JP3566526B2 - 溶接用ワイヤ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素鋼又はステンレス鋼の自動溶接時又は半自動溶接時に使用される溶接用ワイヤに関し、特に、ワイヤ製造時のワイヤ継ぎ性、即ち生産性を向上させ、更にワイヤ使用時のワイヤの送給性を向上させることができる溶接用ワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶接用ワイヤを製造する場合、一般的には、原材料のロット毎に伸線を中断させている。そして、再度伸線を開始する場合、それまで伸線していたロットのワイヤに次のロットのワイヤを接合して、そのロットのワイヤの線通しの工程を省略している。また、伸線の途中で断線が発生した場合、速やかに断線箇所を接合して、伸線を再開する必要がある。更に、溶接用ワイヤをスプールに巻替える時又はワイヤ収納用パックに収納する時に、製品の歩留まりを向上させるために、異なるロットのワイヤを接合することが多い。このようなワイヤ同士の接合（ワイヤ継ぎ）時に使用される接合方法としては、従来より、スリーブを使用して機械的にかしめて接合する方法、抵抗溶接により接合する方法及び両者を組み合わせて接合する方法がある。
【０００３】
例えば、ワイヤの外径よりも僅かに大きい内径を有するスリーブにワイヤの先端部を挿入し、スリーブの上から機械的にかしめることにより、ワイヤ同士を接合する方法が開示されている（実開平６−６９４１１）。この方法を使用すると、接合強度にばらつきが発生しないと共に、接合作業に熟練を必要とすることもないが、スリーブの外径がワイヤ径よりも大きいので、接合部分をそのまま伸線することができない。
【０００４】
また、ワイヤの外径と同程度の外径を有するスリーブに、２本のワイヤの端部を縮径して挿入し、このスリーブとワイヤ端部の外皮とを抵抗スポット溶接することにより、２本のワイヤを接続する方法が提案されている（特開平７−１１６８９３号公報）。この方法によってワイヤ同士を接合すると、スリーブとワイヤとの化学組成が異なるので、接合箇所が溶接用ワイヤとして商品になり得ない。
【０００５】
そこで、一般的に、溶接用ワイヤ同士の接合時においては、設備コストが低いと共に、接合部の外観及び強度が良好であるという理由から、抵抗溶接が最も多く使用されている。溶接用フラックス入りワイヤの抵抗溶接方法としては、ワイヤ中に包含されるフラックスをワイヤ端部において除去した後に、その部分を加圧圧着し、金属外皮成分のみからなる先端部を抵抗溶接する方法が開示されている（特公平５−１１１８）。他に、ワイヤ中に包含されるフラックスをワイヤ端部において除去し、その端部にフラックスの代わりにＮｉ粉を充填して抵抗溶接する方法も公知である（特開平６−２６２３９２号公報）。このように、フラックスを除去した後に抵抗溶接を実施すると、一定の品質を有する溶接部を得ることはできるが、溶接作業が繁雑になるという難点が発生する。
【０００６】
ところで、ワイヤの抵抗溶接の大部分は、接合すべき２本のワイヤの端面を研磨した後、これらのワイヤを、端面同士を対向させて電極で挟持して、両者を接触加圧すると共に電流を印加することによって実施される。２本のワイヤに電流を印加すると、接触加圧されたワイヤ端面及びその近傍のワイヤは、通電によるジュール発熱によって加熱溶融される。このとき、電流をＩ、電流が流れる部分の電気抵抗をＲとすると、ジュール発熱Ｗは、下記数式１によって算出される。
【０００７】
【数１】
Ｗ＝Ｉ２×Ｒ
【０００８】
電流Ｉは一般的に交流電流であり、上記数式１に示すように、ジュール発熱Ｗは、交流電流Ｉの２乗に溶接部の抵抗Ｒを乗じた値となる。ワイヤ端面同士を対向させて加圧して配置し、両者を抵抗溶接により接合する場合、抵抗Ｒはワイヤ端面同士の接点において最も大きくなる。従って、先ず、ワイヤ端面において発熱が始まる。
【０００９】
そして、ワイヤ端面の接点は、発熱量に対してその熱容量が極めて小さいので、瞬間的に溶融し、２本のワイヤが加圧されることによって、溶融金属がワイヤの外周部に流動排出される。そして、流動排出された初期溶融部は、通常、溶接作業者によって切削除去される。このように、抵抗溶接によるワイヤの接合方法は、低コストであって、極めて短時間で容易にワイヤ同士を接合することができるので、一般的な接合技術として普及している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この接合方法は作業者の技量に大きく依存する方法であり、一定して高品質の溶接部を形成することができないという問題点がある。例えば、ワイヤの端面の切断形状、加圧力及び通電時間等の選択は、作業者の経験に依存している。特に、製品径まで伸線された溶接用ワイヤを抵抗溶接によって接合する場合、接合面のみでなく、接合部近傍の溶融金属のワイヤ表面へのなじみ性が、溶接用ワイヤとしての製品性能に大きく影響する。溶接金属とワイヤ表面とのなじみ性が悪いと、その表面を十分にヤスリがけする作業が必要となり、ワイヤ継ぎの作業効率は著しく低下する。
【００１１】
また、このヤスリがけ作業によって、ヤスリがけが不要である健全なワイヤ表面を疵つけることがあり、疵つけられたワイヤ表面は、このワイヤを使用した溶接時に、ワイヤの送給性又は通電性を不安定にする。更に、接合部近傍の溶融金属のなじみ性が悪いと、そのワイヤを使用した実際の溶接時に、断線、送給不良及びアーク不安定等が発生する。また、近時、溶接用ワイヤの品質が向上しているので、従来において問題となっていなかった接合部の溶接均一性についても、その向上が要求されている。
【００１２】
ワイヤ同士の接合のみを目的として両者を溶接する場合、ワイヤの抵抗Ｒはワイヤの化学組成、転位密度及びフラックス率等によって変化するので、そのワイヤが軟鋼用であるか若しくはステンレス鋼用であるか等のワイヤの種類、又は充填フラックスの有無等によって、適切な電流Ｉを選択して抵抗溶接すると、ワイヤ同士を接合することは容易である。しかし、抵抗溶接により接合した箇所について、溶接用ワイヤとしての性能まで考慮する場合は、抵抗溶接電流を管理するのみでは不十分であり、ワイヤとしての優れた性能を得るためには、溶融金属とワイヤ表面とのなじみ性を向上させることが必要不可欠の条件である。
【００１３】
更に、溶接ワイヤとして望まれる特性には良好なワイヤ送給性がある。従来よりワイヤ送給性改善の試みは数多く見られ、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸若しくはリノレン酸等の高級脂肪酸のナトリウム塩又はカリウム塩をワイヤ表面に付着させ、仕上げ伸線後、その上から潤滑油を塗布することによってワイヤの送給性を向上させる方法（特開平１−１６６８９８号公報）及びカルボン酸ナトリウム塩又はカルボン酸カリウム塩を含有した油性潤滑剤をワイヤ表面に保持付着させることによりワイヤの送給性を向上させる方法（特開平２−２８４７９２号公報）が公知である。これらの方法は、ワイヤ表面に適正量の高級脂肪酸のアルカリ金属塩及び潤滑油を付着させることによって、ワイヤの送給性を向上させるものである。しかしながら、これらの従来方法においては、長時間に亘って溶接作業を実施するとスプリングライナー内部に金属塩及び潤滑油がワイヤ表面から容易に剥離し堆積するため、スプリングライナー内部に詰まりが発生し、その結果ワイヤの送給性が低下するという問題点がある。このような剥離はワイヤ表面と高級脂肪酸塩及び潤滑油との結合力が弱いことに起因する。
【００１４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、抵抗溶接によるワイヤ同士の接合時において、溶融金属とワイヤ表面とのなじみ性を向上させることができ、これにより、優れた伸線性、溶接作業性、及びワイヤ送給性を得ることができる溶接用ワイヤを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る溶接用ワイヤは、脱脂したワイヤ表面に、ＦｅＳ２及びＦｅＳからなる群から選択された少なくとも１種の硫化鉄が生成されており、そのＳ量がＸ線光電子分光法による測定値で０．１乃至２０原子％であることを特徴とする。
【００１６】
なお、「硫化鉄が存在する」とは、ワイヤ表面をマクロに見た場合に、ワイヤ表面全体にわたってＦｅＳ２又はＦｅＳが生成されている状況のことをいい、換言すれば、後述するＸ線光電子分光法による硫化鉄の存在有無の確認によって、ワイヤ表面を分析した場合に、ワイヤ表面全体にわたり、ＦｅＳ２又はＦｅＳのピークが確認されることをいう。但し、ワイヤ表面をよりミクロに見れば、ＦｅＳ２及びＦｅＳ以外の成分が存在することは当然でありうるので、本発明において、Ｘ線光電子分光法による測定により、ＦｅＳ２又はＦｅＳ以外の物質のピークが同時に観測されることはあり得る。
【００１８】
本発明においては、更に、脱脂したワイヤ表面に、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｃｒ及びＮｉからなる群から選択された少なくとも１種の元素の硫化物が生成されていてもよく、この場合は、そのＳ量が前記硫化鉄のＳ量を含めてＸ線光電子分光法による測定値で０．１乃至２０原子％であることを特徴とする。
【００１９】
なお、「硫化物が存在する」とは、前記「硫化鉄が存在する」の場合と同様、ワイヤ表面をマクロに見た場合に、ワイヤ表面全体にわたって前記群から選択された少なくとも１種の元素とＳとの硫化物が生成されている状況であり、換言すればＸ線光電子分光法による硫化物の存在有無の確認方法によってワイヤ表面を分析した場合に、ワイヤ表面全体にわたり前記硫化物のピークが確認されることである。前記硫化鉄の場合と同様、それ以外の物質のピークが同時に観測されることはあり得る。
【００２２】
なお、本発明においては、ワイヤ表面の硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）又は硫化物の存在は、Ｘ線光電子分光法によって確認するものである。また、この硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）又は硫化物中のＳ含有量も、Ｘ線光電子分光法により算出することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本願発明者等が前記課題を解決するために鋭意実験研究を重ねた結果、ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）を付着又は生成させることにより、溶融金属とワイヤ表面とのなじみ性を向上させることができ、かつワイヤ表面の硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）はワイヤの送給性も改善できることを見い出した。溶融したワイヤ中に存在するＳは、溶融金属の粘度及び表面張力を著しく低下させる。このため、ワイヤ中にＳが存在すると、ワイヤ同士を抵抗溶接した場合に、溶融金属中のＳによって溶融金属の粘度及び表面張力が低下するので、溶融金属の溶け落ちが発生しやすくなる。
【００２４】
しかし、Ｓは活性化元素であるので、溶融金属の表面にＳが存在すると、このＳの存在によって隣接する固体軟鋼（ワイヤ）表面との濡れ性が向上し、溶融金属とワイヤ表面とのなじみ性が良好となる。
【００２５】
また、ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）が存在することにより、ワイヤ表面と送給用潤滑油との濡れ性、なじみ性及び結合力が向上し、スプリングライナー等とワイヤ表面が摺動しても、送給用潤滑油が脱落しにくくなり、連続溶接時のワイヤ送給性が格段に向上する。
【００２６】
従来の技術として、ワイヤ表面に適切な量のＭｏＳ２を付着させることにより、ワイヤ送給性及び通電安定性を向上させたアーク溶接用ワイヤが開示されている（特開平８−１９８９３号公報）。しかし、ワイヤ表面にＭｏＳ２の形でＳが存在しても、Ｓと鉄との固着力が不足して、抵抗溶接時にＳが容易にワイヤ表面から離脱するので、溶融金属とワイヤ表面とのなじみ性を向上させることはできない。
【００２７】
本発明においては、ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）の形でＳを存在させるので、抵抗溶接時におけるワイヤ継ぎ性を向上させることができる。特に、ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）としてのＳが０．１乃至２０原子％含有されていると、溶融金属とワイヤ表面とのなじみ性をより一層向上させることができる。なお、ワイヤ表面のＳ量はＸ線光電子分光法によって測定することができ、この場合、ワイヤ表面から数ｎｍの深さまでの領域におけるＳ量の原子％が求められる。
【００２８】
更に、ワイヤ表層部にＳを拡散させ、Ｓを濃化させる方法としては、各種硫化物をワイヤ表面に塗布した後、６５０℃〜１２５０℃で１〜３００分焼鈍し、酸洗後、メッキして伸線し、製品とする方法（特開平７−３１４１７９）が公知である。この方法はワイヤ表層部に高濃度のＳの拡散層を形成することによって、溶滴の表面張力を低減し、スパッタの発生を抑制するものである。この方法ではワイヤ表層部にＳは単体で存在するため、Ｓとしての効果は期待できるものの、ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）が存在しないために、ワイヤの送給性は向上しないことが明らかである。ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）が生成されない理由は、Ｓ源をワイヤ表面に塗布した後、６５０℃以上の高温で大気中で焼鈍するからである。硫化鉄（ＦｅＳ２）の大気中における分解温度は６００℃であるため、ワイヤ表面のＳ源は容易に分解し、酸化されて、亜硫酸ガスとして大気中に拡散散逸するか、酸化されなかったものはワイヤ表面から原子状Ｓとして結晶粒界に沿って高速拡散し、粒界に高濃度に偏析した拡散層を形成するか、又は硫化マンガン等の硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）よりも熱力学的に安定な化合物としてワイヤ内部に析出するかであり、ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）の皮膜は生成しえない。またワイヤ表層に微量でも硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）が残留又は生成していたとしても、ワイヤ焼鈍後に酸洗するために、硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）はワイヤ表面に残留しない。更に、酸洗後に銅メッキ処理するためにワイヤの最表面には硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）は決して存在しない。
【００２９】
一方、本発明においては、ワイヤ表面に皮膜状に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）を存在させることによって、送給用潤滑油がワイヤ表面から脱落してスプリングライナー内部に堆積する不具合を防止することができる。ワイヤ表面の硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）は送給用潤滑油を保持する効果が優れており、スプリングライナー内部の詰まりを防止する。これはワイヤ表面に薄く皮膜状に生成された硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）は、潤滑油との濡れ性、なじみ性、及び結合力を向上させる効果によるものと推測できる。
【００３０】
ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）を生成させる方法としては、アルカリ金属の硫化物（ＮａＳ、ＫＳ等）又は硫化アンモニウム等の水溶液にワイヤを浸漬させることが、最も簡単な方法である。硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）を生成させる工程において重要なことは、大気中における硫化鉄（ＦｅＳ２又はＦｅＳ）の分解温度以下の温度で操業を行うことである。即ち、操業温度は、この硫化鉄のうち、分解温度が低い方のＦｅＳの分解温度である２００℃以下であることが好ましく、最低限ＦｅＳ２の分解温度である６００℃未満で操業を行い、ＦｅＳ２の分解は阻止する必要がある。硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）生成後、６００℃以上の焼鈍工程を経ると、ワイヤ表面の硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）は容易に分解されてしまう。
【００３１】
更に、硫化物水溶液にワイヤを浸漬させる方法の他に、Ｈ２Ｓガスを使用した気相又は液相反応によって硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）を生成させる方法もあるが、この方法は設備コストが高くなるので、好ましくない。また、ワイヤ表面に硫化物を生成させた後に、このワイヤ表面に硫化物の効果を阻害する酸洗及びメッキ等の工程は適用しないことが必要である。
【００３２】
なお、硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）以外にも、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｌ又はＺｎ等の元素とＳとの硫化物をワイヤ表面に生成させても、硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）の場合と同様の効果が得られることが期待できる。これらの硫化物をワイヤ表面に生成する方法としては、選択した元素の含有量をワイヤ中において増加させて、上記の硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）を生成する方法と同様の方法により、選択元素の硫化物を生成することができる。
【００３３】
ワイヤ表面における硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）の生成は、ワイヤ表面をアセトンを使用して脱脂して、塗布油及び付着物を除去した後、例えば、下記表１に示す条件でＸ線光電子分光法（ＸＰＳ；Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を使用して分析することにより、確認することができる。
【００３４】
【表１】
【００３５】
図１は硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）を生成させたワイヤ表面の結合エネルギー分布を示すグラフ図である。図１に示す結合エネルギー分布は、上記表１に示す条件でＸＰＳによって測定したものである。但し、ワイヤ表面をアルゴンイオンでスパッタリングしながら測定しており、図１中のＴ（０）のグラフはスパッタリング前のワイヤの測定結果を示し、Ｔ（０．５）のグラフはアルゴンイオンによって０．５分間スパッタリングをした後のワイヤ表面の測定結果を示す。同様に、Ｔ（１）、Ｔ（２）、Ｔ（３）は、夫々、１分間、２分間、３分間のスパッタリング処理を施した後のワイヤ表面の測定結果を示している。
【００３６】
図１に示すように、ＦｅＳ２は結合エネルギーのピークが１６２．８ｅＶ付近に現れ、ＦｅＳは結合エネルギーのピークが１６１．６ｅＶ付近に現れる。但し、硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）はワイヤ表面のみに生成させているので、スパッタリング時間を長くして、ワイヤの表面が削られていくと、ＦｅＳ２及びＦｅＳのピークの高さが低くなる。従って、スパッタリングをせずにＸＰＳによりワイヤを表面分析すると、光電子のエネルギースペクトルからワイヤ表面に存在する物質の結合エネルギー分布を得ることができ、これにより、ワイヤ表面における硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）の有無を確認することができる。
【００３７】
なお、ワイヤ表面のＳ量も、ワイヤ表面における硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）の有無と同様にＸＰＳを使用して分析することができる。この場合、ワイヤ表面には脱脂のためのアセトン等の他のＣ源が残存するので、炭素（Ｃ）を除いた全ピークの総面積あたりの硫黄（Ｓ）のピークの面積を算出することにより、ワイヤ表面に存在するＳ（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）の原子％を求めることができる。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明に係る溶接用ワイヤの実施例についてその比較例と比較して具体的に説明する。
【００３９】
第１実施例
先ず、下記表２に示す組成を有するＨ１〜Ｈ４の金属外皮（フープ）に、下記表３に示す組成を有するＦ１〜Ｆ４の炭素鋼用フラックスを、種々の組み合わせで充填して原線とした。そして、これを伸線することにより、ワイヤ径が０．８乃至１．６ｍｍである炭素鋼用フラックス入りワイヤを作製した。但し、下記表３に示すように、フラックスは、Ｍｎ及びＦｅ粉末の重量％を増減させており、ワイヤ全重量あたりのフラックス重量（フラックス率）が８、１０、１２、１４、１６及び１８重量％となるように、フープ内部に充填した。
【００４０】
【表２】
【００４１】
【表３】
【００４２】
また、下記表４に示す組成を有するＢ１〜Ｂ８の原線を伸線することにより、ワイヤ径が０．８乃至４．８ｍｍである炭素鋼用ソリッドワイヤを作製した。
【００４３】
【表４】
【００４４】
更に、下記表５に示す組成を有するＨ５〜Ｈ６のフープに、下記表６に示す組成を有するＦ５〜Ｆ６のステンレス鋼用フラックスを、種々の組み合わせで充填して原線とした。そして、これを伸線することにより、ワイヤ径が０．８乃至１．６ｍｍであるステンレス鋼用フラックス入りワイヤを作製した。但し、フラックスは、ワイヤ全重量あたりのフラックス重量が１５乃至２５重量％となるように、フープ内部に充填した。
【００４５】
【表５】
【００４６】
【表６】
【００４７】
更にまた、下記表７に示す組成を有するＢ９〜Ｂ１７の原線を伸線することにより、ワイヤ径が０．８乃至１．６ｍｍであるステンレス鋼用ソリッドワイヤを作製した。
【００４８】
【表７】
【００４９】
次に、得られた炭素鋼用フラックス入りワイヤ、炭素鋼用ソリッドワイヤ、ステンレス鋼用フラックス入りワイヤ及びステンレス鋼用ソリッドワイヤのうち、複数本のワイヤを選択的にアルカリ金属の硫化物（ＮａＳ、ＫＳ等）又は硫化アンモニウム等の水溶液に浸漬させて、ワイヤの表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）を生成させた。すべてのワイヤには同様に、ワイヤ１０ｋｇ当たり０．５〜２ｇの動植物油若しくは合成油又はそれらの混合物を送給潤滑油として塗布した。このようにして、表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）を生成させた実施例のワイヤと、伸線後に処理を施していない比較例のワイヤとを作製した。なお、ワイヤ表面の硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）中のＳ量は、前記水溶液へのワイヤの浸漬時間を変化させることによって、調整することができる。
【００５０】
次いで、上記表１に示す条件で、実施例及び比較例の全てのワイヤ表面をＸ線光電子分光法によって分析した。その結果、全ての実施例のワイヤについて、図１のＴ（０）と同様のピークを確認することができた。即ち、実施例の全てのワイヤ表面には、硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）が生成されていた。
【００５１】
その後、同一ワイヤ種同士で端面同士を抵抗溶接して、外皮中のＳ含有量又はワイヤ内部のＳ含有量によるワイヤ継ぎ性に対する影響について調査した。ワイヤ継ぎ性は、濡れ角、接合部における溶融金属の濡れ性及びなじみ性、伸線時の接合部破断頻度、並びにこのワイヤを使用したアーク溶接時の接合部におけるアーク長変動を調査することにより評価した。
【００５２】
また、ワイヤの送給性、即ちスプリングライナー内部の詰まりの発生量は連続溶接前後のスプリングライナーの質量変化を測定して評価した。
【００５３】
図２は実施例のワイヤの端面同士を抵抗溶接により接合した場合の接合部分を示す図であり、図３は比較例のワイヤの端面同士を抵抗溶接により接合した場合の接合部分を示す図である。図２及び３に示すように、溶融金属とワイヤ表面とのなじみ性は、濡れ角θを測定することにより評価することができる。この濡れ角θとは溶融金属表面とワイヤ表面との接点１を通る溶融金属表面の接線２とワイヤ表面３とがなす角度をいい、濡れ角θが小さいほどワイヤ表面の濡れ性が高く、なじみ性が良好であることを示す。
【００５４】
ワイヤの作製条件及び硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）の生成方法等を下記表８に示し、ワイヤ内又は外皮内のＳ量、ワイヤ表面における硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）の有無及びワイヤ表面の硫化鉄中のＳ量を下記表９に、ワイヤ継ぎ性およびワイヤ送給性の評価結果を下記表１０、１１に示す。
【００５５】
【表８】
【００５６】
【表９】
【００５７】
【表１０】
【００５８】
【表１１】
【００５９】
上記表８乃至１０、図２及び３に示すように、ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）が存在している実施例Ｎｏ．１乃至８は、ワイヤ内又は外皮内のＳ量に拘わらず、全てが比較例と比較して濡れ角θが小さいものとなり、抵抗溶接時の濡れ性及びなじみ性が良好であると共に、伸線時において接合部の破断は発生しなかった。また、このワイヤを使用してアーク溶接しても、接合部においてアーク長が変動することはなかった。
【００６０】
一方、比較例Ｎｏ．９乃至１５は、ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）が存在しないものであるので、溶融金属の濡れ性及びなじみ性が不良となり、溶接接合後に長時間のヤスリがけが必要となると共に、伸線時において接合部が破断した。また、溶融金属の濡れ角θが大きいので、溶融金属が接しているワイヤ表面に切欠きが発生して、この部分で応力集中が発生しやすくなった。これにより、切欠き部においてワイヤが破断しやすくなった。更に、アーク溶接時に、接合部においてアーク長が変動した。このように、ワイヤ内又は外皮内のＳ量に関係なく、ワイヤ表面における硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）の存在の有無によって、ワイヤ継ぎ性が決定された。
【００６１】
上記表１１に示すように、ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）が存在している実施例Ｎｏ．１乃至８は２４時間の連続送給試験においても送給に不具合は発生せず、スプリングライナー内部の詰まり量も０．１ｇ未満と少ない。
【００６２】
一方、比較例Ｎｏ．９乃至１５は、ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）が存在しないものであるので、連続送給時に送給不良となり、スプリングライナー内の詰まり量も１ｇ程度と非常に多い。詰まり成分を分析すると大部分が送給用潤滑油であった。このように、ワイヤ内又は外皮内のＳ量に関係なく、ワイヤ表面における硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）の存在の有無によって、ワイヤの送給性が決まるものである。
【００６３】
第２実施例
上記表２乃至７に示すフープ、フラックス又は原線を使用して種々の溶接用ワイヤを作製し、これをアルカリ金属の硫化物（ＮａＳ、ＫＳ等）の水溶液に浸漬させて、ワイヤの表面に硫化物を生成させた。全てのワイヤには同様に、ワイヤ１０ｋｇ当たり０．５乃至２ｇの動植物油又は合成油又はそれらの混合物を送給潤滑油として塗布した。そして第１実施例と同様に、外皮中のＳ含有量又はワイヤ内部のＳ含有量によるワイヤ継ぎ性及びワイヤの送給性に対する影響について調査した。ワイヤの作製条件及び硫化物の生成方法等を下記表１２に示し、ワイヤ内又は外皮内のＳ量、ワイヤ表面における硫化物の有無及びワイヤ表面の硫化物中のＳ量を下記表１３に、ワイヤ継ぎ性及びワイヤ送給性の評価結果を下記表１４、１５に示す。
【００６４】
【表１２】
【００６５】
【表１３】
【００６６】
【表１４】
【００６７】
【表１５】
【００６８】
上記表１２乃至１３に示すように、ワイヤ表面に硫化物が存在している実施例Ｎｏ．１７，１８は、ワイヤ内又は外皮内のＳ量に拘わらず、濡れ角θが小さいものとなり、抵抗溶接時の濡れ性及びなじみ性が良好となると共に、伸線時において接合部の破断は発生しなかった。また、このワイヤを使用してアーク溶接しても、接合部においてアーク長が変動することはなかった。
【００６９】
上記表１５に示すように、ワイヤ表面に硫化物が存在している実施例Ｎｏ．１７，１８は、ワイヤ内又は外皮内のＳ量に拘わらず、２４時間の連続送給試験においても送給に不具合は発生せず、スプリングライナー内部の詰まり量も０．１ｇ未満と少ない。
【００７０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）又は特定元素との硫化物が存在しているので、抵抗溶接によるワイヤ同士の接合時において、溶融金属とワイヤ表面とのなじみ性を向上させることができ、これにより、優れた伸線性及び溶接作業性を得ることができる。また、ワイヤ表面に存在する硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）又は硫化物中のＳ量を適切に規定すると、より一層ワイヤ継ぎ性を向上させることができる。
【００７１】
また、本発明によれば、ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）又は特定元素との硫化物が存在しているので、ワイヤ表面と送給用潤滑油との濡れ性、なじみ性及び結合力が向上し、大量のワイヤを送給しても詰まりが発生しにくくなり、ワイヤの送給性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）を生成させたワイヤ表面の結合エネルギー分布を示すグラフ図である。
【図２】実施例のワイヤの端面同士を抵抗溶接により接合した場合の接合部分を示す図である。
【図３】比較例のワイヤの端面同士を抵抗溶接により接合した場合の接合部分を示す図である。
【符号の説明】
１；接点
２；接線
３；ワイヤ表面
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素鋼又はステンレス鋼の自動溶接時又は半自動溶接時に使用される溶接用ワイヤに関し、特に、ワイヤ製造時のワイヤ継ぎ性、即ち生産性を向上させ、更にワイヤ使用時のワイヤの送給性を向上させることができる溶接用ワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶接用ワイヤを製造する場合、一般的には、原材料のロット毎に伸線を中断させている。そして、再度伸線を開始する場合、それまで伸線していたロットのワイヤに次のロットのワイヤを接合して、そのロットのワイヤの線通しの工程を省略している。また、伸線の途中で断線が発生した場合、速やかに断線箇所を接合して、伸線を再開する必要がある。更に、溶接用ワイヤをスプールに巻替える時又はワイヤ収納用パックに収納する時に、製品の歩留まりを向上させるために、異なるロットのワイヤを接合することが多い。このようなワイヤ同士の接合（ワイヤ継ぎ）時に使用される接合方法としては、従来より、スリーブを使用して機械的にかしめて接合する方法、抵抗溶接により接合する方法及び両者を組み合わせて接合する方法がある。
【０００３】
例えば、ワイヤの外径よりも僅かに大きい内径を有するスリーブにワイヤの先端部を挿入し、スリーブの上から機械的にかしめることにより、ワイヤ同士を接合する方法が開示されている（実開平６−６９４１１）。この方法を使用すると、接合強度にばらつきが発生しないと共に、接合作業に熟練を必要とすることもないが、スリーブの外径がワイヤ径よりも大きいので、接合部分をそのまま伸線することができない。
【０００４】
また、ワイヤの外径と同程度の外径を有するスリーブに、２本のワイヤの端部を縮径して挿入し、このスリーブとワイヤ端部の外皮とを抵抗スポット溶接することにより、２本のワイヤを接続する方法が提案されている（特開平７−１１６８９３号公報）。この方法によってワイヤ同士を接合すると、スリーブとワイヤとの化学組成が異なるので、接合箇所が溶接用ワイヤとして商品になり得ない。
【０００５】
そこで、一般的に、溶接用ワイヤ同士の接合時においては、設備コストが低いと共に、接合部の外観及び強度が良好であるという理由から、抵抗溶接が最も多く使用されている。溶接用フラックス入りワイヤの抵抗溶接方法としては、ワイヤ中に包含されるフラックスをワイヤ端部において除去した後に、その部分を加圧圧着し、金属外皮成分のみからなる先端部を抵抗溶接する方法が開示されている（特公平５−１１１８）。他に、ワイヤ中に包含されるフラックスをワイヤ端部において除去し、その端部にフラックスの代わりにＮｉ粉を充填して抵抗溶接する方法も公知である（特開平６−２６２３９２号公報）。このように、フラックスを除去した後に抵抗溶接を実施すると、一定の品質を有する溶接部を得ることはできるが、溶接作業が繁雑になるという難点が発生する。
【０００６】
ところで、ワイヤの抵抗溶接の大部分は、接合すべき２本のワイヤの端面を研磨した後、これらのワイヤを、端面同士を対向させて電極で挟持して、両者を接触加圧すると共に電流を印加することによって実施される。２本のワイヤに電流を印加すると、接触加圧されたワイヤ端面及びその近傍のワイヤは、通電によるジュール発熱によって加熱溶融される。このとき、電流をＩ、電流が流れる部分の電気抵抗をＲとすると、ジュール発熱Ｗは、下記数式１によって算出される。
【０００７】
【数１】
Ｗ＝Ｉ２×Ｒ
【０００８】
電流Ｉは一般的に交流電流であり、上記数式１に示すように、ジュール発熱Ｗは、交流電流Ｉの２乗に溶接部の抵抗Ｒを乗じた値となる。ワイヤ端面同士を対向させて加圧して配置し、両者を抵抗溶接により接合する場合、抵抗Ｒはワイヤ端面同士の接点において最も大きくなる。従って、先ず、ワイヤ端面において発熱が始まる。
【０００９】
そして、ワイヤ端面の接点は、発熱量に対してその熱容量が極めて小さいので、瞬間的に溶融し、２本のワイヤが加圧されることによって、溶融金属がワイヤの外周部に流動排出される。そして、流動排出された初期溶融部は、通常、溶接作業者によって切削除去される。このように、抵抗溶接によるワイヤの接合方法は、低コストであって、極めて短時間で容易にワイヤ同士を接合することができるので、一般的な接合技術として普及している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この接合方法は作業者の技量に大きく依存する方法であり、一定して高品質の溶接部を形成することができないという問題点がある。例えば、ワイヤの端面の切断形状、加圧力及び通電時間等の選択は、作業者の経験に依存している。特に、製品径まで伸線された溶接用ワイヤを抵抗溶接によって接合する場合、接合面のみでなく、接合部近傍の溶融金属のワイヤ表面へのなじみ性が、溶接用ワイヤとしての製品性能に大きく影響する。溶接金属とワイヤ表面とのなじみ性が悪いと、その表面を十分にヤスリがけする作業が必要となり、ワイヤ継ぎの作業効率は著しく低下する。
【００１１】
また、このヤスリがけ作業によって、ヤスリがけが不要である健全なワイヤ表面を疵つけることがあり、疵つけられたワイヤ表面は、このワイヤを使用した溶接時に、ワイヤの送給性又は通電性を不安定にする。更に、接合部近傍の溶融金属のなじみ性が悪いと、そのワイヤを使用した実際の溶接時に、断線、送給不良及びアーク不安定等が発生する。また、近時、溶接用ワイヤの品質が向上しているので、従来において問題となっていなかった接合部の溶接均一性についても、その向上が要求されている。
【００１２】
ワイヤ同士の接合のみを目的として両者を溶接する場合、ワイヤの抵抗Ｒはワイヤの化学組成、転位密度及びフラックス率等によって変化するので、そのワイヤが軟鋼用であるか若しくはステンレス鋼用であるか等のワイヤの種類、又は充填フラックスの有無等によって、適切な電流Ｉを選択して抵抗溶接すると、ワイヤ同士を接合することは容易である。しかし、抵抗溶接により接合した箇所について、溶接用ワイヤとしての性能まで考慮する場合は、抵抗溶接電流を管理するのみでは不十分であり、ワイヤとしての優れた性能を得るためには、溶融金属とワイヤ表面とのなじみ性を向上させることが必要不可欠の条件である。
【００１３】
更に、溶接ワイヤとして望まれる特性には良好なワイヤ送給性がある。従来よりワイヤ送給性改善の試みは数多く見られ、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸若しくはリノレン酸等の高級脂肪酸のナトリウム塩又はカリウム塩をワイヤ表面に付着させ、仕上げ伸線後、その上から潤滑油を塗布することによってワイヤの送給性を向上させる方法（特開平１−１６６８９８号公報）及びカルボン酸ナトリウム塩又はカルボン酸カリウム塩を含有した油性潤滑剤をワイヤ表面に保持付着させることによりワイヤの送給性を向上させる方法（特開平２−２８４７９２号公報）が公知である。これらの方法は、ワイヤ表面に適正量の高級脂肪酸のアルカリ金属塩及び潤滑油を付着させることによって、ワイヤの送給性を向上させるものである。しかしながら、これらの従来方法においては、長時間に亘って溶接作業を実施するとスプリングライナー内部に金属塩及び潤滑油がワイヤ表面から容易に剥離し堆積するため、スプリングライナー内部に詰まりが発生し、その結果ワイヤの送給性が低下するという問題点がある。このような剥離はワイヤ表面と高級脂肪酸塩及び潤滑油との結合力が弱いことに起因する。
【００１４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、抵抗溶接によるワイヤ同士の接合時において、溶融金属とワイヤ表面とのなじみ性を向上させることができ、これにより、優れた伸線性、溶接作業性、及びワイヤ送給性を得ることができる溶接用ワイヤを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る溶接用ワイヤは、脱脂したワイヤ表面に、ＦｅＳ２及びＦｅＳからなる群から選択された少なくとも１種の硫化鉄が生成されており、そのＳ量がＸ線光電子分光法による測定値で０．１乃至２０原子％であることを特徴とする。
【００１６】
なお、「硫化鉄が存在する」とは、ワイヤ表面をマクロに見た場合に、ワイヤ表面全体にわたってＦｅＳ２又はＦｅＳが生成されている状況のことをいい、換言すれば、後述するＸ線光電子分光法による硫化鉄の存在有無の確認によって、ワイヤ表面を分析した場合に、ワイヤ表面全体にわたり、ＦｅＳ２又はＦｅＳのピークが確認されることをいう。但し、ワイヤ表面をよりミクロに見れば、ＦｅＳ２及びＦｅＳ以外の成分が存在することは当然でありうるので、本発明において、Ｘ線光電子分光法による測定により、ＦｅＳ２又はＦｅＳ以外の物質のピークが同時に観測されることはあり得る。
【００１８】
本発明においては、更に、脱脂したワイヤ表面に、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｃｒ及びＮｉからなる群から選択された少なくとも１種の元素の硫化物が生成されていてもよく、この場合は、そのＳ量が前記硫化鉄のＳ量を含めてＸ線光電子分光法による測定値で０．１乃至２０原子％であることを特徴とする。
【００１９】
なお、「硫化物が存在する」とは、前記「硫化鉄が存在する」の場合と同様、ワイヤ表面をマクロに見た場合に、ワイヤ表面全体にわたって前記群から選択された少なくとも１種の元素とＳとの硫化物が生成されている状況であり、換言すればＸ線光電子分光法による硫化物の存在有無の確認方法によってワイヤ表面を分析した場合に、ワイヤ表面全体にわたり前記硫化物のピークが確認されることである。前記硫化鉄の場合と同様、それ以外の物質のピークが同時に観測されることはあり得る。
【００２２】
なお、本発明においては、ワイヤ表面の硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）又は硫化物の存在は、Ｘ線光電子分光法によって確認するものである。また、この硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）又は硫化物中のＳ含有量も、Ｘ線光電子分光法により算出することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本願発明者等が前記課題を解決するために鋭意実験研究を重ねた結果、ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）を付着又は生成させることにより、溶融金属とワイヤ表面とのなじみ性を向上させることができ、かつワイヤ表面の硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）はワイヤの送給性も改善できることを見い出した。溶融したワイヤ中に存在するＳは、溶融金属の粘度及び表面張力を著しく低下させる。このため、ワイヤ中にＳが存在すると、ワイヤ同士を抵抗溶接した場合に、溶融金属中のＳによって溶融金属の粘度及び表面張力が低下するので、溶融金属の溶け落ちが発生しやすくなる。
【００２４】
しかし、Ｓは活性化元素であるので、溶融金属の表面にＳが存在すると、このＳの存在によって隣接する固体軟鋼（ワイヤ）表面との濡れ性が向上し、溶融金属とワイヤ表面とのなじみ性が良好となる。
【００２５】
また、ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）が存在することにより、ワイヤ表面と送給用潤滑油との濡れ性、なじみ性及び結合力が向上し、スプリングライナー等とワイヤ表面が摺動しても、送給用潤滑油が脱落しにくくなり、連続溶接時のワイヤ送給性が格段に向上する。
【００２６】
従来の技術として、ワイヤ表面に適切な量のＭｏＳ２を付着させることにより、ワイヤ送給性及び通電安定性を向上させたアーク溶接用ワイヤが開示されている（特開平８−１９８９３号公報）。しかし、ワイヤ表面にＭｏＳ２の形でＳが存在しても、Ｓと鉄との固着力が不足して、抵抗溶接時にＳが容易にワイヤ表面から離脱するので、溶融金属とワイヤ表面とのなじみ性を向上させることはできない。
【００２７】
本発明においては、ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）の形でＳを存在させるので、抵抗溶接時におけるワイヤ継ぎ性を向上させることができる。特に、ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）としてのＳが０．１乃至２０原子％含有されていると、溶融金属とワイヤ表面とのなじみ性をより一層向上させることができる。なお、ワイヤ表面のＳ量はＸ線光電子分光法によって測定することができ、この場合、ワイヤ表面から数ｎｍの深さまでの領域におけるＳ量の原子％が求められる。
【００２８】
更に、ワイヤ表層部にＳを拡散させ、Ｓを濃化させる方法としては、各種硫化物をワイヤ表面に塗布した後、６５０℃〜１２５０℃で１〜３００分焼鈍し、酸洗後、メッキして伸線し、製品とする方法（特開平７−３１４１７９）が公知である。この方法はワイヤ表層部に高濃度のＳの拡散層を形成することによって、溶滴の表面張力を低減し、スパッタの発生を抑制するものである。この方法ではワイヤ表層部にＳは単体で存在するため、Ｓとしての効果は期待できるものの、ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）が存在しないために、ワイヤの送給性は向上しないことが明らかである。ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）が生成されない理由は、Ｓ源をワイヤ表面に塗布した後、６５０℃以上の高温で大気中で焼鈍するからである。硫化鉄（ＦｅＳ２）の大気中における分解温度は６００℃であるため、ワイヤ表面のＳ源は容易に分解し、酸化されて、亜硫酸ガスとして大気中に拡散散逸するか、酸化されなかったものはワイヤ表面から原子状Ｓとして結晶粒界に沿って高速拡散し、粒界に高濃度に偏析した拡散層を形成するか、又は硫化マンガン等の硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）よりも熱力学的に安定な化合物としてワイヤ内部に析出するかであり、ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）の皮膜は生成しえない。またワイヤ表層に微量でも硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）が残留又は生成していたとしても、ワイヤ焼鈍後に酸洗するために、硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）はワイヤ表面に残留しない。更に、酸洗後に銅メッキ処理するためにワイヤの最表面には硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）は決して存在しない。
【００２９】
一方、本発明においては、ワイヤ表面に皮膜状に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）を存在させることによって、送給用潤滑油がワイヤ表面から脱落してスプリングライナー内部に堆積する不具合を防止することができる。ワイヤ表面の硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）は送給用潤滑油を保持する効果が優れており、スプリングライナー内部の詰まりを防止する。これはワイヤ表面に薄く皮膜状に生成された硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）は、潤滑油との濡れ性、なじみ性、及び結合力を向上させる効果によるものと推測できる。
【００３０】
ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）を生成させる方法としては、アルカリ金属の硫化物（ＮａＳ、ＫＳ等）又は硫化アンモニウム等の水溶液にワイヤを浸漬させることが、最も簡単な方法である。硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）を生成させる工程において重要なことは、大気中における硫化鉄（ＦｅＳ２又はＦｅＳ）の分解温度以下の温度で操業を行うことである。即ち、操業温度は、この硫化鉄のうち、分解温度が低い方のＦｅＳの分解温度である２００℃以下であることが好ましく、最低限ＦｅＳ２の分解温度である６００℃未満で操業を行い、ＦｅＳ２の分解は阻止する必要がある。硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）生成後、６００℃以上の焼鈍工程を経ると、ワイヤ表面の硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）は容易に分解されてしまう。
【００３１】
更に、硫化物水溶液にワイヤを浸漬させる方法の他に、Ｈ２Ｓガスを使用した気相又は液相反応によって硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）を生成させる方法もあるが、この方法は設備コストが高くなるので、好ましくない。また、ワイヤ表面に硫化物を生成させた後に、このワイヤ表面に硫化物の効果を阻害する酸洗及びメッキ等の工程は適用しないことが必要である。
【００３２】
なお、硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）以外にも、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｌ又はＺｎ等の元素とＳとの硫化物をワイヤ表面に生成させても、硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）の場合と同様の効果が得られることが期待できる。これらの硫化物をワイヤ表面に生成する方法としては、選択した元素の含有量をワイヤ中において増加させて、上記の硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）を生成する方法と同様の方法により、選択元素の硫化物を生成することができる。
【００３３】
ワイヤ表面における硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）の生成は、ワイヤ表面をアセトンを使用して脱脂して、塗布油及び付着物を除去した後、例えば、下記表１に示す条件でＸ線光電子分光法（ＸＰＳ；Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を使用して分析することにより、確認することができる。
【００３４】
【表１】
図１は硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）を生成させたワイヤ表面の結合エネルギー分布を示すグラフ図である。図１に示す結合エネルギー分布は、上記表１に示す条件でＸＰＳによって測定したものである。但し、ワイヤ表面をアルゴンイオンでスパッタリングしながら測定しており、図１中のＴ（０）のグラフはスパッタリング前のワイヤの測定結果を示し、Ｔ（０．５）のグラフはアルゴンイオンによって０．５分間スパッタリングをした後のワイヤ表面の測定結果を示す。同様に、Ｔ（１）、Ｔ（２）、Ｔ（３）は、夫々、１分間、２分間、３分間のスパッタリング処理を施した後のワイヤ表面の測定結果を示している。
【００３６】
図１に示すように、ＦｅＳ２は結合エネルギーのピークが１６２．８ｅＶ付近に現れ、ＦｅＳは結合エネルギーのピークが１６１．６ｅＶ付近に現れる。但し、硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）はワイヤ表面のみに生成させているので、スパッタリング時間を長くして、ワイヤの表面が削られていくと、ＦｅＳ２及びＦｅＳのピークの高さが低くなる。従って、スパッタリングをせずにＸＰＳによりワイヤを表面分析すると、光電子のエネルギースペクトルからワイヤ表面に存在する物質の結合エネルギー分布を得ることができ、これにより、ワイヤ表面における硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）の有無を確認することができる。
【００３７】
なお、ワイヤ表面のＳ量も、ワイヤ表面における硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）の有無と同様にＸＰＳを使用して分析することができる。この場合、ワイヤ表面には脱脂のためのアセトン等の他のＣ源が残存するので、炭素（Ｃ）を除いた全ピークの総面積あたりの硫黄（Ｓ）のピークの面積を算出することにより、ワイヤ表面に存在するＳ（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）の原子％を求めることができる。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明に係る溶接用ワイヤの実施例についてその比較例と比較して具体的に説明する。
【００３９】
第１実施例
先ず、下記表２に示す組成を有するＨ１〜Ｈ４の金属外皮（フープ）に、下記表３に示す組成を有するＦ１〜Ｆ４の炭素鋼用フラックスを、種々の組み合わせで充填して原線とした。そして、これを伸線することにより、ワイヤ径が０．８乃至１．６ｍｍである炭素鋼用フラックス入りワイヤを作製した。但し、下記表３に示すように、フラックスは、Ｍｎ及びＦｅ粉末の重量％を増減させており、ワイヤ全重量あたりのフラックス重量（フラックス率）が８、１０、１２、１４、１６及び１８重量％となるように、フープ内部に充填した。
【００４０】
【表２】
【表３】
また、下記表４に示す組成を有するＢ１〜Ｂ８の原線を伸線することにより、ワイヤ径が０．８乃至４．８ｍｍである炭素鋼用ソリッドワイヤを作製した。
【００４３】
【表４】
更に、下記表５に示す組成を有するＨ５〜Ｈ６のフープに、下記表６に示す組成を有するＦ５〜Ｆ６のステンレス鋼用フラックスを、種々の組み合わせで充填して原線とした。そして、これを伸線することにより、ワイヤ径が０．８乃至１．６ｍｍであるステンレス鋼用フラックス入りワイヤを作製した。但し、フラックスは、ワイヤ全重量あたりのフラックス重量が１５乃至２５重量％となるように、フープ内部に充填した。
【００４５】
【表５】
【表６】
更にまた、下記表７に示す組成を有するＢ９〜Ｂ１７の原線を伸線することにより、ワイヤ径が０．８乃至１．６ｍｍであるステンレス鋼用ソリッドワイヤを作製した。
【００４８】
【表７】
次に、得られた炭素鋼用フラックス入りワイヤ、炭素鋼用ソリッドワイヤ、ステンレス鋼用フラックス入りワイヤ及びステンレス鋼用ソリッドワイヤのうち、複数本のワイヤを選択的にアルカリ金属の硫化物（ＮａＳ、ＫＳ等）又は硫化アンモニウム等の水溶液に浸漬させて、ワイヤの表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）を生成させた。すべてのワイヤには同様に、ワイヤ１０ｋｇ当たり０．５〜２ｇの動植物油若しくは合成油又はそれらの混合物を送給潤滑油として塗布した。このようにして、表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）を生成させた実施例のワイヤと、伸線後に処理を施していない比較例のワイヤとを作製した。なお、ワイヤ表面の硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）中のＳ量は、前記水溶液へのワイヤの浸漬時間を変化させることによって、調整することができる。
【００５０】
次いで、上記表１に示す条件で、実施例及び比較例の全てのワイヤ表面をＸ線光電子分光法によって分析した。その結果、全ての実施例のワイヤについて、図１のＴ（０）と同様のピークを確認することができた。即ち、実施例の全てのワイヤ表面には、硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）が生成されていた。
【００５１】
その後、同一ワイヤ種同士で端面同士を抵抗溶接して、外皮中のＳ含有量又はワイヤ内部のＳ含有量によるワイヤ継ぎ性に対する影響について調査した。ワイヤ継ぎ性は、濡れ角、接合部における溶融金属の濡れ性及びなじみ性、伸線時の接合部破断頻度、並びにこのワイヤを使用したアーク溶接時の接合部におけるアーク長変動を調査することにより評価した。
【００５２】
また、ワイヤの送給性、即ちスプリングライナー内部の詰まりの発生量は連続溶接前後のスプリングライナーの質量変化を測定して評価した。
【００５３】
図２は実施例のワイヤの端面同士を抵抗溶接により接合した場合の接合部分を示す図であり、図３は比較例のワイヤの端面同士を抵抗溶接により接合した場合の接合部分を示す図である。図２及び３に示すように、溶融金属とワイヤ表面とのなじみ性は、濡れ角θを測定することにより評価することができる。この濡れ角θとは溶融金属表面とワイヤ表面との接点１を通る溶融金属表面の接線２とワイヤ表面３とがなす角度をいい、濡れ角θが小さいほどワイヤ表面の濡れ性が高く、なじみ性が良好であることを示す。
【００５４】
ワイヤの作製条件及び硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）の生成方法等を下記表８に示し、ワイヤ内又は外皮内のＳ量、ワイヤ表面における硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）の有無及びワイヤ表面の硫化鉄中のＳ量を下記表９に、ワイヤ継ぎ性およびワイヤ送給性の評価結果を下記表１０、１１に示す。
【００５５】
【表８】
【表９】
【表１０】
【表１１】
上記表８乃至１０、図２及び３に示すように、ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）が存在している実施例Ｎｏ．１乃至８は、ワイヤ内又は外皮内のＳ量に拘わらず、全てが比較例と比較して濡れ角θが小さいものとなり、抵抗溶接時の濡れ性及びなじみ性が良好であると共に、伸線時において接合部の破断は発生しなかった。また、このワイヤを使用してアーク溶接しても、接合部においてアーク長が変動することはなかった。
【００６０】
一方、比較例Ｎｏ．９乃至１５は、ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）が存在しないものであるので、溶融金属の濡れ性及びなじみ性が不良となり、溶接接合後に長時間のヤスリがけが必要となると共に、伸線時において接合部が破断した。また、溶融金属の濡れ角θが大きいので、溶融金属が接しているワイヤ表面に切欠きが発生して、この部分で応力集中が発生しやすくなった。これにより、切欠き部においてワイヤが破断しやすくなった。更に、アーク溶接時に、接合部においてアーク長が変動した。このように、ワイヤ内又は外皮内のＳ量に関係なく、ワイヤ表面における硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）の存在の有無によって、ワイヤ継ぎ性が決定された。
【００６１】
上記表１１に示すように、ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）が存在している実施例Ｎｏ．１乃至８は２４時間の連続送給試験においても送給に不具合は発生せず、スプリングライナー内部の詰まり量も０．１ｇ未満と少ない。
【００６２】
一方、比較例Ｎｏ．９乃至１５は、ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）が存在しないものであるので、連続送給時に送給不良となり、スプリングライナー内の詰まり量も１ｇ程度と非常に多い。詰まり成分を分析すると大部分が送給用潤滑油であった。このように、ワイヤ内又は外皮内のＳ量に関係なく、ワイヤ表面における硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）の存在の有無によって、ワイヤの送給性が決まるものである。
【００６３】
第２実施例
上記表２乃至７に示すフープ、フラックス又は原線を使用して種々の溶接用ワイヤを作製し、これをアルカリ金属の硫化物（ＮａＳ、ＫＳ等）の水溶液に浸漬させて、ワイヤの表面に硫化物を生成させた。全てのワイヤには同様に、ワイヤ１０ｋｇ当たり０．５乃至２ｇの動植物油又は合成油又はそれらの混合物を送給潤滑油として塗布した。そして第１実施例と同様に、外皮中のＳ含有量又はワイヤ内部のＳ含有量によるワイヤ継ぎ性及びワイヤの送給性に対する影響について調査した。ワイヤの作製条件及び硫化物の生成方法等を下記表１２に示し、ワイヤ内又は外皮内のＳ量、ワイヤ表面における硫化物の有無及びワイヤ表面の硫化物中のＳ量を下記表１３に、ワイヤ継ぎ性及びワイヤ送給性の評価結果を下記表１４、１５に示す。
【００６４】
【表１２】
【表１３】
【表１４】
【表１５】
上記表１２乃至１３に示すように、ワイヤ表面に硫化物が存在している実施例Ｎｏ．１７，１８は、ワイヤ内又は外皮内のＳ量に拘わらず、濡れ角θが小さいものとなり、抵抗溶接時の濡れ性及びなじみ性が良好となると共に、伸線時において接合部の破断は発生しなかった。また、このワイヤを使用してアーク溶接しても、接合部においてアーク長が変動することはなかった。
【００６９】
上記表１５に示すように、ワイヤ表面に硫化物が存在している実施例Ｎｏ．１７，１８は、ワイヤ内又は外皮内のＳ量に拘わらず、２４時間の連続送給試験においても送給に不具合は発生せず、スプリングライナー内部の詰まり量も０．１ｇ未満と少ない。
【００７０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）又は特定元素との硫化物が存在しているので、抵抗溶接によるワイヤ同士の接合時において、溶融金属とワイヤ表面とのなじみ性を向上させることができ、これにより、優れた伸線性及び溶接作業性を得ることができる。また、ワイヤ表面に存在する硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）又は硫化物中のＳ量を適切に規定すると、より一層ワイヤ継ぎ性を向上させることができる。
【００７１】
また、本発明によれば、ワイヤ表面に硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）又は特定元素との硫化物が存在しているので、ワイヤ表面と送給用潤滑油との濡れ性、なじみ性及び結合力が向上し、大量のワイヤを送給しても詰まりが発生しにくくなり、ワイヤの送給性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】硫化鉄（ＦｅＳ２、ＦｅＳ）を生成させたワイヤ表面の結合エネルギー分布を示すグラフ図である。
【図２】実施例のワイヤの端面同士を抵抗溶接により接合した場合の接合部分を示す図である。
【図３】比較例のワイヤの端面同士を抵抗溶接により接合した場合の接合部分を示す図である。
【符号の説明】
１；接点
２；接線
３；ワイヤ表面
Claims (2)
- 脱脂したワイヤ表面に、ＦｅＳ２及びＦｅＳからなる群から選択された少なくとも１種の硫化鉄が生成されており、そのＳ量がＸ線光電子分光法による測定値で０．１乃至２０原子％であることを特徴とする溶接用ワイヤ。
- 更に、脱脂したワイヤ表面に、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｃｒ及びＮｉからなる群から選択された少なくとも１種の元素の硫化物が生成されており、そのＳ量が前記硫化鉄のＳ量を含めてＸ線光電子分光法による測定値で０．１乃至２０原子％であることを特徴とする請求項１に記載の溶接用ワイヤ。
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