JPH0740081A - 送給性良好なガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 送給性に優れたガスシールドアーク溶接用ソ
リッドワイヤおよびその製造方法を提供する。 【構成】 ワイヤの表面に浸炭層を設け、さらに必要に
応じて該浸炭層に潤滑剤を保持する亀裂を設ける。

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
接用ワイヤ、とくに溶接作業時に良好な送給性を示すガ
スシールドアーク溶接用ソリッドワイヤおよびその製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガスシールドアーク溶接法は溶着速度が
高く母材への溶け込みが良好で溶接姿勢の自由度も大き
く、信頼性の高い溶接継手が得られる。また溶接設備も
比較的安価であるなどの多くの長所を有している。この
ため、ガスシールドアーク溶接は建築、橋梁を主体とす
る大型鋼構造物や自動車などの輸送機器の薄板鋼構造物
の製造に幅広く用いられている。

【０００３】このガスシールドアーク溶接には、使用す
るシールドガスの種類とワイヤにより種々の方式がある
が、シールドガスとしては炭酸ガスおよびアルゴンまた
はアルゴンと炭酸ガスとの混合ガスが多用されている。
またワイヤとしてはソリッドワイヤ（以下単にワイヤと
いう）またはフラックス入りワイヤを使用するいわゆる
ガスシールドアーク溶接法が経済性の点で多く採用され
ている。

【０００４】近年、溶接工の高齢化などに伴う労働力不
足による人件費の高騰が深刻化し、溶接ロボットの導入
が急速に進展している。溶接ロボットによる溶接におい
てはその稼働率を高めることが納期短縮とコストの低減
に大きく寄与することから、溶接時のトラブル発生の少
ないことが要求される。とくに、ロボットによる溶接に
良く用いられる溶接材料であるソリッドワイヤについて
は、スプール、ボビンおよびペイルパックより払い出さ
れたワイヤが溶接機の送給装置を経てコンジットチュー
ブを通り、溶接トーチまで安定して送られて来ることが
極めて重要である。これは一般にワイヤ送給性と呼ばれ
ているが、この特性が劣ると、極端な場合はコンジット
チューブ内での詰まりとなり送給停止に到るが、軽度の
場合でも溶接アーク不安定、ビード形状の不良、アンダ
ーカット発生および融合不良など種々の問題を誘発さ
せ、溶接作業効率を低下させるとともに溶接品質の信頼
性を低下させる。

【０００５】これらの問題点に関し、(1) 溶接電源波形
の制御、(2) シールドガスおよび(3) ワイヤの３種類の
方向からの改善方法が検討されてきたが、本発明はワイ
ヤ側から改善する方法を提供するものである。ワイヤ側
からの改善として多くの方法が提案されている。ワイヤ
の送給性の向上に関してはこれまで次のように沢山の技
術が開示されている。

【０００６】まず特開昭５４−１４１３４９号公報に
は、伸線時に得られるワイヤ表面の平坦度を８０％未満
とし、その製法として、ワイヤの降伏効力の１５〜８０
％の潤滑材圧力で強制潤滑しながら伸線加工する技術が
開示されている。また特開昭５６−１４４８９２号公報
にはワイヤ長手方向に対して３０〜１５０°の角度を有
する横溝を保有するワイヤが優れた送給性を示すことが
述べられている。

【０００７】特開昭５８−１２８２９４号公報、特開昭
５８−１８７２９８号公報および特開昭５９−６１５９
２号公報には、ワイヤ表層部酸素濃度を特定範囲に規制
することによりワイヤ表面に微小な亀裂を生じさせた
後、銅めっきを施し、前記亀裂を起点に拡大した亀甲状
の亀裂を発生させ、この亀裂中に潤滑油を保持させるこ
とによりワイヤの送給性を高める方法が提案されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように数多くの提
案がなされているものの、その亀裂発生の手段としては
アルカリ化合物とくにＫ成分を塗布した後焼鈍を施すも
のが多い。すなわちＫ成分を塗布して焼鈍時の粒界酸化
を促進し、この粒界酸化部を起点として亀裂を発生させ
るものである。その亀裂発生の条件としてワイヤ表層部
酸素濃度を特定範囲に規制している。しかし、この方法
ではコイル内のワイヤ全体に均一に粒界酸化を生じさせ
るのは困難で、焼鈍炉内の局所的に微妙に異なる雰囲気
条件に左右されやすく確実な方法とはいえない。そして
粒界酸化の深さの制御が難しく、浅すぎれば効果は乏し
く、深すぎれば溝の広いこともあってめっき後にめっき
剥がれを起こしやすい。しかもバッチ焼鈍炉での焼鈍に
よるとすれば長時間を要し、また連続炉での高温短時間
での焼鈍では制御が一層困難である。また粒界酸化の方
法で得た溝にＫを付着させると、Ｋ成分は極めて吸湿し
やすく、溝が広いのでワイヤ表面に滲み出してワイヤ表
面の銅めっきを酸化変色させやすい。この酸化変色した
部分は、溶接時にノズルチップでの給電不良やワイヤ送
給性を低下させる原因となるので、ワイヤの梱包や保管
に特別な配慮が要求されるなどの問題がある。

【０００９】一方、ワイヤの需要家では一旦梱包を開い
てワイヤを使用し始めるとワイヤの酸化変色を防げる環
境で使用されるとは限らず、経時変化による性能劣化が
大きな問題となっている。そこで、Ｋの残留を防止する
目的で酸洗およびその後の洗浄をより強化すると、熱処
理で付与された粒界酸化層が減少してしまったり、洗浄
コストがかかるなどの問題を生じる。さらに、粒界酸化
を生じさせる製法では反応に多大な時間を必要とするた
め連続生産することが難しく、バッチ焼鈍しなければな
らないなど生産性の低下や製造コストの上昇を招きやす
いなどの問題がある。

【００１０】本発明は、以上のような諸問題を解決し、
送給性の優れたガスシールドアーク溶接用ワイヤおよび
その製造方法を提供すること目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の従
来技術の問題点に対し広範な研究を行い、本発明を完成
することができた。すなわち、本発明者らはソリッドワ
イヤのガスシールドアーク溶接におけるワイヤの送給
性、アーク特性とスパッタの発生機構ならびにその具体
的な製造技術についての広範な研究を行った。

【００１２】その結果、ワイヤの送給性に著しい影響を
及ぼす因子として、ワイヤの表面硬さを上昇させるこ
と、およびその具体的な製造方法として表面部に浸炭焼
入れを行うことが有効であることを見出した。さらにこ
の方法で製造される過程で後述するようにワイヤ表面の
浸炭層部に微細な亀裂を導入することが極めて大きな影
響を及ぼし、この表面層の硬化層と溝の両方が存在する
時、優れたワイヤ送給性が得られることを見出したので
ある。

【００１３】これらの新しい知見を用いることにより、
従来技術では克服できなかった各種の問題点を解消する
ことができた。すなわち本発明は、第一発明が表面に浸
炭層を備えたことを特徴とする送給性良好なガスシール
ドアーク溶接用ソリッドワイヤであり、第二発明が表面
に浸炭層および該浸炭層の部に潤滑材を保持できる亀裂
を設けたことを特徴とする送給性良好なガスシールドア
ーク溶接用ソリッドワイヤであり、第三発明が溶接用ワ
イヤの製造に際し、中間伸線後該ワイヤを浸炭性ガス雰
囲気または浸炭性溶融塩の中に導き、６５０〜９００℃
の温度範囲で１０秒〜１０分の浸炭及び焼入れ処理を行
い、ついで、必要に応じ表面を酸洗または／および銅め
っきした後、仕上げ伸線することを特徴とする送給性良
好なガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤの製造方
法であり、第四発明が溶接用ソリッドワイヤの製造に際
し、中間伸線後該ワイヤを浸炭性ガス雰囲気または浸炭
性溶融塩の中に導き、６５０〜９００℃の温度範囲で１
０秒〜１０分の浸炭及び焼入れ処理を行い、ついで必要
に応じて表面を酸洗または／および銅めっきした後、断
面減少率として３０％以上の仕上げ伸線をすることによ
り該ワイヤ表面の浸炭層部に亀裂を生じさせたことを特
徴とする送給性良好なガスシールドアーク溶接用ソリッ
ドワイヤの製造方法である。

【００１４】

【作用】本発明では、ワイヤ表面に浸炭し、硬化層を設
けることが第一の要件である。ワイヤ表面が硬化してい
ることによって、溶接の際トーチの比較的軟らかい材質
のチップとの間の摩擦を減ずることができる。またチッ
プとの間に潤滑剤が効果的に作用することができ、一層
摩擦を低減することができる。

【００１５】さらにこの硬化層に亀裂を設けることによ
って、潤滑剤がこの亀裂に保持され、高速のワイヤ送給
の際にも円滑にワイヤを送給することができる。本発明
は上述のようにまずワイヤがその表面に硬化層を有する
こと、第二にこの硬化層に潤滑剤を保持できる亀裂を有
することが基本的な要件である。そして本発明の効果を
最大限に発揮するためには、さらに以下に述べる製造条
件を満足することが望ましい。

【００１６】まず中間伸線後ワイヤを浸炭性ガス雰囲気
または浸炭性溶融塩の中に導き、６５０〜９００℃の温
度範囲で１０秒〜１０分の浸炭及び焼入れ処理を行う。
この処理により表面より数μm 〜数十μm の深さにわた
る部分が浸炭され硬化が起こる。この程度の浸炭層では
ワイヤ全体の強度を上昇させることは極めて少なく、表
層部のみ硬化する。この結果、ワイヤの摺動性は著しく
向上するため、ワイヤ送給性は改善される。さらに、こ
の延性の低下した浸炭層部に大きな減面率の伸線を施す
ことにより亀裂を導入すると、この亀裂部に潤滑油が保
持されることになるのでワイヤ送給性は一層改善され
る。

【００１７】本発明において浸炭法として浸炭性ガス雰
囲気または浸炭性溶融塩の中に導くことを望ましいとす
る理由は、単線またはループ状のワイヤを処理するに際
して浸炭の均一性、安定性および経済性などの観点から
最も有利であるためである。浸炭温度について下限を６
５０℃が望ましいとする理由は、この温度未満では浸炭
反応が著しく遅くなり生産性の点から問題があるためで
ある。また、上限を９００℃としたのは、９００℃を越
えると浸炭処理反応が早すぎ硬化深さを制御することが
困難であることと、ワイヤのミクロ組織が粗大になり、
その後の伸線加工性を劣化させるためである。

【００１８】浸炭時間については１０秒〜１０分が望ま
しい。１０秒未満では表層の浸炭層が僅かしか形成され
ず表層部の硬化が十分でないことと、ワイヤ内部が軟化
組織とならないからである。また、１０分を越えると浸
炭層が深くなりすぎワイヤ全体の強度を上昇させてしま
い、本発明の所期の目的の達成が困難になるからであ
る。また、表層部の浸炭層が過度に厚くなると溶接時に
Ｃ原子がシールドガス中に侵入している酸素原子と反応
してガス化し、スパッタ発生の原因となるため好ましく
ない。さらに、処理時間が長いことは生産性および経済
性を損なうなど数多くの悪影響を誘発する危険が高まる
ため１０分を上限とすることが望ましい。

【００１９】浸炭後の焼入れはガス冷却、気水冷却、水
冷却など任意の焼入れ方法が採用できる。浸炭及び焼入
れ処理の後、ワイヤは表面性状および通電性の向上の必
要性がある場合、適宜酸洗および銅めっきなどの表面処
理を施すことができる。この状態でも溶接用ワイヤとし
ての使用は可能であり、浸炭処理のために６５０〜９０
０℃に１０秒〜１０分加熱保持されているために、一般
的にはワイヤ全体としての強度が低く、表面硬化層の形
成による摩擦抵抗低下の効果は期待できるものの、ワイ
ヤ強度が低いためにプッシュ方式のワイヤ送給ではコン
ジットチューブ内でワイヤが座屈を起こし易くなること
がある。このため、ワイヤ強度を上昇させる目的で仕上
げ伸線を施す。一般的には、５．５〜１０ｍｍφの熱間
圧延線材を２〜３ｍｍφまで伸線した後、軟化焼鈍を行
い、ついで酸洗、水洗および銅めっきを施し、仕上げ伸
線として１〜２ｍｍφのワイヤにされることが多い。本
発明法も仕上げ伸線としてはこの一般的な製造方法が適
用できる。したがって、本発明においては上記の軟化焼
鈍に代えて浸炭及び焼入れ処理を施すために従来の製造
工程を大きく変更する必要がないのが特徴である。

【００２０】本発明のもう一つの特徴は、浸炭層部に亀
裂を導入するために断面減少率として３０％以上の仕上
げ伸線によりワイヤ表面の浸炭層において亀裂を導入す
る。すなわち、浸炭層は内部より炭素量が高く延性が劣
るために伸線加工など塑性変形量が多いと割れが発生し
易くなる。ただ、浸炭層が本発明のごとく極めて薄い場
合には発生した亀裂は内部に向かって大きく成長するこ
とはなく、浸炭層近傍に集中する。ここで、仕上げ伸線
加工量として、断面減少率で３０％未満では加工硬化に
よりワイヤ強度は上昇するものの亀裂の発生が本発明の
所期の目的を達成できる程度には生じないために、本発
明では断面減少率を３０％以上に限定する。

【００２１】本発明の亀裂発生の方法は、従来技術のよ
うな粒界酸化部を起点とする亀裂発生法と異なり、微妙
な炉内雰囲気条件に左右されることなく確実に亀裂発生
が得られ、しかもはるかに微細な亀裂が得られるところ
に特長がある。このようにして導入された表面の亀裂
は、コンジットチューブ内壁とワイヤ表面との直接接触
を避け、界面に摩擦抵抗低減の効果の大きな固定潤滑剤
または液体潤滑油を保持する場所としてきわめて有効で
ある。この亀裂の存在はより安定化した送給潤滑剤の保
持場所を提供し、微細で均等化された分布形態を取るこ
とにより各亀裂に保持する潤滑剤の量も少なくできるこ
とから、ワイヤ送給性向上により大きな効果が得られる
ことが特色である。

【００２２】本発明を実施する上で本発明の請求範囲内
であれば制約はとくになく、ワイヤ化学成分については
炭素鋼およびステンレス鋼用のシールドガスアーク溶接
用ワイヤについて適用できる。また、浸炭処理方法につ
いても浸炭性ガスまたは浸炭性溶融塩による方法であれ
ばとくに制約はなく連続炉およびバッチ炉のいずれにお
いても可能である。また、伸線加工においても穴ダイス
による乾式、湿式および油性伸線のいずれでも可能であ
る。また圧延機やローラダイスなど圧延方式での製造も
可能である。

【００２３】以下、実施例をもって詳細に説明する。

【００２４】

【実施例】

実施例１ 表１に示すＪＩＳ規格ＹＧＷ−１１の化学組成を有する
５．５ｍｍφの熱間圧延線材コイルを用い、ダイスにて
冷間で２．８ｍｍφまで伸線し、引き続きＮＸガスおよ
びＲＸガスの混合ガスで浸炭性雰囲気とした炉に導き、
表２に示す浸炭及び焼入れ処理を行った。その後、銅め
っきを施し、さらに１．２ｍｍφまで伸線し、ガスシー
ルドアーク溶接用ワイヤを製造した。これらのワイヤを
用いてワイヤ送給性評価を行った。

【００２５】

【表１】

【００２６】ワイヤ送給性は、４．５ｍコンジットチュ
ーブの巻き径を１５０ｍｍφとしたループを３巻させた
場合の送給ワイヤにゴムローラを押し付けて測定したワ
イヤの送り速度の変化を観察することにより評価した。
試験結果を表２に示す。

【００２７】

【表２】

【００２８】いずれも比較例と比べてワイヤ送給性は著
しく向上しており本発明法で製造されたワイヤの送給性
が非常に向上していることが分かる。 実施例２ 表１に示すＪＩＳ規格ＹＧＷ−１１の化学組成を有する
５．５ｍｍφの熱間圧延線材コイルを用いて、仕上げ伸
線での減面加工率を変化させる目的で１．４〜２．８ｍ
ｍφまでダイスにて冷間伸線した。引き続き、ＮＸガス
およびＲＸガスの混合ガスで浸炭性雰囲気とした炉に導
き、表３に示す浸炭及び焼入れ処理を行った。その後、
銅めっきを施しさらに１．２ｍｍφまで伸線し、ガスシ
ールドアーク溶接用ワイヤを製造した。これらのワイヤ
を用いてワイヤ送給性評価を行った。

【００２９】ワイヤ送給性はコンジットチューブの巻き
径を１５０ｍｍφとしたループを３巻させた場合の送給
ワイヤにゴムローラを押し付けて測定したワイヤの送り
速度の変化を観察することにより評価した。これらの試
験結果を表３に示す。

【００３０】

【表３】

【００３１】いずれも比較例と比べてワイヤ送給性は著
しく向上しており本発明法で製造されたワイヤの送給性
が非常に向上していることが分かる。

【００３２】

【発明の効果】本発明により、ロボット溶接において長
い距離のワイヤ送給を行っても問題なく使用でき、また
ワイヤの高送給速度を要求される高溶着速度の溶接も長
時間連続して行えるようになった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片岡 時彦 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者 中野 善文 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に浸炭層を備えたことを特徴とする
   送給性良好なガスシールドアーク溶接用ソリッドワイ
   ヤ。
2. 【請求項２】 表面に浸炭層および該浸炭層に潤滑材を
   保持できる亀裂を設けたことを特徴とする送給性良好な
   ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
3. 【請求項３】 溶接用ソリッドワイヤの製造に際し、中
   間伸線後該ワイヤを浸炭性ガス雰囲気または浸炭性溶融
   塩の中に導き、６５０〜９００℃の温度範囲で１０秒〜
   １０分の浸炭及び焼入れ処理を行い、ついで必要に応じ
   表面を酸洗または／および銅めっきした後、仕上げ伸線
   することを特徴とする送給性良好なガスシールドアーク
   溶接用ソリッドワイヤの製造方法。
4. 【請求項４】 溶接用ソリッドワイヤの製造に際し、中
   間伸線後該ワイヤを浸炭性ガス雰囲気または浸炭性溶融
   塩の中に導き、６５０〜９００℃の温度範囲で１０秒〜
   １０分の浸炭及び焼入れ処理を行い、ついで必要に応じ
   て表面を酸洗または／および銅めっきした後、断面減少
   率として３０％以上の仕上げ伸線をすることにより該ワ
   イヤ表面の浸炭層部に亀裂を生じさせたことを特徴とす
   る送給性良好なガスシールドアーク溶接用ソリッドワイ
   ヤの製造方法。