JP3853815B2 - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents

Description

本発明は、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関し、特に軟質で長尺のコンジットケーブルを使用して溶接する場合においても、ワイヤ送給性が良好で、チップ摩耗が少なく、かつ、ヒュームおよびスパッタ発生量が少ないなど溶接作業性に優れたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。

一般にガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、図２（ａ）に示すように鋼製外皮部１内にフラックス２を有する断面構造のシームレスタイプのフラックス入りワイヤと図２（ｂ）、（ｃ）に示す鋼製外皮部１に合わせ目３を有する断面構造のシームタイプのフラックス入りワイヤの細径（０．８〜１．６ｍｍ）が多く使用されている。図２（ａ）のシームレスタイプのフラックス入りワイヤは、ワイヤ表面に銅めっきが施され、溶接時にコンジットケーブルに内包されたコンジットチューブ内での摩擦抵抗による送給抵抗の低減と、耐チップ摩耗性を良好にしている。

しかし、ワイヤ表面に銅めっきが施されているシームレスタイプのワイヤを使用した場合には、溶接時にコンジットライナ内での摩擦によって銅めっきが剥がれ、長時間使用しているとコンジットライナ内に銅くずが蓄積されて送給抵抗が大きくなり、ワイヤ送給性が悪くなってアークが不安定になるという問題もある。
一方、ワイヤ表面に銅めっきが施されていないシームタイプはもちろんシームレスタイプのワイヤについても、上記銅めっきの剥離の問題とともに、ワイヤの製造時に工程を省略できることおよび青化銅や硫酸銅などのめっき廃液の取扱が不要になる等のメリットから、従来からメッキなしのフラックス入りワイヤについて種々の研究がされている。

例えば、特開昭５０−６４１３６号公報（特許文献１）に、ワイヤ表面に非硬化性の界面活性剤と非硬化性の高分子石油とを混合した液体を塗布して、耐錆性と良好なワイヤ送給性を得るというめっきなし鋼ワイヤが開示されている。特公昭５５−２４３９３号公報（特許文献２）には、ワイヤ表面にジンクジチオフオスフエート（Ｚｎ−ＤＴＰ）を添加した防錆潤滑油を塗布して、チップ摩耗の減少、耐錆性および良好なワイヤ送給性が得られるというめっきなし鋼ワイヤが開示されている。

また、特開昭５５−１２８３９５号公報（特許文献３）には、ワイヤ表面に粉末状の硫黄とグラファイトを塗布して、溶接性能、通電性能および防錆性能を向上しためっきなし鋼ワイヤが開示されている。さらに、特開平１１−１４７１９５号公報（特許文献４）には、ワイヤ表面に環状構造を有する炭化水素化合物を存在させて、潤滑物質の剥離を抑制して良好なワイヤ送給性を得るというめっきなし鋼ワイヤが開示されている。
また、特公昭５９−４４１５８号公報（特許文献５）や特公昭６２−４７１１８号公報（特許文献６）には、鋼製外皮のＣを低くしてヒューム発生量を低減する技術の開示がある。

しかしながら、溶接の対象となる構造物によっては溶接が狭隘部で行われることが多く、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ラから溶接トーチまでのコンジットケーブルは曲げて使い易くするため、軟らかく、かつ長くなる傾向にある。前述の開示技術では、長くて曲げ易いコンジットケーブルを用いて溶接すると、ワイヤ送給時そのコンジットケーブル内のコンジットライナ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、アークが不安定になって溶接ができなくなる。また、チップも摩擦によって摩耗して、アークが不安定になる。さらに、ヒュームおよびスパッタ発生量が多く溶接作業性が悪いという問題が生じて満足できるものではない。

特開昭５０−６４１３６号公報 特公昭５５−２４３９３号公報 特開昭５５−１２８３９５号公報 特開平１１−１４７１９５号公報 特公昭５９−４４１５８号公報 特公昭６２−４７１１８号公報

この発明は、軟質で長尺のコンジットケーブルを使用して溶接する場合においても、ワイヤ送給性が良好でチップ摩耗も少なくアークが安定し、さらにヒュームおよびスパッタ発生量が少なく溶接作業性に優れたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを提供することを目的とする。

本発明の要旨とするところは、鋼製外皮にフラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、該鋼製外皮は質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｍｎ：０．１５〜０．６０％、Ａｌ：０．０２〜０．０６％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、ワイヤ表面にワイヤ１０ｋｇ当たり二硫化モリブデンを０．００３〜０．５５ｇ、レシチン及び／又はフォスファチジルエタノールアミンを０．００８〜０．１３ｇ含み、残部は潤滑油からなる潤滑剤を合計で０．８〜２．５ｇ有することを特徴とする。また、二硫化モリブデンの粒径が１．０μｍ以下であることも特徴とするガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにある。

本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤによれば、長尺のコンジットケーブルを使用して溶接する場合においても、送給ローラでスリップがなく、かつ摩擦抵抗が少なくワイヤ送給性が良好でチップ摩耗も少なくアークが安定した溶接が可能となり、また、ヒュームおよびスパッタ発生量が少ないなど溶接作業性も良好となる。

本発明者等は、前記課題を解決するために鋼製外皮成分およびワイヤ表面に塗布する送給潤滑剤について種々検討した。その結果、鋼製外皮のＣ、ＭｎおよびＡｌ量を限定することにより、ワイヤ送給性を損なうことなくヒュームおよびスパッタ発生量が抑制でき、ワイヤ表面に均一に微粒の二硫化モリブデンおよび潤滑油を適量塗布することによって、長尺のコンジットケーブルを使用して溶接する場合においてもワイヤ送給性が良好で、チップ摩耗も極めて少なくなることを見出した。この詳細を以下に説明する。

まず、鋼製外皮のＣは、溶接時のヒューム発生量を抑制する効果がある。Ｃが０．０３質量％（以下、％という。）を超えるとヒューム発生量が多くなる。
Ｍｎは、ヒューム発生量を抑制するためにＣ量を低くしたことに起因する鋼製外皮の軟化を抑えてワイヤの剛性を大きくし、ワイヤ送給性を良好にする。Ｍｎが０．１５％未満であるとワイヤの剛性が小さく、溶接時にコンジットチューブ内での送給抵抗が大きくなりワイヤ送給性が悪くなる。また、Ｍｎが０．６０％を超えると剛性が大きくなりチップ摩耗量が多くなる。

Ａｌは、溶滴を小さくしてスパッタ発生量を抑制する効果がある。Ａｌが０．０２％未満であるとスパッタ低減効果は得られず、Ａｌが０．０６％を超えると逆に溶滴が大きくなってスパッタ発生量が多くなる。
その他の鋼製外皮成分はＦｅおよび不可避的不純物であるが、Ｓｉは０．０５％以下、Ｐは０．０２５％以下、Ｓは０．０１５％以下およびＮは０．００８％以下の範囲で添加できる。

次に、ワイヤ表面に塗布する潤滑剤は、ワイヤ１０ｋｇ当たり二硫化モリブデンを０．００３〜０．５５ｇ、レシチン及び／又はフォスファチジルエタノールアミン（以下、リン脂質という。）を０．００８〜０．１３ｇ含み、残部は潤滑油からなる潤滑剤を合計で０．８〜２．５ｇ（以下、ｇ／１０ｋｇＷという。）とする。
二硫化モリブデンは、コンジットライナ内で送給抵抗を抑制してワイヤ送給性を良好にする。また、チップとの摩擦抵抗を低減してチップ摩耗を抑制する。潤滑剤中の二硫化モリブデンが０．００３ｇ／１０ｋｇＷ未満であると、コンジットライナ内で送給抵抗が大きくなりワイヤ送給性が不良となる。また、チップとの摩擦抵抗が大きくなってチップの摩耗が激しくなる。逆に、潤滑剤中の二硫化モリブデンが０．５５ｇ／１０ｋｇＷを超えると、アークが不安定になってスパッタ発生量が多くなる。なお、二硫化モリブデンの粒径は１．０μｍ以下であることがワイヤ送給性および耐チップ摩耗性から好ましい。

リン脂質は、後述する潤滑油と共存することによりワイヤ表面の二硫化モリブデンを均一に分散させる作用とチップ部での通電性を良好にする作用を有する。潤滑剤中のリン脂質が０．００８ｇ／１０ｋｇＷ未満であると、ワイヤ表面の二硫化モリブデンが均一に付着せず、コンジットライナ内で送給抵抗が大きくなる部分がありワイヤ送給性が不良になる。また、チップで摩擦抵抗が大きくなる部分がありチップ摩耗が大きくなる。さらに、チップ部での通電性が不良となり、アークが不安定になる。逆に、潤滑剤中のリン脂質が０．１３ｇ／１０ｋｇＷを超えると、スパッタ発生量が多くなる。

本発明にいうレシチン（フォスファチジルコリン）およびフォスファチジルエタノールアミンとは、リン脂質を９５％程度含有する粉末状のもの、リン脂質を６５％および大豆油などの植物油を３５％含有するペースト状のものなどあり、いずれも使用することができ、中でも大豆油から得られるレシチンが好ましい。

潤滑剤中の潤滑油は、ワイヤ表面に皮膜を有し、ワイヤ送給時に二硫化モリブデンの潤滑作用を補完しワイヤ送給性を向上させるとともに耐錆性を向上させる。潤滑油は、動植物油、鉱物油あるいは合成油の何れでもよい。動植物油としてはパーム油、菜種油、ひまし油、豚油、牛油、魚油等を、鉱物油としてはマシン油、タービン油、スピンドル油等を用いることができる。合成油としては炭化水素系、エステル系、ポリグリコール系、ポリフェノール系、シリコーン系、フロロカーボン系を用いることができる。潤滑油中にはさらに潤滑性能を向上させるため、各種の脂肪酸をはじめとする油性剤やりん系、ハロゲン系、イオウ系の極圧添加剤を加えても良く、また、潤滑油の酸化を防ぐための添加剤（酸化防止剤）を加えてもよい。

ワイヤ表面に含む潤滑剤は、前記二硫化モリブデン、リン脂質および潤滑油の合計で０．８〜２．５ｇ／１０ｋｇＷとする。潤滑剤の合計量が０．８ｇ／１０ｋｇＷ未満であると、コンジットライナ内で送給抵抗が大きくなりワイヤ送給性が不良となる。逆に、２．５ｇ／１０ｋｇＷを超えると、送給ローラ部でワイヤがスリップしてアークが不安定になる。また、ヒューム発生量も多くなる。

以下、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。
表１に示す鋼製外皮を用いて、表２に示すフラックスを充填率１３％としてめっきを施さずに１．２ｍｍ径まで伸線して、ワイヤ表面に表３に示す潤滑剤を塗布した各種フラックス入りワイヤを試作してスプール巻きワイヤとした。なお、ワイヤの断面構造は、全て図１（ａ）に示すシームレスタイプとした。

各試作ワイヤにつきワイヤ送給性、チップ摩耗量、ヒュームおよびスパッタ発生量を調査した。ワイヤ送給性および耐チップ摩耗性の評価は、図２に示す装置を用いて行った。図２において送給機４にセットされたスプール巻きワイヤ５は、送給ローラ６により引き出され、コンジットケーブル７に内包されたコンジットライナを経てその先端のトーチ８からチップ９まで送給される。そしてチップ９と鋼板１０との間でビードオンプレート溶接を行う。コンジットケーブル７は６ｍ長さで、送給抵抗を与えるために７５ｍｍ径のループを２つ形成した屈曲部１１を設けた。送給機４には送給ローラの周速度Ｖｒ（設定ワイヤ速度）の検知器（図示せず）、ワイヤの実速度Ｖｗ検出器１２を備えている。

ワイヤ送給性評価指標のスリップ率ＳＬは、ＳＬ＝（Ｖｒ−Ｖｗ）／Ｖｒ×１００で表される。また、送給ローラ６の部分に設けられたロードセル１３によりワイヤ送給時にワイヤがコンジットライナから受ける反力を送給抵抗Ｒとして検出した。溶接は表４に示す溶接条件で３０分溶接し、スリップ率ＳＬと送給抵抗Ｒを測定して平均値を求めた。スリップ率が１０％以下で送給抵抗が６ｋｇｆ以下の場合にワイヤ送給性良好と判定した。また、チップの摩耗量は、試作ワイヤ毎に新しい市販のチップ（内径１．４ｍｍ）を用いて溶接終了後最も摩耗の大きい箇所の内径を測定した、チップ摩耗量の評価は、摩耗量が０．１ｍｍ以下を良好として評価した。

ヒューム発生量はＪＩＳ Ｚ３９３０に準じて５回測定した平均値を求めた。ヒューム発生量が６００ｍｇ／ｍｉｎ以下を良好とした。スパッタ発生量は、銅製の捕集箱を用いて、ビードオンプレート溶接により表４の溶接条件で５回溶接（１回の溶接時間１．５ｍｉｎ）して捕集したスパッタ発生量を１分間の発生量に換算した。スパッタ発生量は１ｇ／ｍｉｎ以下でアークが安定して作業性が良好である。それらの結果を表３にまとめて示す。

表３中、ワイヤＮｏ．１〜８が本発明例、ワイヤＮｏ．９〜１５は比較例である。
本発明例であるワイヤＮｏ．１〜８は、使用した鋼製外皮Ｗ１〜Ｗ５のＣ，Ｍｎ，Ａｌが適正で、ワイヤ表面に塗布された潤滑剤中の二硫化モリブデン、リン脂質および潤滑油を含む潤滑剤合計量と二硫化モリブデンの粒径が適正であるので、スリップ率ＳＬおよび送給抵抗Ｒが低くワイヤ送給性が良好で、チップ摩耗量が少なく、さらに、ヒュームおよびスパッタ発生量も少なく作業性が良好であるなど極めて満足な結果であった。

比較例中ワイヤＮｏ．９は、使用した鋼製外皮のＣが高いので、ヒューム発生量が多くなった。また、ワイヤ表面に塗布した二硫化モリブデンの粒径が大きいので、送給抵抗Ｒおよびチップ摩耗がやや大きくなった。
ワイヤＮｏ．１０は、使用した鋼製外皮のＭｎが低いので、ワイヤの剛性が小さく送給抵抗Ｒが大きくなりワイヤ送給性が悪くなった。また、ワイヤ表面に塗布した潤滑剤合計量が多いので、スリップ率ＳＬが高くアークが不安定になり、ヒューム発生量も多くなった。

ワイヤＮｏ．１１は、使用した鋼製外皮のＭｎが高いので、ワイヤの剛性が大きくチップ摩耗量が多くなった。また、ワイヤ表面に塗布したリン脂質（レシチン）が多いので、スパッタ発生量が多くなった。
ワイヤＮｏ．１２は、使用した鋼製外皮のＡｌが低いので、スパッタ発生量が多くなった。また、ワイヤ表面に塗布した二硫化モリブデンが少ないので、送給抵抗Ｒが大きくなりワイヤ送給性が不良でチップ摩耗量も多くなった。

ワイヤＮｏ．１３は、使用した鋼製外皮のＡｌが高いので、スパッタ発生量が多くなった。また、また、ワイヤ表面に塗布したリン脂質（フォスファチジルエタノールアミン）が低いので、二硫化モリブデンが均一に付着せず、送給抵抗Ｒが大きくワイヤ送給性が不良でチップ摩耗量も多くなった。さらに、チップ部での通電性が不良でアークが不安定になった。

ワイヤＮｏ．１４は、ワイヤ表面に塗布した二硫化モリブデンが多いので、スパッタ発生量が多くなった。
ワイヤＮｏ．１５は、ワイヤ表面に塗布した潤滑剤合計量が少ないので、送給抵抗Ｒが大きくワイヤ送給性が不良であった。

フラックス入りワイヤの断面構造例を示した模式図である。 本発明の実施例におけるワイヤ送給性試験の装置を示す図である。

符号の説明

１ 鋼製外皮部
２ フラックス
３ 鋼製外皮部の合わせ目
４ 送給機
５ スプール巻きワイヤ
６ 送給ローラ
７ コンジットケーブル
８ トーチ
９ チップ
１０ 鋼板
１１ コンジットケーブルの屈曲部
１２ ワイヤの実速度検出器
１３ ロードセル


特許出願人 日鐵住金溶接工業株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊 他１

Claims (2)

1. 鋼製外皮にフラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、該鋼製外皮は質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｍｎ：０．１５〜０．６０％、Ａｌ：０．０２〜０．０６％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、ワイヤ表面にワイヤ１０ｋｇ当たり二硫化モリブデンを０．００３〜０．５５ｇ、レシチン及び／又はフォスファチジルエタノールアミンを０．００８〜０．１３ｇ含み、残部は潤滑油からなる潤滑剤を合計で０．８〜２．５ｇ有することを特徴とするガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
2. 二硫化モリブデンの粒径が１．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。

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