JPH09253880A

JPH09253880A - 溶接ワイヤ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09253880A
Application number: JP6783796A
Authority: JP
Inventors: Shingo Nagashima; 伸吾長島; Yuuichi Maki; 雄一萬來; Seiji Mizukami; 清二水上; Ikuo Mibu; 生男壬生; Koji Ito; 浩司伊藤
Original assignee: Hitachi Engineering and Services Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering and Services Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1996-03-25
Filing date: 1996-03-25
Publication date: 1997-09-30

Abstract

(57)【要約】【課題】多層盛アーク自動溶接において、溶接ビード
表面に膜状にスラグが被包し絶縁体として作用し、溶接
用ソリッドワイヤ（電極）の通電を遮断しアーク溶接が
中断するのを解消するため、Ｓ量を増量した特殊な溶接
用ソリッドワイヤを容易に廉価に製作する。【解決手段】選定した既存の溶接用ソリッドワイヤの
インゴットから伸線した原線の後加工工程において、圧
痕ローラにてワイヤ１表面に凹部３を設け、その凹部３
に硫黄源４を付着させる。この硫黄源付溶接用ソリッド
ワイヤを用いることにより、溶接ビード表面のスラグは
球状に散在することになり、通電遮断が無くなりアーク
溶接が中断するのを防止出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動ＭＡＧ溶接等
を行うのに用いる溶接ワイヤ及びその製造方法に関す
る。特には、小ロットの特殊組成品種、あるいは難加工
組成の品種を手軽に製造できる溶接ワイヤ及びその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスパイプラインなどの鋼管の継ぎ目を
接合するための溶接には、全姿勢、高速かつ高品質の溶
接が要求され、ガスシールド自動アーク溶接による多層
盛溶接などが採用されている。このガスシールド自動ア
ーク溶接に用いる溶接用ソリッドワイヤ（以下ワイヤ）
は、一般的には線径０．８〜１．２mmのものが使用され
ている。ワイヤは、溶接時には、ワイヤ送給装置より溶
接ヘッドに取付けられた溶接トーチに送給される。これ
らのワイヤは各社より発売されており、現在は日鐡溶接
工業社製ＹＭ−６０Ｓ、神戸製鋼所社製ＭＧＳ−６３Ｂ
などが用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】大径パイプの継ぎ目溶
接は、溶接ビードを複数層盛り上げていく多層盛で行
う。多層盛溶接においては、すでに溶接した下層のスラ
グをそのままにしたまま次の層（上層）の溶接に入る
と、溶接電流遮断によるアーク停止が起る場合がしばし
ばある。これは、下層の溶接時に発生したスラグが溶接
層の表面一面に被膜として付着し、ワイヤと被溶接母材
との間に絶縁体として介在し、ワイヤと下層ビード間で
通電不能となるためである。この場合は、スラグを、や
すりやブラシなどを用い、人手で剥離した後に溶接を再
スタートする。

【０００４】本発明と同様に、ワイヤ表面に何物かを付
着させたワイヤに関する特許としては次のものがある。
特公平４−１４７７８９においては、特定の化学成分を
配合したワイヤの表面にカリ化合物を付着させて短絡を
起させない方法が開示されている。また、特公昭６３−
２１５９５においては、ワイヤ表面にワイヤ長手方向に
対して横方向に亀裂を生じさせ、液状潤滑剤を塗布して
安定したワイヤ送給を行う技術が開示されている。しか
し、溶接時発生するスラグ対策に関連するものについて
は開示されていない。

【０００５】上述のアーク停止の問題を解決するには、
溶接層の表面に絶縁体として介在することとなるような
膜状のスラグの形成を防止して、ワイヤと溶接層との間
の通電を常に確保する必要がある。そのためには、スラ
グの発生を少なくする方法、又は、スラグを分散させ、
溶接層の素地の面積を多く露出させる方法を講ずる必要
がある。

【０００６】溶接ワイヤに含まれる硫黄量を増量するこ
とで、溶接層表面に形成させるスラグを分散させる効果
があることは文献（「アーク溶接現象に及ぼす微量元素
の影響」、第83回溶接アーク物理研究委員会研究論文）
で公知である。これによると、ＴＩＧ溶接の場合、溶融
池に影響を及ぼす表面活性元素である硫黄を添加する
と、図４に示すように、溶融池２７内のアノード２５が
緊縮し、溶融池２７内の電磁力対流（矢印）が活発にな
る。図４中において、符号２０は母材、２１は電極（ワ
イヤ）、２３はアーク、２４はプラズマ気流である。さ
らに、表面温度係数（表面張力の温度に対する係数）の
符号が反転するので（図３参照）、図５に示すように、
溶融池内の表面張力対流の方向が逆転する。

【０００７】一方、上記の諸作用はＭＡＧ溶接には見ら
れないと言う指摘がある。しかし、今回、我々の研究に
より、ＭＡＧ溶接においても硫黄添加により以下の効果
があることが判明した。スラグが分散し、その分散部に集中して発生する。ま
た剥離が容易となる。溶込みが深くなる。止端部（溶接ビードと開先壁との境界部）の濡れがよ
くなる。これに着目して、現在使用中のワイヤの化学成分の硫黄
量を増加することで、アーク停止の問題に対処すること
とした。

【０００８】ところで、現在使用中のワイヤに含まれる
硫黄量を増量するためには、硫黄量を増量したインゴッ
トを鋳造して、そのインゴットからワイヤを伸線するの
が通常の方法である。しかし、必要とするワイヤが用途
としては特殊な場合は、使用量も限られているため、イ
ンゴット鋳造からワイヤを作ることは、採算上や納期上
及びその他の点で問題がある。

【０００９】本発明は、小ロットの特殊組成品種、ある
いは難加工組成の品種を手軽に製造できる溶接ワイヤ及
びその製造方法を提供することを目的とする。また、多
層盛の自動ＭＡＧ溶接時におけるアーク停止の問題に対
処するためのスラグ対策方法を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の溶接ワイヤは、表面にほぼ均等に分散した
凹部が形成されており、該凹部に特定の化学成分源が付
着せしめられていることを特徴とする。

【００１１】また、本発明の溶接ワイヤの製造方法は、
インゴットを圧延・伸線して溶接ワイヤを製造する方法
であって；ワイヤ表面に圧痕を付ける工程と、該圧痕に
化学成分源を付着する工程と、を含むことを特徴とす
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】すなわち、容易かつ廉価に小ロッ
トの新品種溶接ワイヤを製造できる方法として、現在使
用中のワイヤのインゴットから原線（線径一例５．５m
m）を伸線し、その後工程の伸線工程の中で、圧痕加工
ローラ（図２の符号１１、予め溝１３に凹凸模様１５を
設けてある）を通すなどして、ワイヤ表面に凹部又は凹
凸部をほゞ均等に設け、この凹部に硫黄源を付着させる
ことにより、従来のワイヤよりも硫黄量を増量したワイ
ヤを得る方法を案出した。この方法は硫黄量の増量に止
らず、任意の化学成分についても適用できる。

【００１３】本発明の効果的な一態様おいては、溶接ワ
イヤが、多層盛の自動溶接（自動ＭＡＧ溶接等）を行う
のに用いる鋼溶接用ワイヤであって、ワイヤの芯線重量
に対する硫黄の付着重量の割合（換算組成）が０．０１
３〜０．０１６％である。表面活性剤である硫黄量を増
量させた硫黄付ワイヤを用いることにより、溶接層の表
面に形成されるスラグが膜状に被包することがなくな
り、スラグは分散され、主として溶接層の中央部に球状
となって散在する。このため硫黄付ワイヤの通電は遮断
されることなく、多層盛の自動アーク溶接が中断される
ことなく、連続して施工することが出来る。また硫黄量
を増加させたことにより、このほか溶込みを深くし、止
端部の濡れが向上するなどの効果がある。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は、
本発明の一実施例に係る溶接ワイヤを示す図である。
（ａ）は側面図、（ｂ）は断面図である。図１の溶接ワ
イヤ１は、断面が円形のワイヤ母線２を有する。この母
線２は、電極ともなり溶着金属供給源ともなる。母線２
の表面には多数の凹部４がほぼ均一に分散されて設けら
れている。この凹部中には、硫黄源４である硫化鉄パウ
ダ（ＦｅＳ）（又は硫黄パウダ）が埋め込まれている。
この硫黄源４は、溶接時に母線２とともに溶融する。

【００１５】次に硫黄付ワイヤ１を製作する方法の一例
を、ワイヤ線径１．０mmφの場合について説明する。イ
ンゴットの鋳造時から硫黄量を増量するのではなく、選
定した既存のワイヤのインゴットより原線５．５mmφを
伸線し、後工程の伸線工程で硫黄源を付着させるもの
で、その後工程を下記に示す。原線径５．５mm→デスケ
ーリング→酸洗→中和→１次伸線３．２φ→焼鈍→メッ
キ前処理→Ｃu メッキ→湯洗→２次伸線１．２φ→圧痕
加工ローラ→硫黄源付着→巻き取り→仕上伸線１．０φ

【００１６】（１）ワイヤ表面の凹凸加工：上記伸線工
程の圧痕加工ローラの工程で、図２に示すように圧痕ロ
ーラ１１（予め溝部１３に突起１５を設けてある）間
に、母線２を通過させて、ワイヤ母線２表面に凹凸模様
を転写する。圧痕ローラ１１の溝部１３の凹凸模様の一
例をあげると、いわゆる梨地（不規則な円と楕円の組合
せ）であり、模様円寸法≦８０μm φ、模様円深さ３〜
５μm 、ワイヤ表面積に対して凹凸模様を２０〜３０％
分布させる。ローラの凹凸模様は、化学エッチングによ
り形成することができる。

【００１７】（２）硫黄源付着：上記伸線工程の後、硫
黄源付着工程を行う。硫黄源としては硫化鉄パウダ（Ｆ
ｅＳ) 又は硫黄パウダを溶媒に溶かした懸濁液中を通過
させて、硫黄源をワイヤ凹部に付着する。この懸濁液中
には、ワイヤに含油させて送給抵抗を減少させるための
潤滑油を混合することも好ましい。

【００１８】（３）仕上伸線径１．０mm工程：最終の仕
上伸線工程では径１．０mmに伸線する。この工程では、
上記（１）の工程において、圧痕加工ローラにより形成
された凹み周辺に発生したバリがつぶされ、その際懸濁
液染み込み部を仕上げ伸線で幾分蓋をすることとなる。

【００１９】以上硫黄付ワイヤ１の製作方法について述
べたが、この方法によれば溶接用ソリッドワイヤの化学
成分を、任意に容易に変更したものを製作することがで
きる。なお、上記工程におけるＣｕメッキは、通電性向
上及びワイヤー表面保護のためのものである。

【００２０】次に、硫黄付ワイヤを使用して、パイプ円
周自動溶接装置にて大径（３００Ａ〜９００Ａ）鋼管の
継ぎ目をパルスＭＡＧ溶接する場合におけるワイヤの硫
黄量の適量について説明する。適正な硫黄量を求めるた
め、パルスＭＡＧ溶接の何種類かの条件について、スラ
グに及ぼすワイヤ硫黄量の影響を調べる実験を行った。
その結果を表１に示す。なお、シールドガスはＡｒ−２
０％ＣＯ₂ 、流量２５リットル／秒とした。

【００２１】

【表１】

【００２２】表中の「ワイヤ」の欄の「クラス」は、被
溶接材の強度レベルを示す。化学成分のＳ量は、ワイヤ
全体としての含有量を示す。表１中の最右欄のスラグ形
状は、図６に示されているスラグ形状（ａ）〜（ｄ）に
対応する。表１の実験結果を要約すると次のとうりであ
る。（１）サンプル１：６０Ｋ（引張強さ）クラス、硫黄量
０．００３％では、スラグはビード表面に全面被包して
いた。（２）サンプル２：６３Ｋクラス、硫黄量０．００９％
では、スラグはビード両止端部に集まっていた。

【００２３】（３）サンプル３：６０Ｋクラス、硫黄量
０．００６％では、スラグはビード中央に細長く付着
し、止端部への付着も見られた。（４）サンプル４：６５Ｋクラス、硫黄量０．０１６％
では、スラグはビード中央に球状に付着しており、スラ
グの剥離性は非常によかった。ビードの止端部はサンプ
ル３と比べ滑らか（濡れがよい）であった。

【００２４】（５）サンプル５：５０Ｋクラス、硫黄量
０．００５％では、スラグはビード表面に全面発生する
が、スラグ量はサンプル１より少なかった。（６）サンプル６：５０Ｋクラス、硫黄量０．００６％
では、サンプル１と同様であった。（７）サンプル７：５０Ｋクラス、硫黄量０．０１３％
では、スラグはビード両止端部に集まっていた。スラグ
の剥離性はサンプル２よりよかった。

【００２５】結局、硫黄量０．０１３〜０．０１６％の
サンプル４、７で好結果を得た。以上により、この場合
は、硫黄量としては０．０１３〜０．０１６％が適量と
判断できる。なお、この範囲での硫黄量では機械的強度
や靭性値に対し影響はない。また、硫化物腐食割れの問
題については、酸性原油や粗製プロパンに溶接部をさら
して使用する場合にはその心配もない。

【００２６】

【発明の効果】硫黄量の多いワイヤ（電極）を用いるこ
とにより、溶接層の表面に被膜となって形成されるスラ
グが球状に散在するようになることにより、溶接層の表
面積の大部分が溶接層の素地が露出されるようになり、
ワイヤの通電遮断による溶接中断を防止することができ
る。それとともに、溶接の溶け込みを深くし、止端部の
濡れを良くすることが出来る。

【００２７】また、選定したワイヤのインゴットから伸
線した原線の後工程でワイヤの表面に凹凸部を設け、こ
の凹部に硫黄源を付着させることで、ワイヤの硫黄量を
任意かつ容易に、また廉価で増量させることが出来る。
なお、この手法によれば、硫黄源に限らずワイヤの化学
成分いずれも任意に増量することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る溶接ワイヤを示す図で
ある。（ａ）は側面図、（ｂ）は断面図である。

【図２】本発明の圧痕加工用ローラの概要を示す図であ
る。

【図３】硫黄が溶融池の表面張力に及ぼす影響を示す図
である。

【図４】硫黄が溶融池に及ぼす電磁力対流の影響を示す
図である。

【図５】硫黄が溶融池に及ぼす、表面張力による対流方
向の影響を示す図である。

【図６】実施例における溶接試験のスラグ形状を示す図
である。

【符号の説明】

１溶接ワイヤ２ワイヤ母線３凹部４硫黄源１１圧痕ロール１３溝１５突起２０被溶接母材２１電極（ワイヤ）２３アーク２４プラズマ気流２５アノード２７溶融池３１溶接ビード３３スラグ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者壬生生男茨城県那珂郡那珂町菅谷2982−３ (72)発明者伊藤浩司茨城県ひたちなか市大成町14−19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面にほぼ均等に分散した凹部が形成さ
れており、該凹部に特定の化学成分源が付着せしめられていること
を特徴とする溶接ワイヤ。
【請求項２】上記溶接ワイヤが、多層盛の自動溶接
（自動ＭＡＧ溶接等）を行うのに用いる鋼溶接用ワイヤ
であって、上記特定の化学成分が硫黄である請求項１記
載の溶接ワイヤ。
【請求項３】上記ワイヤの芯線重量に対する上記硫黄
の付着重量の割合（換算組成）が０．０１３〜０．０１
６％である請求項２記載の溶接ワイヤ。
【請求項４】インゴットを圧延・伸線して溶接ワイヤ
を製造する方法であって；ワイヤ表面に圧痕を付ける工
程と、該圧痕に化学成分源を付着する工程と、を含むことを特徴とする溶接ワイヤの製造方法。
【請求項５】上記化学成分源を付着する工程の後にさ
らに仕上伸線加工を行う請求項４記載の溶接ワイヤの製
造方法。
【請求項６】多層盛の自動ＭＡＧ溶接におけるスラグ
対策の方法であって；溶接ワイヤの芯線重量に対して
０．０１３〜０．０１６重量％の硫黄を該溶接ワイヤに
含有せしめ、スラグが溶接層を被包することのないよう
にスラグを分散させることを特徴とするＭＡＧ溶接にお
けるスラグ対策方法。