JPS6040685A - 直流逆極性溶接用ソリッドワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は直流逆極性溶接用ソリッドワイヤに関し、特に
直流逆極性で溶接を行なう豹合に溶滴移行性が良好でス
パッタが少なく、平滑で健全な溶接ビードを得ることの
できるガスシールドアーク溶接用のソリッドワイヤに関
するものである。

溶接用ソリッドワイヤに要求される重要な性能の１つと
して溶接時の溶滴移行性が挙げられる。

即ち溶滴移行をスプレー状にすると、スパッタが減少し
て作業性が良好になると共に溶接ビードも平滑且つ美麗
となって溶接部の品質も向上する。

この様なところから溶滴移行性の改善を期して種々研究
が行なわれており、そのうちの一つとしてアルゴン等の
不活性ガスに活性ガス（酸素、二酸化炭素等）を数％加
えた混合ガスをシールドガスとして用い、溶滴の離脱を
容易にしてアークを安定化させる方法がある。また直流
正極性で溶接を行なう場合では、溶接ワイヤ（陰極）の
表面に酸化皮膜を形成したり、或は仕串関数の小さい物
置を塗布して電子の放出を容易にし、安定なアークを得
る方法も知られている。更に他の改告策として、ワイヤ
中の非金属介在物量（特に酸素、鱗、硫黄及びこれらの
今月間化合物）を少なくする方法が有効とされており、
例えば特公昭５２−２８８６９号はこの種の技術を開示
するもので、酸素、燐及び硫黄の含有量を低レベルに抑
えることによって溶滴移行性を改告し、アークの不安定
回数の減少を図っている。この方法を実現する為の具体
的な手段としては、ワイヤ原料の溶製もしくは鋳造段階
で真空脱ガス溶製法や真空ｖＪ造法を適用して前記介在
物を可及的に除去する方法があるが、経済性や生産性等
の問題がありワイヤ価格が高騰するので実状にそぐわな
い。

本発明者等はこうした状況のもとで、特に直流逆極性の
溶接に適用するソリッドワイヤを対像として、シールド
ガスの種類の如何を問わず良好な溶滴移行性が得られる
様なワイヤを安価に提供することのできる技術を確立し
ようとして種々研究を進めてきた。その結果直流逆極性
溶接にお（Ｘでは、ソリッドワイヤ表層部の酸素濃度を
高くしておくことによって溶滴の移行が極めて円滑とな
り、スパッタの減少、アークの安定化及び溶接作票性の
改善という当初の目的が兄事に達成されることを知り、
弦に本発明を完成した。即ち本発明の構成は、直流逆極
性で溶接されるガスシールドアーク溶接用ソリッドワイ
ヤであって、ワイヤ周表面からワイヤ直径に対して２．
５％までの深さ位置に亘る表層部の酸素濃度を８５０　
ｐｐｍ以上としてなるところに要旨を有するものである
。

本発明のソリッドワイヤが適用される母材の漁類として
は軟１．５０キロ級高張力閂から６０キロ級以上の高張
力１及びＣｒ−ＭｏＭ等の各種合金鋼等が含まれ、溶接
に当たって使用されるシールドガスとしてはＡｒ　％　
Ｈ（！　％　ＣＯ□等の単”ガスの他Ａｒ−ＣＯ２、Ａ
ｒ　−０□、ｃｏ２−　ｏ□、Ａｒ　−ＣＯ−Ｏ等の混
合ガス等が挙げられる。即ち本２ 発明では前述の如くアーク安定化を期して不活性ガスに
少量の活性ガスを混合した場合は勿論のこと、アーク安
定性や溶滴移行性に問題があるとされている不活性ガス
を単独で使用した場合ですらも、ソリッドワイヤ自体の
改質によって良好なアーク安定性、溶滴移行回数を保障
することカイできるのである。又本発明ソリッドワイヤ
の特徴は直流逆極性の溶接に適用した場合に限って有効
ｌと発揮されるものであり、その理由は後述する様な穏
泗の実駒にもかかわらず必ずしも明らか書こされた訳で
はないが、ワイヤ表面に存在する酸化物が溶接時におけ
る溶滴の表面張力を低下させ、溶滴を微細化すると共に
その母材方向への移行を促進させることが最大の理由と
考えられる。こうした効果から考えると、直流正極性溶
接用ソリッドワイヤの表面（陰極側）に仕事関数の小さ
い物質を塗布して電子の放出を容易としアークを安定さ
せようとする前記従来技術と比較して全く別の技術的価
値を有するものと断言することができる。

ちなみに低電流域でのＣＯ□アーク溶接やＭＩＧ溶接で
は、一般に溶滴は短絡移行気味であるが、ワイヤ表面の
酸素濃度を高めてお（と短絡回数が増加し、アーク安定
性が向上すると共にスノ々ツタは小粒化し総量でも著し
く減少する。また高電流域でのＣ０２アーク溶接の場合
の通常の溶滴移行形態はグロビュラー移行であり、時に
は溶滴が溶融池に接触しヒユーズ作用によって吹き飛ば
されてスパッタとなる現象が見られるが、本発明のワイ
ヤを使用するとこの様な現象も抑制されてスノくツタが
減少する。また高電流域でのＭＩＧ溶接における溶滴移
行形態は通常スプレー移行であるが、本発明のワイヤは
スプレー化の臨界電流を下げる効果があり、比較的低い
電流域でも安定なアークのもとてスプレー状の溶滴移行
状態を得ることができる。更に溶滴の離脱が容易である
ので、短絡移行、グロビュラー移行及びスプレー移行の
何れの場合でも溶滴移行回数が増大し、高速溶接が容易
になるという利点もある。

前述の様なｎ１１種の効果を確保する為本発明ではソリ
ッドワイヤ表面の酸ｆ、（ｒ＞度を積極的に高めるが、
後記実験例でも明らかにする如くワイヤ表層部の酸素濃
度を８５０　ｐｐｍ以」二にしなければならず、これ未
満では前述の様な効果を有効に発揮させることができな
い。またこうした効果はワイヤの極く薄い表層部の酸素
濃度を高めるだけで有効に発揮されるもので、内部の酸
素濃度は殆んど好影春を与えない。この点に関しては後
記実験例でも明らかにするが、ワイヤ周表面からワイヤ
直径に対して２゜５％までの深さ位置に亘る表ｎ部の酸
素濃度が重大な役割を果すことを確認している。

尚２．５％以下の領域における酸ぶは当該領域の全体に
亘ってまんべんなく分散されていてもよく、或は表層側
に偏在していてもよい。次にワイヤ全体に占める酸素濃
度（全酸素濃度）については後記実験例５でも明らか１
こする如くアーク安定性に大きく影響する訳ではないが
、全酸素濃度が低すぎると表層部の酸素濃度を高めるの
に長時間の処理を必要とするので経済的でなく、全酸素
濃度は６０ｐｐｍ以上、より好ましくは８０ｐｐｍ程度
以上にすることが望まれる。

表層部の酸素濃度を高める為の具体的な方法は特に制限
されないが、最も一般的な方法を例示すれば次の通りで
ある。

＋１＋ソリツドワイヤを酸化性雰囲気で高温にさらして
表面に酸化皮膜を形成する方法。この場合ワイヤはめつ
き（Ｃｕめつき騨）の前或は後の何れであってもよく、
また所定のワイヤ径まで伸線する前或は伸線後の何れで
あってもよい。

（２）伸線潤滑剤の中に酸化物（ベンガラやＣｕＯ等）
を混入させて＄き、伸線工程でｎ滑剤と共にワイヤ表面
に付着させる方法。この場合ワイヤ表面に機械的にすり
傷を付け、目標酸素濃度に応じて該すり傷を３．ｆ’ｌ
　Ｍさせて付着量をコントロールすることも有効である
。

（３）原料ワイヤの焼鈍時に発生ずる表門酸化物（粒界
酸化物も含む）を天弯存させておく方法。

（４）前記（１）〜（３）の方法を適当に組合せる方法
。

また表層部の酸素濃度を測定する方法も税々青えられる
が、次の様な方法を採用すれば比較的簡単な操作で粘度
良く表ｎ酸素濃度をめることができる。即ち Ｘ　（ｐｐｍ）’＝ワイヤ全体の平均酸素０度Ｙ　（ｐ
ｐｍ）＝ワイヤ表層部を１１械的に研削した後の平均酸
ｆｆ、ｌｆ１度（削り代はワイヤ周表面からワイヤ直径
の２．５％深さ以 上とする） Ｚ　（ｐｐｍ）＝ワイヤ表ｎ部（ワイヤ直径の２．５％
まで）の平均酸素濃度 とすると、ワイヤの単位長さ当りに含まれる全酸素重量
は中心部の全酸素重量と表ｎ部の全酸素重量の和である
から、次式の関係が成立する。

＋　−ａｓ（Ｄ−８）＠ρ＠Ｚ＠　１０−６但しρ：ワ
イヤの密度（ワイヤ表層からの深さに関係しないものと
する） Ｓ：ワイヤ表ｎ部（７）深す＝Ｄ−２．５−１０　”Ｄ
：ワイヤ直径 この式を変形し整理すると ８＝、。、５．・ｙ＋肥國・ ０ の関係が導びかれるので、Ｘ及びｙの実測値を上記式に
当てはめれば表層部の酸素濃度（Ｚ）を簡単にめること
ができる。尚Ｘ及びｙを測定する方法としては不活性ガ
ス抽出赤外線吸収法等公知の方法を採用すればよい。

本発明は概略以上の様に欝成されており、表層部の酸素
濃度を高めるという、通常はむしろ好ましくないと考え
られている手段を採用することによって溶滴の微細化と
移行性を促進し、アーク安定性を高めると共にスパッタ
ーを減少し、優れた溶接作業性のもとで件全な溶接継手
を能率良く得ることができることとなった。

次に実験例を挙げて本発明のオｄ成及び作用効果を一層
明らかにする。

実験例Ｉ ＪＩＳ　Ｚ　８８１２、ＹＣＷ−２にｉするＣＯ２溶接
用ソリッドワイヤ（１，２＋ｕ＋φ、ワイヤ成分は第１
表の通り）を対象とし、銅めっきを行なう前に高温（２
００〜８００’Ｃ）の酸化性雰囲気にさらして酸化スケ
ールを生成させる。尚表面酸化処理前のワイヤの表面を
清浄にしておけば酸化スケールは均一に生成する。この
雰囲気温度と滞留時間を変化させることにより、９２表
に示す如く表層部の酸素濃度の異なる１０［類のソリッ
ドワイヤを製造した。尚酸素ｒｎ度の算出は前述の方法
に従って行なった。

第１表　ワイヤ化学成分（重爪％） 第２表　ワイヤ表面の酸素濃度（ｐｐｍ）得られた各ワ
イヤを使用し、下記の条件で直流逆極性のシールドガス
アーク溶接を行なった場合の短絡回数とスパッタ発生量
を調べた。

溶接条件　：　１５０（Ａ）Ｘ　２１（Ｖ）Ｘ　８０（
ｃｍ１分）シールドガス：ＣＯ２，２０１／分 溶接姿勢　：下向ビードオンプレート 結果は第１図に示す通りであり、ワイヤ表層部の酸素濃
度が増すにつれて短絡回数が増大すると共にスパッタも
減少するが、これらの効畢は表層酸素濃度が８５０　ｐ
ｐｍ以上で顕著に舅われている。

しかもその効果は８５０　ｐｐｍを若干越えたところで
飽和状態に達しているところから、最も好ましい表層酸
素濃度は８５０〜５０００ｐｐｍ程度と考えられる。

実験例２ 実験例１で得たワイヤ（第２表）を使用し、Ａｒ−ＣＯ
２混合ガスを用い下記の条件で溶接を行なったときのス
プレー化臨界電流を刺べた。

溶接条件　＝２５０〜２９０囚×２７〜８１（Ｖ）Ｘ８
０（ｃｒｎ／分） シールドガス；８０％Ａｒ−２０９６Ｃ０２溶接電源　
：直流定電圧電源（逆極性情１Ｆり溶接姿勢　：下向き
ビードオンプレート結果は第２図に示す通りであり、ワ
イヤの表層酸素濃度が８５０　ｐｐｍ以上になるとスプ
レー化臨界電流は大幅に低下していることが明らかであ
る。

実験例８ 第８表に示すＣｒ　−Ｍ　ｏ　例月ソリッドワイヤ（１
，２絹φ）を対象とし、実験例１と同様にして表層酸素
濃度の異なる１０種類のワイヤ（第４表）を製造した。

第８表　ワイヤの化学成分（重量％） 第４表　表層酸素濃度（ｐｐｍ） 得られた各ワイヤを用いて下記の条件で溶接を行なった
ときの短絡回数をロベた。

溶接条件　：　ｌ　６０（Ａ）　Ｘ　２０（Ｖ）Ｘ　８
０　（ｍ／分）直流逆極性 シールドガス’　８０９６　Ａｒ　２０９６　ＣＯ２溶
接姿勢　：下向きビードオンプレート結果は第８図に示
す通りであり、短絡回数は表層酸素濃度を８５０ｐｐｍ
以上にすることによって明らかに増大している。

実験例４ 第５表に示すソリッドワイヤ（１，２ｒａ＋φ）を対象
とし、ｆｔ８鈍時に生じた粒界酸化層を残存させる方法
で表層酸素濃度の異なる１０種類のワイヤ（第６表）を
製造した。

第５表　ワイヤ化学成分（ｉ量％） 第６表表層酸素濃度（ｐｐｍ） 得られた各ワイヤを使用し、実験例２と同じ条件で溶接
を行なったときのスプレー化臨界電流を調べた。結果は
第４図に示す通りであり、やはり表層酸素濃度を高める
ほどスプレー化臨界電流は低下するが、その効果は表層
酸素濃度を８５０　ｐｐｍ以上にすることによって端的
に現われる。しかしその効果は５０００ｐｐｍ程度で飽
和状態に達し、それ以上表ｎ酸素濃度を高めてもスプレ
ー化臨界電流は殆んど低下しない。

実験例も 前記実験例４の第５表に示したのと同じソリッドワイヤ
を対象とし、ワイヤ全体の平均酸素重量（全酸素重危）
を６０〜２５０ｐｐｍの部門で変化させると共に、該全
酸素重言に対する表ｎ（直径に対し２．５％の深さまで
）ρＦＡＲ飛の比率（Ｏｐ）を変えた表ｎ酸化処理ワイ
ヤを阿四’！　Ｌ　、スプレー化に与える全酸素重塁及
び表層酸素濃度の影響を調べた。

結果を第７表に示す。肖溶接条件及び判定基準は下記の
通りとした。

溶接条件　：２６０（イ）、直流逆極性シールドガス：
８０％Ａｒ−２０％ＣＯ２判　定　：Ｏ・・・スプレー
化する △・・・スプレーではないがスプ レーに近い ×・・・スプレー化しない 第７表 （）内の数値は表層酸素濃度を示す 第７表からも明らかな様に、スプレー化のｓ易は全酸素
重へに対する表ｎ全ｒＪ！！素重量の比率や全酸素ｘ量
によっても影響されるが、これらに比べて表層酸素濃度
の影響は極めて大きく、これを８５０ｐｐｍ以上とする
ことによってスプレー化は確実になる。

尚全酸素！量の影響は比較的小さいとは言うものの、ス
プレー化を保障する為には８０ｐｐｍ程度以上とするの
がよいことも箔７表から知ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図はワイヤの表層酸素濃度が短絡回数、スプレ
ー化臨界電流又はスパッタ発生８に及ぼず影響を示す実
験グラフである。 に’＜ｉ％＠（”＼Φ〉 馴糟回姪（回＼鄭） Ｋトム−ｅ腑昧−＋Ｗ＜＜＞ 購紮回姪　（回＼録） Ｋトき−ｅ罐齢一定（＜）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直流逆極性で溶接されるガスシールドアーク溶接用ソリ
   ッドワイヤであって、ワイヤ周表面からワイヤ直径に対
   して２．５９６までの保さ位置に亘る表暦部の酸素濃度
   が８５０ｐｐｍ以上であることを特徴とする直流逆極性
   溶接用ソリッドワイヤ。