JP7376411B2 - アーク溶接用ソリッドワイヤ - Google Patents
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Description
特許文献2や特許文献3には、くぼみが存在する表面に、上記表面潤滑油や二硫化モリブデンを含有することで、送給性に優れ、アークが安定することが開示されている。また、特許文献4には、くぼみを形成した銅めっき付きアーク溶接ワイヤの技術が開示されている。かかる技術は、給電チップにおける摺動接点を安定化させるものであり、長時間での連続溶接で問題となるワイヤ送給系での物理的な詰まりや給電チップの損傷によるアークの不安定化までは考慮されていない。
前記鋼材及び前記銅めっき層中のCu量が、ワイヤ全質量あたり0.05~0.30質量%であり、
ワイヤ表面に、ワイヤ1kgあたり0.05~0.20gの油が塗布されており、
前記銅めっき層の表面における、周方向の算術平均粗さRacが0.25~1.00μm、かつ、長手方向の算術平均粗さRalが0.07~0.50μmである。
銅めっき層は、給電チップと溶接ワイヤとの通電性を向上させる目的で、鋼材の表面に形成される。鋼材及び銅めっき層中のCu量が、ワイヤ全質量あたり0.05質量%未満では、給電チップと溶接ワイヤの接触電気抵抗が高まるため、給電チップが著しく摩耗し、アークが不安定となる。よって、鋼材及び銅めっき層中のCu量は、ワイヤ全質量あたり0.05質量%以上とし、好ましくは0.10質量%以上、より好ましくは0.20質量%以上とする。
ワイヤ表面に塗布される油は、送給経路内での溶接ワイヤのすべり性を確保するための潤滑剤としての役割を果たす。上記役割を果たすものであれば、油の種類は特に制限されないが、例として、植物油、鉱物油、動物油及び合成油などの液体油が挙げられる。また、上記目的を達成するものであれば、これらは単独で使用しても良く、併用して使用しても良い。
なお、ワイヤ表面への油の塗布方法は、特に制限がなく、公知の塗布方法により実施することができる。
一方、ワイヤ表面に塗布される油量が、ワイヤ1kgあたり0.20gを超えると、過度な油膜を形成し、給電チップと溶接ワイヤとの給電を阻害するおそれがある。また、長時間連続で溶接した場合に、油が送給系の内部に残留し、アーク安定性を阻害するおそれがある。よって、ワイヤ表面に塗布される油量は、ワイヤ1kgあたり0.20g以下とし、好ましくは0.15g以下、より好ましくは0.10g以下とする。
銅めっき層の表面における凹凸は、潤滑油や固体潤滑剤を保持する役割を果たす。また、給電チップと溶接ワイヤの接点を安定化させることで、アークが安定する。
長時間連続での溶接におけるアーク安定性に対しては、給電チップでの安定した溶融と、過剰な給電チップの摩耗を抑制することが有効である。銅めっき層の表面に所定の凹凸を設けることで、ワイヤ表面は安定して溶融するとともに、給電チップへのダメージも軽減する。また、凹凸に捕捉された潤滑油や固体潤滑剤は、ワイヤの送給性を確保するだけでなく、給電チップでの安定した溶融を促す。
一方、銅めっき層の表面における、周方向の算術平均粗さRacが1.00μmを超えると、銅めっき層において鉄地の露出箇所が増加するため、給電チップと溶接ワイヤの接触電気抵抗が高まり、給電チップが磨耗する。よって、周方向の算術平均粗さRacは1.00μm以下とし、好ましくは0.50μm以下、より好ましくは0.45μm以下とする。
一方、銅めっき層の表面における、長手方向の算術平均粗さRalが0.50μmを超えると、部分的な鉄地の露出が増加するため、給電時の抵抗のばらつきが増加し、アークが不安定となる。よって、長手方向の算術平均粗さRalは0.50μm以下とし、好ましくは0.40μm以下、より好ましくは0.35μm以下とする。
上記で説明したように、鋼材に銅めっき処理を施した後、溶接ワイヤ表面に強加工を加えられるが、銅めっき層は強度が低いため、例えば、伸線加工時に厳しい減面率にならないように適切な製造条件の管理のもとで行われる。この管理が適切でない場合には、加工により発生したCu粉が、溶接ワイヤ表面に多量に残留することがある。このCu粉を所定量以下にすることにより、長時間連続で溶接した場合でも、溶接ワイヤの送給性や給電チップとの通電性を良好にすることができる。
油中の硫化物量は、潤滑剤としての効果をさらに高めることで、溶接ワイヤの送給性を向上させる。また、ワイヤ表面を積極的に溶融させることにより、長時間連続での溶接においても、給電チップの損傷を減らし、アーク安定性が維持される。
油中の硫化物量が、ワイヤ1kgあたり0.01g以上では、上記の効果を十分に得ることができる。よって、油中の硫化物量は、ワイヤ1kgあたり0.01g以上とし、好ましくは0.015g以上、より好ましくは0.020g以上とする。
一方、油中の硫化物量が、ワイヤ1kgあたり0.03g以下では、上記の効果が飽和するとともに、かえって溶接ワイヤの送給を阻害するのを抑制できる。よって、油中の硫化物量は、ワイヤ1kgあたり0.03g以下とし、好ましくは0.025g以下、より好ましくは0.020g以下とする。
なお、上記硫化物としては、具体的には、例えば、二硫化モリブデン、硫化亜鉛などである。
銅めっき層の表面に存在する固形物は、銅めっきが脱落、又は製造工程で再付着した銅粉である。また、伸線時の潤滑剤などである。
ワイヤ表面に存在する固形物量の総量が、ワイヤ1kgあたり0.04g以下では、長時間溶接した際に送給系に残留する固形物の量を抑制し、溶接性を向上させることができる。よって、ワイヤ表面に存在する固形物量の総量は0.04g以下とし、好ましくは0.03g以下、より好ましくは0.01g以下とする。
なお、上記固形物としては、具体的には、例えば、銅粉、カルシウムやナトリウム系の石鹸などである。
本実施形態に係るアーク溶接用ソリッドワイヤの芯材となる鋼材の成分組成については、特に制限されないが、例えば、ワイヤ全質量あたり、C:0.02~0.08質量%、Si:0.01~1.00質量%、Mn:0.30~2.20質量%、Ti:0.001~0.30質量%、Cu:0.05~0.30質量%、P:0.025質量%以下(0質量%を含む)、S:0.025質量%以下(0質量%を含む)を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる。また、Cr、Al、Moの一種以上を0.50質量%以下、N、Oをそれぞれ0.010質量%以下の範囲で含有しても良い。これらの化学組成の範囲は、要求される溶接金属部の機械的性質、溶接時のビード形状、スラグ剥離性などから決定される。
まず、溶製したインゴットを熱間加工で5.5φまで圧延した後、700~800℃の温度域で焼鈍を行った。その後、塩酸による酸洗を実施することで、線材表面の酸化物を化学的に除去し、凹凸を制御した。その後、凹凸を消さない程度の厚さの銅めっきを表面に施した後、冷間伸線でローラーダイス又は穴ダイスにより線径1.2mmまで縮径し、表面に油(種類:鉱物油)を塗布し、溶接ワイヤ(組成:YGW12、YGW18)とした。
本発明例及び比較例のワイヤを用いたガスシールドアーク溶接の溶接条件を表1、2に示す。ロボットを用いた自動溶接で、長さ及び幅がいずれも650mm、厚さが25mmの板状鋼板を水平に配置し、上記方法で製造したガスシールドアーク溶接用ワイヤを使用して、表1又は表2に記載した溶接条件で、平板上に連続で溶接(ビードオンプレート)を行った。
溶接ワイヤの溶接性の評価は、1時間連続溶接後のアーク安定性を評価した。1時間の溶接によりチップ摩耗が進んだ場合、溶接チップにおける給電点がばらつき、アークが不安定となる。1時間連続溶接後、アークが不安定になった場合は「×」(不良)、アークが安定していた場合は「○」(良)、アークが安定し、かつ溶接チップの付け根に堆積物が確認されない場合は「◎」(優良)と判定した。アーク安定性についての評価結果も、表3に併せて示す。
アーク安定性に劣っていた。
Claims (3)
- 鋼材の表面に銅めっき層が形成されたアーク溶接用ソリッドワイヤであって、
前記鋼材及び前記銅めっき層中のCu量が、ワイヤ全質量あたり0.05~0.30質量%であり、
ワイヤ表面に、ワイヤ1kgあたり0.05~0.20gの油が塗布されており、
前記銅めっき層の表面における、周方向の算術平均粗さRacが0.25~1.00μm、かつ、長手方向の算術平均粗さRalが0.07~0.50μmであり、
前記ワイヤ表面におけるCu粉の付着量が、ワイヤ1kgあたり0.03g以下であることを特徴とするアーク溶接用ソリッドワイヤ。 - 前記油が、植物油、鉱物油、動物油及び合成油から選択される少なくとも一種を含み、かつ、前記油中に、ワイヤ1kgあたり0.01~0.03gの硫化物を有する、請求項1に記載のアーク溶接用ソリッドワイヤ。
- 前記ワイヤ表面に存在する固形物量の総量が、ワイヤ1kgあたり0.04g以下である、請求項1又は2に記載のアーク溶接用ソリッドワイヤ。
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