JPH08150494A

JPH08150494A - ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ

Info

Publication number: JPH08150494A
Application number: JP28987094A
Authority: JP
Inventors: Yozo Suzuki; 洋三鈴木; Hiroshi Koyama; 汎司小山
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-11-24
Filing date: 1994-11-24
Publication date: 1996-06-11

Abstract

(57)【要約】【目的】溶接時の送給性を改善した全自動および半自
動溶接用鋼ワイヤを提供する。【構成】鋼の溶接に使用するワイヤにあって、シリコ
ングリス重量に対し、Ｓｉを１．０〜２０．０重量％、
アルミニウム複合石鹸基を５．０〜２０．０重量％、お
よび鉱物油を６０．０〜９０．０重量％からなるシリコ
ングリスを、めっきを施したワイヤ材料の表面に当該ワ
イヤ１０Ｋｇ当たり０．１〜３．０ｇ保持付着させたガ
スシールドアーク溶接用鋼ワイヤ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼の全自動および半自
動溶接に使用するガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤに
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、船舶、橋梁等を始めとする各種鋼
構造物の溶接構造においては、溶接施工の能率向上およ
び省力化を推進していく上で有利なガスシールドアーク
溶接法として、ソリッドワイヤの利用が急速に増大して
きている。一般に、ＣＯ₂ガスシールドアーク溶接、Ｍ
ＩＧ溶接等には、０．８〜２．４ｍｍφの銅めっきした
溶接用鋼ワイヤが使用されている。これらの溶接用ワイ
ヤは、通常スプールやボビンに巻装された状態で、ある
いはペイルパックに装填された状態で溶接に供せられ
る。これらのワイヤが使用されるときは、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、３〜
２０ｍにおよぶフレキシブルコンジットケーブル、溶接
トーチ、コンタクトチップを通して溶接が行われる。

【０００３】この他、走行台車にワイヤスプールなどを
搭載し、コンジットケーブルを使用しない装置も使用さ
れているが、これは前記した設置形式のものに比べて装
置が複雑でしかも大型化し、かつ溶接領域が限定される
等の欠点があり、用途が限られている。フレキシブルコ
ンジットケーブルを用いる溶接ワイヤの送給方式として
は、プッシュ式、プル式、プッシュプル式の３種類があ
るが、取扱いの簡便なプッシュ式の使用比率が高い。し
かし、プッシュ式の送給機のコンジットケーブルは、通
常３ｍ、広領域の溶接を行う場合には２０ｍ程度の長さ
のものが使用され、このときワイヤ送給性の問題が生じ
る。

【０００４】ワイヤ送給性と溶接作業性は密接な関係に
あるため、溶接ワイヤには一定速度で送給されることが
求められるものである。しかし、ワイヤにはフレキシブ
ルコンジットの案内管であるライナー、トーチ、チップ
との間の接触抵抗およびフレキシブルコンジットケーブ
ルの屈曲部を通りぬけるための抵抗力などが作用する。
フレキシブルコンジットケーブルが直線状態での現場作
業はほとんどなく、屈曲状態下で使用されるのが普通で
あり、屈曲部が多いほど、また屈曲半径が小さいほどワ
イヤ送給の抵抗力は大きい。しかし、前述の如く、溶接
ワイヤとの接触抵抗力に打勝つ力でワイヤは押し進めら
れて送給されるが、接触抵抗が大きくなると溶接ワイヤ
の送給速度が不均一になり、溶接アークの不安定、ビー
ド形状の不揃い、融合不良、アンダーカットなどの溶接
欠陥を生ずるようになる。

【０００５】最近、溶接作業の複雑化、高速化、広範囲
化に伴い、フレキシブルコンジットケーブルとの摩擦抵
抗力が小さく、送給性が円滑でかつ安定な溶接用ワイヤ
が強く要求されている。従来、ワイヤの送給性を改善す
るためには、送給機の出力を高めるか、あるいはワイヤ
自体の送給性を向上させることが行われてきた。なかで
もワイヤの潤滑剤は、自動溶接装置におけるワイヤ送給
性を左右するほど重要なものであるから、その種類、使
用量、塗布手段などに、さまざまな試みがなされてい
る。

【０００６】従来より、セシウム、ナトリウム、カリウ
ムなどの電位傾度の低い金属をワイヤ表面に微量付着さ
せると、アーク放電現象が安定し、溶接性能が改善され
ることが報告されている。また、上記金属をワイヤ表面
に付着させる方法としては、特開昭６０−２３１５９９
号公報に示されるように、ワイヤ表面に粉末状もしくは
固形のカルボン酸カリウム塩を乾式潤滑剤に混入して用
いて、銅めっき処理後の仕上げ工程としての仕上げ伸線
によって、機械的に固着せしめる方法、あるいはカルボ
ン酸カリウム塩等を含有した湿式潤滑剤を用いて、銅め
っき処理後の仕上げ工程としての仕上げ伸線によって、
機械的に固着せしめる方法が開示されている。

【０００７】このうち、乾式潤滑剤を用いる方法では、
乾式潤滑剤の成分として、オレイン酸カリウム、バルチ
ミン酸カリウムなどのカリウム塩、オレイン酸ナトリウ
ム、バルチミン酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム
などのナトリウム塩、グラファイト、硫黄、タルク、Ｚ
ｎ−ＤＴＰなどの極圧添加剤や減摩剤を適度に混合する
必要があり、この極圧添加剤や減摩剤も同時に固着され
てしまうという欠点がある。これら極圧添加剤や減摩剤
に含まれる物質は溶接後の溶着金属にとって悪影響を与
えるものである。例えば、硫黄やＺｎなどは、溶接時に
ガスを発生し、ブローホールなどの欠陥を発生させる原
因となるおそれがある。また、このような従来の方法で
は、極厚添加剤や減摩剤の量を溶接結果に影響を与えな
い程度に規制することは極めて困難である。極厚添加剤
や減摩剤の量を少なくすると、仕上げ伸線用のダイスの
摩耗が激しくなり、著しく生産性が劣るためである。

【０００８】また、湿式潤滑剤を用いる方法では、上述
のような問題を解決することは可能であるが、湿式潤滑
剤を用いた場合、その水分のために、防錆性が劣るとと
もに、ワイヤ送給時の潤滑性も不足する。そこで、優れ
たワイヤ防錆性およびワイヤ送給性を得るには、仕上げ
伸線後に、油性潤滑剤を塗布しなければならないが、カ
ルボン酸カリウム塩等のワイヤ表面への付着と、油性潤
滑剤の塗布が別工程となるため、カルボン酸カリウム塩
等のワイヤ表面への付着にバラツキが生じるおそれがあ
る上に、湿式潤滑剤に含有される水分を完全に除去する
ことは不可能である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来ワイヤの問題点を解消するためになされたもので
あって、溶接時の送給性が改善される全自動および半自
動溶接用鋼ワイヤを提供することを目的とするものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、鋼の溶接に使用するワイヤにあって、シリコング
リス重量に対し、Ｓｉ：１．０〜２０．０重量％、アル
ミニウム複合石鹸基：５．０〜２０．０重量％および鉱
物油：６０．０〜９０．０重量％からなるシリコングリ
スを、めっきを施したワイヤ材料の表面に当該ワイヤ１
０ｋｇ当たり０．１〜３．０ｇ保持付着させたことを特
徴とするガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤにある。

【００１１】

【作用】以下本発明について詳細に説明する。本発明者
らは、前記した諸問題の解決をめざして基礎研究を重ね
た結果、次のような知見を得た。安定したワイヤ送給に
とって、ワイヤ表面の状態は、ミクロ的に平滑であるこ
とよりも、むしろ潤滑剤が均一にワイヤ表面に留まって
いるか否かが問題となると考える。ミクロ的に平滑であ
る細径鋼ワイヤ表面の潤滑剤を測定すると、ワイヤ１０
ｋｇ当たり０．１〜０．６ｇである。これを０．６ｇ以
上にすることは不可能ではないが、この場合には平滑な
ワイヤ表面に潤滑剤が不均一に付着しているだけであっ
て、送給性は改善されないばかりか、むしろ溶接作業性
に悪影響を及ぼす。潤滑剤には、液体、固体、半固体、
粉末等の種類があり、さらには塗布方法もさまざまな方
法があるが、生産性や経済性を考えると容易な方法でな
ければいけない。そこで、本発明者らは半固体であるシ
リコングリスに着目した。

【００１２】本発明で用いるシリコングリスについて述
べる。グリスとは石鹸基と潤滑油からなり、石鹸基は半
固体あるいは固体状になっており、この中に潤滑油を分
散させている。半固体あるいは固体状のグリスは外部か
らの圧力によって内部に含む潤滑油を出すが、かかる圧
力がゼロになると潤滑油が石鹸基の中に入り込んで元に
戻る性質がある。

【００１３】ここで問題となるのは石鹸基である。通常
はカルシウム石鹸基が多く用いられているが、安定剤と
して水を使用しているため、使用部の温度が８０℃以上
になると水分が蒸発するので溶接ワイヤの潤滑剤として
用いることはできない。このため、本発明では耐水性に
優れているアルミニウム複合石鹸基と限定した。ここ
で、本発明で使用したアルミニウム複合石鹸基について
述べると、安定剤が不要であるため、使用温度範囲が−
４０〜２００℃と幅広く、耐熱・耐圧・耐水性に優れて
いるという特徴がある。

【００１４】先に述べたように、シリコングリスは潤滑
油・石鹸基・シリコンから合成されている。次に、これ
らシリコングリス中に含まれる各成分の限定理由につい
て説明する。鉱物油は６０．０〜９０．０重量％とす
る。６０．０重量％未満ではグリスが半固体状にならず
固化してしまうため、グリスのワイヤへの保持能力が劣
り、送給性を悪化させる。一方、９０．０重量％超では
グリスが液状化するため、６０．０重量％未満の場合と
同様に、ワイヤへの保持能力が劣り、送給性を悪化させ
る。潤滑油には、動物油、植物油、鉱物油があるが、本
発明では性状が安定している鉱物油とした。

【００１５】アルミニウム複合石鹸基は５．０〜２０．
０重量％とする。５．０重量％未満では潤滑油の保持能
力がなくなり、半固体状とならない。一方、２０．０重
量％超では溶接時に大粒のスパッタが多発するため好ま
しくない。ここでいうアルミニウム複合石鹸基とは、ス
テアリン酸アルミニウムと石鹸の混合物である。本発明
で用いるシリコングリス中のＳｉ含有量の下限を１．０
重量％と限定した理由は、１．０重量％未満では送給性
改善の効果は認められないとともに、仕上げ伸線工程で
用いた場合、ダイスが焼き付くので好ましくないためで
ある。一方、Ｓｉ含有量が２０．０重量％超でも送給性
改善の効果は認められるし、仕上げ伸線工程で用いても
何等支障はないが、溶接時ビード表面にスラグが覆いか
ぶさるため、２０．０重量％を上限とした。グリス中の
ＳｉはＳｉＯ₂などのように化合物で含有するものであ
る。

【００１６】また、シリコングリスのワイヤへの付着量
は、ワイヤ１０ｋｇ当たり０．１〜３．０ｇとする。
０．１ｇ未満では送給性改善の効果は認められず、３．
０ｇ超ではワイヤが送給時スリップするため溶接作業性
が悪化する。次にワイヤに施しためっきについてである
が、めっきの効果としては、ワイヤの防錆性・通電性を
良好にするために施すものである。めっき厚は０．１〜
１０．０μｍとすることが好ましい。０．１μｍ未満で
は防錆性の効果がなく、また１０．０μｍ超ではワイヤ
の屈曲によりめっきが剥離してしまい、チップにつまっ
て溶接作業性が悪化する。めっき方法は、化学めっき方
法あるいは電気めっき方法があるが、ワイヤに対してほ
ぼ均一にめっきが可能な電気めっき方法を用いた。

【００１７】本発明では、半固体のシリコングリスを仕
上げ伸線時あるいはそれ以後の工程で付着させることが
有効であることを見出した。半固体すなわちペースト状
であるため、最終工程でフェルトやスポンジ等に塗布す
ることにより、液体、固体、粉末等の潤滑剤に比べてワ
イヤに付着させることが容易であり、さらには耐熱性に
も優れているので、仕上げ伸線工程でも用いることがで
きる。

【００１８】次に送給性との関連について述べる。ワイ
ヤに塗布あるいは付着させる潤滑剤には、先に述べたよ
うに、液体、固体、半固体、粉末等があるが、半固体の
潤滑剤に比べるといずれもワイヤに対して保持能力が劣
る傾向にある。このため、溶接中コンジットケーブル内
やチップ内で剥脱した潤滑剤が固化して送給性を悪化さ
せるが、半固体のシリコングリスを潤滑剤として用いる
ことにより、ワイヤに対しての保持能力が優れているた
め、送給性を悪化させることはない。

【００１９】次に実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。

【００２０】

【実施例】厚さ０．４μｍの銅めっきを施したガスシー
ルドアーク溶接用鋼ワイヤ（ＪＩＳＺ３３１２ＹＧＷ
１１、Ｃ：０．１０％−Ｓｉ：０．８１％−Ｍｎ：１．
６１％−Ｐ：０．０１０％−Ｓ：０．０１６％−Ｔｉ：
０．２２％：ワイヤ径：１２ｍｍφ）を最終工程でシリ
コングリスをフェルトに塗布して付着させたワイヤを用
いた。付着量はワイヤ１０ｋｇ当たり０．１〜３．０ｇ
の範囲とした。比較のために試作したワイヤも示す。

【００２１】表１に、これらワイヤを用いて溶接したと
きの送給抵抗値、スパッタ量、ビード外観を評価し、得
られた値を併せて示す。送給抵抗は、送給モータの負荷
電流変化をシャントにより電圧変動に置換し、ペンレコ
ーダに記録することにより測定した。コンジットライナ
ーは６ｍ（内径：１．４ｍｍφ、ステンレス製）を用
い、これに中間位置に直径３００ｍｍφのループを施し
た。

【００２２】スパッタ量は銅製の補集箱内に捕捉された
スパッタを秤量した。溶接は、ＣＯ ₂ガスシールドで行
い、溶接条件は３２０Ａ−３２Ｖ−３０ｃｍ／ｍｉｎの
下向ビードオンプレート溶接とし、チップと母材間距離
は２０ｍｍ一定とした。なお、スパッタ量については、
市販ワイヤはこの溶接条件では通常２．０ｇ／ｍｉｎ以
下であるため、２．０ｇ／ｍｉｎ以下を合格とした。送
給抵抗の変動範囲の合否は２０ｍｖ以下を合格とした。
ビード外観の良否はビード趾端部の揃いやビード波形な
どを評価した。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１に示すように、本発明ワイヤ１〜１０
は、スパッタ量はいずれも２．０ｇ／ｍｉｎ以下であ
り、さらには送給抵抗は２０ｍｖ以下となり、良好な送
給性を示すと同時にビード外観も良好であった。比較ワ
イヤ１１はカルシウム石鹸基を用いたため、溶接時に水
分が発生して溶接ビードにピット、ブローホールが発生
した。

【００２５】比較ワイヤ１２はグリス中のシリコンが２
５％と多過ぎたため、スラグがビード表面を覆ってしま
い、ビード形状が悪化した。比較ワイヤ１３はシリコン
グリスの付着量がワイヤ１０ｋｇ当たり３．５ｇと多過
ぎたため、ワイヤが送給ローラやコンジットケーブル内
でスリップし、溶接作業性が悪化した。

【００２６】比較ワイヤ１４はグリス中のアルミニウム
石鹸基が１．０％と少ないためにグリスが液状化してワ
イヤ表面に付着せず、このため送給性が悪化した。比較
ワイヤ１５はグリス中の鉱物油が９１．０％と多すぎる
ためにグリスが液状になってワイヤ表面に付着せず、こ
のため溶接作業性が悪化し、大粒のスパッタが多発し
た。

【００２７】

【発明の効果】本発明は以上のように構成され、複合石
鹸を基としたシリコングリスを用いることにより潤滑剤
としての保持能力を高め、これによりワイヤ送給性や溶
接作業性が良好となり、溶接の自動化、ロボット化およ
び高能率化に応えることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼の溶接に使用するワイヤにあって、シ
リコングリス重量に対し、Ｓｉ：１．０〜２０．０重量
％、アルミニウム複合石鹸基：５．０〜２０．０重量％
および鉱物油：６０．０〜９０．０重量％からなるシリ
コングリスを、めっきを施したワイヤ材料の表面に当該
ワイヤ１０ｋｇ当たり０．１〜３．０ｇ保持付着させた
ことを特徴とするガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ。