ワイヤ送給ロール部でのワイヤ
のスリップは、送給ロールの周速と送給ロール出口側の
ワイヤ速度を測定し、下記式でスリップ率を計算して調
べた。ワイヤのスリップ率は５％超えると、ワイヤ送り
速度に緩急が生じてワイヤの送給むらによってアークが
不安定になると共にスパッタの発生が多くなる。なお、
ワイヤの周速度は送給モータの回転をロータリーエンコ
ーダで測定し、送給ロールの直径から算出した。また、
出口側のワイヤ速度はレーザドップラー方式の線速計を
設置して測定した。 スリップ率＝（送給ロールの周速）−（送給ロール出口
側のワイヤ速度）／（送給ロールの周速）×１００ 【００１９】それらの結果を表１にまとめて示す。表１
において、試験Ｎｏ１〜１８が本発明例のアーク溶接用
鋼ワイヤ、試験Ｎｏ１９〜２６が比較例である。本発明
の試験Ｎｏ１〜１８はコンジットケーブルの屈曲条件が
１５０φ×２ターンより厳しい条件でも溶接時のスリッ
プ率及び送給モータの電機子電流値が低く、アークも安
定しており極めて満足な結果であった。比較例中、Ｎｏ
１９はエーテル抽出分が本発明の範囲の下限より少ない
場合で、電機子電流値、スリップ率が高くアークが安定
しない。 【００２０】Ｎｏ２０はトルエン抽出分が本発明の範囲
の下限より少ない場合で、電機子電流値、スリップ率が
高くアークが不安定となる。Ｎｏ２１はエーテル抽出
分、トルエン抽出分は本発明の範囲内であるが、ワイヤ
表面の粗さＲａが本発明の下限より少ない場合で、コン
ジットケーブルの屈曲条件１５０φ×２ターンでは送給
モータの電機子電流値が高く、ワイヤが送給されない。
Ｎｏ２２はエーテル抽出分が本発明の上限を超える場合
で、ワイヤが送給ロールでスリップしてしまい、電機子
電流値が高くスリップ率も非常に高くなり、アークが安
定しない。Ｎｏ２３はトルエン抽出分が本発明の上限を
超える場合で、ワイヤが送給ロールでスリップしてしま
い、電機子電流値が高くスリップ率も非常に高くなり、
アークが安定しない。 【００２１】Ｎｏ２４はエーテル抽出分、トルエン抽出
分は本発明の範囲内であるが、ワイヤ表面の粗さＲａが
本発明上限より多い場合で、コンジットケーブルの屈曲
条件１５０φ×２ターンでは送給モータの電機子電流が
高くワイヤが送給されない。Ｎｏ２５はエーテル及びト
ルエン抽出分を孔径３μｍの濾紙で濾過した場合の残差
量が本発明の下限より少ない場合で、コンジットケーブ
ルの屈曲条件１５０φ×２ターンでは送給モータの電機
子電流が高く、ワイヤが送給されない。Ｎｏ２６はエー
テル及びトルエン抽出分を孔径３μｍの濾紙で濾過した
場合の残差量が本発明の上限を超える場合で、ワイヤが
送給ロールでスリップしてしまい、電機子電流値が高く
スリップ率も非常に高くなり、アークが安定しない。な
お、これら実施例ではシームレスフラックス入りワイヤ
の１．４ｍｍ径の場合を示したが、より小径および太径
でも同様な結果が得られた。また、シームありのフラッ
クス入りワイヤおよび銅めっきを施したソリッドワイヤ
についても同様な結果が得られた。 【００２２】 【表１】【００２３】 【発明の効果】以上述べたように、本発明のアーク溶接
用鋼ワイヤによれば、軟質で長尺のコンジットケーブル
を使用し、かつ高電流条件で溶接される場合において
も、コンジットケーブル内の詰まり及び送給ロールでの
潤滑成分の堆積がなく、しかも厳しい屈曲条件でも送給
ロール部でのスリップがなく、かつ摩擦抵抗が少ないな
ど送給性が良好で、長時間でも安定したアークの溶接が
可能となる優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】トルエン抽出分とワイヤ送給モータの電機子電
流との関係を示す図、 【図２】トルエン抽出分とワイヤ送給モータの電機子電
流およびワイヤのスリップ率の関係を示す図、 【図３】整列巻き直前の油塗布なしの場合の溶接時間と
ワイヤ送給モータの電機子電流、ワイヤのスリップ率お
よびコンジットケーブルの温度の関係を示す図、 【図４】整列巻き直前の油塗布を実施した場合の溶接時
間とワイヤ送給モータの電機子電流、ワイヤのスリップ
率およびコンジットケーブルの温度の関係を示す図、 【図５】本発明の実施例に使用した溶接装置を示す図で
ある。 【符号の説明】 １ コンジットケーブル ２ ワイヤスプール ３ 送給モータ ４ 溶接トーチ
流との関係を示す図、 【図２】トルエン抽出分とワイヤ送給モータの電機子電
流およびワイヤのスリップ率の関係を示す図、 【図３】整列巻き直前の油塗布なしの場合の溶接時間と
ワイヤ送給モータの電機子電流、ワイヤのスリップ率お
よびコンジットケーブルの温度の関係を示す図、 【図４】整列巻き直前の油塗布を実施した場合の溶接時
間とワイヤ送給モータの電機子電流、ワイヤのスリップ
率およびコンジットケーブルの温度の関係を示す図、 【図５】本発明の実施例に使用した溶接装置を示す図で
ある。 【符号の説明】 １ コンジットケーブル ２ ワイヤスプール ３ 送給モータ ４ 溶接トーチ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 林 文雄
千葉県習志野市東習志野７丁目６番１号
日鐵溶接工業株式会社 習志野工場内
(56)参考文献 特開 平７−136796（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−241694（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−155674（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−229697（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−257788（ＪＰ，Ａ)
特開 昭55−40068（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−251295（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B23K 35/02
B23K 35/36
B23K 35/40
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 アーク溶接用鋼ワイヤ表面の付着物をエ
ーテル中で超音波洗浄した場合のエーテル抽出物がワイ
ヤ１０ｋｇ当たり０．１〜１．２ｇ、エーテル洗浄後の
該ワイヤを更に６０〜７０℃の温トルエン中で超音波洗
浄したトルエン抽出物がワイヤ１０ｋｇ当たり０．０１
〜１．２ｇ、エーテル及びトルエン抽出分をそれぞれ孔
径３μｍの濾紙（メンブランフィルター）で濾過した残
査中のＭｏＳ2 ，ＷＳ2 ，ＰＴＦＥ，Ｃ，フッ化黒鉛、
金属石鹸の１種または２種以上の固体潤滑剤の合計がワ
イヤ１０ｋｇ当たり０．０１〜０．４ｇであると共に、
ワイヤ長さ方向のワイヤ表面粗さＲａが０．０５〜０．
５μｍであることを特徴とするアーク溶接用鋼ワイヤ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23214795A JP3399712B2 (ja) | 1995-09-11 | 1995-09-11 | アーク溶接用鋼ワイヤ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23214795A JP3399712B2 (ja) | 1995-09-11 | 1995-09-11 | アーク溶接用鋼ワイヤ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0976089A JPH0976089A (ja) | 1997-03-25 |
| JP3399712B2 true JP3399712B2 (ja) | 2003-04-21 |
Family
ID=16934738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23214795A Expired - Fee Related JP3399712B2 (ja) | 1995-09-11 | 1995-09-11 | アーク溶接用鋼ワイヤ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3399712B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
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|---|---|---|---|---|
| KR100405855B1 (ko) * | 2001-04-19 | 2003-11-14 | 고려용접봉 주식회사 | 용접용 무도금 와이어 |
| US8901455B2 (en) | 2008-06-18 | 2014-12-02 | Lincoln Global, Inc. | Welding wire for submerged arc welding |
| US8952295B2 (en) | 2008-06-18 | 2015-02-10 | Lincoln Global, Inc. | Welding wire with perovskite coating |
| JP7376411B2 (ja) * | 2020-03-31 | 2023-11-08 | 株式会社神戸製鋼所 | アーク溶接用ソリッドワイヤ |
-
1995
- 1995-09-11 JP JP23214795A patent/JP3399712B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH0976089A (ja) | 1997-03-25 |
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