JP2003236694A - メッキなしアーク溶接用ワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電流溶接時のスパッタ発生量を低減したメッ
キなしアーク溶接用ワイヤを提供する。 【解決手段】 ワイヤ金属部の全酸素量が６０ｐｐｍ以
下である。また、アルゴンビームを使用したＸ線光電子
分光法により、標準試料としてのＳｉＯ_２をスパッタリ
ングした場合にスパッタリング速度が３．６ｎｍ／分と
なる条件で、ワイヤ表面をスパッタリングしたときに、
スパッタリング時間が６分から１２分までに検出された
酸素の濃度の平均値が２０原子％以下である。ワイヤ表
面の全Ｃａ量が０．２乃至３ｐｐｍであり、ワイヤ表面
に、ＭｏＳ_２、ＷＳ_２及び黒鉛からなる群から選択され
た１種以上が、ワイヤ１０ｋｇ当たりの総量で、０．０
１乃至２．０ｇ存在する。また、ワイヤ表面に、動物
油、植物油及び合成油からなる群から選択された１種以
上が、ワイヤ１０ｋｇ当たりの総量で、０．１乃至２．
０ｇ存在する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は車両、鉄骨、橋梁等
の溶接構造物のアーク溶接施工に広く使用されているメ
ッキなしアーク溶接用ワイヤに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のアーク溶接用ソリッドワイヤは銅
メッキが施されており、特開昭５９−６６９９６号公
報、特開昭５９−６１５９２号公報、特開昭５８−１２
８２９４号公報等に記載されているように、例えば、粒
界酸化等の方法により、ワイヤ表面の酸素濃度を増加す
ることによって、溶接中のスパッタを低減していた。

【０００３】また、特開昭５８−１９２６９４号公報に
記載されているように、メッキありワイヤの場合は、全
体の平均酸素濃度が７０ｐｐｍ以下であるのに対し、ワ
イヤ表面から０．２ｍｍの深さの表層部の酸素量が１０
０〜１０００ｐｐｍであり、表層部の酸素濃度が十分高
い方が、スパッタは減少する。

【０００４】また、特開平１−１７０５９８号公報に記
載の発明は、メッキ密着性を良好にするために、中央部
酸素濃度を表層部酸素濃度の１．２倍以上としている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ワイヤ表面に
銅メッキを施す工程は、酸、アルカリ及び洗浄水等を多
量に消費し、環境負荷が極めて大きい。また、粒界酸化
等の方法でワイヤ表面の酸素量を増加させる技術は、焼
鈍炉の昇温等に多くのエネルギが消費される。銅メッキ
を省略すれば環境負荷を低減できるが、ワイヤ表面から
銅メッキを取り除いただけでは、高電流溶接時のスパッ
タ発生量が著しく増大してしまうという問題点があっ
た。

【０００６】また、特開昭５８−１９２６９４号公報に
記載されたメッキありワイヤの場合は、表面から０．０
５乃至０．２０ｍｍ深さのワイヤ表層部の酸素濃度が高
いものが安定した溶滴移行を示すとしている。しかしな
がら、メッキなしワイヤの場合は、ワイヤ表層部の酸素
濃度を高くすると、高電流溶接時のスパッタが著しく増
大してしまうという問題点があった。

【０００７】更に、特開平１−１７０５９８号公報に記
載されたメッキありワイヤの場合は、ワイヤがメッキを
有するために、スパッタ低減には中央部酸素濃度を６０
〜２３０ｐｐｍと高い範囲にすることが必要である。

【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、メッキを有しないアーク溶接用ワイヤにお
いて、電流溶接時のスパッタ発生量を低減したメッキな
しアーク溶接用ワイヤを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るメッキなし
アーク溶接用ワイヤは、ワイヤ金属部の全酸素量が６０
ｐｐｍ以下であって、アルゴンビームを使用したＸ線光
電子分光法（以下、ＸＰＳという）により、標準試料と
してのＳｉＯ_２をスパッタリングした場合にスパッタリ
ング速度が３．６ｎｍ／分となる条件で、ワイヤ表面を
スパッタリングしたときに、スパッタリング時間が６分
から１２分までに検出された酸素の濃度の平均値が２０
原子％以下であることを特徴とする。

【００１０】本発明に係るメッキなしアーク溶接用ワイ
ヤは、ワイヤ表面の全Ｃａ量が０．２乃至３ｐｐｍであ
ることが好ましく、この場合に、ワイヤ表面に、ＭｏＳ
_２、ＷＳ_２及び黒鉛からなる群から選択された１種以上
が、ワイヤ１０ｋｇ当たりの総量で、０．０１乃至２．
０ｇ存在することが好ましい。更に、ワイヤ表面の全Ｃ
ａ量が０．５乃至５ｐｐｍであることが好ましく、この
場合に、ワイヤ表面に、動物油、植物油及び合成油から
なる群から選択された１種以上が、ワイヤ１０ｋｇ当た
りの総量で、０．１乃至２．０ｇ存在することが好まし
い。

【００１１】従来の銅メッキを有するソリッドワイヤに
おいては、その表面に酸素が高濃度で存在する方が溶接
時のスパッタ低減に有効であるということがこの種の技
術分野において常識であった。また、特開平１−１７０
５９８号公報に記載の発明のように、有効なメッキ密着
性を得るべく、表層部の酸素を低くした場合でも、それ
を補うべくワイヤ中心部の酸素濃度を高くする工夫が施
されている。

【００１２】しかしながら、本発明者等は、メッキなし
ワイヤでは、これと全く反対に、ワイヤの全酸素量（％
又はｐｐｍという質量比で表される酸素量）が低いと共
に、ワイヤ表面の酸素濃度（原子％で表されるＸＰＳ分
析による酸素濃度）が少ない方が、溶接時のスパッタを
低減することができることを見出した。

【００１３】即ち、本発明は、メッキなしワイヤにおい
て、スパッタを低減するためには、従来のメッキありワ
イヤに関する技術とは逆に、ワイヤ金属部の全酸素量を
６０ｐｐｍ以下に抑えておき、更にワイヤ表面から深さ
がＳｉＯ_２レート換算で２１．６ｎｍの位置から、深さ
がＳｉＯ_２レート換算で４３．２ｎｍの位置までのワイ
ヤ表層部の酸素濃度を平均値で２０原子％以下に低減す
ることが必要であるとの新たな知見に基づき完成された
ものである。

【００１４】本発明において、ワイヤ表層部とは、アル
ゴンビームを使用したＸＰＳにより、ワイヤ表面をスパ
ッタリングしたときに、スパッタリング時間が６分経過
した時点から、１２分経過する時点までの期間に、ビー
ムにより掘られる領域である。この６分経過した時点か
ら１２分経過する時点までの期間に、ＸＰＳにより検出
された酸素濃度の平均値をワイヤ表層部の酸素濃度とす
る。

【００１５】この場合に、ＸＰＳによりアルゴンビーム
を照射してワイヤ表面を掘る時間は、標準試料としての
ＳｉＯ_２をスパッタリングした場合にスパッタリング速
度が３．６ｎｍ／分となる条件で、ワイヤ表面をスパッ
タリングしたときのものである。

【００１６】図１は、横軸にスパッタリング時間（分）
及び表面からのＳｉＯ_２レート換算深さ（ｎｍ）をと
り、縦軸に酸素濃度（原子％）をとって、スパッタリン
グによりワイヤ表面を掘り込んでいった場合の酸素濃度
の変化を示す。この図１に記載のデータは、標準試料と
してのＳｉＯ_２をスパッタリングしたときに、スパッタ
リング速度が３．６ｎｍ／分となる条件でワイヤ表面を
スパッタリングしたときのデータである。

【００１７】このように、酸素濃度を規制すべきワイヤ
表面の表層部の領域を規定するために、ＳｉＯ_２を標準
試料としてスパッタリング条件を規定するのは、鋼材は
材質によってスパッタリング速度が異なるためである。
そこで、本発明においては、このような誤差がないＳｉ
Ｏ_２を除去速度の基準として、ワイヤ表面からのＳｉＯ
_２レート換算で、ワイヤ表面からの深さを規定した。

【００１８】具体的には、ＸＰＳ分析装置のアルゴンビ
ームのスパッタリング条件が、例えば、加速電圧３ｋ
Ｖ、加速電流が２５ｍＡ、ビーム入射角度５８°、真空
度が１０^−８torr以下、アルゴンイオンビームの照射領
域が１辺長が５ｍｍの正方形（ワイヤ径よりも広い）と
いう一定の条件で、ワイヤ表面をスパッタリングする。
この条件でスパッタリングしたときに検出された酸素濃
度分布が図１に示すものである。このスパッタリング条
件は、ＳｉＯ_２をスパッタリングした場合には、そのス
パッタリング速度は３．６ｎｍ／分である。そこで、図
１には、横軸にスパッタリング時間だけでなく、このス
パッタリング速度３．６ｎｍ／分で換算したＳｉＯ_２換
算値の深さを併記した。

【００１９】このスパッタリング速度は、以下のように
して求めた。単結晶シリコンの表面に熱酸化により形成
された厚さが既知のＳｉＯ_２膜に前記条件でアルゴンイ
オンビームを照射し、単位時間当たりの酸素とシリコン
との強度比を経時的に測定し、この強度比が急激に変化
したときのスパッタリング時間を求め、このスパッタリ
ング時間でＳｉＯ_２膜の全厚がスパッタリングされて孔
が形成され、下地のシリコンに到達したと判断する。こ
れにより、標準試料のＳｉＯ_２について、スパッタリン
グ時間と、その時間に掘られたＳｉＯ_２膜の厚さとの関
係が求まり、スパッタリング速度が求まる。そこで、こ
のようなスパッタリング速度を複数の標準試料（ＳｉＯ
_２の厚さが異なる）について求め、バラツキに有意性が
ないことを確認した後、これを平均して、スパッタリン
グ速度を３．６ｎｍ／分とした。なお、分光励起用のＸ
線ビームの直径はワイヤ上で１．１ｍｍである。

【００２０】スパッタリング速度は、上述のスパッタリ
ング条件の変動因子以外に、ＸＰＳの分析装置等によっ
ても異なる可能性があり、上述のスパッタリング条件で
スパッタリングしても、スパッタリング速度は異なる可
能性がある。そこで、本発明においては、ＳｉＯ_２を標
準試料として、このＳｉＯ_２にアルゴンビームを照射し
てそのスパッタリング速度を求め、このスパッタリング
速度が３．６ｎｍ／分となるように、スパッタリング条
件を設定し、この設定されたスパッタリング条件でワイ
ヤ表面をスパッタリングしたときに、ＸＰＳにより、ス
パッタリング開始後、６分経過した時点から、１２分経
過する時点までに、検出された酸素濃度の平均を求め、
この酸素濃度平均値を２０原子％以下とする。ＳｉＯ２
レート換算の深さでは、図１に示すように、スパッタリ
ング開始後６分から１２分は、２１．６〜４３．２ｎｍ
になる。

【００２１】図１において、比較例の線分は従来の製造
方法で伸線加工したメッキなしワイヤの酸素濃度分布を
示し、実施例の線分は伸線加工途中における表面酸化を
極力抑えることによって、その表面酸素濃度を２０原子
％以下に制限した場合のものである。

【００２２】この図１に示すように、表面から数ｎｍ乃
至十数ｎｍレベル（鋼材の場合でもこの概略寸法は同様
である）の深さの酸素濃度分布の測定は、従来のよう
に、ワイヤ全質量を融解して赤外線吸収法で測定する方
法では、ワイヤの直径が１ｍｍ程度であることを考慮す
ると、１０^−６以下の分析精度と酸素濃度分布位置の確
定精度とが必要であり、実際上、不可能である。しか
し、実際には、ワイヤ全体の酸素量（質量比で表される
酸素量）が同じであっても、本発明のように、伸線加工
中における表面酸化を極力抑制するといった特別な注意
を払うことにより、従来の製造方法により製造されたワ
イヤに対して、ワイヤ表層部のＸＰＳ分析酸素濃度分布
に差を付けることが可能である。

【００２３】本発明者等は、表層部の酸素濃度の臨界値
として、酸素濃度が２０原子％以下であれば、溶接時の
スパッタリングの低減に効果があることを見いだし、本
発明を完成するに至ったものである。即ち、本発明にお
いては、ワイヤ表層部を、ＳｉＯ_２を標準試料として、
このＳｉＯ_２にアルゴンビームを照射したときのスパッ
タリング速度が３．６ｎｍ／分となるように、スパッタ
リング条件を設定し、この設定されたスパッタリング条
件でワイヤ表面をスパッタリングしたときに、スパッタ
リング開始後、６分経過した時点から、１２分経過する
時点までに、ビームにより掘られた領域と定義し、この
６分経過した時点から１２分経過する時点までに、ＸＰ
Ｓにより検出された酸素濃度の平均値を２０原子％以下
とすることを特徴とする。

【００２４】なお、本発明において、ワイヤ金属部と
は、ソリッドワイヤでは、ワイヤ表面及び表層部の油
類、ＭＯＳ_２、ＷＳ_２、及び黒鉛等の物質を除くワイヤ
全体を指し、フラックス入りワイヤでは内包フラックス
とワイヤ表面及び表層部の油類、ＭｏＳ_２，ＷＳ_２及び
黒鉛等の物質とを除外した外皮金属を指す。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明について更に詳細に
説明する。本発明者等は、メッキを有しないワイヤの表
面に注目し、溶接時のスパッタ発生量を低減させる方法
を鋭意研究したところ、もっとも効果的であったのはワ
イヤ表層部の酸素濃度を低減することであった。更に、
ワイヤ表面の全Ｃａ量を０．２〜３ｐｐｍにすると、ス
パッタ発生量を更に一層低減させることができた。

【００２６】メッキを有しないワイヤの場合、ワイヤ表
面の酸素濃度が低いと、スパッタ発生量が低減する機構
は次のように考えられる。電流密度（平均電流をワイヤ
の実断面積で割った値）が３００Ａ／ｍｍ^２を超えるよ
うな大電流で、ワイヤを使用して溶接すると、給電チッ
プ先端から溶滴生成までの間、ジュール発熱によってワ
イヤ表面は加熱され、酸化される。このとき、もともと
のワイヤ内部及びワイヤ表面の酸素濃度が高いと、更に
ワイヤ表面及び溶滴表面の酸素量は高くなる。適度な酸
素量は溶滴表面張力を適度に低下させ、溶滴の離脱性を
促進し、スパッタの発生量を低減させることができる
が、過度の酸素は溶滴の不要な揺動を促進し、スパッタ
の発生量を逆に増加させる。本発明者等は鋭意実験研究
した結果、スパッタ発生量を低減させるために適正な酸
素量が、メッキワイヤとメッキなしワイヤで異なること
を見出した。メッキなしワイヤにおいては、内部及び表
面の酸素量を低減することによって、溶滴の酸素量を低
減し、特に高電流城における溶滴の揺動を抑制し、スパ
ッタ発生量を低減できる。

【００２７】溶滴表面の酸素量を制御する方法として、
種々の方法が考えられるが、製造上、最も効果的であっ
たのは、ワイヤ金属部の全酸素量を６０ｐｐｍ以下にす
ると共に、最終製品径のワイヤにおいてワイヤ表層部の
酸素濃度を低減することであった。最終ワイヤにおい
て、ワイヤ表層部の酸素濃度を低減させる方法として
は、原線酸洗により酸化スケールを除去すると共に、完
全に酸洗によってスケールを除去した後、伸線過程でワ
イヤ表面温度を上昇させずに伸線する必要がある。具体
的には、伸線時のワイヤ表面温度を１５０℃以下にする
ことが好ましく、このためには、伸線工程における減面
率を低減し、伸線のブロック数を増加させ、各ブロック
間におけるワイヤの冷却を徹底的に実施する。また、伸
線工程の潤滑剤として、Ｃａ石鹸を適宜使用することに
より、伸線工具とワイヤとの間の滑り性を向上させ、加
工発熱をできる限り低減する。更に効果的なのは、ロー
ラ式伸線加工を採用し、各ローラー・パス毎の減面率を
１５％未満とし、伸線工具とワイヤ表面との間の発熱を
抑制することである。ローラーはマイクロミルを使用し
ても良く、又はローラダイスを使用しても良い。穴ダイ
ス式伸線加工の場合は、減面率を１５％未満として、伸
線時のワイヤ表面温度が１５０℃以下となるように、低
速で伸線することにより、ワイヤ表層部の酸素濃度を低
減することができる。

【００２８】更に、適量のＣａを製品で残留させること
で、効果的に最終製品径におけるワイヤ表面酸素量を低
減することができる。過多のＣａは逆にスパッタ発生量
を増加させるために、Ｃａ石鹸の使用箇所は一次伸線に
使用することが好ましく、過多に残留した場合は、最終
製品径近くで機械的研磨を実施して、除去すればよい。
二次伸線の潤滑剤は洗浄性に優れるＮａ石鹸又はＫ石鹸
が好ましく、伸線終了後に温水にて除去する。湿式伸線
を実施すると、ワイヤのマクロ的な温度は更に低減する
が、湿式伸線は潤滑性が悪く、加工時のワイヤ表面温度
は高くなりやすい。湿式伸線は更に減面率を落とすこと
によって使用することができる。

【００２９】ワイヤの最表面部（図１のＳｉＯ_２レート
換算で最表面の深さ０ｎｍの位置から深さ２０ｎｍまで
の領域）の酸素濃度は、表面の凹凸又は伸線後の製品保
存雰囲気に起因する若干のバラツキが発生する。これに
対し、この部分の酸素濃度は除外して、表面からの深さ
が２１．６ｎｍの位置から、深さが４３．２ｎｍの位置
までの表層部（スパッタリング時間６分から１２分）に
分布する酸素濃度を測定し、その平均値をとると、スパ
ッタ発生量との間に良い相関関係が存在する。このよう
なワイヤ表層部の酸素濃度の測定は、通常の化学分析で
は困難なために、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）による機
器分析で、Ａｒイオンビームで研削しながら、Ｘ線で励
起された光電子の強度比を測定することにより実施し
た。

【００３０】ワイヤ表面のＭｏＳ_２、ＷＳ_２及び／又は
黒鉛は、伸線過程でワイヤ表面に埋め込むか、又は最終
工程でワイヤ表面に塗布すれば、ワイヤ表面に付加する
ことができる。ワイヤ表面のＭｏＳ_２、ＷＳ_２及び／又
は黒鉛は、ワイヤの滑り性を向上させ、ワイヤの送給性
を向上させるために、スパッタを低減することができ
る。

【００３１】更に、スパッタを低減させるためには、ワ
イヤ表面に適正量の油を塗布することによって、ワイヤ
の滑り性が向上し、スパッタ発生量を低減することがで
きる。

【００３２】なお、本発明は、メッキなしのソリッドワ
イヤに適用することができることは勿論のこと、メッキ
なしのフラックス入りワイヤに適用しても、スパッタを
低減することができる。

【００３３】次に、本発明の数値限定理由について説明
する。

【００３４】ワイヤ金属部の全酸素量が６０ｐｐｍ以下
であって、ワイヤ表面から深さがＳｉＯ_２レート換算で
２１．６ｎｍの位置から深さがＳｉＯ_２レート換算で４
３．２ｎｍの位置までの表層部の平均酸素濃度が２０原
子％以下 スパッタの発生防止上、ワイヤ表層部の酸素は低い方が
好ましい。伸線温度を常時１５０℃以下にすることによ
ってワイヤ表面の酸化が抑制され、スパッタの発生量が
低減する。

【００３５】ワイヤ表面の全Ｃａ量が０．２乃至３ｐｐ
ｍ Ｃａが０．２ｐｐｍ未満では、潤滑性能が劣化し、ワイ
ヤ表面の酸素濃度が上昇し、スパッタ発生量が増加す
る。Ｃａ系の潤滑剤を使用すると、伸線性が向上するた
めに、ワイヤの加工発熱を低減することができる。しか
し、Ｃａが３ｐｐｍより多いと、ワイヤ表面の酸素量は
十分低減できるが、逆にＣａ自身が溶滴の安定した形成
を阻害し、スパッタが増加する。このため、Ｃａ量は３
ｐｐｍ以下とすることが好ましい。

【００３６】ワイヤ表面にＭｏＳ_２、ＷＳ_２及び黒鉛か
らなる群から選択された１種以上がワイヤ１０ｋｇ当た
りの総量で０．０１乃至２．０ｇ ＭｏＳ_２、ＷＳ_２又は黒鉛が総量で０．０１ｇ／１０ｋ
ｇ未満では、ワイヤの滑り性が向上せず、スパッタが増
加する。一方、ＭｏＳ_２、ＷＳ_２又は黒鉛が総量で２．
０ｇより多いと、詰まり量が増加し、連続溶接性が劣
る。

【００３７】ワイヤ表面に動物油、植物油、鉱物油及び
合成油からなる群から選択された１種以上がワイヤ１０
ｋｇ当たりの総量で０．１乃至２ｇ 油脂が０．１ｇ未満ではワイヤの滑り性が悪くなり、給
電チップの摩耗が増える。一方、油脂が２．０ｇより多
いと、詰まり量が増加し、連続溶接性が劣る。

【００３８】次に、各成分の測定方法について説明す
る。

【００３９】ワイヤの全酸素量分析方法 ソリッドワイヤは、ワイヤをアセトン等の有機溶媒を用
いて脱脂した後、不活性ガス中で高周波加熱溶解し、抽
出された酸素量を、非分散型赤外線吸収法で測定し、ワ
イヤ単位質量あたりに換算することにより、ワイヤ全酸
素量を測定できる。例えば、脱脂後にHORIBA製のEMGA-6
20等の機器で測定すれば良い。フラックス入りワイヤの
場合は、機械的にフラックスを除去した後、酸洗によっ
て残存するフラックスを完全に除去する。その後、ソリ
ッドワイヤと同様に、酸素量を測定する。

【００４０】ワイヤ表層部の酸素濃度分析方法 ワイヤをアセトン等の有機溶剤を用いて脱脂した後、例
えば、パーキンエルマー社製のＰＨＩ５４００ＭＣＸ線
光電子分光（ＸＰＳ）装置を用いて、ワイヤ表面の観察
を行った。Ｘ線源はＭｇＫα（４００Ｗ）である。測定
原理は高真空容器内に試料を設置し、Ａｒイオンを用い
てワイヤ表面をスパッタリングし、表面を除去しなが
ら、Ｘ線を照射し、表面を構成する原子から発生する光
電子をスペクトル解析し、表面を構成する原子組成を決
定するものである。分析領域は直径が１．１ｍｍの円領
域であり、検出器と試料とがなす角度は４５°である。
Ａｒイオンによるスパッタリング速度はＳｉ単結晶表面
に形成された熱酸化膜、即ちＳｉＯ_２をターゲットとし
た場合、３．６ｎｍ／分である（加速電圧３ｋＶ、加速
電流２５ｍＡ、入射角５８°）。そこで、ワイヤ表面か
らの距離はスパッタリング時間に相当するＳｉＯ_２の除
去深さを代替値として使用することができる。酸素濃度
は、Ｃ＝（Ｉｏ／Ｓｏ）×１００／Σ（Ｉｉ／Ｓｉ）の
式により求めることができる。但し、Ｃは酸素の原子
％、Ｉは光電子のピーク積分強度、Ｓは相対感度計数で
ある。

【００４１】図１は酸素濃度の測定例を示す。スパッタ
リング時間が５分相当、すなわちＳｉＯ_２換算で１８ｎ
ｍまでは表面汚染等のノイズがあり、酸素濃度のばらつ
きが大きい。５分３０秒〜８分２０秒相当、即ちＳｉＯ
_２換算で２０〜３０ｎｍの平均値が、酸素濃度とスパッ
タ発生量の間に良い相関が見られた。なお、図１におい
て、実施例とはワイヤの表層部の酸素濃度が２０原子％
以下の場合、比較例とは表層部酸素濃度が２０原子％よ
り高い場合の例である。また、上述の如く、ＳｉＯ_２換
算としたのは、鋼材は材質によってスパッタリング速度
が異なるため、このような誤差がないＳｉＯ_２を除去速
度の基準とした。

【００４２】黒鉛分析方法 ワイヤを有機溶媒（例えば、エタノール、アセトン、石
油エーテル等）で洗浄した後、洗浄液をポア径（フィル
タの目の粗さ）が０．２μｍのガラスフィルタで濾過す
る。その後、ガラスフィルターを乾燥させる。このガラ
スフィルターをそのまま試料として炭素分を測定する。
得られた炭素量を（ａ）とする。

【００４３】エタノール洗浄した後のワイヤを硝酸水溶
液（濃硝酸が１、水が２の割合）に１２０秒間浸漬し、
ワイヤ表面のみを溶解し、ガラスフィルターで濾過した
後、乾燥して、このガラスフィルターをそのまま試料と
して炭素分を測定する。この測定値を（ｂ）とする。使
用前のガラスフィルターの炭素分も測定し、ブランク値
（ｃｌ、ｃ２）とする。ワイヤ中に固溶した炭素分はガ
ラスフィルターには捕集されず、ロ液に溶解する。ワイ
ヤ表面に付着又は埋め込まれた遊離黒鉛のみがフィルタ
ーに捕集される。そこで、下記式のように、（ａ）及び
（ｂ）から（ｃ１）及び（ｃ２）を差し引き、ワイヤ質
量１０ｋｇで徐することにより、ワイヤ１０ｋｇ当たり
の黒鉛塗布量を測定することができる。 （ａ）＋（ｂ）−（ｃｌ）−（ｃ２）

【００４４】ＭｏＳ_２、ＷＳ_２分析方法 ワイヤを有機溶媒（例えば、エタノール、アセトン、石
油エーテル等）で洗浄した後、洗浄液をろ紙で濾過し、
その後、ろ紙を乾燥させる。このろ紙を白煙処理するこ
とによりＭｏＳ_２又はＷＳ_２を溶解し、原子吸光法によ
ってＭｏ又はＷを定量化する。この値を（ａ）とする。
エタノール洗浄した後のワイヤを塩酸（１＋１）に浸漬
して溶解し、ＭｏＳ_２又はＷＳ_２を遊離させる。溶液を
ろ紙で濾過した後、白煙処理によってＭｏＳ_２又はＷＳ
_２を熔解し、原子吸光法によってＭｏ又はＷを定量化す
る。この値を（ｂ）とする。そして、（ａ）＋（ｂ）を
ＭｏＳ_２又はＷＳ_２に換算し、ワイヤ質量１０ｋｇで徐
することによって、ワイヤ１０ｋｇ当たりのＭｏＳ_２又
はＷＳ_２塗布量を求める。

【００４５】ワイヤ表面の油量分析 ワイヤ表面を四塩化炭素で洗浄し、赤外吸収法で定量測
定する。

【００４６】ワイヤ表面のＣａ分析方法 ワイヤを５０ｇ秤量し、濃塩酸（３５％）：水＝１：１
の水溶液５０ｃｃに投入し、軽く振とうする。５分放置
し、ワイヤ断面で直径が３０μｍ程度減少するまでワイ
ヤを溶解する。全Ｃａは塩酸水溶液中に溶解するので、
これをろ紙で濾過し、ろ液に水を加えて２００ｃｃとす
る。この液をＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma Emi
ssion Spectroscopy）で分析し、Ｃａ濃度を測定する。
得られたＣａ濃度からワイヤ表面のＣａ量を算出する。

【００４７】

【実施例】以下、本発明の実施例の効果について、本発
明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。

【００４８】先ず、メッキ無しソリッドワイヤの場合、
原線を塩酸に浸漬し、表面から完全にスケールを除去し
た。一次伸線の第１ブロックでＣａ石鹸を用い、Ｎａ石
鹸又はＫ石鹸で希釈することにより残留Ｃａ量を調節し
た。各伸線工具における最大減面率は１５％未満、より
好ましくは１０％未摘に設定し、加工直後の線温を１２
０℃未満、より好ましくは８０℃未満とした。加工後の
線温が室温＋１０℃になるまで強制冷却した後に、次の
ブロックで伸線を実施した。伸線終了後は簡易研磨装置
で不要な潤滑剤を除去した後、温水洗浄後、所定の油を
塗布した。ＭｏＳ_２，ＷＳ_２、及び／又は黒鉛は、伸線
潤滑剤に混合するか、最終塗布油に混合して、ワイヤ表
面に塗布した。

【００４９】次に、メッキ無しシームレスフラックス入
りワイヤの場合、上記の原線として所定のフラックスを
内包したパイプ状のものであって、後工程はメッキ無し
ソリッドワイヤと同一である。更に、メッキ無しシーム
有りフラックス入りワイヤの場合、予め酸洗された帯鋼
を使用して、その帯鋼にて所定のフラックスを包んだ
後、各種伸線工具で連続伸線した。表面のＣａ量は伸線
潤滑剤中に添加したＣａ石鹸濃度で残留Ｃａ量を調節し
た。各伸線工具における最大減面率は１５％未満、より
好ましくは１０％未摘に設定し、加工直後の線温を１２
０℃未満、より好ましくは８０℃未満とした。加工後の
線温が室温＋１０℃になるまで強制冷却した後に、次の
ブロックで伸線を実施した。伸線終了後は簡易研磨装置
で不要な潤滑剤を除去した後、所定の油を塗布した。Ｍ
ｏＳ_２，ＷＳ_２、及び／又は黒鉛は、伸線潤滑剤に混合
するか、又は最終塗布油に混合して、ワイヤ表面に塗布
した。

【００５０】溶接ワイヤは、直径が１．２ｍｍであり、
メッキなしのソリッドワイヤとフラックス入りワイヤで
ある。ソリッドワイヤの化学組成は、ＪＩＳ ＹＧＷ１
１、ＹＧＷ１２、ＹＧＷ１５、ＹＧＷ１６、ＹＧＷ１
７、ＹＧＷ１８である。下記表１は実際に試験評価に使
用したソリッドワイヤの成分組成の具体例を示す。な
お、単位は質量％であり、Tr.とは、微量（Trace）であ
ることを示す。表層酸素濃度の増加度合いは、ＹＧＷ１
１〜ＹＧＷ１８の違いにはよらず、むしろ伸線加工中の
ワイヤ表面温度によるものである。このワイヤを使用し
て溶接試験した。フラックス入りワイヤの化学組成は、
ＪＩＳ ＹＦＷＣ５０ＤＸである。

【００５１】下記表２は実際に試験評価に使用したフラ
ックス入りワイヤの成分組成の具体例を示す。なお、ワ
イヤの全酸素量はワイヤ外皮の酸素量により決まり、本
実施例では、４０ｐｐｍであった。また、ワイヤ表面酸
素濃度はソリッドワイヤと同じく伸線加工中の表面温度
に影響された。

【００５２】図２はスパッタ発生量の測定方法を示す。
厚さが２５ｍｍの溶接母材３を間に挟んで、断面がコ字
形の１対の捕集板１を配置し、トーチ２を捕集板１間に
挿入し、溶接母材３の長手方向に溶接した。溶接条件は
ワイヤ直径が１．２ｍｍであり、シールドガスはＣ
Ｏ_２：１００％である。溶接電流は３３０Ａ、溶接電圧
は３９Ｖ、溶接速度は３０ｃｍ／分、ワイヤ突出し長が
３０ｍｍであり、ビードオンプレートで溶接した。上記
溶接条件で溶接したときに溶接線外に飛散した全スパッ
タ発生量を測定し、これを溶接時間で徐して、一分間当
たりのスパッタ発生量を求めた。スパッタ発生量はｇ／
分単位で測定して、評価した。

【００５３】表１に示すソリッドワイヤについての測定
結果を下記表３に示す。表３において、「スパッタ量か
らの品質評価」欄は、◎がスパッタ発生量が０．８ｇ／
分未満、○が０．８ｇ／分以上０．９ｇ／分未満、△〜
○が０．９ｇ／分以上１．０ｇ／分未満、×〜△が１．
０ｇ／分以上１．１ｇ／分未満、×が１．１ｇ／分以上
である。

【００５４】また、表２に示すフラックス入りワイヤに
ついての測定結果を下記表４に示す。表４において、
「スパッタ量からの品質評価」欄は、◎がスパッタ発生
量が０．３ｇ／分未満、○が０．３ｇ／分以上０．４ｇ
／分未満、△〜○が０．４ｇ／分以上０．５ｇ／分未
満、×〜△が０．５ｇ／分以上０．６ｇ／分未満、×が
０．６ｇ／分以上である。

【００５５】

【表１】

【００５６】

【表２】

【００５７】

【表３】

【００５８】

【表４】

【００５９】この表３に示すように、本発明のソリッド
ワイヤについての実施例Ａ１乃至Ａ１４は本件請求項１
の範囲を満足するので、本発明の範囲から外れる比較例
Ａ１５乃至Ａ１７に比して、スパッタ発生量が少なく、
品質評価も良好であった。これに対し、比較例Ａ１５乃
至Ａ１７のワイヤは、ワイヤ表面の酸素濃度が２０原子
％を超え、又はワイヤ全体の酸素量が６０ｐｐｍを超え
るものであるため、スパッタ発生量が１ｇ／分を超え、
大量のスパッタが発生した。

【００６０】また、本発明の実施例において、実施例Ａ
３，Ａ４は請求項４から外れるため、実施例Ａ７，Ａ８
は請求項３を外れるため、実施例Ａ１１、Ａ１２は請求
項２を外れるため、実施例Ａ１４は請求項２乃至３の全
ての条件から外れるため、これらの全ての条件を満足す
る実施例Ａ１，Ａ２，Ａ５，Ａ６，Ａ９，Ａ１０，Ａ１
３に比して若干スパッタ発生量が増大した。

【００６１】一方、表４に示すように、フラックス入り
ワイヤについての実施例Ｂ１乃至Ｂ１４は本件請求項１
の範囲を満足するので、本発明の範囲から外れる比較例
Ｂ１５乃至ＢＡ１８に比して、スパッタ発生量が少な
く、品質評価も良好であった。これに対し、比較例Ｂ１
５乃至Ｂ１８のワイヤは、ワイヤ表面の酸素濃度が２０
原子％を超えるものであるため、スパッタ発生量が０．
５８ｇ／分を超え、フラックス入りワイヤとしては大量
のスパッタが発生した。

【００６２】また、本発明の実施例において、実施例Ｂ
３，Ｂ９、Ｂ１３は請求項４から外れるため、実施例Ｂ
６，Ｂ７，Ｂ１４は請求項３を外れるため、実施例Ｂ１
１、Ｂ１３，Ｂ１４は請求項２を外れるため、これらの
全ての条件を満足する実施例Ｂ１，Ｂ２，Ｂ４，Ｂ５，
Ｂ８，Ｂ１０，Ｂ１２に比して若干スパッタ発生量が増
大した。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
メッキを有しないアーク溶接用ワイヤのスパッタ発生量
を著しく低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スパッタ時間と、酸素濃度（原子％）との関係
を示すグラフ図である。

【図２】スパッタ発生量の測定方法を示す図である。

【符号の説明】

１：捕集板 ２：トーチ ３：溶接母材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 輿石 房樹 神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１ 株 式会社神戸製鋼所藤沢事業所内 Ｆターム(参考） 4E084 AA01 BA02 BA03 BA29 CA24 CA25 CA29 DA11 DA33 GA02 GA03 HA04 HA06 HA10

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワイヤ金属部の全酸素量が６０ｐｐｍ以
   下であって、アルゴンビームを使用したＸ線光電子分光
   法により、標準試料としてのＳｉＯ_２をスパッタリング
   した場合にスパッタリング速度が３．６ｎｍ／分となる
   条件で、ワイヤ表面をスパッタリングしたときに、スパ
   ッタリング時間が６分から１２分までに検出された酸素
   の濃度の平均値が２０原子％以下であることを特徴とす
   るメッキなしアーク溶接用ワイヤ。
2. 【請求項２】 ワイヤ表面の全Ｃａ量が０．２乃至３ｐ
   ｐｍであることを特徴とする請求項１に記載のメッキな
   しアーク溶接用ワイヤ。
3. 【請求項３】 ワイヤ表面に、ＭｏＳ_２、ＷＳ_２及び黒
   鉛からなる群から選択された１種以上が、ワイヤ１０ｋ
   ｇ当たりの総量で、０．０１乃至２．０ｇ存在すること
   を特徴とする請求項２に記載のメッキなしアーク溶接用
   ワイヤ。
4. 【請求項４】 ワイヤ表面に、動物油、植物油及び合成
   油からなる群から選択された１種以上が、ワイヤ１０ｋ
   ｇ当たりの総量で、０．１乃至２．０ｇ存在することを
   特徴とする請求項２に記載のメッキなしアーク溶接用ワ
   イヤ。