WO2018020969A1 - 被覆アーク溶接棒 - Google Patents

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Kobe Steel Ltd
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    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/14—Arc welding or cutting making use of insulated electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a coated arc welding rod.
  • Covered arc welding is a covered arc welding rod in which a metal rod (core wire) is provided with a flux or a protective material called a coating agent (sometimes simply referred to as "welding rod” or “hand rod”). Is used as an electrode, an arc is generated between the base metal and the welding rod and base metal are melted by arc heat for welding. Covered arc welding does not require shielding gas and can be welded even outdoors where wind is strong, and is widely used in various manufacturing factories, buildings, ships, vehicles and the like.
  • the coated arc welding rod is required to maintain an arc stably, to form a continuous weld bead, and to hardly cause defects such as blow holes in the weld bead. From these viewpoints, for example, the inventions described in Patent Documents 1 to 3 have been proposed for coated arc welding rods.
  • the ability to maintain the arc stably is referred to as good arc stability, and the fact that the arc cannot be stably maintained is referred to as poor arc stability.
  • Patent Document 1 the average particle size and content of cinnabar sand in the coating is limited to a predetermined range, and the contents of rutile, lime carbonate, fluorite, wollastonite, ferromanganese, and ferrosilicon are each in a predetermined range.
  • a low hydrogen-based coated arc welding rod is described.
  • Patent Document 2 describes a coated arc welding rod in which the contents of C, Mn, and O are in a predetermined range, and the contents of Si, P, S, Cu, and N are each a predetermined value or less.
  • Patent Document 3 describes a coated arc welding rod in which the crystal strain rate of a scale crystal adhering to a core material base is in a predetermined range.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-169296 Japanese Unexamined Patent Publication No. 58-209498 Japanese Unexamined Patent Publication No. Sho 62-179895
  • Patent Documents 1 to 3 improve the arc stability with the contents proposed for each, but there is room for improvement with regard to improving the arc stability.
  • This invention is made
  • the coated arc welding rod according to the present invention that has solved the above problems is a coated arc welding rod in which a part of a core wire containing Fe is coated with a coating agent, and the grip portion of the core wire gripped by a welding holder Is covered with a coating layer containing a Ca compound, the area ratio of the coating layer is 20% or more, the thickness of the coating layer is 0.5 to 15 ⁇ m, and the surface roughness Ra of the coating layer is 1.0 ⁇ m. It is characterized by the following.
  • the grip portion of the conventional core wire is not coated with a coating agent such as flux, the surface is oxidized after manufacturing until it is used for welding, and an oxide film containing FeO, Fe 2 O 3 and the like is formed. Is done.
  • an oxide film is formed on the grip portion of the core wire, the arc becomes unstable.
  • the coated arc welding rod according to the present invention covers the grip portion of the core wire with the coating layer containing the Ca compound, the oxidation of Fe contained in the core wire can be prevented. Therefore, an oxide film is hardly formed on the grip portion of the core wire in the coated arc welding rod according to the present invention, and the stability of the arc is improved.
  • the coated arc welding rod according to the present invention since the area ratio of the coating layer containing the Ca compound is set to a predetermined value or more, the arc stability is more reliably improved.
  • the thickness of the coating layer is set within a predetermined range, and the surface roughness Ra of the coating layer is set to a predetermined value or less. Therefore, the coated arc welding rod according to the present invention can be easily coated only by holding the welding holder and applying pressure during welding, even though the coating layer containing the Ca compound is difficult to peel off until it is used for welding. The layers are peeled off and a stable arc can be generated.
  • the coated arc welding rod according to the present invention has a Ca content of 15 to 40% by mass, a C content of 5 to 25% by mass and an O content of 30 to 70% by mass as measured by energy dispersive X-ray spectroscopy.
  • the K content is preferably 1 to 8% by mass. Since it has such a configuration, the coated arc welding rod according to the present invention has an effect of preventing the formation of an oxide film on the grip portion of the core wire while improving the adhesion and peelability of the coating layer containing Ca. As a result, the arc stability is further improved.
  • the coated arc welding rod according to the present invention covers the grip portion of the core wire with a coating layer containing a Ca compound, and specifies the area ratio, thickness, and surface roughness Ra of the coating layer, respectively. Excellent arc stability.
  • FIG. 1 is a schematic view illustrating one usage mode of a coated arc welding rod according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a part of FIG.
  • FIG. 3 is a graph showing an example of a voltage waveform when welding is performed using the coated arc welding rod according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is an SEM image (magnification is 400 times) of the surface of the coated arc welding rod according to the present embodiment.
  • the scale bar at the lower right indicates 10 ⁇ m.
  • the white part is a coating layer containing a Ca compound
  • the black part is the surface of the core wire.
  • welding rod a coated arc welding rod (hereinafter sometimes simply referred to as “welding rod”) according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
  • the numerical values before and after “ ⁇ ” include these numerical values. Numeric values with words such as “less than”, “smaller”, “greater than”, “greater than” are not included. In addition, a numerical value with a word such as “above” or “below” is included in the numerical value. Furthermore, “mass%” and “wt%” are synonymous.
  • the welding rod 1 As shown in FIG. 1, the welding rod 1 according to this embodiment has a predetermined lengthwise direction in which a part of a core wire (steel core wire) 2 containing Fe (specifically, used as a filler metal). Are covered with the coating agent 3).
  • the welding rod 1 shown in FIG. 1 is shown with a part cut away to explain the internal structure.
  • Any coating material 3 can be used as long as it is used as a so-called flux in the coating arc welding. Examples of the coating 3 include TiO 2 , SiO 2 , Al 2 O 3 , CaCO 3 , MgCO 3 , BaCO 3 and the like.
  • the coating agent 3 can be used alone by selecting one of the components described above, or can be used in combination of two or more.
  • the core 2 can be a rod-shaped member having a circular cross section perpendicular to the longitudinal direction, but is not limited to this, and any shape that can be adopted as a welding rod is used. There may be.
  • the welding rod 1 in which the core wire 2 is coated with the coating agent 3 has diameters of 1.6 mm ⁇ , 2.0 mm ⁇ , 2.5 mm ⁇ , 2 as defined in JIS Z 3200: 2005. .6 mm ⁇ (both include a tolerance of diameter ⁇ 0.06 mm ⁇ ), and the length in these cases can be 200 to 350 mm (including a tolerance of length ⁇ 5 mm).
  • the diameter of the welding rod 1 is 3.2 mm ⁇ , 4.0 mm ⁇ , 4.5 mm ⁇ , 5.0 mm ⁇ , 5.5 mm ⁇ , 6.0 mm ⁇ , 6.4 mm ⁇ , 7.0 mm ⁇ (both diameter tolerance ⁇ 0.10 mm ⁇ ) And 8.0 mm ⁇ (including a diameter tolerance of ⁇ 0.1 mm ⁇ ), and the length in these cases should be 275 to 450 mm (including a length tolerance of ⁇ 5 mm). it can.
  • the welding rod 1 which concerns on this embodiment is coat
  • the grip portion 5 is a portion that is gripped by the welding holder 4 during welding.
  • the welding rod 1 according to the present embodiment is such that the grip portion 5 is not covered with the coating agent 3 and the core wire 2 covered with the coating layer 6 is exposed. Yes.
  • the grip part 5 is gripped by the welding holder 4 and used after the coating layer 6 covering the grip part 5 is peeled off by applying pressure or rubbing.
  • the Ca compound contained in the coating layer 6 include calcium hydroxide and calcium oxide.
  • the welding holder 4 is connected to a welding power source 8 by a cable 7.
  • the welding power source 8 is connected to a base material (material to be welded) 10 to be welded by a cable 9. Any welding power source 8 can be used as long as the arc can be stably maintained.
  • the current generated by the welding power source 8 may be direct current or alternating current.
  • the welding rod 1 (electrode) side may be positive or negative.
  • the voltage value and current value applied to the welding rod 1 may be appropriately set in consideration of the thickness of the base material 10 and the like.
  • the cables 7 and 9, the welding power source 8, etc. commercially available ones can be used.
  • the area ratio of the coating layer 6 to the grip portion 5 is 20% or more, the thickness of the coating layer 6 is 0.5 to 15 ⁇ m, and the surface roughness Ra of the coating layer 6 is. Is 1.0 ⁇ m or less.
  • the arc stability of a welding rod is affected by the chemical composition of the core wire.
  • this inventor examined, even if it was the welding rod manufactured using the core wire which has the same chemical component, it turned out that there is a difference in arc stability.
  • the properties of the coating layer covering the surface of the core wires influence the arc stability.
  • the arc stability can be greatly improved particularly when the grip portion 5 of the core wire 2 is covered with the coating layer 6 containing a Ca compound. Since the coating layer 6 containing the Ca compound is fixed to the surface of the core wire 2 with an appropriate fixing force, it is difficult to peel off without external pressure.
  • the coating layer 6 at the portion in contact with the surface peels off, and the electrical conductivity can be secured.
  • the coating layer 6 containing a Ca compound plays a role of preventing an oxide coating from being formed on the grip portion 5 of the core wire 2. For this reason, it can be said that the coating layer 6 is suitable for protecting the grip portion 5 of the core wire 2.
  • the area ratio of the coating layer 6 that is, the ratio of the area where the coating layer 6 occupies the unit area of the grip portion 5 is 20% or more. Stability is ensured.
  • the area ratio of the coating layer 6 is less than 20%, the formation of an oxide coating on the grip portion 5 of the core wire 2 cannot be prevented, and the arc stability is lowered.
  • the area ratio of the coating layer 6 is preferably 40% or more, more preferably 50% or more, and further preferably 70% or more. Further, the area ratio of the coating layer 6 can be set to 100%, that is, the entire grip portion 5 can be completely covered with the coating layer 6.
  • the area ratio of the coating layer 6 can be measured as follows. That is, using a WD / ED combine electron probe microanalyzer (EPMA) JXA-8200 manufactured by JEOL Ltd., an acceleration voltage of 15 kV, an irradiation current of 5 ⁇ 10 ⁇ 10 A, a grip portion 5 of the core wire 2 (Magnification is 400 times, visual field is 3 places). Then, the image analysis software JTrim is used to binarize 1280 ⁇ 950 pixels (the number of pixels 1216000) for one field of view, and the monochrome ratio is calculated. For binarization, the boundary threshold may be 128 (default setting). The area ratio of the coating layer 6 can be obtained by performing this for three visual fields and calculating the average value of the white ratio from the measurement result.
  • EPMA WD / ED combine electron probe microanalyzer
  • the thickness of the coating layer 6 is preferably 0.5 to 15 ⁇ m. If it does in this way, the film layer 6 is hard to peel until the time of welding, and it can be set as the aspect which this peels when the grip part 5 is gripped with the welding holder 4 at the time of welding, and a pressure is applied. On the other hand, if the thickness of the coating layer 6 exceeds 15 ⁇ m, peeling during welding becomes difficult. From the viewpoint of further improving the arc stability, the thickness of the coating layer 6 is more preferably 12 ⁇ m or less.
  • the thickness of the coating layer 6 is less than 0.5 ⁇ m, the coating layer 6 is easily peeled off, so that the coating layer 6 may be peeled off from the grip portion 5 due to an impact during transportation. Furthermore, when the thickness of the coating layer 6 is less than 0.5 ⁇ m, the effect of preventing the oxide coating from being formed on the grip portion 5 of the core wire 2 becomes insufficient. From the viewpoint of obtaining this effect more sufficiently, the thickness of the coating layer 6 is more preferably 0.7 ⁇ m or more, and further preferably 1 ⁇ m or more.
  • the thickness of the coating layer 6 is embedded in the resin so that the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the core wire 2 becomes the observation surface, and the cross section of the core wire 2 is observed with a scanning electron microscope (SEM) ( Magnification 1000 times, backscattered electron (BSE) image). And the thickness of the coating layer 6 can be calculated
  • SEM scanning electron microscope
  • BSE backscattered electron
  • the difficulty of peeling of the coating layer 6 varies depending on the surface roughness.
  • the surface roughness (arithmetic mean roughness) Ra of the coating layer 6 is 1.0 ⁇ m or less, the coating layer 6 can be easily peeled by holding the grip portion 5 with the welding holder 4 and applying pressure during welding. .
  • the surface roughness Ra of the coating layer 6 exceeds 1.0 ⁇ m, peeling during welding becomes difficult.
  • surface roughness Ra of the coating layer 6 is so preferable that it is low, and although there is no prescription
  • the surface roughness Ra of the coating layer 6 can be measured by using an apparatus according to JIS B 0601: 2001.
  • the coating layer 6 has a Ca amount of 15 to 40% by mass and a C amount of 5 measured by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). -25% by mass, O content is 30-70% by mass, and K content is 1-8% by mass.
  • EDX energy dispersive X-ray spectroscopy
  • Analysis by energy dispersive X-ray spectroscopy can be performed as follows. For example, using a WD / ED combine EPMA JXA-8200 manufactured by JEOL Ltd., EDX measurement is performed by selecting three 10 ⁇ m ⁇ 10 ⁇ m rectangular regions in the grip portion 5 for a field of view of 400 times magnification.
  • the quantitative analysis of EDX can be performed by the pure standard method. The concentration (content) of each element is calculated from the intensity ratio between the standard sample and the actual sample. By performing this at the three locations and calculating the average value, the contents of Ca, C, O and K in the coating layer 6 by EDX can be determined.
  • the welding rod 1 which concerns on this embodiment can be manufactured with the general installation and conditions which manufacture a welding rod.
  • the welding rod 1 according to the present embodiment can be manufactured as follows, for example. First, wire bars and billets containing Fe are manufactured using general equipment and conditions. Subsequently, this is extruded and drawn, and the core wire 2 is manufactured.
  • the lubricant which a calcium hydroxide is a main component (70 mass% or more) at the time of wire drawing is mentioned.
  • the application amount of the lubricant can be 0.5 to 1.0 mg / cm 2 .
  • the drawing speed can be 300 to 770 m / min.
  • the temperature of the core wire 2 at the time of wire drawing can be 100 to 120 ° C. These conditions at the time of wire drawing are examples, and are not limited to these.
  • the area ratio, thickness, and surface roughness Ra of the coating layer 6 are adjusted to the above-described ranges. These adjustments can be performed, for example, by using a mechanical descaler that removes the scale.
  • the welding rod 1 which concerns on this embodiment can be manufactured by coat
  • Wire bars having the components shown in Table 1 were produced using general equipment and conditions. Subsequently, the wire bar was drawn using the lubricants having the components shown in Table 2, and a core wire having a diameter of 3.2 mm ⁇ and a length of 350 mm was manufactured. And the coating layer containing a Ca compound was processed by changing the conditions in various ways using a mechanical scaler. A coated arc welding rod coated with a coating layer having an area ratio (%), thickness ( ⁇ m), and surface roughness Ra ( ⁇ m) shown in 1 to 20 was produced. The area ratio, thickness, and surface roughness of the coating layer containing the Ca compound were measured as follows.
  • the area ratio of the coating layer containing the Ca compound to the grip portion is WD / ED combine EPMA JXA-8200 manufactured by JEOL Ltd., acceleration voltage 15 kV, irradiation current 5 ⁇ 10 ⁇ 10 In A, the grip portion of the core wire was analyzed (magnification 400 times, field of view 3 places). Then, 1280 ⁇ 950 pixels (pixel number: 1216000) were binarized using the image analysis software JTrim for one field of view, and the monochrome ratio was calculated. For binarization, the boundary threshold was set to 128. This was performed for three visual fields, and the average value of the white ratio was calculated from the measurement results, thereby obtaining the area ratio of the coating layer containing the Ca compound.
  • Thickness of the coating layer The thickness of the coating layer containing the Ca compound is embedded in the resin so that the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the core wire becomes the observation surface, and the cross section of the core wire is observed with an SEM (magnification 1000 times) , BSE image). And the thickness of the coating layer containing Ca compound was calculated
  • Arc stability was evaluated by observing the voltage waveform and counting the number of sudden voltage drops that occurred per 30 seconds.
  • the sudden voltage drop means that the voltage drops by 5 V or more with respect to the average voltage.
  • a thick solid line indicated by ⁇ is an example of a voltage waveform in which no sudden voltage drop occurs
  • a thin solid line indicated by x is an example of a voltage waveform in which a sudden voltage drop occurs.
  • FIG. 3 in the example of the thin solid line indicated by x, it can be seen that a rapid voltage drop occurs at a location of about 14 seconds and a location of about 22 seconds.
  • the voltage data was measured using NR2000 and NR2010 manufactured by Keyence Corporation.
  • the data collection software is WAVE SHOT! 2000 (version 1.08, default setting) was used.
  • Arc stability was evaluated as follows. A: The number of sudden voltage drops occurring per 30 seconds exceeds 0.5 and less than 1 time AA: The number of sudden voltage drops generated per 30 seconds exceeds 0 times and less than 0.5 times AAA: The number of sudden voltage drops that occur every 30 seconds is 0 (the number of sudden voltage drops is 3 after welding 3 times) B: The number of sudden voltage drops occurring per 30 seconds exceeds one. Note that the number of voltage drops was calculated by averaging three samples each of which was welded. The evaluation results of arc stability are shown in Table 3.
  • FIG. 1 shows an SEM image (magnification is 400 times) of the surface of the coated arc welding rod according to No. 1;
  • Table 3 shows the evaluation results of the welding rods according to 17-20. Specifically, no. The welding rod according to No. 17 was inferior in arc stability because the thickness of the coating layer containing the Ca compound was too thin. No. Since the area ratio of the coating layer containing a Ca compound was too small, the welding rod according to No. 18 had poor arc stability. No. Since the surface roughness of the coating layer containing a Ca compound was too rough, the welding rod according to 19 had poor arc stability. No. The welding rod according to No. 20 was inferior in arc stability because the thickness of the coating layer containing the Ca compound was too thick.

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Abstract

本発明はアーク安定性に優れた被覆アーク溶接棒を提供することを目的とする。本発明は、Ｆｅを含む心線の一部が被覆剤で被覆されている被覆アーク溶接棒であり、溶接ホルダーで把持される前記心線のグリップ部がＣａ化合物を含む被膜層で被覆されており、前記被膜層の面積率が前記グリップ部に対して２０％以上、前記被膜層の厚さが０．５～１５μｍ、かつ前記被膜層の表面粗さＲａが１．０μｍ以下である被覆アーク溶接棒に関する。

Description

被覆アーク溶接棒
　本発明は、被覆アーク溶接棒に関する。
　被覆アーク溶接は、金属の棒（心線）に被覆剤と呼ばれるフラックスや保護材などを設けた被覆アーク溶接棒（単に、「溶接棒」や「手棒」などと呼称されることもある）を電極とし、母材との間にアークを発生させ、アーク熱で溶接棒と母材を溶融させて溶接を行う。被覆アーク溶接は、シールドガスを必要とせず、風が強い屋外などでも溶接することができ、各種製造工場、ビル、船舶、車両などで広く用いられている。
　被覆アーク溶接棒には、アークを安定的に維持し、連続した溶接ビードを形成し、かつ溶接ビードにブローホールなどの欠陥が生じ難いことが求められている。これらの観点から、被覆アーク溶接棒について、例えば、特許文献１～３に記載の発明が提案されている。なお、アークを安定的に維持できることをアーク安定性が良いなどといい、アークを安定的に維持できないことをアーク安定性が悪いなどという。
　特許文献１には、被覆剤中の硅砂の平均粒度と含有量を所定の範囲に制限すると共に、ルチール、炭酸石灰、蛍石、珪灰石、フェロマンガン、フェロシリコンの含有量をそれぞれ所定の範囲とした低水素系被覆アーク溶接棒が記載されている。
　特許文献２には、Ｃ、Ｍｎ、Ｏの含有量をそれぞれ所定の範囲とし、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｎの含有量をそれぞれ所定値以下とした被覆アーク溶接棒が記載されている。
　特許文献３には、心材素地に付着しているスケール結晶の結晶歪率を所定の範囲とした被覆アーク溶接棒が記載されている。
日本国特開平５－１６９２９６号公報 日本国特開昭５８－２０９４９８号公報 日本国特開昭６２－１７９８９５号公報
　特許文献１～３に記載されている発明は、それぞれに提案されている内容でアーク安定性を向上させているが、アーク安定性を向上させることに関して改善の余地があった。本発明は前記状況に鑑みてなされたものであり、アーク安定性に優れた被覆アーク溶接棒を提供することを課題とする。
　前記課題を解決した本発明に係る被覆アーク溶接棒は、Ｆｅを含む心線の一部が被覆剤で被覆されている被覆アーク溶接棒であり、溶接ホルダーで把持される前記心線のグリップ部がＣａ化合物を含む被膜層で被覆されており、前記被膜層の面積率が２０％以上、前記被膜層の厚さが０．５～１５μｍ、かつ前記被膜層の表面粗さＲａが１．０μｍ以下であることを特徴としている。
　従来の心線のグリップ部はフラックスなどの被覆剤で被覆されていないので、製造後から溶接で使用されるまでの間に表面が酸化し、ＦｅＯやＦｅ２Ｏ３などを含む酸化被膜が形成される。心線のグリップ部に酸化被膜が形成されるとアークが不安定となる。
　しかしながら、本発明に係る被覆アーク溶接棒は、Ｃａ化合物を含む被膜層で心線のグリップ部を被覆しているため、心線に含まれるＦｅの酸化を防止できる。そのため、本発明に係る被覆アーク溶接棒における心線のグリップ部には酸化被膜が形成され難く、アークの安定性が向上する。
　本発明に係る被覆アーク溶接棒では、Ｃａ化合物を含む被膜層の面積率を所定値以上としているので、アーク安定性がより確実に向上する。また、本発明に係る被覆アーク溶接棒は、被膜層の厚さを所定の範囲とすると共に、被膜層の表面粗さＲａを所定値以下としている。そのため、本発明に係る被覆アーク溶接棒は、溶接で使用されるまでＣａ化合物を含む被膜層が剥離し難いにも拘らず、溶接時に溶接ホルダーで把持して圧力を加えるだけで容易に当該被膜層が剥離し、安定したアークを発生させることができる。
　本発明に係る被覆アーク溶接棒は、エネルギー分散型Ｘ線分光法で測定した前記被膜層のＣａ量が１５～４０質量％、Ｃ量が５～２５質量％、Ｏ量が３０～７０質量％、かつＫ量が１～８質量％であるのが好ましい。
　このような構成としているので、本発明に係る被覆アーク溶接棒は、Ｃａを含む被膜層の固着性と剥離性が良好になると共に、心線のグリップ部に酸化被膜の形成を防止する効果が向上するため、アーク安定性がより向上する。
　本発明に係る被覆アーク溶接棒は、Ｃａ化合物を含む被膜層で心線のグリップ部を被覆し、且つ当該被膜層の面積率、厚さ、及び表面粗さＲａをそれぞれ特定しているので、アーク安定性に優れている。
図１は、本実施形態に係る被覆アーク溶接棒の一使用態様を説明する概略図である。 図２は、図１の一部を拡大した断面図である。 図３は、本実施形態に係る被覆アーク溶接棒を用いて溶接した際の電圧波形の一例を示すグラフである。 図４は、本実施形態に係る被覆アーク溶接棒の表面のＳＥＭ像（倍率は４００倍）である。図中、右下のスケールバーは１０μｍを示す。また、図中、白い部分がＣａ化合物を含む被膜層であり、黒い部分が心線の表面である。
　以下、適宜図面を参照して本発明に係る被覆アーク溶接棒（以下、単に「溶接棒」ということがある）の一実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書において、「～」で示されている前後の数値は、これらの数値を含むものとする。数値に「未満」、「より小さい」、「超える」、「より大きい」などの文言を付した数値は、当該数値を含まないものとする。また、数値に「以上」、「以下」などの文言を付した数値は、当該数値を含むものとする。さらに、“質量％”と“重量％”とは同義である。
（溶接棒）
　図１に示すように、本実施形態に係る溶接棒１は、Ｆｅを含む心線（鋼心線）２の一部が（具体的には溶加材として使用される、長さ方向の所定の部分が）被覆剤３で被覆されている。なお、図１に示す溶接棒１はその一部を切欠いて図示し、内部構造を説明している。
　被覆剤３は、被覆アーク溶接において、いわゆるフラックスとして使用されるものであれば任意のものを用いることができる。被覆剤３としては、例えば、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＣＯ３、ＭｇＣＯ３、ＢａＣＯ３などを挙げることができる。被覆剤３は、前記した成分のうちから１種類を選択して単独で用いることができるし、２種類以上を選択し、組み合わせて用いることもできる。
　心線２は、例えば、長手方向に対する垂直断面が円形である棒状の部材とすることができるが、これに限定されるものではなく、溶接棒として採用可能な形状であればどのような形状であってもよい。
　心線２に被覆剤３が被覆されてなる溶接棒１は、具体的には、ＪＩＳ　Ｚ　３２００：２００５に規定されているように、直径が１．６ｍｍφ、２．０ｍｍφ、２．５ｍｍφ、２．６ｍｍφ（いずれも径の許容差±０．０６ｍｍφを含む）とすることができ、これらの場合の長さは２００～３５０ｍｍ（長さの許容差±５ｍｍを含む）とすることができる。また、溶接棒１の直径は３．２ｍｍφ、４．０ｍｍφ、４．５ｍｍφ、５．０ｍｍφ、５．５ｍｍφ、６．０ｍｍφ、６．４ｍｍφ、７．０ｍｍφ（いずれも直径の許容差±０．１０ｍｍφを含む）、８．０ｍｍφ（直径の許容差±０．１ｍｍφを含む）とすることができ、これらの場合の長さは２７５～４５０ｍｍ（長さの許容差±５ｍｍを含む）とすることができる。
　そして、本実施形態に係る溶接棒１は、図２に示すように、溶接ホルダー４で把持される心線２のグリップ部５がＣａ化合物を含む被膜層６で被覆されている。なお、グリップ部５は、溶接時に溶接ホルダー４で把持される部分である。
　また、図１および図２に示すように、本実施形態に係る溶接棒１は、グリップ部５が被覆剤３で被覆されておらず、被膜層６で被覆された心線２が露出している。溶接時には、溶接ホルダー４でグリップ部５を把持し、圧力を加えたり、擦ったりしてグリップ部５を被覆する被膜層６を剥離してから使用する。被膜層６に含まれるＣａ化合物としては、例えば、水酸化カルシウムや酸化カルシウムなどが挙げられる。
　ここで、溶接ホルダー４は、ケーブル７で溶接用電源８と接続されている。また、溶接用電源８は、ケーブル９で溶接が行われる母材（被溶接材）１０と接続されている。溶接用電源８は、アークを安定的に維持できるものであれば任意のものを使用できる。溶接用電源８で発生させる電流は直流でもよいし、交流でもよい。直流で溶接を行う場合、溶接棒１（電極）側をプラスとしてもよいし、マイナスとしてもよい。溶接棒１に適用される電圧値および電流値は、母材１０の厚さなどを勘案して適宜設定すればよい。溶接ホルダー４、ケーブル７，９、溶接用電源８などは市販されているものを用いることができる。
（被膜層の面積率、厚さ、表面粗さ）
　そして、本実施形態に係る溶接棒１においては、被膜層６のグリップ部５に対する面積率を２０％以上、被膜層６の厚さを０．５～１５μｍ、かつ被膜層６の表面粗さＲａを１．０μｍ以下としている。
　一般的に、溶接棒のアーク安定性は、心線の化学成分の影響を受ける。本発明者が検討したところ、同じ化学成分を有する心線を用いて製造した溶接棒であっても、アーク安定性に差異があることが分かった。そして、本発明者が種々の心線を用いて研究した結果、心線の表面を被覆する被膜層の性状がアーク安定性に影響していることが分かった。
　本発明者の検討では、特に、Ｃａ化合物を含む被膜層６で心線２のグリップ部５を被覆すると、アーク安定性を大きく向上できることが分かった。Ｃａ化合物を含む被膜層６は、心線２の表面に適度の固着力で固着しているため、外部圧力なしでは剥離し難いが、溶接時に溶接ホルダー４で把持すると、その圧力で溶接ホルダー４と接する箇所の被膜層６が剥離し、通電性を確保できる。また、Ｃａ化合物を含む被膜層６が、心線２のグリップ部５に酸化被膜が形成されるのを防止する役割を果たしていると考えられる。このような理由から、被膜層６は、心線２のグリップ部５を保護するのに好適であるといえる。
　本実施形態に係る溶接棒１においては、被膜層６の面積率、すなわち、グリップ部５の単位面積に占める被膜層６が形成されている面積の割合が２０％以上であると、良好なアーク安定性が確実に得られる。他方、被膜層６の面積率が２０％未満であると、心線２のグリップ部５に酸化被膜が形成されるのを防止できないため、アーク安定性が低下する。
　アーク安定性をより向上させる観点から、被膜層６の面積率は４０％以上とするのが好ましく、５０％以上とするのがより好ましく、７０％以上とするのがさらに好ましい。また、前記被膜層６の面積率を１００％とすること、すなわち、グリップ部５全体を完全に被膜層６で被覆することもできる。
　なお、被膜層６の面積率は次のようにして測定することができる。つまり、日本電子株式会社製　ＷＤ／ＥＤコンバイン　電子プローブマイクロアナライザ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｐｒｏｂｅ　Ｍｉｃｒｏ　Ａｎａｌｙｚｅｒ；ＥＰＭＡ）ＪＸＡ－８２００を使用し、加速電圧１５ｋＶ、照射電流５×１０－１０Ａで心線２のグリップ部５を分析する（倍率は４００倍、視野は３ヶ所）。
　そして、１つの視野に対し、画像解析ソフトＪＴｒｉｍを用いて１２８０×９５０ピクセル（ピクセル数１２１６０００）を二値化し、白黒比率を計算する。二値化については、境界のしきい値を１２８（デフォルト設定）とするとよい。これを３視野分行い、測定結果から白の比率の平均値を算出することで、被膜層６の面積率を求めることができる。
　また、被膜層６は、厚さにより剥離の難易度が変わる。本実施形態の場合、被膜層６の厚さを０．５～１５μｍとするのが好ましい。このようにすると、溶接時までは被膜層６が剥離し難く、溶接時に溶接ホルダー４でグリップ部５を把持して圧力をかけたときにこれが剥離される態様とすることができる。他方、被膜層６の厚さが１５μｍを超えると、溶接時の剥離が難くなる。なお、アーク安定性をより向上させる観点から、前記被膜層６の厚さは１２μｍ以下とするのがより好ましい。また、被膜層６の厚さが０．５μｍ未満であると、容易に剥離してしまうため、搬送時の衝撃などで被膜層６がグリップ部５から剥離することがある。さらに、被膜層６の厚さが０．５μｍ未満であると、心線２のグリップ部５に酸化被膜が形成されるのを防止する効果が不十分となる。この効果をより十分に得る観点から、被膜層６の厚さは、０．７μｍ以上がより好ましく、１μｍ以上がさらに好ましい。
　なお、被膜層６の厚さは、心線２の長手方向に対する垂直断面が観察面となるように樹脂に埋め込み、心線２の断面を走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＳＥＭ）で観察（倍率１０００倍、反射電子（ＢａｃｋＳｃａｔｔｅｒｅｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ；ＢＳＥ）像）する。そして、被膜層６の厚さを３ヶ所測定し、平均厚さを算出することで、被膜層６の厚さを求めることができる。
　さらに、被膜層６は、表面粗さによっても剥離の難易度が変わる。被膜層６の表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａが１．０μｍ以下であると、溶接時に溶接ホルダー４でグリップ部５を把持し、圧力をかけることで、被膜層６を容易に剥離できる。他方、被膜層６の表面粗さＲａが１．０μｍを超えると、溶接時の剥離が難しくなる。なお、被膜層６の表面粗さＲａは低いほど好ましく、下限に規定はないが、０．０５μｍ程度が現実的な下限である。被膜層６の表面粗さＲａは、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１：２００１に準じた装置を用いることにより測定することができる。
（溶接棒の好ましい態様）
　本実施形態に係る溶接棒１の好ましい態様として、エネルギー分散型Ｘ線分光法（Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ　Ｘ－ｒａｙ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；ＥＤＸ）で測定した被膜層６のＣａ量が１５～４０質量％、Ｃ量が５～２５質量％、Ｏ量が３０～７０質量％、かつＫ量が１～８質量％であることが挙げられる。被膜層６がＣａ、Ｃ、ＯおよびＫをそれぞれ前記した範囲で含有していると、被膜層６の固着性と剥離性が良好になると共に、心線２のグリップ部５に酸化被膜が形成されるのを防止する効果が向上するため、アーク安定性がより向上する。
　エネルギー分散型Ｘ線分光法による分析は次のようにして行うことができる。例えば、日本電子株式会社製　ＷＤ／ＥＤコンバイン　ＥＰＭＡ　ＪＸＡ－８２００を用い、倍率４００倍の視野について、グリップ部５における１０μｍ×１０μｍの矩形の領域を３ヶ所選択し、ＥＤＸ測定を行う。ＥＤＸの定量分析は、ピュアスタンダード法で行うことができる。標準試料と実試料との強度比から各元素の濃度（含有量）を算出する。これを前記３ヶ所について行い、その平均値を算出することで、ＥＤＸによる被膜層６中のＣａ、Ｃ、ＯおよびＫの含有量を求めることができる。
（製造方法）
　本実施形態に係る溶接棒１は、溶接棒を製造する一般的な設備および条件で製造することができる。本実施形態に係る溶接棒１は、例えば、次のようにして製造することができる。
　まず、一般的な設備および条件でＦｅを含むワイヤバーやビレットなどを製造する。次いで、これを押出加工して伸線し、心線２を製造する。
　なお、製造方法の一実施形態として、伸線時に水酸化カルシウムが主成分（７０質量％以上）である潤滑剤を使用することが挙げられる。潤滑剤の塗布量は０．５～１．０ｍｇ／ｃｍ２とすることができる。伸線速度は３００～７７０ｍ／ｍｉｎとすることができる。伸線時の心線２の温度は１００～１２０℃とすることができる。これらの伸線時の条件は一例であり、これらに限定されない。
　このようにして心線２のグリップ部５に被膜層６を被覆した後、被膜層６の面積率、厚さおよび表面粗さＲａをそれぞれ前記した範囲に調整する。これらの調整は、例えば、スケールを除去するメカニカルディスケーラーを用いることによって行うことができる。
　その後、溶加材となる部分を被覆剤３で被覆することで、本実施形態に係る溶接棒１を製造することができる。
　次に、本発明の効果を奏する実施例とそうでない比較例とを参照して、本発明の内容について具体的に説明する。
　一般的な設備および条件で表１に示す成分のワイヤバーを製造した。次いで、表２に示す成分の潤滑剤を使用してワイヤバーを伸線し、直径３．２ｍｍφ、長さ３５０ｍｍの心線を製造した。そして、メカニカルディスケーラーを用い、条件を種々変更してＣａ化合物を含む被膜層を処理し、後記する表３のＮｏ．１～２０に示す面積率（％）、厚さ（μｍ）、表面粗さＲａ（μｍ）の被膜層で被覆された被覆アーク溶接棒を製造した。Ｃａ化合物を含む被膜層の面積率、厚さ、表面粗さはそれぞれ次のようにして測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
（１）被膜層の面積率
　Ｃａ化合物を含む被膜層のグリップ部に対する面積率は、日本電子株式会社製　ＷＤ／ＥＤコンバイン　ＥＰＭＡ　ＪＸＡ－８２００を使用し、加速電圧１５ｋＶ、照射電流５×１０－１０Ａで心線のグリップ部を分析した（倍率は４００倍、視野は３ヶ所）。そして、１つの視野に対し、画像解析ソフトＪＴｒｉｍを用いて１２８０×９５０ピクセル（ピクセル数１２１６０００）を二値化し、白黒比率を計算した。二値化については、境界のしきい値を１２８とした。これを３視野分行い、測定結果から白の比率の平均値を算出することで、Ｃａ化合物を含む被膜層の面積率を求めた。
（２）被膜層の厚さ
　Ｃａ化合物を含む被膜層の厚さは、心線の長手方向に対する垂直断面が観察面となるように樹脂に埋め込み、心線の断面をＳＥＭで観察（倍率１０００倍、ＢＳＥ像）した。そして、被膜層の厚さを３ヶ所測定し、平均厚さを算出することで、Ｃａ化合物を含む被膜層の厚さを求めた。
（３）被膜層の表面粗さ
　Ｃａ化合物を含む被膜層の表面粗さＲａは、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１：２００１に準じた装置を用いて測定した。
（４）アーク安定性
　製造したＮｏ．１～２０に係る溶接棒を用い、下記の溶接条件で被覆アーク溶接を行い、アーク安定性を評価した。
〔溶接条件〕
・溶接姿勢　　　　　　：下向ビードオンプレート
・被覆アーク溶接棒直径：４．０ｍｍφ
・電流値　　　　　　　：１６０Ａｍｐ．（狙い）
・電圧　　　　　　　　：２５Ｖ（狙い）
・母材の板厚　　　　　：１２ｍｍ
〔アーク安定性の評価〕
　アーク安定性は、電圧波形を観察し、３０秒当たりに生じる急激な電圧降下の回数をカウントすることで評価した。なお、急激な電圧降下とは、平均電圧に対して５Ｖ以上電圧が降下することをいう。図３において、◎で示す太い実線が、急激な電圧降下が生じていない電圧波形、×で示す細い実線が、急激な電圧降下が生じている電圧波形の一例である。図３に示すように、×で示す細い実線の例では、約１４秒の箇所と約２２秒の箇所で急激な電圧降下が生じていることが分かる。なお、電圧データの測定は、キーエンス社製ＮＲ２０００およびＮＲ２０１０を用いて行った。データ収集ソフトは、ＷＡＶＥ　ＳＨＯＴ！２０００（ｖｅｒｓｉｏｎ　１．０８、デフォルト設定）を使用した。
　アーク安定性は以下のように評価した。
Ａ　　：３０秒当たりに生じる急激な電圧降下の回数が０．５回を超え、１回以下
ＡＡ　：３０秒当たりに生じる急激な電圧降下の回数が０回を超え、０．５回以下
ＡＡＡ：３０秒当たりに生じる急激な電圧降下の回数が０回（３回溶接して３回とも急激な電圧降下の回数が０回）
Ｂ　　：３０秒当たりに生じる急激な電圧降下の回数が１回を超える
　なお、電圧降下の回数は、それぞれのサンプルについて、３回ずつ溶接を行い、その平均値で算出した。アーク安定性の評価結果を表３に示す。
（５）被膜層中の元素の分析
　また、次のようにして被膜層中の元素を分析した。日本電子株式会社製　ＷＤ／ＥＤコンバイン　ＥＰＭＡ　ＪＸＡ－８２００を用い、倍率４００倍の視野について、グリップ部における１０μｍ×１０μｍの矩形の領域を３ヶ所選択し、ＥＤＸ測定を行った。ＥＤＸの定量分析は、ピュアスタンダード法で行った。標準試料と実試料との強度比から各元素の含有量を算出した。これを前記３ヶ所について行い、その平均値を算出することで、ＥＤＸによる被膜層中のＣａ、Ｃ、ＯおよびＫの含有量（質量％）とした。なお、表３において、Ｃａ量が１５～４０質量％、Ｃ量が５～２５質量％、Ｏ量が３０～７０質量％、Ｋ量が１～８質量％の範囲に含まれるものを“○”で示し、前記範囲に含まれないものは“×”で示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３に示すように、本発明の実施形態に係るＮｏ．１～１６の溶接棒は、アーク安定性が優れていることを確認した。特に、Ｃａ、Ｃ、ＯおよびＫの含有量が所定の要件を満たしているＮｏ．１～１１に係る溶接棒は、アーク安定性がより優れている傾向にあった。なお、図４に、Ｎｏ．１に係る被覆アーク溶接棒の表面のＳＥＭ像（倍率は４００倍）を示す。
　これに対し、比較例としてＮｏ．１７～２０に係る溶接棒の評価結果を表３に示す。
　具体的には、Ｎｏ．１７に係る溶接棒は、Ｃａ化合物を含む被膜層の厚さが薄過ぎたので、アーク安定性が劣っていた。
　Ｎｏ．１８に係る溶接棒は、Ｃａ化合物を含む被膜層の面積率が小さ過ぎたので、アーク安定性が劣っていた。
　Ｎｏ．１９に係る溶接棒は、Ｃａ化合物を含む被膜層の表面粗さが粗過ぎたので、アーク安定性が劣っていた。
　Ｎｏ．２０に係る溶接棒は、Ｃａ化合物を含む被膜層の厚さが厚過ぎたので、アーク安定性が劣っていた。
　本発明を詳細に、また特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は２０１６年７月２８日出願の日本特許出願（特願２０１６－１４８３８８）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
１　溶接棒（被覆アーク溶接棒）
２　心線
３　被覆剤
４　溶接ホルダー
５　グリップ部
６　被膜層

Claims (2)

  1. 　Ｆｅを含む心線の一部が被覆剤で被覆されている被覆アーク溶接棒であり、
    　溶接ホルダーで把持される前記心線のグリップ部がＣａ化合物を含む被膜層で被覆されており、
    　前記被膜層の面積率が前記グリップ部に対して２０％以上、
    　前記被膜層の厚さが０．５～１５μｍ、かつ
    　前記被膜層の表面粗さＲａが１．０μｍ以下
    　であることを特徴とする被覆アーク溶接棒。
  2. 　エネルギー分散型Ｘ線分光法で測定した前記被膜層のＣａ量が１５～４０質量％、Ｃ量が５～２５質量％、Ｏ量が３０～７０質量％、かつＫ量が１～８質量％であることを特徴とする請求項１に記載の被覆アーク溶接棒。
     
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