JPH07299582A - ガスシールドアーク溶接用ワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定に送給でき、溶接アーク切れ及び短絡を
防止して、溶接アークを安定に維持することができ、溶
接欠陥の減少及び溶接能率の向上を図ることができるガ
スシールドアーク溶接用ワイヤを提供する。 【構成】 ガスシールドアーク溶接用ワイヤの表面付着
物の全酸価値を２０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下に規制する。そ
して、そのガスシールドアーク溶接用ワイヤは、０．０
０１乃至０．１５重量％のＣ、０．３０乃至１．１０重
量％のＳｉ、０．８５乃至２．６０重量％のＭｎ、０．
００１乃至０．０３０重量％のＰ、０．００１乃至０．
０３０重量％のＳ及び０．０１乃至０．５０重量％のＣ
ｕを含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなる組成
を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガスシールドアーク溶接
に使用されるガスシールドアーク溶接用ワイヤに関し、
特に溶接アークを安定に維持できるガスシールドアーク
溶接用ワイヤに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車及び鉄骨橋梁等の製造に使用され
ているガスシールドアーク溶接方法は、年々その性能向
上の要求が厳しくなっている。従来、ガスシールドアー
ク溶接技術の改良のために、シールドガス成分の適切化
及び溶接電源の制御方法の改良等が行われている。

【０００３】しかし、溶接部を能率良く得るためには、
溶接アークの不安定性に起因する欠陥を防ぎ、安定した
溶接アークを長時間に亘り維持することが極めて重要で
ある。この溶接アークの不安定性とは、肉眼で確認でき
る溶接アーク長の変動、肉眼では認められない短時間の
溶接アークの消滅（所謂、溶接アーク切れ）及びワイヤ
と溶融プールとの短時間の短絡（以下、短絡という）等
のことをいう。

【０００４】溶接アークが不安定になった場合、溶融プ
ールの形状が不規則になり、ビード形状の欠陥が生じや
すくなる。また、溶接アークが不安定になると、溶接作
業者が溶接アーク長を微妙に調節する必要が生じ、溶接
能率が低下する。

【０００５】このような問題点に対して、例えば、ワイ
ヤ表面の残存潤滑剤を除去した後、ワイヤ表面にカルボ
ン酸カリウム塩を固着させ、その固着量並びにその固着
過程で発生する遊離鉄粉及び遊離銅粉の量を規制するこ
とにより、アーク放電現象を安定化させようとするアー
ク安定技術が提案されている（特公平３−７７０３
５）。

【０００６】また、銅メッキされたワイヤの表面に残留
している銅粉の量を規制することにより、通電銅チップ
の磨耗を防止すると共に、ワイヤ送給用コンジットライ
ナーの閉塞を防止する方法も提案されている（特開昭６
１−３６９６）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術においては、肉眼では認めることができない
短時間のアーク切れ及び短絡等の発生を十分に減少させ
ることができていない。このため、前記各従来技術で
は、溶接欠陥及び溶接能率の低下等の溶接作業性の悪化
を回避することができない。

【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、安定送給が可能であり、溶融プールとの間
の短時間の短絡及び溶接アーク切れを減少させることが
でき、これにより溶接欠陥の減少及び溶接能率の向上を
図ることが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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るガスシール
ドアーク溶接用ワイヤは、表面付着物の全酸価値が２０
ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であることを特徴とする。

【００１０】また、好ましくは前記表面付着物の全酸価
値は５ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であり、更に好ましくは前記
表面付着物の全酸価値は１ｍｇＫＯＨ／ｇ以下である。

【００１１】更に、本発明は、０．００１乃至０．１５
重量％のＣ、０．３０乃至１．１０重量％のＳｉ、０．
８５乃至２．６０重量％のＭｎ、０．００１乃至０．０
３０重量％のＰ、０．００１乃至０．０３０重量％のＳ
及び０．０１乃至０．５０重量％のＣｕを含有し、残部
が鉄及び不可避的不純物からなる組成を有するソリッド
ワイヤに適用することができる。

【００１２】更にまた、前記ソリッドワイヤの組成は、
前記成分に、０．０１乃至１．８０重量％のＮｉ、０．
０１乃至０．７０重量％のＣｒ、０．０１乃至０．６５
重量％のＭｏ、０．０１乃至０．５０重量％のＡｌ並び
に総重量が０．０１乃至０．３０重量％のＴｉ及び／又
はＺｒからなる群から選択された少なくとも１種を含有
したものとすることができる。

【００１３】

【作用】本願発明者等が、溶接アークを安定に維持する
ための条件を求めるべく種々実験研究した結果、以下の
ことが明らかになった。

【００１４】即ち、ワイヤ及びワイヤ表面の分析結果
と、高速度カメラにより撮影した溶接アーク現象の観察
結果とから、ワイヤ表面に付着している送給用又は防錆
用の油分が変化した状態（全酸価値が高くなった状態）
においては、油分が通電チップとワイヤとの間において
ワイヤの安定送給を阻害し、これがアークを不安定にし
ていることを見い出した。

【００１５】なお、このワイヤ表面付着物中の油分とは
残留した伸線潤滑剤及びそれらが変質したもの等であ
り、全酸価値とは油脂類１ｇ中に含まれている遊離脂肪
酸を中和するために必要な水酸化カリウムのｍｇ数であ
る（ＪＩＳ Ｋ−２５０１：石油製品の中和価試験方
法）。

【００１６】つまり、油分の変質に伴い全酸価値は高く
なり、油自体の粘性が上昇することにより、通電チップ
とワイヤとの間で金属接触が生じやすく、これにより送
給不良となることが判明した。

【００１７】このため、本願発明はワイヤ表面付着物中
の全酸価値を規制するが、本願発明者等による多数の実
験の結果、ガスシールドアーク溶接用ワイヤの表面付着
物の全酸価値が２０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下の場合は、ガス
シールドアーク溶接用ワイヤを安定に送給することがで
き、溶接アーク切れ及びガスシールドアーク溶接用ワイ
ヤと溶融プールとの間の短時間の短絡を減少させること
ができることが判明した。

【００１８】このワイヤの安定送給によるアーク切れ及
び短絡防止効果は、表面付着物の全酸価値を更に減少さ
せて５ｍｇＫＯＨ／ｇ以下にすることにより更に向上
し、更に、表面付着物の全酸価値を１ｍｇＫＯＨ／ｇ以
下にすることにより、この効果は更に一層向上する。

【００１９】なお、ガスシールドアーク溶接用ワイヤの
表面付着物の全酸価値を規制する手段としては、例え
ば、ワイヤ及び塗油を冷却することがある。全酸価値が
高くなる（遊離脂肪酸の増加）要因の一つに熱分解が考
えられることから、ワイヤ及び塗油を冷却した後、ワイ
ヤに塗油することにより、ワイヤ表面付着物の全酸価値
を規制することができる。

【００２０】一方、ガスシールドアーク溶接用ワイヤが
ソリッドワイヤである場合には、このソリッドワイヤの
化学組成は、ＪＩＳ Ｚ３３１２に規定されている範囲
内とすることができる。即ち、ソリッドワイヤの組成と
しては、請求項４又は５にて規定したものが好ましい。

【００２１】以下、本発明におけるソリッドワイヤの成
分添加理由及び組成限定理由について説明する。

【００２２】Ｃ；０．００１〜０．１５重量％ Ｃは溶接金属の脱酸及び強度を得るために必要不可欠の
元素である。しかし、Ｃ含有量が０．００１重量％未満
では、脱酸及び強度がいずれも不十分であり、０．１５
重量％を超えると、溶接金属に高温割れが発生し易くな
る。従って、Ｃの含有量は０．００１乃至１．１５重量
％であることが望ましい。

【００２３】Ｓｉ；０．３０〜１．１０重量％ Ｓｉは溶接金属の脱酸のために添加される。しかし、Ｓ
ｉ含有量が０．３０重量％未満では、脱酸不足であり、
１．１０重量％を超えると、溶接金属の靱性が低下し易
くなる。従って、Ｓｉの含有量は０．３０乃至１．１０
重量％であることが望ましい。

【００２４】Ｍｎ；０．８５〜２．６０重量％ Ｍｎは溶接金属の脱酸及び強度を得るために添加され
る。しかし、Ｍｎ含有量が０．８５重量％未満では、脱
酸及び強度が不十分であり、２．６０重量％を超える
と、溶接金属に低温割れが発生し易くなる。従って、Ｍ
ｎの含有量は０．８５乃至２．６０重量％にすることが
望ましい。

【００２５】Ｐ；０．００１〜０．０３０重量％ Ｐはソリッドワイヤ先端からの溶滴の離脱を図るために
添加される。しかし、Ｐ含有量が０．００１重量％未満
では、その効果が不十分であり、０．０３０重量％を超
えると、溶接金属に高温割れが発生し易くなる。従っ
て、Ｐの含有量は０．００１乃至０．０３０重量％であ
ることが望ましい。

【００２６】Ｓ；０．００１〜０．０３０重量％ Ｓはソリッドワイヤ先端から溶滴を離脱させるのに有効
な成分である。しかし、Ｓ含有量が０．００１重量％未
満では、その効果が不十分であり、０．０３０重量％を
超えると、溶接金属に高温割れが発生し易くなる。従っ
て、Ｓの含有量は０．００１乃至０．０３０重量％にす
ることが望ましい。

【００２７】Ｃｕ；０．０１〜０．５０重量％ Ｃｕはソリッドワイヤの通電性を高め、溶接金属の強度
を高めるために必要不可欠の元素である。しかし、Ｃｕ
含有量が０．０１重量％未満では、通電性及び強度が不
十分であり、０．５０重量％を超えると、溶接金属に高
温割れが発生し易くなる。従って、Ｃｕの含有量は０．
０１乃至０．５０重量％であることが望ましい。

【００２８】なお、Ｃｕはワイヤ表面にメッキされた状
態、鋼中に固溶した状態又は結晶粒界析出物の状態のい
ずれの状態で存在してもよい。しかし、ワイヤの通電性
を向上させるためには、Ｃｕはワイヤ表面にメッキされ
た状態において０．１０乃至０．４０重量％であること
が望ましい。

【００２９】一方、不可避的不純物としては、Ｂｅ、
Ｂ、Ｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｖ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｓ
ｒ、Ｙ、Ｎｂ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｂａ、
Ｗ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ及びＢｉ等があり、これらの不純
物は、夫々０．０５重量％以下、合計で０．５０重量％
以下であれば含有していてもよい。不純物は少ない方が
好ましく、上記不純物元素のうち、１つでも含有量が
０．０５重量％を超えると、溶接アークの不安定性の増
大及び割れ感受性の増大等の悪影響が生じると共に、こ
れらの元素の含有量が合計で０．５０重量％を超えた場
合も、同様に溶接アークの不安定性の増大及び割れ感受
性の増大等の悪影響が生じる。

【００３０】また、ソリッドワイヤは上記成分に加えて
下記成分の１種又は２種以上を適量添加してもよい。

【００３１】Ｎｉ；０．０１〜１．８０重量％ Ｎｉは溶接金属の低温靱性及び強度を得るために有効な
元素である。しかし、Ｎｉ含有量が０．０１重量％未満
では、低温靱性及び強度がいずれも不十分であり、１．
８０重量％を超えると、溶接金属に高温割れが発生し易
くなる。従って、Ｎｉの含有量は０．０１乃至１．８０
重量％であることが望ましい。

【００３２】Ｃｒ；０．０１〜０．７０重量％ Ｃｒは溶接金属の強度を高めるために有効な元素であ
る。しかし、Ｃｒ含有量が０．０１重量％未満では、強
度上昇効果が不十分であり、０．７０重量％を超える
と、溶接金属の伸びが不足し易くなると共に、低温割れ
が発生し易くなる。従って、Ｃｒの含有量は０．０１乃
至０．７０重量％にすることが望ましい。

【００３３】Ｍｏ；０．０１〜０．６５重量％ Ｍｏは溶接金属の低温靱性及び強度を得るために有効な
元素である。しかし、Ｍｏ含有量が０．０１重量％未満
では、低温靱性及び強度がいずれも不十分であり、０．
６５重量％を超えると、溶接金属に高温割れが発生し易
くなると共に、溶接金属の伸びが不足し易くなる。従っ
て、Ｍｏの含有量は０．０１乃至０．６５重量％である
ことが望ましい。

【００３４】Ａｌ；０．０１〜０．５０重量％ Ａｌは溶接金属の脱酸及び溶接ビードを整えるために有
効な元素である。しかし、Ａｌ含有量が０．０１重量％
未満では、脱酸及びビード整形性がいずれも不十分であ
り、逆に０．５０重量％を超えると、溶接金属に高温割
れが発生し易くなる。従って、Ａｌの含有量は０．０１
乃至０．５０重量％にすることが望ましい。

【００３５】Ｔｉ及び／又はＺｒ；０．０１〜０．３０
重量％ Ｔｉ及びＺｒは溶接金属の脱酸及びスパッタの減少に有
効な成分であり、そのいずれを添加しても同様の効果が
ある。従って、Ｔｉ及びＺｒの一方又は双方を添加して
もよいが、Ｔｉ及び／又はＺｒの総含有量が０．０１重
量％未満では、脱酸及びスパッタの減少は不十分であ
り、０．３０重量％を超えると、溶接金属に高温割れが
発生し易くなる。従って、Ｔｉ及び／又はＺｒの総含有
量は０．０１乃至０．３０重量％であることが望まし
い。

【００３６】なお、ＺｒよりもＴｉの方がスパッタの減
少にはより有効であるので、Ｔｉの方がＺｒよりも多く
なるようにすることが好ましい。

【００３７】

【実施例】次に本発明の実施例について説明する。先
ず、本発明における全酸価値の測定方法について説明す
る。ガスシールドアーク溶接用ワイヤ（以下、ワイヤと
いう）の表面に付着している物質を分析する方法は多種
あるが、本願発明者等が試行錯誤により最も好ましい全
酸価値の分析方法を調査した結果、ワイヤを石油エーテ
ル等の有機溶媒中で超音波洗浄することにより表面の付
着物を採取して分析する方法が最も有効であった。

【００３８】この方法は、先ず、ワイヤを石油エーテル
等の有機溶媒中で超音波洗浄し、ワイヤ本体を有機溶媒
中から取り出した後、この有機溶媒を孔径０．２μｍの
濾紙（メンブレンフィルタ）を使用して濾過し、濾液を
得る。この濾液中には孔径０．２μｍの濾紙を通過した
ワイヤ表面付着物と有機溶媒とが混合されている。この
ようにして得た濾液を５０℃以下及び大気圧下に放置
し、有機溶媒を徐々に蒸発除去させる。そして、この濾
液を３時間毎にガスクロマトグラフィ分析（ＧＣ分析）
にかけて、有機溶媒の含有量を分析する。その結果、有
機溶媒が検出されなくなったときの濾液を測定液とし
て、この測定液中の全酸価値をＪＩＳ Ｋ−２５０１
（石油製品の中和価試験方法）に基いて測定する。

【００３９】この場合に、得られた測定液には有機溶媒
が含有されておらず、孔径０．２μｍの濾紙を通過した
ワイヤ表面付着物のみからなり、測定液の全酸価値（測
定液全重量に対する％）がワイヤ表面付着物の全酸価値
となる。

【００４０】従って、この全酸価値はワイヤ重量及び有
機溶媒量に影響されないものとなり、ワイヤ表面付着物
の全酸価値の測定に最も有効な方法である。また、この
方法によれば、数ｋｇ以上のワイヤを容易に分析するこ
とができるため、ワイヤ表面に付着している微量物質も
高精度で捕集することができる。本発明にて規定した全
酸価値はこの方法により測定したものである。

【００４１】なお、この場合の超音波洗浄はワイヤ表面
が傷ついて銅粉及び鉄粉が生じることがないような強度
にする。

【００４２】次に、本発明の実施例について具体的に説
明する。下記表１に示す組成のソリッドワイヤを圧延工
程又は伸線工程、熱処理工程（必要に応じ）、洗浄工
程、銅メッキ工程、洗浄工程、仕上げ伸線工程、洗浄工
程、送給用又は防錆用の油塗布工程及びスプール巻き又
は大容量パック製造工程の各工程を順次実施することに
より製造した。

【００４３】この場合に、各工程の条件を適宜変更する
ことにより、表面付着物の全酸価値を種々変化させ、軟
鋼母材上で溶接を行い、溶接作業性を評価した。溶接条
件は以下のとおりである。

【００４４】溶接条件 ソリッドワイヤの直径；１．２ｍｍ 電流；２８０（Ａ），ＤＣＥＰ（直流逆極性） 電圧； ３２（Ｖ） シールドガス；ＣＯ₂ガス、２５リットル／ｍｉｎ。

【００４５】この溶接条件で溶接した場合に、ソリッド
ワイヤの表面付着物の全酸価値と溶接作業性の官能評価
の結果を表１に併せて示す。なお、比較例１２乃至１７
として、本願の請求項４，５から外れる組成のソリッド
ワイヤを使用して同様に溶接を行った結果についても溶
接作業性を評価した。

【００４６】

【表１】

【００４７】なお、作業性評価欄においては、溶接作業
性を官能による評価で５段階で表わした。５は優、３は
良、１は劣、４は優と良の中間及び２は良と劣の中間を
表わす。

【００４８】表１から明らかなように、ソリッドワイヤ
の表面付着物の全酸価値が２０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下の実
施例１乃至１１の場合は作業性が優れている。即ち、本
実施例のソリッドワイヤは、安定に送給され、ソリッド
ワイヤと溶融プールとの間の短時間の短絡及び溶接アー
ク切れを減少させることができる。この結果、溶接欠陥
の減少及び溶接能率の向上を図ることができる。これに
対し、比較例１２乃至１７は表面付着物の全酸価値が２
０ｍｇＫＯＨ／ｇを超えているため、溶接作業性が低い
ものであった。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、ガスシールドアーク溶
接用ワイヤの表面付着物の全酸価値を２０ｍｇＫＯＨ／
ｇ以下に規制しているため、ガスシールドアーク溶接用
ワイヤは安定に送給され、ガスシールドアーク溶接用ワ
イヤと溶融プールとの間の短時間の短絡及び溶接アーク
切れを減少させることができる。この結果、溶接欠陥の
減少及び溶接能率の向上を図ることができる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面付着物の全酸価値が２０ｍｇＫＯＨ
   ／ｇ以下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. 【請求項２】 前記表面付着物の全酸価値は５ｍｇＫＯ
   Ｈ／ｇ以下であることを特徴とする請求項１に記載のガ
   スシールドアーク溶接用ワイヤ。
3. 【請求項３】 前記表面付着物の全酸価値は１ｍｇＫＯ
   Ｈ／ｇ以下であることを特徴とする請求項２に記載のガ
   スシールドアーク溶接用ワイヤ。
4. 【請求項４】 ０．００１乃至０．１５重量％のＣ、
   ０．３０乃至１．１０重量％のＳｉ、０．８５乃至２．
   ６０重量％のＭｎ、０．００１乃至０．０３０重量％の
   Ｐ、０．００１乃至０．０３０重量％のＳ及び０．０１
   乃至０．５０重量％のＣｕを含有し、残部が鉄及び不可
   避的不純物からなる組成を有するソリッドワイヤである
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載
   のガスシールドアーク溶接用ワイヤ。
5. 【請求項５】 ０．００１乃至０．１５重量％のＣ、
   ０．３０乃至１．１０重量％のＳｉ、０．８５乃至２．
   ６０重量％のＭｎ、０．００１乃至０．０３０重量％の
   Ｐ、０．００１乃至０．０３０重量％のＳ及び０．０１
   乃至０．５０重量％のＣｕを含有すると共に、０．０１
   乃至１．８０重量％のＮｉ、０．０１乃至０．７０重量
   ％のＣｒ、０．０１乃至０．６５重量％のＭｏ、０．０
   １乃至０．５０重量％のＡｌ並びに総重量が０．０１乃
   至０．３０重量％のＴｉ及び／又はＺｒからなる群から
   選択された少なくとも１種を含有し、残部が鉄及び不可
   避的不純物からなる組成を有するソリッドワイヤである
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載
   のガスシールドアーク溶接用ワイヤ。