JPH07328789A

JPH07328789A - 溶接用ワイヤ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH07328789A
Application number: JP12784694A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Araki; 信男荒木
Original assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Priority date: 1994-06-09
Filing date: 1994-06-09
Publication date: 1995-12-19

Abstract

(57)【要約】【目的】半自動化溶接又は自動化溶接において、送給
ローラでの送給力とコンジットチューブの潤滑剤による
摩擦抵抗との関係を調整することにより、曲げの大きい
コンジットチューブ内を安定して送給することが出来る
送給性の良い溶接用ワイヤ及びその製造方法を提供する
こと。【構成】自動又は半自動溶接用ワイヤにおいて、ワイ
ヤ表面に突起高さＨが０．５〜８μｍを有し、かつ該突
起を構成する突起分布が伸線方向と直角な向きの平均中
心間距離Ｓｍｃ≦１００μｍとなるように、ミクロ突起
を形成させた溶接用ワイヤ及びその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動溶接又は半自動溶
接として使用される溶接用ワイヤ及びその製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、船舶、橋梁等を始めとする各種構
造物の溶接構造においては、溶接施工の能率向上及び省
力化の要請により、半自動化あるいは自動化溶接が行わ
れる比率が増大し、溶接用ワイヤの使用量が増大した。
これら溶接用ワイヤは通常スプールやボビン等に巻き込
まれた状態で、これらの溶接用ワイヤが使用されたとき
は、溶接機の付属装置である送給機に設置され、送給ロ
ーラを通り、３ｍ以上のフレキシブルコンジットトチュ
ーブを介して溶接部に一定の速度で円滑かつ連続的に送
給する必要がある。この場合、溶接用ワイヤの送給の劣
化は溶接作業性の悪化につながり、ひいては溶接欠陥の
発生にもつながるものである。

【０００３】特に最近、造船及び溶接ロボットの普及や
コンジットチューブの長尺化などに伴って、ワイヤ送給
性能の一層の向上が要求されている。そこで従来、ワイ
ヤの送給性を改善するために、特開昭６１−２７１９８
号公報のように、溶接用ワイヤの表面素地を平滑化する
より、むしろ凹部を付与させ、潤滑油の保有性能を向上
させるという観点から溶接用ワイヤ表面に平均粒径５０
〜７５０μｍのショットを用いて２秒以下のショットブ
ラストを行い、その後潤滑油を塗布する方法や特開昭６
０−９２０９４号公報のように、溶接用ワイヤ長手方向
に表面積１ｍｍ ²当たり（５Ｓ）^-1 〜４×（５Ｓ）^-1
個の凹部を表面に形成し、この表面の凹部と平滑部に防
錆性を有する潤滑油を塗布する溶接用ワイヤが提案され
ている。さらには、特公昭５８−５６６７７号公報や特
公平１−１５３５６号公報のように、溶接ワイヤの表面
の平坦率が４０〜８０％にすることや溶接ワイヤ表面を
多孔度５〜５０％の多孔質銅めっき層で被覆し、このめ
っき層に潤滑剤を含ませるものが開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した特開
昭６１−２７１９８号公報や特開昭６０−９２０９４号
公報にあっては、平坦部と凹みで形成されている表面は
送給性を良好にする送給力と潤滑剤量との適正な条件が
必要であるにもかかわらず、いずれの特許公報も平坦部
に対して凹部を形成させるというもので、凹部への潤滑
剤を付着させる効果は得られるものの、最近におけるロ
ボット溶接のコンジットチューブの長尺化、造船におけ
る構造の複雑化、大型化に伴う現場溶接での過酷なコン
ジットチューブの使用等によって、コンジットチューブ
の抗力が増大して来ており、このような状況化において
は溶接用ワイヤの安定した送給性を維持出来ないという
問題がある。

【０００５】一方、特公昭５８−５６６７７号公報や特
公平１−１５３５６号公報にあっては、完全な平坦な状
態を想定して単に平坦率ないしは多孔度を定めているも
のであって、本来、安定した送給性を維持するためには
送給ローラでの送給力とコンジットチューブでの抵抗の
両者のバランスによって定まるものであることから考え
れば、単に平坦率ないしは多孔度のみによるものではな
く、ワイヤ表面の突起状態をも考慮しなければ、完全に
安定した送給性を維持することが出来ないと言う問題が
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述したよう
な問題を解消するために提案されたもので、半自動化溶
接又は自動化溶接において、送給ローラでの送給力とコ
ンジットチューブの潤滑剤による摩擦抵抗との関係を調
整することにより、コンジットチューブが長い場合でも
コンジットチューブ内を円滑に送給することが出来、ま
た、大きなコンジットチューブの抵抗にも耐えられるよ
うな送給性の良い溶接用ワイヤ及びその製造方法を提供
することを目的とするものである。本発明は上記目的を
達成するもので、その発明の要旨とするところは、（１）自動又は半自動溶接用ワイヤにおいて、ワイヤ表
面に突起高さＨが０．５〜８μｍを有し、かつ該突起を
構成する突起分布が伸線方向と直角な向きの平均中心間
距離Ｓｍｃ≦１００μｍとなるように、ミクロ突起を形
成させたことを特徴とする溶接用ワイヤ。

【０００７】（２）ワイヤ表面に粗さを構成する突起の
形状は山形、台形又は半円形である（１）記載の溶接用
ワイヤ。（３）ワイヤ表面に粗さを構成する突起分布は長手方向
に連続直線、ウェーブ又は螺旋状である（１）及び
（２）記載の溶接用ワイヤ。（４）ワイヤ表面に液体潤滑剤又は固体潤滑剤並びに液
体と固体潤滑剤のいずれかを塗布した（１）〜（３）記
載の溶接用ワイヤ。（５）引抜きダイス又はロール圧延により伸線したワイ
ヤ表面に（１）〜（３）記載の突起を形成したことを特
徴とする溶接用ワイヤの製造方法にある。

【０００８】以下、本発明について図面に従って詳細に
説明する。図１はワイヤ自動送給の工程を示す説明図で
ある。図１に示すように、溶接ワイヤ１はワイヤ送給装
置（図示せず）にセットされた状態から送給モータの駆
動により平型加圧送給ローラ２及びＶ溝付き送給ローラ
３によって順次送給され、コンジットチューブ４からカ
ーブドノズル５を介して、溶接ワイヤ１は溶接部に供給
される。なお、符号６はトーチである。この時スプール
巻きされた溶接ワイヤ１は例えば３〜２０ｍの長さのコ
ンジットチューブ４の中を通過するため、溶接ワイヤ表
面の付着潤滑剤量、溶接ワイヤの表面形状及び引張強度
によって送給性を有するものである。

【０００９】

【作用】このような工程のもとに、安定した溶接ワイヤ
の送給性を得るためには、送給ローラである平型加圧送
給ローラの押圧力とＶ溝付き送給ローラでの円周上の１
点接触による送給力が必要である。すなわち、Ｖ溝付き
送給ローラの溝内でのワイヤが平型加圧送給ローラによ
って押圧され、ワイヤはその垂直荷重によってＶ溝内に
入り込もうとする場合にＶ溝付き送給ローラとの接触部
が生じ、その接触部の周辺において弾性接触、塑性変形
接触が現れ、いわゆる、ずり接触による摩擦力が働き送
給力となるものである。この場合に溶接ワイヤにある一
定条件のミクロ突起を形成させることにより、送給ロー
ラとワイヤとの接触部に凝着部（メタルタッチ）を形成
する。そのためにワイヤ表面の突起の条件によって凝着
点の剛性が大きく摩擦力が向上して送給力が大となるの
である。

【００１０】図２は押圧力Ｐと送給力Ｆとの関係を示す
図である。図２に示すように、送給ロールのＶ溝角度３
０°での各摩擦係数に対する押圧力Ｐでの送給力（摩擦
によるワイヤ送給力）Ｆを示している。この場合のＦ
は、次の式で求めることができる。Ｆ＝２μＲ´＝μＰ／〔ｓｉｎ（φ／２）＋μ・ｃｏｓ
（φ／２）〕ただし、Ｆ：送給力（摩擦によるワイヤ送給力）Ｐ：送給ロールの押圧力（垂直荷重） μ：ワイヤの摩擦係数 φ：送給ロールのＶ溝角度Ｒ´：直角力（接触面の法線方向に生ずる力）このように、例えば、押圧力２０ｋｇ、送給ロールのＶ
溝角度３０°でワイヤの摩擦係数０．１μでの従来の平
坦ワイヤの場合には送給力は５．６ｋｇの値を示す。一
方、これに対して本発明である突起付きワイヤの場合は
送給力は９．８ｋｇ前後の値を示す。

【００１１】図３はワイヤの摩擦係数とＮ_P，Ｎ_R，Ｎ
_L抗力との関係を示す図である。この図に示す、Ｎ_Pは
送給ロールの押圧力、送給ロールのＶ溝角度及びワイヤ
の摩擦係数から求めた送給ロールの理論スリップ限界抗
力であって、次の式によって表される。Ｎ_P＝Ｐ／〔ｓｉｎ（φ／２）＋μ・ｃｏｓ（φ／
２）〕ただし、Ｐ：送給ロールの押圧力 μ：ワイヤの摩擦係数 φ：送給ロールのＶ溝角度また、Ｎ_Rは送給荷重とワイヤの摩擦係数から求めたコ
ンジットチューブの理論抗力であり、Ｎ_R＝Ｒ／μで表
わすことができる。ただし、Ｒ：送給荷重 μ：ワイヤの摩擦係数更に、Ｎ_Lはコンジットチューブ抗力であり、コンジッ
トチューブの配線形状によって負荷される抗力である。

【００１２】この図に示すように、油潤滑剤及び固体潤
滑剤の各々によってのワイヤの摩擦係数値に対して送給
ロールの理論スリップ限界抗力Ｎ_Pを変化させた場合の
曲線を示しており、この各Ｎ_P曲線の上側はスリップが
発生するスリップ領域であり、その下側が安定送給領域
を示すものである。また、コンジットチューブの理論抗
力Ｎ_R曲線はＮ_R７以下の曲線が送給性の安定な安定送
給領域を示している。このことから送給ロールの理論ス
リップ限界抗力Ｎ_Pの各曲線の下側、かつ、コンジット
チューブの理論抗力Ｎ_R７曲線を境とした下側の曲線に
基づく各ワイヤの摩擦係数での条件に設定する必要があ
る。すなわち、この図に示す曲線より各種潤滑剤及びそ
の量に従ったスリップ限界荷重及び安定な送給性を確保
する領域を定めることが出来る。

【００１３】図４は本発明に係る突起状態を示す溶接ワ
イヤの円周方向断面図である。図４に示すように、溶接
ワイヤ１の伸線方向と直角方向での断面を示すもので、
突起７を付与することによって潤滑剤８が多い目にあっ
ても、突起が滑り止めの働きをするために、前述した送
給ローラでスリップすること無く送給力を増大させ、一
方潤滑剤量の許容範囲が広くなり塗布が容易となる。さ
らには、突起の形状が山形形状等であるため送給ローラ
と突起の間の潤滑剤は高圧力の作用により排除され凝着
状態となるので送給ローラでのスリップは防止すること
が出来る。

【００１４】図５は本発明に係る溶接ワイヤ表面の突起
の条件を示す説明図である。図に示すように、伸線方向
と直角向きの平均中心間距離Ｓｍｃ≦１００μｍとす
る。また、突起の高さＨ０．５〜８μｍとする。伸線方
向と直角向きの平均中心間距離Ｓｍｃが１００μｍ超で
はワイヤ表面の隣り合う突起と突起との中間に存在する
中間平坦部の面積が過大となり、そのために、ミクロ突
起の働きが充分得られず前述した送給ローラでの送給力
が低下する。また、適正な潤滑剤量のコントロールが困
難である。更には、潤滑剤量を過不足なくワイヤ表面全
体に付着させることが非常に困難である。そのためコン
ジットチューブの抵抗が大きくなり、送給性を維持する
ことが出来ない。

【００１５】また、突起の高さＨが０．５μｍ未満であ
ると突起の高さが低いために送給ローラでの摩擦力が生
ぜず、そのために送給力が低下すると共に潤滑剤を貯留
して置く役割を果たす谷部のスペースが相対的に小さく
なることから潤滑不足が生じ易くなる。その結果コンジ
ットチューブの抵抗が大きくなり、送給性を維持するこ
とが出来なくなる。また、突起の高さＨが８μｍを超え
ると送給ローラでの送給力は大きくなるがコンジットチ
ューブでの抵抗が大きくなり、送給性が悪くなる。従っ
て、突起の高さＨを０．５〜８μｍとした。

【００１６】図６は本発明に係る突起形状を示す説明図
である。図６に示すように、ワイヤ全体ないしは部分的
に突起を形成された状態を示すもので、その突起状態に
よってストレート、ウェーブ又は螺旋状の山形、台形又
は半円形状に形成されたものである。次にワイヤ表面に
塗布する潤滑剤は液体潤滑剤又は固体潤滑剤並びに液体
と固体の両者混合する潤滑剤の併用のいずれでも良い。
液体潤滑剤としては植物油であるパーム油、ナタネ油及
びシリコーン油等の油潤滑剤等をいう。また、固体潤滑
剤とはポリ四フッ化エチレン、二硫化エチレン、二硫化
モリブデン、二硫化タングステン、グラファイト、テフ
ロン、脂肪酸及び脂肪酸のアルカリ金属塩、窒化ホウソ
等を言う。

【００１７】図７は本発明に係る突起を形成するための
説明図である。本発明に係る突起を有する溶接用ワイヤ
を製造するための引抜きダイス又はロール圧延により伸
線する方法の１実施例として、図７に示すように、溶接
用ワイヤ１の外周全面に突起形成用楔９を配設し、ワイ
ヤに振動を与えながら突起形成チューブの中を通過させ
ることにより、突起の先端でのワイヤ表面を研削し、ワ
イヤ表面の全周に突起を形成させる。また、ワイヤ表面
と突起先端のクリアランスと振動振幅の調整によりワイ
ヤ表面に形成される突起の高さをコントロールする。さ
らには、楔の形状を変化させることにより突起形状をコ
ントロールし、楔の数を変化させることによりワイヤ表
面の突起数をコントロールする。また、楔の位置を円周
方向に少しずつずらした突起形成チューブを長手方向に
複数個設置し、その中をワイヤを通過させることにより
ワイヤ表面の突起数をコントロールするものである。

【００１８】

【実施例】以下、本発明について、実施例によって具体
的に説明する。銅めっきを施したガスシールドアーク溶
接用鋼ワイヤ素線（ＪＩＳＺ３３１２，ＹＧＷ１２
Ｃ：０．０８％、Ｓｉ：０．８２％、Ｍｎ：１．５０
％、Ｐ：０．０１３％、Ｓ：０．０１４％、残部Ｆｅお
よび不可避不純物）を用い、伸線加工して、１．２ｍｍ
ψのワイヤを得た。この供試ワイヤにはそれぞれ異なる
表面突起をストレートに与え、図１に示す工程におい
て、送給ローラによるワイヤの送給力Ｆ及びコンジット
チューブ抗力Ｎ_L並びにスリップ限界抗力Ｎ_Pとワイヤ
送給可能な最大コンジットチューブ抗力Ｎ_Rとの関係か
らワイヤの送給性評価を表１に示す。なお、送給力は平
型加圧送給ローラでの押圧力２０ｋｇ、送給ローラのＶ
溝付き送給ローラ角度３０°でのワイヤ接触面での摩擦
力μによって生ずる送給させる力Ｆで示し、また、コン
ジットチューブは６ｍ（内径２．５ｍｍψステンレス
製）を用いコンジットチューブの抵抗力はコンジットチ
ューブ内で生じる抵抗で抗力（垂直力）と摩擦係数μに
よって定まる。潤滑剤としては、植物油、鉱物油あるい
は植物油と鉱物油の混合油等ないしは固体潤滑剤がある
が、ここでは植物油であるパーム油を使用した。

【００１９】

【表１】

【００２０】表１に示すように、本発明例Ｎｏ．１〜１
２は、いずれも、突起効果によってスリップ限界抗力Ｎ
_P（最大送給力）が９４．０〜１００．０ｋｇを存して
いる。しかも、ワイヤのスリップ率が５％以下、送給抵
抗が７ｋｇ以下とすることが好ましい。その結果、ワイ
ヤの送給が安定で良好な送給性を有し、長尺のコンジッ
トチューブの曲げ抵抗を大きくしているにもかかわらず
送給ローラ部でのワイヤのスリップはなく、コンジット
チューブ内での摩擦抵抗の少ない安定した送給性が得ら
れた。また、潤滑剤の付着量は０．６〜２．３ｇ／１０
ｋｇと従来に比べて少ない量から多い量での広範囲に渡
る過酷な条件下にもかかわらずワイヤの送給性は良好で
あった。

【００２１】一方、比較例Ｎｏ．１３〜１９、特に突起
のない平坦なＮｏ．１６〜１９はスリップ限界抗力Ｎ_P
が５６．０ｋｇと低く、しかもワイヤのスリップ率が５
％以上となり、かつＮｏ．１５〜１６及びＮｏ．１８，
１９は送給抵抗が８．４ｋｇ以上となり、ワイヤがスリ
ップし、送給性が悪化し、ワイヤ送給が不安定となり、
安定な送給が行われなかった。なお、以上の実施例はＪ
ＩＳＺ３３１２ＹＧＷ１２の例で説明したが、本
発明はＹＧＷ１１の如き、Ｔｉ含有溶接用ワイヤ、フラ
ックス入りワイヤ等に採用しても同様の効果を有するも
のである。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明による溶接用
ワイヤ表面に所要密度で所要形状の突起を形成し、潤滑
剤を塗布することにより、曲げの大きいコンジットチュ
ーブを使用するにもかかわらず送給ローラでのワイヤの
スリップがなく、かつコンジットチューブ内で摩擦抵抗
の少ない良好なワイヤ送給性が得られ、溶接作業が良好
となり、溶接の自動化、ロボット化および高能率化に対
応出来る工業的に極めて優れた効果を奏するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ワイヤ自動送給の工程を示す説明図、

【図２】押圧力Ｐと送給力Ｆとの関係を示す図、

【図３】ワイヤの摩擦係数とＮ_P，Ｎ_R，Ｎ_L抗力との
関係を示す図、

【図４】本発明に係る突起状態を示す溶接ワイヤの円周
方向断面図、

【図５】本発明に係る溶接ワイヤ表面の突起の条件を示
す説明図、

【図６】本発明に係る突起形状を示す説明図、

【図７】本発明に係る突起を形成するための説明図であ
る。

【符号の説明】

１溶接ワイヤ２平型加圧送給ローラ３Ｖ溝付き送給ローラ４コンジットチューブ５カーブドノズル６トーチ７突起８潤滑剤９突起形成用楔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】自動又は半自動溶接用ワイヤにおいて、
ワイヤ表面に突起高さＨが０．５〜８μｍを有し、かつ
該突起を構成する突起分布が伸線方向と直角な向きの平
均中心間距離Ｓｍｃ≦１００μｍとなるようにミクロ突
起を形成させたことを特徴とする溶接用ワイヤ。
【請求項２】ワイヤ表面に粗さを構成する突起の形状
は山形、台形又は半円形である請求項１記載の溶接用ワ
イヤ。
【請求項３】ワイヤ表面に粗さを構成する突起分布は
長手方向に連続直線、ウェーブ又は螺旋状である請求項
１及び２記載の溶接用ワイヤ。
【請求項４】ワイヤ表面に液体潤滑剤又は固体潤滑剤
並びに液体と固体潤滑剤のいずれかを塗布した請求項１
〜３記載の溶接用ワイヤ。
【請求項５】引抜きダイス又はロール圧延により伸線
したワイヤ表面に請求項１〜３記載の突起を形成したこ
とを特徴とする溶接用ワイヤの製造方法。