JP4429890B2

JP4429890B2 - ガスシールドアーク溶接用銅めっきフラックス入りワイヤ

Info

Publication number: JP4429890B2
Application number: JP2004368701A
Authority: JP
Inventors: 浩治佐々木; 敦忠本江; 伸一郎岩切; 美樹東川
Original assignee: 日鐵住金溶接工業株式会社
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2024-12-21
Also published as: JP2006175451A

Description

本発明は、ガスシールドアーク溶接用銅めっき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アークが安定し、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１（ｂ）、（ｃ）に示すように鋼製外皮１内にフラックス２を充填し、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と図１（ａ）に示す断面構造のシームレス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１（ｂ）、（ｃ）のシームタイプのフラックス入りワイヤは、合わせ目３を有することから、ワイヤ表面に銅めっきを施すことができず、また、湿式伸線で縮径することができない。したがって、潤滑剤として金属石鹸等を用い乾式伸線で縮径した後ワイヤ表面の潤滑剤を除去する工程（ベーキング処理）が必要で、銅めっき処理工程は省略できるものの煩雑な作業を要する。

前記ベーキング処理なしで十分な溶接作業性を得る技術として、例えば特開平５−２３７３１号公報（特許文献１）に、ポリ四弗化エチレン、二硫化モリブデン、グラファイト、マイカ、セリサイトおよびタルクを適量含む固体潤滑剤で乾式伸線しワイヤ表面に前記潤滑剤を適量付着するフラックス入りワイヤが開示されている。

しかし、前述のフラックス入りワイヤを用いて溶接した場合、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の摩擦によってワイヤ表面の固体潤滑剤が剥がれ、長時間溶接しているとコンジットチューブ内に固体潤滑剤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。また、ワイヤ表面に銅めっきが施されてなく、乾式伸線で縮径しているのでワイヤ表面の粗さが大きいので、チップがワイヤとの摩擦で消耗しさらにアークが不安定になる。

一方、図１（ａ）に示す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ているのでチップ摩耗が少なくアークが安定する。前記銅めっきを有するワイヤの送給性を良好とするために、例えば特開昭６１−２７１９８号公報（特許文献２）にワイヤ表面に平均粒径５０〜７５０μｍのショットを用いて凹部を付与、特開平８−９９１８８号公報（特許文献３）にはワイヤ表面に凹部および縦溝を有し、さらに特開平１０−２４９５７６号公報（特許文献４）には、ワイヤ表面粗度Ｒａを０．１〜０．３μｍとし、いずれもワイヤ表面の凹部に固体潤滑剤や液体潤滑剤を保有する技術が開示されている。

しかし、前述の銅めっきワイヤを用いて長時間溶接した場合、コンジットチューブ内の摩擦によってワイヤ表面凹部の角の銅めっきが剥がれ、長時間溶接しているとコンジットチューブ内に銅くずが固体潤滑剤とともに蓄積され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。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。

特開平５−２３７３１号公報特開昭６１−２７１９８号公報特開平８−９９１８８号公報特開平１０−２４９５７６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銅めっき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０．５〜２．５ｇ有し、ワイヤ表面長手方向に対して３０°方向を測定した表面粗さの算術平均粗さＲａが０．０４〜０．１２μｍであることを特徴とするガスシールドアーク溶接用銅めっき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銅めっき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を抑制でき、ワイヤ表面に銅めっきを施すとともに均一に、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％を超えるとワイヤの剛性が大きくなりすぎて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０．５〜２．５ｇ（以下、ｇ／１０ｋｇＷという。）とする。
二硫化モリブデンは、コンジットチューブ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、コンジットチューブ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。

レシチン及び／又はフォスファチジルエタノールアミンは、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。潤滑剤中のレシチン及び／又はフォスファチジルエタノールアミンが０．００８／１０ｋｇＷ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、コンジットチューブ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、潤滑剤中のレシチン及び／又はフォスファチジルエタノールアミンが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およびフォスファチジルエタノールアミンとは、レシチンおよびフォスファチジルエタノールアミンを９５％程度含有する粉末状のもの、レシチンおよびフォスファチジルエタノールアミンを６５％および大豆油などの植物油を３５％程度含有するペースト状のものなどがあり、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、レシチン及び／又はフォスファチジルエタノールアミンおよび潤滑油の合計で０．５〜２．５ｇ／１０ｋｇＷとする。潤滑剤の合計量が０．５ｇ／１０ｋｇＷ未満であると、コンジットチューブ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。

ワイヤ表面の銅めっきは、コンジットチューブ内での摩擦抵抗を低減するとともにチップ先端での通電性を良好にしアークを安定させる。さらに、長時間溶接してもチップ摩耗が極めて少なく安定したアークを持続させることができる。しかし、ＪＩＳＢ０６０１−１９９４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さの算出平均粗さＲａが０．１２μｍを超えると、コンジットチューブ内の摩擦によってワイヤ表面の銅めっきが剥がれ、長時間溶接しているとコンジットチューブ内に銅くずが蓄積され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。

また、長時間溶接でチップの摩耗量が多くなってアークが不安定となる。銅めっきは通電性、潤滑性およびチップの耐摩耗性を向上させるとともに防錆性向上の効果も有する。めっき厚は、０．３〜１．２μｍ程度が好ましい。
なお、ワイヤ表面長手方向に対して３０°方向を測定した表面粗さの算出平均粗さＲａが０．０４μｍ未満であると、銅めっきの剥離は生じないがワイヤ送給装置の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。

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％として銅めっきを施し、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チューブ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チューブ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ＪＩＳＺ３９３０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５にまとめて示す。

表５中、ワイヤＮｏ．１〜７が本発明例、ワイヤＮｏ．８〜１４は比較例である。
本発明例であるワイヤＮｏ．１〜７は、使用した鋼製外皮Ｗ１〜Ｗ５のＣ、Ｍｎ、Ａｌが適正で、ワイヤ表面に銅めっきが施され、塗布された潤滑剤中の二硫化モリブデン、レシチン及び／又はフォスファチジルエタノールアミンおよび潤滑油を含む潤滑剤合計量が適正であるので、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アークが安定し、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．８は、使用した鋼製外皮Ｗ６のＣが高いので、ヒューム発生量が多くなった。また、ワイヤ表面長手方向に対して３０°方向を測定した表面粗さの算出平均粗さＲａが大きいので、送給抵抗Ｒが大きく、チップの摩耗量が多くなってアークが不安定となった。
ワイヤＮｏ．９は、使用した鋼製外皮Ｗ７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、ワイヤ表面長手方向に対して３０°方向を測定した表面粗さの算出平均粗さＲａが小さいので、スリップ率ＳＬが高くアークが不安定になった。

ワイヤＮｏ．１０は、使用した鋼製外皮Ｗ８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．１１は、使用した鋼製外皮Ｗ９のＡｌが高いので、大粒の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アークもやや不安定であった。

ワイヤＮｏ．１２は、使用した鋼製外皮Ｗ１０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てアークがやや不安定であった。ワイヤＮｏ．１３は、ワイヤ表面に塗布したレシチンが多いので、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．１４は、ワイヤ表面にめっきが施されていないので、ワイヤ送給抵抗Ｒが大きく、チップ摩耗量も多くなってアークが不安定であった。
［図面の簡単な説明］

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

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銅めっき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０．５〜２．５ｇ有し、ワイヤ表面長手方向に対して３０°方向を測定した表面粗さの算術平均粗さＲａが０．０４〜０．１２μｍであることを特徴とするガスシールドアーク溶接用銅めっきフラックス入りワイヤ。