JPS6216900A - 溶接用鋼ワイヤの製造方法 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は送給性のすぐれた全自動および半自動溶接用鋼
ワイヤの製造方法に関する。

（従来の技術） 一般にＣＯ２ガスシールド溶接、ＭＩＧ溶接等には０．
８〜２．４■φの銅メッキ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？ビ
ンに巻装された状態で、あるいはペイルパックと呼ばれ
る円筒容器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
る送給機に設置サレ、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チューブ、溶接トーチ、コ
ンタクトチップを通じ、溶接が行われる例が多い。

フレキシブルコンジットチューブを用いる溶接ワイヤの
送給方式としてはプツシ一式、プル式、プツシニブル式
の３７９類あるが、取扱いの簡便な、プツシ、式の使用
比率が高い。しかしプ゛多シ１式の送給機のコンジット
チューブは通常３ｍ、広領域の溶接を行う場合には２０
ｍ程度の長さのものが使用され、この時ワイヤ送給性の
問題が生じる。

溶接ワイヤには一定速度で供給されることが求められる
ものである。しかしワイヤ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チューブの屈曲部とｔ
通シぬけるための抵抗力などが作用する。フレキシブル
コンジットチューブが直線状態である現場作業はほとん
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″１ｆｃ屈曲半径が小さいほど屈曲部通り
ぬけの抵抗力は太きい。しかして、前記の如き溶接ワイ
ヤとの接触抵抗力に打克つ力でワイヤは押進せしめられ
送給されるものであるが、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久ついには送給停止の事
態が生じるようになる。

このため、溶接アークの不安定、ビード形状の不揃、融
合不良、アンダーカットの発生など種々の溶接欠陥を生
ずるようになる。

最近、溶接作業の複雑化、高速化、広範囲化に伴すいフ
レキシブルコンジットライナーとの摩擦抵抗力が小さく
、送給が円滑でかつ安定し、常に定速送給されうる溶接
用ワイヤ、すなわち送給性が安定な溶接用ワイヤが強く
要求されるようになり次。

従来、ワイヤの送給性を改善するために、送給機の送給
パワー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次。例えば特公昭５０−３２５６
号公報に開示されたワイヤのようにワイヤ自体の送給性
の向上ｔ−はかるべく、表面が充分ミクロ的に緻密平滑
なワイヤ表面に液状の潤滑油を塗布し、ワイヤ表面の潤
滑能を上げ、送給抵抗の軽減を計る方法が知られている
が必ずしも安定した送給性を示すものは得られなかった
。

その理由はワイヤ表面が緻密平滑であ゛ることがら液状
の潤滑剤全ワイヤの表面に均一にかつ安定し次状態で塗
布することは困難であシ、所定の性能を得るため潤滑油
を多量に塗布せざるを得なかったからである。また必要
以上に多量に塗布されたワイヤ表面の潤滑油は溶接部の
材質変化を生せしめたシあるいは溶接作業性に悪影＠金
およぼすのみであった。第３図は表面が緻密平滑な従来
ワイヤの表面状態を示す金属顕微鏡写真（倍率Ｘ４００
）である。

この従来のワイヤは大気焼鈍すなわち酸素の多い状態で
焼鈍するために、ワイヤ表面よシ数μｍ〜１０　ｐｍ程
度の深さまで鉄酸化物（ＦｅＯ＋Ｆｅ３Ｏ４＋Ｆ・２０
５等）を主成分とする酸化被覆、いわゆる外部酸化層を
生成する。この外部酸化層はワイヤのめつき密着性に悪
影響を及ぼすことから次工程のめっき前処理（酸洗）で
除去し、表面清浄なワイヤとしてその表面に銅めっき等
のめっきを施こす。

このときの鋼ワイヤは外周部に伸びのあるめっき層、内
部は軟化焼鈍され次伸びのある２重構造のワイヤ断面で
あシ、該ワイヤの伸線加工に際して、波面するワイヤに
ともなってめっき層が伸びるので、第３図に示すような
表面が緻密平滑なワイヤとなる。

その他特開昭５４−１４１３４９号公報に開示されてい
るように、ワイヤの表面を強制的に加圧し、表面粗度を
変え接触抵抗を軽減する方法などもあるがその効果は前
記した潤滑油の塗布による送給性の改善の効果と大同小
異でちゃ、未だ満足すべきものではない。

このような従来ワイヤの欠点を解消する溶接用鋼ワイヤ
として本出願人は特開昭５６−１４４８９２号公報に示
されたワイヤを開発した。即ち、原線径５〜６■φの熱
延鋼線材を使用して溶接用鋼ワイヤｔａ造する場合、製
品の具備すべき適正な引張強さを得る意味で伸線加工に
よシ硬化した線材の応力除去を目的に伸線加工途中で雰
囲気ガス中でのバッチ式軟化焼鈍企行なう。例えば窒素
ガス雰囲気中で７００℃Ｘ４ｈｒのバッチ焼鈍を行なう
。この焼鈍により鋼ワイヤは所定の引張強さに下げられ
るとともに、濶ワイヤの表面層は前工程よりワイヤ表面
に付着して焼鈍炉内に持込まれた水分、潤滑剤等によっ
て酸化されて深さ数μ罵〜１０μｍ程度の硬い内部醸化
層となる。次いでめっき前処理工程の酸洗処理でめっき
密着性を悪くするワイヤ表面上層部を除去するとともに
、最終の仕上伸線工程で亀甲状の溝が良好に形成される
ように前記硬い内部酸化層の厚さを調整した上で銅めっ
き等のめっきを行なう。こうして外周部に軟かく伸びの
あるめっき層、中間部は焼鈍で生成し調整された硬い内
部醸化層、内部は軟化焼鈍された伸びのある線材の３重
構造のワイヤ断面を呈する線材が得られる。

次に鋼ワイヤを仕上伸線工程で伸線すると、それぞれの
層間の密着性が損われず、厚さ調整した中間の内部酸化
層の最も薄く伸びの少ない箇所を基点にして、横溝がワ
イヤ表面の円周方向に発達し、ワイヤ表面に亀甲状の溝
が生成する。このワイヤによればできるだけ少ない液状
潤滑剤を安定し次状態でワイヤ長手方向に均一に付着さ
せることが可能となる。すなわちワイヤ表面の亀裂内に
液状潤滑剤を保持しワイヤの表面はミクロ的な含油状態
になるのでワイヤ表面の潤滑能が極めて良好となりコン
ジットライナーとの接触抵抗が軽減される。この結果送
給抵抗そのものも低く、変動範凹が狭くなりワイヤ送給
性が安定する。ワイヤ送給性の安定・均一化によりアー
クは安定し、ビード形状の不揃、融合不良などの溶接欠
陥が生じない。

さらにメッキ亀裂内に液状潤滑剤が安定し次状態で保持
されるため液状潤滑剤は最小限のワイヤ付着量で安定し
た送給性が得られるので過剰な潤滑剤によるピット、ブ
ローホールなどの溶接欠陥の発生がなく、すぐれた溶接
作業性が達成される。

ところがこの製造方法はワイヤ表面に前工程にて付着し
た水分、潤滑剤等の酸素源のみによりワイヤ表面層に内
部酸化層を生成せしめようとするいわば消極的な製造方
法であったので少なくとも２時間以上の長時間焼鈍を余
儀なくされ、各工程の連続化を困難なものにしていた。

なぜならば伸線、めっき前処理、めっき処理等の各工程
の所要時間は数分以内であシ、焼鈍のみ数時間を要した
場合、連続化のためには膨大な長さの焼鈍炉を設置しな
ければならないからである。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明はこのようにワイヤ表面に亀甲状の溝を形成した
送給性の良好な溶接用ワイヤの最も好ましい製造方法で
あって、短時間にかつ安定してワイヤ表面に亀甲状の溝
を有する溶接用鋼ワイヤを得ることのできる製造方法を
提供することを目的とする。

又本発明の他の目的は焼鈍−めつき−伸線等の各工程を
連続化しうる溶接用鋼ワイヤの製造方法を提供すること
を目的とする。

（問題点を解決するための手段） この目的を達成する本発明の要旨とするところは鋼ワイ
ヤ表面に水酸化物を塗布してから非酸化性雰囲気中で焼
鈍を行い、その後伸線加工を施すことを特徴とする溶接
用鋼ワイヤの製造方法にある。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明では非酸化性雰囲気中で軟化焼鈍して鋼ワイヤ表
面層に内部酸化層を生成させる。焼鈍炉内の酸素量を少
なくするためには、アルゴンガス等の不活性ガスあるい
は窒素ガス、−酸化炭素と二酸化炭素の混合ガス等のい
わゆる中性又は還元性ガスを使用すればよいがランニン
グコスト、安全性等を考慮して例えば窒素ガスを使用す
る。又本発明ではワイヤに内部酸化層を生成させる時間
全短縮化するために焼鈍前のワイヤに水酸化物を塗布し
これによシ内部酸化層生成を促進せしめる。

ここでいう水酸化物とはＮａＯＨ＝　ＬＩＯＨｔ　ＫＯ
Ｈ等のアルカリ金属の水酸化物あるいはＣａ（ＯＨ）　
２　ｅＢａ（ＯＨ）２１Ｍｇ（ＯＨ）２等のアルカリ土
類金属の水酸化物の１種もしくは２ｆ１１以上をいう。

ワイヤ表面に塗布した水酸化物がワイヤの内部酸化層の
生成を促進するのは、水酸化物として水酸化カルシウム
を例にして説明すると、該水酸化カルシウムが６５０℃
以上の高温で分解し、Ｃａ（ＯＨ）２→ＣａＯ＋　Ｈ２
Ｏ となって発生する酸化カルシウムの触媒作用によシワイ
ヤ表面層に内部酸化が進むものと考えられる。酸素の供
給源は水酸化物の分解によって発生する水分、焼鈍に供
されるワイヤに付着している水分、伸線潤滑剤あるいは
雰囲気ガス中の不純物でちゃ、これらの酸素の供給源か
らもたらされる酸素が高温状態で鋼ワイヤ中の鉄よりも
親和力の強いケイ素、マンガン等の合金元素と水酸化物
の存在によシ良好に反応してワイヤ表面からほぼ１０μ
ｍ以内にＦｅ２ＳｉＯ４、ＦｅＭｎＯ２等の酸化物から
なる内部酸化層を生成する。このとき窒素ガス雰囲気中
での焼鈍ならば、該窒素およびワイヤに付着した潤滑剤
中の炭素によシネ可避的に生成する若干の窒化物、炭化
物も内部酸化層中に含有される。又ワイヤ表面に若干の
鉄の酸化物（ＦｅＯｅＦｅｓ０４　ｔ　Ｆ・２０３等）
も生成するが、炉内の酸素が非常に少ないので前記した
鉄の酸化被膜の状態、すなわち外部酸化の状態にはなら
ない。

本発明では炉内雰囲気を非酸化性雰囲気とするが、鋼ワ
イヤ表面層に内部酸化層を効果的に生成させるためには
酸素量２　ｖｏＬ、Ｓ以下、好ましくは酸素量１　ｖｏ
Ｌ、Ｓ以下の雰囲気とする。

又、焼鈍温度Ｘ時間は鋼ワイヤを所定の引張強さに下げ
うる範囲、かつ水酸化物の分解により発生したアルカリ
金属、アルカリ土類金属の酸化物を触媒として鋼ワイヤ
表面層に所望の内部酸化層を生成させうる範囲とする。

従って使用する水酸化物の分解温度によって焼鈍温度の
下限値も定まシ、この下限値以上の温度で鋼ワイヤを焼
鈍すればよい。佃方上限値は特に限定しないがエネルギ
ーコストを考えれば９００℃以下が望ましい。この焼鈍
温度範囲で１分間以上保持すれば内部酸化層を生成する
目的において充分である。焼鈍温度を１分間以上長く保
持すれば内部酸化層の厚さは焼鈍時間が長くなるのにつ
れて厚くなるが、この内部酸化層の淳さは少々厚くなっ
ても弊害はないことから焼鈍時間の上限値は特に限定せ
ず、エネルギーコスト等から適宜決定すればよい。

このようにして鋼ワイヤは焼鈍されて軟化しかつワイヤ
表面からほぼ１０μｍ以内に上記の酸化物、窒化物、炭
化物からなる硬い内部酸化層が生成する。焼鈍工程に次
いで込りき前処理の酸洗工程で、焼鈍で生成しためつき
密着性を悪くする鉄酸化物等の表面上層部を除去すると
共に最終仕上伸線工程で亀甲模様の溝が良好に形成され
るように前記の硬い内部酸化層の膜厚を調整したうえで
めっきを行なう。かくして外周部に軟かく伸びのあるめ
っき層、中間部は焼鈍で生成し調整され九硬い内部酸化
層、内部は軟化焼鈍された伸びのおる鋼ワイヤの３重構
造のワイヤ断面を呈する線材が得られる。この３重構造
のワイヤを仕上伸線工程で伸線するとそれぞれの層間の
密着性が損われず、硬い中間層の最も伸びの少ない箇所
を基点にして、亀甲模様の溝がワイヤ表面の円周方向に
発生する。

溶接用鋼ワイヤ表面にはワイヤ送給性、耐錆性のための
潤滑剤が付着されるが、この潤滑剤は油脂、鉱物油、湿
式伸線用潤滑剤等の液状潤滑剤でちゃ、これら潤滑剤中
に添加される界面活性剤金倉むものである。

本発明の製造方法にて製造された溶接用ワイヤが送給性
良好なワイヤになる理由は前記し次ようにワイヤ表面の
亀甲状の亀裂に伸線時の液状潤滑剤等の潤滑剤が入シ込
み、ワイヤ表面がミクロ的給油状態になっているので溶
接時にコンジットライナー内壁等と接触し次とき、亀裂
内に存在する液状潤滑剤が排出され、これによシ接触抵
抗の軽減が計れ、よりバラツキのない安定した送給性が
得られるからである。

ここで本発明に適用する焼鈍装置の具体例を第１図に示
す。第１図の具体例において１は焼鈍炉で焼鈍炉１の前
部には乾燥室４を介して水酸化物水溶液槽２、後部には
水槽３が配設されている。

この水酸化物水溶液槽２はワイヤへの水酸化物の塗布、
炉内雰囲気ガス遮へいの九めに、又水槽３は焼鈍後のワ
イヤの冷却、炉内雰囲気ガス遮へいの危めに設ける。焼
鈍炉１の炉内はラジアントチューブバーナ方式や電熱ヒ
ータ方式等適宜の加熱方式によシ所定の温度に保たれる
。６，７，８゜９Ｆｉそれぞれ炉内への雰囲気ガス供給
パイプ、排出・卆イブ、圧力計、炉外大気中への雰囲気
ガス排出パイｆを又１４，１５は槽２，３内で発生した
水蒸気を大気中に排出するチェックパルプを備えた排出
パイプを示す。乾燥室と焼鈍炉の間および焼鈍炉と水槽
との間にはワイヤの搬送をさまたげない適当な雰囲気ガ
スの遮へい手段を設けて乾燥室内、水槽内の水蒸気が焼
鈍炉内に進入しないよう配慮している。すなわち焼鈍炉
の直前、直後に第１の雰囲気ガスの遮へい手段を設ける
とともに、さらに液槽、水槽による第２の遮へい手段を
設ける２段方式の遮へいを行なっている。なお遮へいさ
れた谷部の圧力は■焼鈍炉、■乾燥室および焼鈍炉側の
水槽、■炉外大気の順に低いので■、■■の順にガスの
流れが生じてもその逆はない。この圧力関係は焼鈍炉内
、乾燥室内等で焼鈍にともなってガスが発生することに
よって起こる。

実際にワイヤを焼鈍する場合は次の（イ）〜に）の順序
で行なう。

（イ）焼鈍を開始する前に雰囲気ガス供給パイプ６から
ガスを炉内に導入して初期雰囲気をつくシバルプを閉め
ガス供給全ストップする。

（ロ）所定径に伸線されたワイヤをコイラーによシルー
デ状にしてチェーンコンベア１０で横置搬送（矢印入方
向）して水酸化物水溶液槽２に浸漬し、乾燥室４にて乾
燥する。

（ハ）ワイヤに水酸化物を塗布、乾燥後ローラコンベア
１１によシ焼鈍炉内を搬送し焼鈍する。炉内雰囲気は所
定温度、所定圧力に保持されておジ、炉内圧力は圧力計
８、該圧力計８からの指示により開閉する電磁パルプを
有する排出パイｆ９によシ適宜ガス排出が行なわれるこ
とによシ大気圧以上の所定圧に保持される。

に）焼鈍炉ｌ内搬送により焼鈍されたループ状のワイヤ
は、ローラコンベア１１からチェーンコンベア１０に受
は継がれ焼鈍炉１に後続する水槽３に浸漬されて冷却さ
れた後めっき工程へと搬送（矢印Ｂ方向）されていく。

以下本発明の製造方法の実施例を述べる。

原線径５．５ｍφ、化学成分Ｃ：０．０８チ、Ｓｌ：０
．８５チ、Ｍｎ：１．５５チの熱延鋼線材を原線として
、製品径１６２冑φの溶接用鋼ワイヤを第１表に示す工
程を経て與造した。なお焼鈍装置は第１図に示すものを
使用し次。

第１表 第２図は第１表に基づいて製造され九溶接用鋼ワイヤの
表面状態を示す金属顕微競写真（倍率×４００）であり
、この写真から明らかなように亀甲状の亀裂がワイヤ表
面上に形成されている。

第４図はワイヤ表面に付着した液状潤滑剤の付着量と送
給抵抗との関係を示す図である。なお送給性は第２表に
示す条件により行なった。

第２表 ワイヤの送給性は送給モータ電機子電流で等価的に示す
ことができ、この電機子電流値が大きい程送給抵抗が大
きくて送給性の悪いことを意味し、逆に値が小さい程送
給性は良好でおる。図から明らかなように表面が緻密平
滑な従来ワイヤの）に比べて表面に亀甲状の亀裂を有す
る本発明の製造方法によるワイヤ（４）は送給抵抗が低
く、ワイヤの送給性が良好である。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によればワイヤ表面に亀甲状
の溝を形成した溶接用鋼ワイヤを短時間でかつ安定して
製造することができる。従って各工程の連続化が可能と
なる。このような効果全有する本発明の工業的価値は太
きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる焼鈍装置の具体例を示す図、第
２図、第３図は溶接用鋼ワイヤの表面状態を示す金属顕
微鏡写真（倍率Ｘ４００）で第２図は本発明の製造方法
によるワイヤ、第３図は表面が緻密平滑な従来ワイヤで
ある。第４図は液状潤滑剤の付着量と送給抵抗との関係
を示す図である。 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鋼ワイヤ表面にアルカリ金属またはアルカリ土類金属の
   水酸化物の１種もしくは２種以上を塗布してから非酸化
   性雰囲気中で焼鈍を行い、その後伸線加工を施すことを
   特徴とする溶接用鋼ワイヤの製造方法。