JP3876186B2 - ガスシールドアーク溶接用ワイヤ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はワイヤ送給性に優れた全自動および半自動溶接用フラックス入りワイヤ、ソリッドワイヤ等のガスシールドアーク溶接用ワイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にＣＯ₂ガスシールドアーク溶接、ＭＩＧ溶接等には細径（０．８〜１．６ｍｍ）のガスシールドアーク溶接用ワイヤが使用される。ガスシールドアーク溶接用ワイヤはスプールに巻かれた、あるいはペールパックに装填された形態で溶接に供せられる。このガスシールドアーク溶接用ワイヤの使用に際しては、送給機の送給ローラによりスプールあるいはペールパックからワイヤを引き出すとともに後続するコンジットケーブルに内包されたライナ内に押し込み、このライナを経由して、コンジットケーブル先端に取り付けられた溶接トーチ内の給電チップまで送給する方式が採用されている。ワイヤはこの給電チップと被溶接材間で電圧を印可されてアーク溶接が行われる。
【０００３】
ここで使用されるライナは鋼線をスパイラル状にして形成したフレキシブルなガイド管であり、その長さは通常３〜６ｍ程度であるが広域の溶接を行なう場合には１０〜２０ｍの長尺なものとなり、溶接個所までの距離に合わせて選択使用される。この方式によれば、例えば造船現場等の溶接個所が狭隘な、あるいは高低差がある場所であっても、コンジットケーブル（ライナ）を沿わすことにより比較的容易に溶接が行なえる利点がある。ところが、使用時に、次のような問題が生じることがあり、その解決を求められている。
【０００４】
安定した溶接を行なうためには、ガスシールドアーク溶接用ワイヤを決められた一定の速度で溶接部に供給すること、つまりワイヤ送給性が良好であることが必要となる。ワイヤは送給ローラの送給力によってライナ内に押し込まれ、一方ライナ内面からは接触摩擦による送給抵抗を受ける。このとき、ライナが直線状態に近い比較的優しい使用環境下の場合には、送給抵抗はそれ程大きくならずワイヤ送給性に問題は生じないが湾曲個所が多く、湾曲半径（曲率半径）が小さく、あるいはライナが長尺化した場合等の過酷な使用環境下の場合には、送給抵抗が増加し送給力とのバランスが崩れ、ワイヤ送給性が悪化する。
【０００５】
ワイヤの表面状態は、このワイヤ送給性の良否に大きく影響している。即ち、送給抵抗が増加したとき、ワイヤ表面の潤滑剤が少ないと、送給速度が不安定になりワイヤ送給性が悪化する。また、ワイヤがライナ内で座屈する、送給ローラでワイヤ表面が削れ、この削れ滓がライナ内に進入、蓄積する状態を呈する等により、益々送給抵抗が増加するようになる。逆に、ワイヤ表面の潤滑剤が多いと、送給ローラが過剰にスリップするようになり、ワイヤは所定の送給速度を維持できずワイヤ送給性が悪化する。その結果、溶接アークの不安定化、ビード形状の不揃い、融合不良、アンダーカットの発生等のトラブルが発生する。
【０００６】
コンジットケーブルが直線状態で使われる溶接現場は殆どなく、複雑に入り組んだ場所でコンジットケーブルを湾曲させながらワークの溶接が行われるのが普通であるから、このような状況下においてもワイヤ送給性が良好なガスシールドアーク溶接用ワイヤが強く要求されるようになった。従来、ワイヤ送給性を確保するために、ガスシールドアーク溶接用ワイヤ表面にさまざまな潤滑処理が行われている。
【０００７】
例えば特公昭５０−３２５６号公報には、緻密平滑な表面に潤滑油を塗布したガスシールドアーク溶接用ワイヤが開示されている。ところがワイヤ表面が緻密平滑であると所定量の潤滑油をむらなく安定して塗布することが困難であり、送給性良好なワイヤを得ようとした場合、潤滑油を多く塗布せざるを得ない。しかし、ワイヤ表面の潤滑油が多いワイヤは前述のように、送給抵抗の増加により送給ローラがスリップし易くなるからコンジットライナの湾曲等に対応でき難いこと、さらには溶接作業性の不良や拡散性水素量増加に起因する溶接金属の材質劣化を伴うという欠点がある。
【０００８】
一方、固体潤滑剤を使用する例として特開昭５０−１４６５４１号公報には、二硫化モリブデン粉末、グラファイト粉末の単体あるいは混合体とフラックス成分の１種以上との混合物を主成分とする伸線剤によって伸線する溶接用複合ワイヤの製造方法が開示されている。また、特開昭５８−１３５７９５号公報には、ガスシールドアーク溶接用ワイヤとしてワイヤ表面にグラファイトあるいは二硫化モリブデンの何れか１種または両者および１０〜６０重量％のガラス粉末の混合物のみを塗布してなり、該潤滑剤の量がワイヤ重量の５×１０^-2〜５×１０^-4％であるガスシールドアーク溶接用ワイヤが開示されている。しかしながら、上記の技術では潤滑剤付着量のコントロールが困難で、過剰に潤滑剤が付着した箇所が発生したり、伸線後に潤滑剤が不均一に付着するという問題がある。潤滑剤が過剰に付着していると、ライナ内で詰まりが生じ、ワイヤ送給が困難になることがある。また、不均一に潤滑剤が付着していると、安定した送給が行われ難くなる。
【０００９】
そこで、ワイヤ表面の粗度を大きくしてその凹に潤滑油を保持させることにより、潤滑油をワイヤ長手方向にむらなく、かつ安定して塗布する技術が提案された。例えば、特公平４−５２１９７号公報には特定のガス雰囲気下で焼鈍した後伸線加工することにより、また特公昭５８−５６６７７号公報には潤滑油圧力を高めて強制潤滑しつつ孔ダイスにより伸線加工することにより、ワイヤ表面の粗度を大きくするための製造技術が開示されている。しかし、特公平４−５２１９７号公報のものは、ワイヤ円周方向に延びる横溝であり油溜としては有効であるが固体潤滑剤溜としては不適切で、特公昭５８−５６６７７号公報のものは、ワイヤ表面の平坦率は小さくできるものの深さ方向の粗度は得られ難い、そのため表面の潤滑油付着量がワイヤ１０ｋｇ当たり２．０ｇ以上と多量でないとワイヤ送給性の改善は望めない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、送給潤滑剤溜りとして有効なワイヤ長手方向にすじ状の溝を形成したワイヤ表面を有し、送給潤滑剤を安定して付着することにより、ライナの湾曲等により送給抵抗が高くなる過酷な使用環境下であっても潤滑切れを起さず良好なワイヤ送給性を発揮することのできるガスシールドアーク溶接用ワイヤを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、
（１）ワイヤ表面にワイヤ長手方向にすじ状の溝を有したガスシールドアーク溶接用ワイヤであって、表面粗度ワイヤ長手に対して３０°方向を測定した表面粗度が負荷長さ率ｔｐ［Ｃ／Ｃｖ＝３０］で２０〜７０％、算出平均粗さＲａで０．０５〜０．３０μｍ、ワイヤ表面色調の明度Ｌ値が３０〜７０、彩度が２０〜５０で、かつ、ワイヤ表面の送給潤滑剤付着量がワイヤ１０ｋｇ当たり０．１〜２．５ｇであることを特徴とするガスシールドアーク溶接用ワイヤ。
【００１２】
（２）送給潤滑剤は、固体潤滑剤および送給潤滑油の１種または２種であることを特徴とする前記（１）記載のガスシールドアーク溶接用ワイヤにある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
ガスシールドアーク溶接用ワイヤが良好なワイヤ送給性能を具備するためには、ワイヤ送給性にとって有効な送給潤滑剤（固体潤滑剤、送給潤滑油）がワイヤ長手方向に均一かつ安定して付着していることが必要である、そのためには、ワイヤ表面長手方向に潤滑剤溜りとしてのすじ状の溝を有する表面粗度（凹凸）が形成されていることが必要となる。
【００１４】
この目的から、本発明では、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４で規定されるワイヤ表面長手方向に対して３０°方向を測定した表面粗度を負荷長さ率ｔｐ［切断レベルＣｖ＝３０％］（以下、ｔｐ［Ｃ／Ｃｖ＝３０］という。）と算術平均粗さＲａ（以下、Ｒａ［Ｃ］という。）で次のように規定する。
ｔｐ［Ｃ／Ｃｖ＝３０］＝２０〜７０％
Ｒａ［Ｃ］＝０．０５〜０．３０μｍ
（測定条件；カットオフ値λｃ＝０．２５ｍｍ，基準長さｌ＝０．２５ｍｍ，評価長さ１Ｎ＝１．２５ｍｍ）
【００１５】
このｔｐ［Ｃ／Ｃｖ＝３０］とＲａ［Ｃ］は、触針式粗度計（針先１μｍ）を使用し、ワイヤの円周方向で４５°間隔８ヶ所の位置におけるワイヤ表面長手方向に対して３０°方向を測定した値の平均値として求めることができる。
ここで負荷長さ率ｔｐは、粗さ曲線を平均線に平行な切断レベルＣｖ（％）で切断したときに得られる切断長さの総和の基準長さに対する比（％）で表される。図１は最大山頂からの切断レベルＣｖ（％）と負荷長さ率ｔｐ（％）との関係をグラフ化したベアリングカーブ（以下、ＢＣという。）を示し、図示するＢＣ例は本発明例のワイヤ表面のＢＣで、切断レベルＣｖ＝３０％における負荷長さ率ｔｐが７８％であることを示す。
【００１６】
負荷長さ率ｔｐは、ワイヤ表面の粗度形状を示す指標であり、本発明のワイヤ長手方向に対して３０°方向を測定したｔｐ［Ｃ／Ｃｖ＝３０］を２０〜７０％に限定した理由は、２０％未満であるとすじ状の溝の凹部が過大になり、送給潤滑剤（特に固体潤滑剤）が付着過多になり易いこと、逆に７０％を超えるとすじ状の溝の凸部が過大になり、送給潤滑剤が付着過少になり易いことによる。送給潤滑剤が付着過多になると、送給ローラが過剰にスリップするようになり、ワイヤは所定の送給速度を維持できずワイヤ送給性が悪化する。また、ライナ内部で送給潤滑剤の脱落が著しくなりライナの使用寿命を短くする原因になる。逆に送給潤滑剤が付着過少になると、ワイヤ送給抵抗が増加したとき、送給速度が不安定になってワイヤ送給性が悪化する。また、送給ローラでワイヤ表面が削れ、この削れ滓がライナ内に進入、蓄積し益々送給抵抗が増加するようになる。
【００１７】
次に、算術平均粗さＲａ［Ｃ］は粗度の深さを示す指標であり、本発明のワイヤ長手方向に対して３０°方向を測定したＲａ［Ｃ］を、０．０５〜０．３０μｍに限定した理由は、０．０５μｍ未満であると凹凸部の高低差が過小になり、送給潤滑剤の保持機能が乏しくなること、逆に、０．３０μｍを超えるとすじ状溝の凹凸部の高低差が過大になり、送給潤滑剤の付着が過剰になり易いことによる。
本発明では、ワイヤ表面の粗さをワイヤ長手方向に対して３０°方向を測定したｔｐ［Ｃ／Ｃｖ＝３０］を２０〜７０％とＲａ［Ｃ］を０．０５〜０．３０μｍの組合せによるすじ状溝の凹凸バランスの特定を行なった形状とし、これにより送給潤滑剤の適量安定付着を実現する。この意味において、更に望ましい粗度範囲としてｔｐ［Ｃ／Ｃｖ＝３０］を３０〜６０％とＲａ［Ｃ］を０．１０〜０．１５μｍの組合せの表面を推奨する。
【００１８】
図２は、本発明のワイヤ表面の例を示す模式図である。図２で符号１はワイヤ長手方向（Ｌ方向）を示し、ワイヤ素地２上の表面は、平坦部３とすじ状の溝４からなるすじ状の凹凸部を形成している。このようにしてワイヤ表面に形成されたすじ状の溝４は、その内部に送給潤滑剤を収納する機能を有する。また平坦部３は送給潤滑油の被膜機能を有し、すじ状の溝４は固体潤滑剤を収納するとともに平坦部３の被膜状態を安定化させる機能を持つ。なお、本発明における表面粗さの測定方向は、図２に符号Ｃとして示すようにワイヤ長手方向１に対して３０°方向を測定した値をいい、すじ状の溝はワイヤ全面均等に形成されている必要はなく、上記した表面粗度のｔｐ［Ｃ／Ｃｖ＝３０］が２０〜７０％とＲａ［Ｃ］が０．０５〜０．３０μｍを満足する程度にワイヤ表面に形成されていれば良い。
【００１９】
また、ガスシールドアーク溶接用ワイヤ表面に送給潤滑剤を、ワイヤ１０ｋｇ当たり０．１〜２．５ｇ（ｇ／１０ｋｇＷ）付着する。ワイヤ表面の送給潤滑剤付着量が、ワイヤ１０ｋｇ当たり０．１ｇ未満であると、ライナ内のワイヤ送給抵抗の増加抑制効果が認められず、ワイヤ送給性改善は望めない。逆に送給潤滑剤付着量が、ワイヤ１０ｋｇ当たり２．５ｇを超えると、ワイヤ表面に過剰に付着して、送給ローラがスリップして安定送給が困難となる。
【００２０】
送給潤滑剤とは、固体潤滑剤および送給潤滑油の１種または２種をいい、固体潤滑剤としては、ＭｏＳ₂、ＷＳ₂、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＥＥという。）、グラファイト等の乾式潤滑剤が上げられる。これらの固体潤滑剤はワイヤ表面に付着してライナ内壁とワイヤとの摩擦係数を低減し、送給抵抗の増加を抑制する作用があり、ガスシールドアーク溶接用ワイヤの良好なワイヤ送給性を確保する。固体潤滑剤の付着量は、上記効果を発揮するためにワイヤ１０ｋｇ当り０．０５〜１．５ｇとするのが好ましい。
【００２１】
送給潤滑油とは、動植物油、鉱物油あるいは合成油の何れでも良い。動植物油としてはパーム油、菜種油、ひまし油、ラード、牛脂、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、フロロカーボン系等を用いることができる。送給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）を加えても良い。ガスシールドアーク溶接用ワイヤ表面の送給潤滑油の付着量は、ワイヤ１０ｋｇ当り０．１〜１．５ｇ（ｇ／１０ｋｇＷ）であることが望ましい。送給潤滑油はワイヤ表面全体に付着することにより、ワイヤ送給時にガスシールドアーク溶接用ワイヤの送給性を向上させる役目を担う。
【００２２】
次に、ワイヤ表面色調の明度Ｌ値を３０〜７０、彩度Ｃ値を２０〜５０の範囲とすることによってワイヤ送給性が良好で、ワイヤ表面色調の明度Ｌ値が３０、彩度Ｃ値が２０未満の場合送給潤滑剤付着量が多くなるので、送給ローラがスリップするようになり、ワイヤは所定の送給速度を維持できずワイヤ送給性が悪化する。また、ワイヤ表面色調の明度Ｌ値が７０、彩度Ｃが５０を超えると、送給潤滑剤付着量が少なくなるので、ワイヤ送給抵抗が増加したとき、ワイヤ送給速度が不安定となってワイヤ送給性が悪くなる。
【００２３】
したがって、本発明では、ワイヤ表面色調の明度Ｌ値および彩度Ｃ値を、次のように規定する。
めっきワイヤ
明度 Ｌ値 ３０〜７０
彩度 Ｃ値 ２０〜５０
上記の測定は、スプール巻ワイヤ最外層表面を略均等間隔８ヶ所測定した値の平均として求めることができる。なお、明度Ｌおよび彩度Ｃは色彩色差計で測定することができ本発明においては、ミノルタ（株）製のＣＲ−３００、測定径；８ｍｍを使用した。
【００２４】
本発明は中実状のソリッドワイヤ、ワイヤ中にフラックスを内包したフラックス入りワイヤ（合わせ目有りタイプ、無しタイプ）の何れのガスシールドアーク溶接用ワイヤも対象とする。
本発明のガスシールドアーク溶接用ワイヤの製造方法例として、ワイヤ素線を湿式孔ダイスで伸線して、最終伸線後強制的に長手方向に溝を付与し、送給潤滑剤を塗布して、スプール巻ワイヤまたはペールパック入りワイヤとする。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。ワイヤ径１．２ｍｍのフラックス入りワイヤ（ＪＩＳ Ｚ３３１３ ＹＦＷ−Ｃ５０ＤＲ、フラックス充填率１４％）とソリッドワイヤ（ＪＩＳ Ｚ３３１２ ＹＧＷ１１）表面にワイヤ長手方向にすじ状の溝を付与し、送給性潤滑剤を付着されたスプール巻ガスシールドアーク溶接用ワイヤを各種試作した。ワイヤ送給性の評価試験は、図３に示す装置を用いて行なった。図３において送給機５にセットされたスプール巻き溶接用ワイヤ６は、送給ローラ９により引き出され、コンジットケーブル８に内包したライナを経てその先端の溶接トーチ９まで送給される。そして通電チップと鋼板１０の間でビードオンプレート溶接を行った。コンジットケーブル８は６ｍ長さで、ワイヤに送給抵抗を与えるために直径７５ｍｍのループを２つ形成した湾曲部１１を設けた。送給機５には送給ローラの周速度Ｖｒ（＝設定ワイヤ速度）の検出器（図示しない）、ワイヤ速度（Ｖｗ）検出器１２を備えている。
【００２６】
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、送給ローラ部分に設けられたロードセル１３により送給時にワイヤが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１に示す溶接条件で２０分間溶接し、送給抵抗Ｒとスリップ率ＳＩを測定して平均値を求めた。送給抵抗Ｒが６ｋｇｆ以下でスリップ率ＳＩが１０％以下の場合にワイヤ送給性良好と判定した。それらの結果を表２に示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
【表２】

【００２９】
表２中、Ｎｏ．１〜６は本発明例で、Ｎｏ．７〜１２は比較例である。本発明例であるＮｏ．１〜６は、ワイヤ長手方向に対して３０°方向を測定したワイヤ表面粗度ｔｐ［Ｃ／Ｃｖ＝３０］およびＲａ［Ｃ］が適正で、送給潤滑剤付着量およびワイヤ表面色調の明度Ｌおよび彩度Ｃも適正であるので、送給抵抗Ｒおよびスリップ率Ｓｌともに低く良好なワイヤ送給性を示し、アークは安定しており、極めて満足な結果であった。
【００３０】
比較例中Ｎｏ．１０は、ワイヤ表面粗度のｔｐ［Ｃ／Ｃｖ＝３０］が低く、Ｎｏ．９は、ワイヤ表面粗度のＲａ［Ｃ］が高く、さらにワイヤ表面色調の明度Ｌおよび彩度Ｃが低く、また、Ｎｏ．１２は、送給潤滑剤付着量が多いので、いずれもスリップ率が高くまた長時間溶接でライナ内への送給潤滑剤が脱落して送給抵抗も高くなり、ワイヤ送給性が不良となって、アークが不安定となった。
【００３１】
Ｎｏ．８は、ワイヤ表面粗度のｔｐ［Ｃ／Ｃｖ＝３０］が高く、Ｎｏ．７は、ワイヤ表面粗度のＲａ［Ｃ］が低く、また、Ｎｏ．１１は、送給潤滑剤の付着量が少なく、さらにＮｏ．１１は、ワイヤ表面色調の明度Ｌおよび彩度Ｃが高いので、いずれも送給抵抗が高くなって、ワイヤ送給性が不良となった。
【００３２】
【発明の効果】
以上、詳述したように本発明のガスシールドアーク溶接用ワイヤによれば、ライナの湾曲等により送給抵抗が高くなる過酷な使用環境下であっても良好なワイヤ送給性を発揮することのできるガスシールドアーク溶接用ワイヤを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のガスシールドアーク溶接用ワイヤのベアリングカーブ例を示す図である。
【図２】 本発明のガスシールドアーク溶接用ワイヤ表面の模式図である。
【図３】 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 ワイヤ長手方向
２ ワイヤ素地
３ 平坦部
４ すじ状の溝
５ 送給機
６ 溶接用ワイヤ
７ 送給ローラ
８ コンジットケーブル
９ 溶接トーチ
１０ 鋼板
１１ コンジットケーブルの湾曲部
１２ ワイヤ速度検出器
１３ ロードセル
Ｃ 表面粗さ測定方向

Claims (2)

1. ワイヤ表面のワイヤ長手方向にすじ状の溝を有したガスシールドアーク溶接用ワイヤであって、ワイヤ長手方向に対して３０°方向を測定した表面粗度が負荷長さ率ｔｐ［Ｃ／Ｃｖ＝３０］で２０〜７０％、算出平均粗さＲａで０．０５〜０．３０μｍ、ワイヤ表面色調の明度Ｌ値が３０〜７０、彩度が２０〜５０で、かつ、ワイヤ表面の送給潤滑剤付着量がワイヤ１０ｋｇ当り０．１〜２．５ｇであることを特徴とするガスシールドアーク溶接用ワイヤ。
2. 送給潤滑剤は、固体潤滑剤および送給潤滑油の１種または２種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ワイヤ。

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