JP3566643B2 - 溶接用ワイヤ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はソリッドワイヤ又はフラックス入りワイヤからなる溶接ワイヤに関し、特に、銅メッキ工程を使用することなく製造され、溶接時のスパッタ発生量が少なく送給ローラのグリップ性がよい溶接用ワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、最終製品において送給性及び防錆性等の向上を図るため、ソリッドワイヤ及びシームレスフラックス入りワイヤにおいて、伸線途中で銅メッキを施す方法がある。銅メッキは、それ自体が優れた固体潤滑剤として作用し、伸線性の向上にも寄与している。しかし、銅メッキ工程は、メッキ液の濃度管理並びに銅及び対電極の管理等の煩雑なライン管理が必要である。このため、銅メッキ工程はワイヤの製造コストを考慮すると、極めてコストの負担がかかる重荷な工程である。更に、この銅メッキ工程は作業雰囲気中に酸ミストを撒き散らし廃液処理及び産業廃棄物処理を伴うため、環境への配慮からも銅メッキ無しの溶接ワイヤの送給性等の特性向上が必要である。
【０００３】
一般に、アーク溶接用ワイヤの送給性を向上させる方法としては、ワイヤの表面に滑り性を有する潤滑剤を塗布する方法がある。ワイヤ表面に塗布する潤滑剤としては、特開平６−２８５６７８号公報及び特開平９−７０６８４号公報に開示されているように、ＭｏＳ２、ＷＳ２、ＰＴＦＥ、Ｃ、フッ化黒鉛又は金属石鹸がある。これらは全てワイヤの送給性を向上し、且つ送給を安定化させる目的で塗布されている。
【０００４】
また、スパッタ発生量を低減することを目的とし、特願２０００−０５０３４９号には、銅メッキ無しのアーク溶接用ワイヤにおいて、結晶性が良好な黒鉛をワイヤ表面又は表面直下に存在させる方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平６−２８５６７８号公報及び特開平９−７０６８４号公報に記載の技術のように、送給抵抗を低減させることを目的として、ワイヤ表面に滑り性を有するＭｏＳ２、ＷＳ２、ＰＴＦＥ、Ｃ、フッ化黒鉛又は金属石鹸を塗布すると、給電チップ及びスプリングライナ内部での摩擦係数が低減すると共に、送給ローラでの滑りが発生しやすくなるため、逆にワイヤの送給性が悪化するという問題点がある。従って、給電チップ及びスプリングライナ内部での送給安定性及び送給ローラにおける滑り防止を両立させることはできないという問題点がある。
【０００６】
また、特願２０００−０５０３４９号においては、ワイヤ表面又は表面直下に結晶性が良好な黒鉛が存在していると、ワイヤ表面での滑り性は向上するが、スプリングライナ内部での摩擦抵抗を低減させる効果以上に送給ローラでの滑りが顕著となるため、逆に送給が不安定となってしまう。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、銅メッキを施さず、給電チップ及びスプリングライナ内部での送給性を損なうことなく、且つ送給ローラでのワイヤ滑りをなくし、ワイヤ送給性が安定した溶接用ワイヤを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る溶接用ワイヤは、銅メッキを施していないソリッドワイヤ又は銅メッキを施していないフラックス入りワイヤであって、ＣｕＫαを線源としたとき、黒鉛の（００２）回折線に相当するＸ線回折ピークの回折角２θが２４．０乃至２６．５゜の範囲にあり、前記Ｘ線回折ピークの半値幅が２．０゜以上である炭素が前記ワイヤの表面上及び／又は表面直下に存在することを特徴とする。なお、ワイヤの表面とは、ソリッドワイヤの場合はその線材の表面であり、フラックス入りワイヤの場合はシースの外周面である。
【０００９】
本発明においては、ワイヤ表面に炭素を塗布することによって、溶接中のスパッタの発生を低減することができる。しかしながら、炭素の中でも結晶性が良好な黒鉛を使用すると、極圧添加剤として過剰に作用する。即ち、供給チップ及びスプリングライナ内部での摩擦抵抗を低減する以上に送給ローラでの滑りが顕著となる。送給抵抗を低減し、同時に送給ローラでのグリップ性を向上させるためには、結晶性が良好な黒鉛と比較して結晶性が悪い炭素、即ち、黒鉛の（００２）回折線に相当する回折ピークの回折角２θが２４．０乃至２６．５゜の範囲内にあり、その回折ピークの半値幅が２．０゜以上である炭素を使用する。これにより、スパッタ発生量を低減し、ワイヤの送給を安定させることができる。
【００１０】
前記ワイヤの表面上及び／又は表面直下に、（００２）回折線のピーク位置から求めた面間隔ｄ００２が０．３３５３ｎｍ乃至０．３３７２ｎｍである黒鉛が存在してもよい。なお、本発明の炭素及び黒鉛は、ワイヤ表面又は直下に粒及び油と混ざり合った状態で存在する。
【００１１】
また、前記炭素又は前記炭素及び黒鉛は、前記ワイヤの表面上及び／又は表面直下にワイヤ１０ｋｇ当たり０．０５乃至５ｇ存在することが好ましい。
【００１２】
更に、粒径が０．１乃至１０μｍのＭｏＳ２が前記ワイヤの表面上及び／又は表面直下に前記ワイヤ１０ｋｇ当たり０．０１乃至１．０ｇ存在することが好ましい。粒径が０．１乃至１０μｍのＭｏＳ２が炭素と共に存在することにより、炭素のみと比較して、送給性が向上するためスパッタ発生量低減の効果が増大する。
【００１３】
更にまた、植物油、動物油、鉱物油及び合成油からなる群から選択された少なくとも１種以上の油が総量で前記ワイヤの表面にワイヤ１０ｋｇ当たり０．２乃至３ｇ存在することが好ましい。適正量の油を存在させることにより、グリップ性を損なうことなく、ワイヤの軽荷重における送給性を向上させ、スパッタの発生量を低減させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本願発明者等は、給電チップ及びスプリングライナにおける滑り性が高くワイヤ送給性が優れていると共に、送給ローラでの滑りを防止することを目的として、銅メッキ無しワイヤの表面近傍の付着物の作用効果を鋭意実験研究した。その結果、付着物の量、付着状態、並びに付着物の組成及び粒径を適正化し、炭素を銅メッキ無しワイヤの表面及び／又は表面直下に存在させることにより、送給ローラでのワイヤ滑りを防止すると共にスパッタを効果的に低減させることができることを見出した。また、本願発明者等は、ワイヤ送給性及び送給ローラでの滑り防止を改善するためには、銅メッキ無しワイヤ表面及び／又は表面直下に存在する炭素の量及び粒径と共にその結晶性が重要であることを見い出した。即ち、黒鉛の（００２）回折線に相当するＸ線回折ピークが２４．０乃至２６．５゜の範囲内にあり、ＣｕＫαを線源としたとき、その回折ピークの半値幅が２．０゜以上であることが必要である。
【００１５】
本発明では、このような結晶性が悪い炭素をワイヤ表面上及び／又はワイヤ表面直下に存在させることを特徴とする。ワイヤ表面の炭素は脱酸剤として作用して直接的にスパッタ発生量を低減する効果を有する。しかし、ワイヤ表面に炭素が存在しても送給性が悪いと、アークが不安定になり、スパッタ発生量が増大する。結晶性が悪い炭素がワイヤ表面上及び／又は表面直下に存在すると、送給ローラでのグリップを確保することができ、送給性が安定するため、間接的にスパッタ発生量を低減することができる。更に、炭素と共にＭｏＳ２が存在すると、供給チップ及びスプリングライナでの滑り性を確保することができ、これによりワイヤ送給性が安定し、更にスパッタ発生量を低減することができる。なお、本発明の溶接ワイヤは、銅メッキを施していないソリッドワイヤ又は銅メッキを施していないフラックス入りワイヤであり、また、ワイヤの表面とは、ソリッドワイヤの場合はその線材の表面であり、フラックス入りワイヤの場合はシースの外周面である。
【００１６】
以下、本発明に係る溶接用ワイヤについて詳細に説明する。先ず、本発明の溶接用ワイヤの組成物、組成物の粒径及び組成物の量の限定理由について説明する。
【００１７】
ＣｕＫαを線源としたときに黒鉛の（００２）回折線に相当するＸ線回折ピークの回折角２θが２４．０乃至２６．５゜の範囲にあり、前記Ｘ線回折ピークの半値幅が２．０゜以上である炭素
ＣｕＫαを線源としたときに黒鉛の（００２）回折線に相当するＸ線回折ピークの回折角２θが２４．０乃至２６．５゜の範囲にある炭素をワイヤの表面上及び／又は表面直下に存在させると、給電チップ及びスプリングライナにおける滑り性が高く送給性が優れていると共に、送給ローラでの滑りを防止することができる。
【００１８】
また、ＣｕＫαを線源としたとき、黒鉛の（００２）回折線に相当するＸ線回折ピークの半値幅が２．０゜より小さい炭素、即ち結晶性が良好な炭素（以下、黒鉛という）をワイヤに塗布した場合、スプリングライナでの滑りは良好であるが、送給ローラで滑りが発生し、送給が不安定になる。従って、スパッタ発生量は増加してしまう。一方、ＣｕＫαを線源としたとき、黒鉛の（００２）回折線に相当するＸ線回折ピークの半値幅が２．０゜以上の炭素、即ち前記黒鉛より結晶性が悪い炭素をワイヤに塗布したものは、送給ローラでのグリップ性が良好で、送給が安定するため、スパッタ発生量が低減する。従って、黒鉛の（００２）回折線に相当するＸ線回折ピークの位置が２４．０乃至２６．５゜の範囲内にあり、その半値幅が２．０゜以上である炭素が最適である。これにより、送給ローラでのグリップ性が向上し、給電チップ及びスプリングライナ内部における送給量が安定するため、スパッタ発生量が減少する。
【００１９】
炭素がワイヤ表面に存在しているか否かはワイヤ表面を有機溶剤等で洗浄し、洗浄液をろ過することにより検知できる。そして、このろ液について、Ｘ線回折を行い、黒鉛の（００２）回折線に相当するＸ線回折ピークの回折角２θが２４．０乃至２６．５゜の範囲内にあり、ＣｕＫαを線源としたときの半値幅が２．０以上であるか否かを測定することにより、効果的に給電チップ及びスプリングライナ内部における滑り性を確保し、送給ローラでの滑りを防止できる炭素がワイヤ表面に存在しているか否かを区別することができる。
【００２０】
ワイヤの表面上及び／又は表面直下に（００２）回折線のピーク位置から求めた面間隔ｄ ００２ が０．３３５３ｎｍ乃至０．３３７２ｎｍである黒鉛が存在する
上述のＣｕＫαを線源としたときに黒鉛の（００２）回折線に相当するＸ線回折ピークの回折角２θが２４．０乃至２６．５゜の範囲にあり、前記Ｘ線回折ピークの半値幅が２．０゜以上である炭素に対し、ワイヤの表面上及び／又は表面直下に（００２）回折線のピーク位置から求めた面間隔ｄ００２が０．３３５３ｎｍ乃至０．３３７２ｎｍである結晶性がよい黒鉛が含まれていても同様の効果を奏する。そして、上述の炭素に結晶性がよい黒鉛が含まれているもの（以下、黒鉛含有炭素という）の場合においても、炭素と同様にＸ線回折により同定することができる。黒鉛含有炭素のＸ線回折を行うと、黒鉛が混合された炭素は、黒鉛以外の黒鉛より結晶性が悪い炭素による幅が広いブロードのピークと、結晶性がよい黒鉛による鋭いピークとが観測される。この２種類のＸ線回折ピークの線形分離を行い、幅が広いＸ線回折ピークの回折角２θが２４．０乃至２６．５゜の範囲内にあり、Ｘ線回折ピークの半値幅が２．０゜以上であり、また、幅が狭いＸ線回折ピーク位置から求めた面間隔ｄ００２が０．３３５３乃至０．３３７２ｎｍであるか否かを測定する。この幅が狭いＸ線回折ピークは黒鉛によるもので、黒鉛のなかでもその面間隔ｄ００２が０．３３５３乃至０．３３７２ｎｍである結晶性がよい黒鉛がスパッタ発生量低減の効果を有する。このように、Ｘ線回折により、炭素のＸ線回折ピークの位置、回折ピークの半値幅、面間隔等を測定することにより、黒鉛含有炭素がワイヤ表面に存在しているか否かを区別することができる。但し、この結晶性がよい黒鉛は黒鉛混合炭素の総質量に対して９０％以下とする。
【００２１】
炭素又は炭素及び黒鉛がワイヤ１０ｋｇ当たり０．０５乃至５ｇ存在する
ワイヤの表面上及び／又は表面直下に存在する炭素量がワイヤ１０ｋｇ当たり０．０５ｇ未満では、スパッタ発生量を低減する効果が少ない。一方、ワイヤの表面上及び／又はワイヤ表面直下に存在する炭素量が５ｇより多いと、溶滴の脱離が阻害され、アークが不安定になるため、逆にスパッタを増加させると共に、溶接金属中のＣの質量％が０．０５質量％程度増加し、溶接金属の強度設計値を変化させるという不具合が生じる場合がある。従って、５ｇワイヤの表面上及び／又はワイヤ表面直下に存在する炭素量はワイヤ１０ｋｇ当たり０．０５乃至５ｇとすることが好ましい。なお、この炭素量とは、結晶性がよい黒鉛を含む場合は、この炭素及び黒鉛の総量である。
【００２２】
また、本願発明者等は炭素のワイヤ表面への付着状態としては、炭素はワイヤの表面及び表面直下であってよく、ワイヤの表面近傍に存在していればよいことを知見した。即ち、例えば、伸線潤滑剤として炭素、又は炭素と他の潤滑剤である例えば金属石鹸、ワックス、油脂、グリース及び水等とを混合して使用し、伸線工程でワイヤ表面の凹部に埋め込んだものと、表面直下に埋め込まれ伸線工程で表面が薄い銅皮で覆われているものとではスパッタを低減させる効果に差はなかった。これは、ワイヤ表面近傍に炭素又は黒鉛含有炭素が残留すればよく、従って、炭素を最終製品径で粉体塗布しても、水分散布しても、又は油分散液して塗布してもスパッタを低減することができることを意味する。必要に応じて、ワイヤ表面に固着させるのり材を炭素と一緒に塗布してもよい。
【００２３】
粒径０．１乃至１０μｍのＭｏＳ ２ がワイヤの表面上及び／又は表面直下にワイヤ１０ｋｇ当たり０．０１乃至１．０ｇ存在する
本願発明者等は、黒鉛と同様にして銅メッキ無しのワイヤのスパッタ発生量とＭｏＳ２の粒径及び付着量に関しても実験研究したところ、ＭｏＳ２がワイヤ表面近傍に存在することにより、スプリングライナ及び給電チップでの送給性が安定し、この結果、ワイヤのスパッタ発生量が低減することを見い出した。このＭｏＳ２の存在位置は、炭素と同様にワイヤ表面近傍にあればよい。ＭｏＳ２は炭素と共にワイヤ表面近傍に存在すると、スパッタ発生量低減効果が炭素のみの場合と比較して飛躍的に向上する。更に、本願発明者等が鋭意研究した結果、炭素と共に存在するＭｏＳ２の粒径が０．１乃至１０μｍ、ＭｏＳ２の付着量がワイヤ１０ｋｇ当たり０．１乃至１ｇであると、スパッタ発生量が著しく減少することを知見した。ＭｏＳ２の粒径が０．１乃至１０μｍであると、ＭｏＳ２のワイヤの表面への付着性が良好になる。また、ＭｏＳ２の粒径が０．１μｍ未満又は１０μｍを超えるとＭｏＳ２のワイヤ表面への付着性が悪くなり、スパッタ発生量の低減効果が小さくなる。従って、粒径が０．１乃至１０μｍであるＭｏＳ２がワイヤ１０ｋｇ当たり０．０１乃至１ｇ存在することが好ましい。
【００２４】
更に、銅メッキを有しないワイヤのスパッタ発生量とワイヤ表面の油量との関係については、炭素及びＭｏＳ２が適正量塗布されたワイヤに油をワイヤ１０ｋｇ当たり０．２乃至３ｇ塗布すると、更にスパッタ量が低減する。この油としては、植物油、動物油、鉱物油及び合成油からなる群から選択された少なくとも１種以上の油を含有していればよい。
【００２５】
次に、本発明におけるワイヤの表面に存在する炭素の結晶性の分析方法並びに黒鉛、ＭｏＳ２及び油の量の測定方法について詳細に説明する。
【００２６】
以下、炭素量の測定方法について説明する。先ず、ワイヤを例えばエタノール、アセトン又は石油エーテル等有機溶媒で洗浄する。この洗浄液をガラスフィルタで濾過した後、このガラスフィルタを乾燥する。そして、ガラスフィルタに捕集された炭素量を測定する。この測定量を（ａ）とする。
【００２７】
一方、有機溶媒で洗浄した後のワイヤは、硝酸溶液（濃硝酸が１、水が２の割合で混合した水溶液）に１２０秒間浸漬し、ワイヤの表面のみを溶解し、溶液をガラスフィルタで濾過する。その後、このガラスフィルタを乾燥させる。そして、このままの状態のガラスフィルタにて捕集された炭素量を測定する。この測定量を（ｂ）とする。
【００２８】
上述の各工程で使用される各ガラスフィルタについて、測定前に炭素量を測定し、これをブランク値（ｃ１、ｃ２）とし、各測定値から差し引く。これにより、ワイヤの表面近傍に存在していた炭素のみの量が測定される。なお、溶解されたワイヤ中に固溶している炭素はフィルタには捕集されず、濾液に溶解する。即ち、ワイヤの表面に付着又はワイヤの表面直下に埋め込まれた遊離炭素のみがフィルタに捕集される。従って、ワイヤの表面に付着又は表面直下に埋め込まれた炭素の総量（Ｄ）は下記数式１により算出することができる。
【００２９】
【数１】
（Ｄ）＝（（ａ）＋（ｂ））−（（ｃ１）＋（ｃ２））
【００３０】
この炭素の総量（Ｄ）をワイヤの質量で除した値からワイヤ１０ｋｇ当たりの炭素の量を算出することができる。
【００３１】
次に、炭素の結晶性の測定方法について説明する。先ず、ＣｕＫα線を使用し、走査速度を０．２５°／分として粉末Ｘ線回折を行う。回折角度の補正は高純度のシリコンをメノウ製の乳鉢にて粉砕し、この粉末を黒鉛に１０乃至２０質量％添加し、シリコンの（１１１）回折ピークを使用して補正することができる。そして、上述したように、黒鉛の（００２）回折線に相当するＸ線回折ピークの回折角２θ、回折ピークの半値幅が２゜、また、必要によっては線形分離し、幅の狭い方のピークから面間隔を求めることにより結晶性を測定することができる。
【００３２】
Ｘ線回折の測定には、黒鉛が０．０５乃至０．１ｇ程度必要である。この黒鉛はワイヤを１０ｋｇ程度上記方法で洗浄し、洗浄液で濾過することにより、捕集できる。
【００３３】
また、ワイヤ表面から炭素を捕集する別の方法としては、先ず、溶接で使用するスプリングライナを３ｍ程度準備し、このライナをアセトン等の有機溶媒で脱脂洗浄する。次に、このライナを８字に曲げ、ワイヤを連続的にこのライナ内を通過させる。このとき、スプリングライナ内部にはワイヤ表面から黒鉛が剥離し、堆積する。次に、この堆積物及びスプリングライナを有機溶媒で超音波洗浄し、洗浄液を濾過する。そして、ろ紙に残留した黒鉛を捕集すれば容易に０．１ｇ程度のワイヤ付着物を得ることができ、これをＸ線回折に供することができる。
【００３４】
図１乃至図５は横軸に回折角度をとり、縦軸に回折強度をとって、捕集された炭素のＸ線回折の測定結果を示す回折図である。図１及び図２は、結晶性が悪い炭素を測定したもの、図３及び図４は結晶性が良好な黒鉛を測定したもの、図５は結晶性が悪い炭素中に少量の結晶性が良好な黒鉛を混合したものについて測定したものを示す。なお、図１乃至図５において、縦軸は任意単位である。
【００３５】
図１及び図２において、黒鉛の（００２）に相当する回折ピークの半値幅が夫々６．９３７゜及び５．７０４゜であった。また、図３及び図４において、半値幅は夫々１．７７９゜及び０．４７０゜であった。更に、図５では幅が広い方のピークの半値幅が６．９３２゜、幅が狭い方のピークの面間隔ｄ００２は、０．３４６８ｎｍであった。
【００３６】
図１及び図２に示すように、本発明の溶接ワイヤの表面上及び／又は表面直下に存在する炭素は、黒鉛の（００２）回折線に相当する回折ピークの回折角２θが２４．０乃至２６．５゜の範囲内にあって、半値幅が２゜以上のブロードのピークを示す。また、図３及び図４に示すように、回折ピークの半値幅が２゜未満で鋭いピークを有する結晶性がよい炭素（黒鉛）は極圧添加剤として過剰に作用し、ワイヤの供給チップ及びスプリングライナ内部における摩擦抵抗を低減する以上に送給ローラでの滑りを増大させてしまう。また、図５に示すように、結晶性が悪い炭素中にＸ線回折より明確なピークが観察できる程度の結晶性が良好な黒鉛が存在している場合は、チップ先端及びスプリングライナ内部での送給性を損なわず、送給ローラでの滑りを防止し、スパッタ発生量を低減させる効果を有する。なお、図１乃至図５に示す回折角２θが２８．５゜における回折ピークはＳｉの（１１１）の回折ピークである。
【００３７】
次に、ＭｏＳ２の量の測定方法について説明する。先ず、ワイヤを有機溶媒（エタノール、アセトン及び石油エーテル等）で洗浄し、洗浄液をろ紙で濾過した後、ろ紙を乾燥させる。このろ紙を混合水溶液（硫酸（濃硫酸：水が１：１）が１、濃過塩素酸が１、濃硝酸が１の割合で混合した水溶液）によりろ紙とＭｏＳ２とを分解（白煙処理）し、ＭｏＳ２を溶解する。そして、原子吸光法によりＭｏを定量化する。この測定量を（ｅ）とする。有機溶媒で洗浄した後のワイヤを塩酸溶液（濃度が３５質量％の塩酸が１、水が１の割合で混合した水溶液）に浸漬して溶解し、ワイヤからＭｏＳ２を遊離させる。そして、この溶液をろ紙で濾過した後、白煙処理によってＭｏＳ２を溶解し、原子吸光法によってＭｏ量を定量化する。このＭｏ量を（ｆ）とする。ワイヤの表面に付着又は表面直下に埋め込まれたＭｏの総量（Ｇ）は下記数式２により算出することができる。
【００３８】
【数２】
（Ｇ）＝（ｅ）＋（ｆ）
【００３９】
そして、Ｍｏの総量（Ｇ）を、ＭｏＳ２に換算し、ワイヤの質量で除した値からワイヤ１０ｋｇ当たりのＭｏＳ２の量を算出することができる。
【００４０】
次に、ＭｏＳ２の粒径の測定方法について説明する。ＭｏＳ２の粒径については、上述の如く、ワイヤを有機溶媒で洗浄し、洗浄液をろ紙で濾過した後、ろ紙を乾燥させる。この後、走査型電子顕微鏡でＭｏＳ２の結晶粒を観察し、その粒径を測定する。
【００４１】
一方、ワイヤの表面直下に埋め込まれたＭｏＳ２の粒径については、上述の如く、ワイヤを有機溶媒（エタノール、アセトン及び石油エーテル等）で洗浄し、その後、ワイヤを塩酸溶液（塩酸が１、水が１の割合で混合した水溶液）に浸漬して溶解し、ワイヤからＭｏＳ２を遊離させる。そして、濾液をろ紙で濾過した後、ろ紙を乾燥させる。この後、走査型電子顕微鏡でＭｏＳ２の結晶粒を観察し、その粒径を測定する。
【００４２】
油量の測定方法については、ワイヤの表面を四塩化炭素で洗浄した後、赤外線吸収法により油量を定量測定すればよい。
【００４３】
【実施例】
以下、本発明の範囲に入る溶接用ワイヤの実施例について、その特性を比較例と比較した結果について具体的に説明する。
【００４４】
ＪＩＳ Ｚ３３１２のＹＧＷ１１に相当する銅メッキ無しソリッドワイヤ及びＪＩＳ Ｚ３３１３のＹＦＷ−Ｃ５０ＤＭに相当する銅メッキ無しフラックス入りワイヤ（フラックス率：１３％）を使用し、供試材を作製した。炭素（黒鉛）及びＭｏＳ２は伸線潤滑剤の中に混入して使用し、積極的にワイヤ表面に埋め込んだ。更に、最終製品径で炭素（黒鉛）及びＭｏＳ２を油に分散させてワイヤの表面に塗布した。このようにして、直径１．２ｍｍである実施例及び比較例のワイヤを試作した。
【００４５】
このワイヤの表面及び表面直下に存在する黒鉛の面間隔、黒鉛の量（黒鉛塗布量）、ＭｏＳ２の粒径、ＭｏＳ２の塗布量及び油量を上述の測定方法により測定した。
【００４６】
また、溶接電流が３００Ａ、溶接電圧が３７Ｖ、ワイヤの突き出し長さが２５ｍｍ、溶接速度が３０ｃｍ／分の溶接条件でビードオンプレート溶接を行った。溶接の際に、溶接ビードの左右に飛散する全てのスパッタを銅製の容器で捕集し、１分間当たりに発生したスパッタ質量を測定した。ＪＩＳ Ｚ３３１２のＹＧＷ１１に相当する銅メッキ無しソリッドワイヤについては下記表１及び表２に、ＪＩＳ Ｚ３３１３のＹＦＷ−Ｃ５０ＤＭに相当する銅メッキ無しフラックス入りワイヤについては下記表３及び表４に示す。なお、表１乃至４に示す「Ｔｒ．」は、その量が微量であることを示す。
【００４７】
スリップ限界の測定は、図６に示す定量試験装置を使用して行った。図６（ａ）はスリップ限界の定量試験装置を示す模式図、図６（ｂ）は、送給ローラ部を拡大して示す模式図である。図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、送給ローラ１にワイヤ２に対してワイヤ締め付け加重Ｆを加えた。先ず、送給ローラ１でのワイヤ締付け荷重Ｆをソリッドワイヤが１５６．８Ｎ、フラックス入りワイヤが９８Ｎの一定値とし、各ワイヤの送給抵抗値Ｒ０を測定した。そして、送給抵抗Ｒを適当な方法で大きくしていった場合に、送給ローラ１とワイヤ２との接触部４で滑りが発生し始めたときの送給抵抗値をスリップ限界Ｒ１として測定した。
【００４８】
【表１】
【００４９】
【表２】
【００５０】
【表３】
【００５１】
【表４】
【００５２】
上記表１及び表３に示すように、実施例Ｎｏ．１乃至１５及び２３乃至３４は、ワイヤの表面上及び／又は表面直下に存在する炭素の回折ピークの半値幅が２゜以上であったため、スパッタ発生量が小さく、送給抵抗値Ｒ０はスプリングライナ内での滑り性を十分確保できる程度に小さい。更に、スリップ限界Ｒ１が大きく、送給ローラでの滑りを十分防止することができた。
【００５３】
一方、上記表２に示すように、比較例Ｎｏ．１６は、炭素のＸ線回折ピークの半値幅が本発明の下限値未満であるため、スリップ限界Ｒ１が小さくなり、スリップが発生して送給が不安定になったため、スパッタ発生量が増大した。比較例Ｎｏ．１７は、炭素のＸ線回折ピークの半値幅が本発明の下限値未満であり、更に、ＭｏＳ２を塗布しなかったため、スパッタ発生量が更に増加した。比較例Ｎｏ．１８は、炭素のＸ線回折ピークの半値幅が本発明の下限値未満であり、更に炭素塗布量が本発明の好ましい範囲の上限を超えたため、スリップ限界Ｒ１が小さくなり、送給が不安定になったため、スパッタ発生量が増大した。比較例Ｎｏ．１９は、炭素のＸ線回折ピークの半値幅が本発明の下限値未満であり、更に炭素塗布量が本発明の好ましい範囲の下限未満であり、更に油を塗布しなかったため、スリップ限界Ｒ１が小さくなり、送給が不安定になったため、スパッタ発生量が増大した。比較例Ｎｏ．２０乃至２２は、炭素のＸ線回折ピークの半値幅が本発明の下限値未満であり、更に油量が本発明の好ましい範囲の上限を超えたため、初期抵抗Ｒ０は小さいものの、スリップ限界Ｒ１が小さくなり、スリップが発生して送給が不安定になったため、スパッタ発生量が増大した。
【００５４】
また、上記表４に示すように、比較例Ｎｏ．３５は、炭素のＸ線回折ピークの半値幅が本発明の下限値未満であるため、初期抵抗Ｒ０は小さかったものの、スリップ限界Ｒ１が小さくなり、スリップが発生して送給が不安定になったため、スパッタ発生量が増大した。比較例Ｎｏ．３６は、炭素のＸ線回折ピークの半値幅が本発明の下限値未満であり、更に、ＭｏＳ２を塗布しなかったため、スリップ限界Ｒ１が低下し、送給ローラでのグリップ並びに給電チップ及びスプリングライナにおける滑り性が確保できず、送給が不安定になったため、スパッタ発生量が増大した。比較例Ｎｏ．３７は、炭素のＸ線回折ピークの半値幅が本発明の下限値未満であり、その塗布量が本発明の好ましい範囲の上限を超えたため、初期抵抗Ｒ０は小さいものの、スリップ限界Ｒ１が小さくなり、スリップが発生して送給が不安定になったため、スパッタ発生量が増大した。比較例Ｎｏ．３８は、炭素のＸ線回折ピークの半値幅が本発明の下限値未満であり、油を塗布しなかったため、スリップ限界Ｒ１が低下し、スリップが発生して送給が不安定になったため、スパッタ発生量が増大した。比較例Ｎｏ．３９及び４０は、炭素のＸ線回折ピークの半値幅が本発明の下限値未満であるため、スリップ限界Ｒ１が小さくなり、スリップが発生して送給が不安定になったため、スパッタ発生量が増大した。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、ワイヤの表面上又は表面直下に存在する黒鉛の面間隔及びその量を適切に規定したので、銅メッキが表面に施されていないワイヤであっても、スパッタ発生量を低減し、給電チップ及びスプリングライナ内部の送給性を確保すると共に送給ローラでの滑りを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】横軸に回折角度をとり、縦軸に回折強度をとって、捕集された炭素の測定結果を示す回折図である。
【図２】横軸に回折角度をとり、縦軸に回折強度をとって、捕集された他の炭素の測定結果を示す回折図である。
【図３】横軸に回折角度をとり、縦軸に回折強度をとって、捕集された黒鉛の測定結果を示す回折図である。
【図４】横軸に回折角度をとり、縦軸に回折強度をとって、捕集された他の黒鉛の測定結果を示す回折図である。
【図５】横軸に回折角度をとり、縦軸に回折強度をとって、捕集された黒鉛含有炭素の測定結果を示す回折図である。
【図６】（ａ）はスリップ限界の定量試験装置を示す模式図、（ｂ）は送給ローラ部を拡大して示す模式図である。
【符号の説明】
１；送給ローラ
２；ワイヤ
３；スプリングライナ
【発明の属する技術分野】
本発明はソリッドワイヤ又はフラックス入りワイヤからなる溶接ワイヤに関し、特に、銅メッキ工程を使用することなく製造され、溶接時のスパッタ発生量が少なく送給ローラのグリップ性がよい溶接用ワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、最終製品において送給性及び防錆性等の向上を図るため、ソリッドワイヤ及びシームレスフラックス入りワイヤにおいて、伸線途中で銅メッキを施す方法がある。銅メッキは、それ自体が優れた固体潤滑剤として作用し、伸線性の向上にも寄与している。しかし、銅メッキ工程は、メッキ液の濃度管理並びに銅及び対電極の管理等の煩雑なライン管理が必要である。このため、銅メッキ工程はワイヤの製造コストを考慮すると、極めてコストの負担がかかる重荷な工程である。更に、この銅メッキ工程は作業雰囲気中に酸ミストを撒き散らし廃液処理及び産業廃棄物処理を伴うため、環境への配慮からも銅メッキ無しの溶接ワイヤの送給性等の特性向上が必要である。
【０００３】
一般に、アーク溶接用ワイヤの送給性を向上させる方法としては、ワイヤの表面に滑り性を有する潤滑剤を塗布する方法がある。ワイヤ表面に塗布する潤滑剤としては、特開平６−２８５６７８号公報及び特開平９−７０６８４号公報に開示されているように、ＭｏＳ２、ＷＳ２、ＰＴＦＥ、Ｃ、フッ化黒鉛又は金属石鹸がある。これらは全てワイヤの送給性を向上し、且つ送給を安定化させる目的で塗布されている。
【０００４】
また、スパッタ発生量を低減することを目的とし、特願２０００−０５０３４９号には、銅メッキ無しのアーク溶接用ワイヤにおいて、結晶性が良好な黒鉛をワイヤ表面又は表面直下に存在させる方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平６−２８５６７８号公報及び特開平９−７０６８４号公報に記載の技術のように、送給抵抗を低減させることを目的として、ワイヤ表面に滑り性を有するＭｏＳ２、ＷＳ２、ＰＴＦＥ、Ｃ、フッ化黒鉛又は金属石鹸を塗布すると、給電チップ及びスプリングライナ内部での摩擦係数が低減すると共に、送給ローラでの滑りが発生しやすくなるため、逆にワイヤの送給性が悪化するという問題点がある。従って、給電チップ及びスプリングライナ内部での送給安定性及び送給ローラにおける滑り防止を両立させることはできないという問題点がある。
【０００６】
また、特願２０００−０５０３４９号においては、ワイヤ表面又は表面直下に結晶性が良好な黒鉛が存在していると、ワイヤ表面での滑り性は向上するが、スプリングライナ内部での摩擦抵抗を低減させる効果以上に送給ローラでの滑りが顕著となるため、逆に送給が不安定となってしまう。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、銅メッキを施さず、給電チップ及びスプリングライナ内部での送給性を損なうことなく、且つ送給ローラでのワイヤ滑りをなくし、ワイヤ送給性が安定した溶接用ワイヤを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る溶接用ワイヤは、銅メッキを施していないソリッドワイヤ又は銅メッキを施していないフラックス入りワイヤであって、ＣｕＫαを線源としたとき、黒鉛の（００２）回折線に相当するＸ線回折ピークの回折角２θが２４．０乃至２６．５゜の範囲にあり、前記Ｘ線回折ピークの半値幅が２．０゜以上である炭素が前記ワイヤの表面上及び／又は表面直下に存在することを特徴とする。なお、ワイヤの表面とは、ソリッドワイヤの場合はその線材の表面であり、フラックス入りワイヤの場合はシースの外周面である。
【０００９】
本発明においては、ワイヤ表面に炭素を塗布することによって、溶接中のスパッタの発生を低減することができる。しかしながら、炭素の中でも結晶性が良好な黒鉛を使用すると、極圧添加剤として過剰に作用する。即ち、供給チップ及びスプリングライナ内部での摩擦抵抗を低減する以上に送給ローラでの滑りが顕著となる。送給抵抗を低減し、同時に送給ローラでのグリップ性を向上させるためには、結晶性が良好な黒鉛と比較して結晶性が悪い炭素、即ち、黒鉛の（００２）回折線に相当する回折ピークの回折角２θが２４．０乃至２６．５゜の範囲内にあり、その回折ピークの半値幅が２．０゜以上である炭素を使用する。これにより、スパッタ発生量を低減し、ワイヤの送給を安定させることができる。
【００１０】
前記ワイヤの表面上及び／又は表面直下に、（００２）回折線のピーク位置から求めた面間隔ｄ００２が０．３３５３ｎｍ乃至０．３３７２ｎｍである黒鉛が存在してもよい。なお、本発明の炭素及び黒鉛は、ワイヤ表面又は直下に粒及び油と混ざり合った状態で存在する。
【００１１】
また、前記炭素又は前記炭素及び黒鉛は、前記ワイヤの表面上及び／又は表面直下にワイヤ１０ｋｇ当たり０．０５乃至５ｇ存在することが好ましい。
【００１２】
更に、粒径が０．１乃至１０μｍのＭｏＳ２が前記ワイヤの表面上及び／又は表面直下に前記ワイヤ１０ｋｇ当たり０．０１乃至１．０ｇ存在することが好ましい。粒径が０．１乃至１０μｍのＭｏＳ２が炭素と共に存在することにより、炭素のみと比較して、送給性が向上するためスパッタ発生量低減の効果が増大する。
【００１３】
更にまた、植物油、動物油、鉱物油及び合成油からなる群から選択された少なくとも１種以上の油が総量で前記ワイヤの表面にワイヤ１０ｋｇ当たり０．２乃至３ｇ存在することが好ましい。適正量の油を存在させることにより、グリップ性を損なうことなく、ワイヤの軽荷重における送給性を向上させ、スパッタの発生量を低減させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本願発明者等は、給電チップ及びスプリングライナにおける滑り性が高くワイヤ送給性が優れていると共に、送給ローラでの滑りを防止することを目的として、銅メッキ無しワイヤの表面近傍の付着物の作用効果を鋭意実験研究した。その結果、付着物の量、付着状態、並びに付着物の組成及び粒径を適正化し、炭素を銅メッキ無しワイヤの表面及び／又は表面直下に存在させることにより、送給ローラでのワイヤ滑りを防止すると共にスパッタを効果的に低減させることができることを見出した。また、本願発明者等は、ワイヤ送給性及び送給ローラでの滑り防止を改善するためには、銅メッキ無しワイヤ表面及び／又は表面直下に存在する炭素の量及び粒径と共にその結晶性が重要であることを見い出した。即ち、黒鉛の（００２）回折線に相当するＸ線回折ピークが２４．０乃至２６．５゜の範囲内にあり、ＣｕＫαを線源としたとき、その回折ピークの半値幅が２．０゜以上であることが必要である。
【００１５】
本発明では、このような結晶性が悪い炭素をワイヤ表面上及び／又はワイヤ表面直下に存在させることを特徴とする。ワイヤ表面の炭素は脱酸剤として作用して直接的にスパッタ発生量を低減する効果を有する。しかし、ワイヤ表面に炭素が存在しても送給性が悪いと、アークが不安定になり、スパッタ発生量が増大する。結晶性が悪い炭素がワイヤ表面上及び／又は表面直下に存在すると、送給ローラでのグリップを確保することができ、送給性が安定するため、間接的にスパッタ発生量を低減することができる。更に、炭素と共にＭｏＳ２が存在すると、供給チップ及びスプリングライナでの滑り性を確保することができ、これによりワイヤ送給性が安定し、更にスパッタ発生量を低減することができる。なお、本発明の溶接ワイヤは、銅メッキを施していないソリッドワイヤ又は銅メッキを施していないフラックス入りワイヤであり、また、ワイヤの表面とは、ソリッドワイヤの場合はその線材の表面であり、フラックス入りワイヤの場合はシースの外周面である。
【００１６】
以下、本発明に係る溶接用ワイヤについて詳細に説明する。先ず、本発明の溶接用ワイヤの組成物、組成物の粒径及び組成物の量の限定理由について説明する。
【００１７】
ＣｕＫαを線源としたときに黒鉛の（００２）回折線に相当するＸ線回折ピークの回折角２θが２４．０乃至２６．５゜の範囲にあり、前記Ｘ線回折ピークの半値幅が２．０゜以上である炭素
ＣｕＫαを線源としたときに黒鉛の（００２）回折線に相当するＸ線回折ピークの回折角２θが２４．０乃至２６．５゜の範囲にある炭素をワイヤの表面上及び／又は表面直下に存在させると、給電チップ及びスプリングライナにおける滑り性が高く送給性が優れていると共に、送給ローラでの滑りを防止することができる。
【００１８】
また、ＣｕＫαを線源としたとき、黒鉛の（００２）回折線に相当するＸ線回折ピークの半値幅が２．０゜より小さい炭素、即ち結晶性が良好な炭素（以下、黒鉛という）をワイヤに塗布した場合、スプリングライナでの滑りは良好であるが、送給ローラで滑りが発生し、送給が不安定になる。従って、スパッタ発生量は増加してしまう。一方、ＣｕＫαを線源としたとき、黒鉛の（００２）回折線に相当するＸ線回折ピークの半値幅が２．０゜以上の炭素、即ち前記黒鉛より結晶性が悪い炭素をワイヤに塗布したものは、送給ローラでのグリップ性が良好で、送給が安定するため、スパッタ発生量が低減する。従って、黒鉛の（００２）回折線に相当するＸ線回折ピークの位置が２４．０乃至２６．５゜の範囲内にあり、その半値幅が２．０゜以上である炭素が最適である。これにより、送給ローラでのグリップ性が向上し、給電チップ及びスプリングライナ内部における送給量が安定するため、スパッタ発生量が減少する。
【００１９】
炭素がワイヤ表面に存在しているか否かはワイヤ表面を有機溶剤等で洗浄し、洗浄液をろ過することにより検知できる。そして、このろ液について、Ｘ線回折を行い、黒鉛の（００２）回折線に相当するＸ線回折ピークの回折角２θが２４．０乃至２６．５゜の範囲内にあり、ＣｕＫαを線源としたときの半値幅が２．０以上であるか否かを測定することにより、効果的に給電チップ及びスプリングライナ内部における滑り性を確保し、送給ローラでの滑りを防止できる炭素がワイヤ表面に存在しているか否かを区別することができる。
【００２０】
ワイヤの表面上及び／又は表面直下に（００２）回折線のピーク位置から求めた面間隔ｄ ００２ が０．３３５３ｎｍ乃至０．３３７２ｎｍである黒鉛が存在する
上述のＣｕＫαを線源としたときに黒鉛の（００２）回折線に相当するＸ線回折ピークの回折角２θが２４．０乃至２６．５゜の範囲にあり、前記Ｘ線回折ピークの半値幅が２．０゜以上である炭素に対し、ワイヤの表面上及び／又は表面直下に（００２）回折線のピーク位置から求めた面間隔ｄ００２が０．３３５３ｎｍ乃至０．３３７２ｎｍである結晶性がよい黒鉛が含まれていても同様の効果を奏する。そして、上述の炭素に結晶性がよい黒鉛が含まれているもの（以下、黒鉛含有炭素という）の場合においても、炭素と同様にＸ線回折により同定することができる。黒鉛含有炭素のＸ線回折を行うと、黒鉛が混合された炭素は、黒鉛以外の黒鉛より結晶性が悪い炭素による幅が広いブロードのピークと、結晶性がよい黒鉛による鋭いピークとが観測される。この２種類のＸ線回折ピークの線形分離を行い、幅が広いＸ線回折ピークの回折角２θが２４．０乃至２６．５゜の範囲内にあり、Ｘ線回折ピークの半値幅が２．０゜以上であり、また、幅が狭いＸ線回折ピーク位置から求めた面間隔ｄ００２が０．３３５３乃至０．３３７２ｎｍであるか否かを測定する。この幅が狭いＸ線回折ピークは黒鉛によるもので、黒鉛のなかでもその面間隔ｄ００２が０．３３５３乃至０．３３７２ｎｍである結晶性がよい黒鉛がスパッタ発生量低減の効果を有する。このように、Ｘ線回折により、炭素のＸ線回折ピークの位置、回折ピークの半値幅、面間隔等を測定することにより、黒鉛含有炭素がワイヤ表面に存在しているか否かを区別することができる。但し、この結晶性がよい黒鉛は黒鉛混合炭素の総質量に対して９０％以下とする。
【００２１】
炭素又は炭素及び黒鉛がワイヤ１０ｋｇ当たり０．０５乃至５ｇ存在する
ワイヤの表面上及び／又は表面直下に存在する炭素量がワイヤ１０ｋｇ当たり０．０５ｇ未満では、スパッタ発生量を低減する効果が少ない。一方、ワイヤの表面上及び／又はワイヤ表面直下に存在する炭素量が５ｇより多いと、溶滴の脱離が阻害され、アークが不安定になるため、逆にスパッタを増加させると共に、溶接金属中のＣの質量％が０．０５質量％程度増加し、溶接金属の強度設計値を変化させるという不具合が生じる場合がある。従って、５ｇワイヤの表面上及び／又はワイヤ表面直下に存在する炭素量はワイヤ１０ｋｇ当たり０．０５乃至５ｇとすることが好ましい。なお、この炭素量とは、結晶性がよい黒鉛を含む場合は、この炭素及び黒鉛の総量である。
【００２２】
また、本願発明者等は炭素のワイヤ表面への付着状態としては、炭素はワイヤの表面及び表面直下であってよく、ワイヤの表面近傍に存在していればよいことを知見した。即ち、例えば、伸線潤滑剤として炭素、又は炭素と他の潤滑剤である例えば金属石鹸、ワックス、油脂、グリース及び水等とを混合して使用し、伸線工程でワイヤ表面の凹部に埋め込んだものと、表面直下に埋め込まれ伸線工程で表面が薄い銅皮で覆われているものとではスパッタを低減させる効果に差はなかった。これは、ワイヤ表面近傍に炭素又は黒鉛含有炭素が残留すればよく、従って、炭素を最終製品径で粉体塗布しても、水分散布しても、又は油分散液して塗布してもスパッタを低減することができることを意味する。必要に応じて、ワイヤ表面に固着させるのり材を炭素と一緒に塗布してもよい。
【００２３】
粒径０．１乃至１０μｍのＭｏＳ ２ がワイヤの表面上及び／又は表面直下にワイヤ１０ｋｇ当たり０．０１乃至１．０ｇ存在する
本願発明者等は、黒鉛と同様にして銅メッキ無しのワイヤのスパッタ発生量とＭｏＳ２の粒径及び付着量に関しても実験研究したところ、ＭｏＳ２がワイヤ表面近傍に存在することにより、スプリングライナ及び給電チップでの送給性が安定し、この結果、ワイヤのスパッタ発生量が低減することを見い出した。このＭｏＳ２の存在位置は、炭素と同様にワイヤ表面近傍にあればよい。ＭｏＳ２は炭素と共にワイヤ表面近傍に存在すると、スパッタ発生量低減効果が炭素のみの場合と比較して飛躍的に向上する。更に、本願発明者等が鋭意研究した結果、炭素と共に存在するＭｏＳ２の粒径が０．１乃至１０μｍ、ＭｏＳ２の付着量がワイヤ１０ｋｇ当たり０．１乃至１ｇであると、スパッタ発生量が著しく減少することを知見した。ＭｏＳ２の粒径が０．１乃至１０μｍであると、ＭｏＳ２のワイヤの表面への付着性が良好になる。また、ＭｏＳ２の粒径が０．１μｍ未満又は１０μｍを超えるとＭｏＳ２のワイヤ表面への付着性が悪くなり、スパッタ発生量の低減効果が小さくなる。従って、粒径が０．１乃至１０μｍであるＭｏＳ２がワイヤ１０ｋｇ当たり０．０１乃至１ｇ存在することが好ましい。
【００２４】
更に、銅メッキを有しないワイヤのスパッタ発生量とワイヤ表面の油量との関係については、炭素及びＭｏＳ２が適正量塗布されたワイヤに油をワイヤ１０ｋｇ当たり０．２乃至３ｇ塗布すると、更にスパッタ量が低減する。この油としては、植物油、動物油、鉱物油及び合成油からなる群から選択された少なくとも１種以上の油を含有していればよい。
【００２５】
次に、本発明におけるワイヤの表面に存在する炭素の結晶性の分析方法並びに黒鉛、ＭｏＳ２及び油の量の測定方法について詳細に説明する。
【００２６】
以下、炭素量の測定方法について説明する。先ず、ワイヤを例えばエタノール、アセトン又は石油エーテル等有機溶媒で洗浄する。この洗浄液をガラスフィルタで濾過した後、このガラスフィルタを乾燥する。そして、ガラスフィルタに捕集された炭素量を測定する。この測定量を（ａ）とする。
【００２７】
一方、有機溶媒で洗浄した後のワイヤは、硝酸溶液（濃硝酸が１、水が２の割合で混合した水溶液）に１２０秒間浸漬し、ワイヤの表面のみを溶解し、溶液をガラスフィルタで濾過する。その後、このガラスフィルタを乾燥させる。そして、このままの状態のガラスフィルタにて捕集された炭素量を測定する。この測定量を（ｂ）とする。
【００２８】
上述の各工程で使用される各ガラスフィルタについて、測定前に炭素量を測定し、これをブランク値（ｃ１、ｃ２）とし、各測定値から差し引く。これにより、ワイヤの表面近傍に存在していた炭素のみの量が測定される。なお、溶解されたワイヤ中に固溶している炭素はフィルタには捕集されず、濾液に溶解する。即ち、ワイヤの表面に付着又はワイヤの表面直下に埋め込まれた遊離炭素のみがフィルタに捕集される。従って、ワイヤの表面に付着又は表面直下に埋め込まれた炭素の総量（Ｄ）は下記数式１により算出することができる。
【００２９】
【数１】
（Ｄ）＝（（ａ）＋（ｂ））−（（ｃ１）＋（ｃ２））
【００３０】
この炭素の総量（Ｄ）をワイヤの質量で除した値からワイヤ１０ｋｇ当たりの炭素の量を算出することができる。
【００３１】
次に、炭素の結晶性の測定方法について説明する。先ず、ＣｕＫα線を使用し、走査速度を０．２５°／分として粉末Ｘ線回折を行う。回折角度の補正は高純度のシリコンをメノウ製の乳鉢にて粉砕し、この粉末を黒鉛に１０乃至２０質量％添加し、シリコンの（１１１）回折ピークを使用して補正することができる。そして、上述したように、黒鉛の（００２）回折線に相当するＸ線回折ピークの回折角２θ、回折ピークの半値幅が２゜、また、必要によっては線形分離し、幅の狭い方のピークから面間隔を求めることにより結晶性を測定することができる。
【００３２】
Ｘ線回折の測定には、黒鉛が０．０５乃至０．１ｇ程度必要である。この黒鉛はワイヤを１０ｋｇ程度上記方法で洗浄し、洗浄液で濾過することにより、捕集できる。
【００３３】
また、ワイヤ表面から炭素を捕集する別の方法としては、先ず、溶接で使用するスプリングライナを３ｍ程度準備し、このライナをアセトン等の有機溶媒で脱脂洗浄する。次に、このライナを８字に曲げ、ワイヤを連続的にこのライナ内を通過させる。このとき、スプリングライナ内部にはワイヤ表面から黒鉛が剥離し、堆積する。次に、この堆積物及びスプリングライナを有機溶媒で超音波洗浄し、洗浄液を濾過する。そして、ろ紙に残留した黒鉛を捕集すれば容易に０．１ｇ程度のワイヤ付着物を得ることができ、これをＸ線回折に供することができる。
【００３４】
図１乃至図５は横軸に回折角度をとり、縦軸に回折強度をとって、捕集された炭素のＸ線回折の測定結果を示す回折図である。図１及び図２は、結晶性が悪い炭素を測定したもの、図３及び図４は結晶性が良好な黒鉛を測定したもの、図５は結晶性が悪い炭素中に少量の結晶性が良好な黒鉛を混合したものについて測定したものを示す。なお、図１乃至図５において、縦軸は任意単位である。
【００３５】
図１及び図２において、黒鉛の（００２）に相当する回折ピークの半値幅が夫々６．９３７゜及び５．７０４゜であった。また、図３及び図４において、半値幅は夫々１．７７９゜及び０．４７０゜であった。更に、図５では幅が広い方のピークの半値幅が６．９３２゜、幅が狭い方のピークの面間隔ｄ００２は、０．３４６８ｎｍであった。
【００３６】
図１及び図２に示すように、本発明の溶接ワイヤの表面上及び／又は表面直下に存在する炭素は、黒鉛の（００２）回折線に相当する回折ピークの回折角２θが２４．０乃至２６．５゜の範囲内にあって、半値幅が２゜以上のブロードのピークを示す。また、図３及び図４に示すように、回折ピークの半値幅が２゜未満で鋭いピークを有する結晶性がよい炭素（黒鉛）は極圧添加剤として過剰に作用し、ワイヤの供給チップ及びスプリングライナ内部における摩擦抵抗を低減する以上に送給ローラでの滑りを増大させてしまう。また、図５に示すように、結晶性が悪い炭素中にＸ線回折より明確なピークが観察できる程度の結晶性が良好な黒鉛が存在している場合は、チップ先端及びスプリングライナ内部での送給性を損なわず、送給ローラでの滑りを防止し、スパッタ発生量を低減させる効果を有する。なお、図１乃至図５に示す回折角２θが２８．５゜における回折ピークはＳｉの（１１１）の回折ピークである。
【００３７】
次に、ＭｏＳ２の量の測定方法について説明する。先ず、ワイヤを有機溶媒（エタノール、アセトン及び石油エーテル等）で洗浄し、洗浄液をろ紙で濾過した後、ろ紙を乾燥させる。このろ紙を混合水溶液（硫酸（濃硫酸：水が１：１）が１、濃過塩素酸が１、濃硝酸が１の割合で混合した水溶液）によりろ紙とＭｏＳ２とを分解（白煙処理）し、ＭｏＳ２を溶解する。そして、原子吸光法によりＭｏを定量化する。この測定量を（ｅ）とする。有機溶媒で洗浄した後のワイヤを塩酸溶液（濃度が３５質量％の塩酸が１、水が１の割合で混合した水溶液）に浸漬して溶解し、ワイヤからＭｏＳ２を遊離させる。そして、この溶液をろ紙で濾過した後、白煙処理によってＭｏＳ２を溶解し、原子吸光法によってＭｏ量を定量化する。このＭｏ量を（ｆ）とする。ワイヤの表面に付着又は表面直下に埋め込まれたＭｏの総量（Ｇ）は下記数式２により算出することができる。
【００３８】
【数２】
（Ｇ）＝（ｅ）＋（ｆ）
【００３９】
そして、Ｍｏの総量（Ｇ）を、ＭｏＳ２に換算し、ワイヤの質量で除した値からワイヤ１０ｋｇ当たりのＭｏＳ２の量を算出することができる。
【００４０】
次に、ＭｏＳ２の粒径の測定方法について説明する。ＭｏＳ２の粒径については、上述の如く、ワイヤを有機溶媒で洗浄し、洗浄液をろ紙で濾過した後、ろ紙を乾燥させる。この後、走査型電子顕微鏡でＭｏＳ２の結晶粒を観察し、その粒径を測定する。
【００４１】
一方、ワイヤの表面直下に埋め込まれたＭｏＳ２の粒径については、上述の如く、ワイヤを有機溶媒（エタノール、アセトン及び石油エーテル等）で洗浄し、その後、ワイヤを塩酸溶液（塩酸が１、水が１の割合で混合した水溶液）に浸漬して溶解し、ワイヤからＭｏＳ２を遊離させる。そして、濾液をろ紙で濾過した後、ろ紙を乾燥させる。この後、走査型電子顕微鏡でＭｏＳ２の結晶粒を観察し、その粒径を測定する。
【００４２】
油量の測定方法については、ワイヤの表面を四塩化炭素で洗浄した後、赤外線吸収法により油量を定量測定すればよい。
【００４３】
【実施例】
以下、本発明の範囲に入る溶接用ワイヤの実施例について、その特性を比較例と比較した結果について具体的に説明する。
【００４４】
ＪＩＳ Ｚ３３１２のＹＧＷ１１に相当する銅メッキ無しソリッドワイヤ及びＪＩＳ Ｚ３３１３のＹＦＷ−Ｃ５０ＤＭに相当する銅メッキ無しフラックス入りワイヤ（フラックス率：１３％）を使用し、供試材を作製した。炭素（黒鉛）及びＭｏＳ２は伸線潤滑剤の中に混入して使用し、積極的にワイヤ表面に埋め込んだ。更に、最終製品径で炭素（黒鉛）及びＭｏＳ２を油に分散させてワイヤの表面に塗布した。このようにして、直径１．２ｍｍである実施例及び比較例のワイヤを試作した。
【００４５】
このワイヤの表面及び表面直下に存在する黒鉛の面間隔、黒鉛の量（黒鉛塗布量）、ＭｏＳ２の粒径、ＭｏＳ２の塗布量及び油量を上述の測定方法により測定した。
【００４６】
また、溶接電流が３００Ａ、溶接電圧が３７Ｖ、ワイヤの突き出し長さが２５ｍｍ、溶接速度が３０ｃｍ／分の溶接条件でビードオンプレート溶接を行った。溶接の際に、溶接ビードの左右に飛散する全てのスパッタを銅製の容器で捕集し、１分間当たりに発生したスパッタ質量を測定した。ＪＩＳ Ｚ３３１２のＹＧＷ１１に相当する銅メッキ無しソリッドワイヤについては下記表１及び表２に、ＪＩＳ Ｚ３３１３のＹＦＷ−Ｃ５０ＤＭに相当する銅メッキ無しフラックス入りワイヤについては下記表３及び表４に示す。なお、表１乃至４に示す「Ｔｒ．」は、その量が微量であることを示す。
【００４７】
スリップ限界の測定は、図６に示す定量試験装置を使用して行った。図６（ａ）はスリップ限界の定量試験装置を示す模式図、図６（ｂ）は、送給ローラ部を拡大して示す模式図である。図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、送給ローラ１にワイヤ２に対してワイヤ締め付け加重Ｆを加えた。先ず、送給ローラ１でのワイヤ締付け荷重Ｆをソリッドワイヤが１５６．８Ｎ、フラックス入りワイヤが９８Ｎの一定値とし、各ワイヤの送給抵抗値Ｒ０を測定した。そして、送給抵抗Ｒを適当な方法で大きくしていった場合に、送給ローラ１とワイヤ２との接触部４で滑りが発生し始めたときの送給抵抗値をスリップ限界Ｒ１として測定した。
【００４８】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
上記表１及び表３に示すように、実施例Ｎｏ．１乃至１５及び２３乃至３４は、ワイヤの表面上及び／又は表面直下に存在する炭素の回折ピークの半値幅が２゜以上であったため、スパッタ発生量が小さく、送給抵抗値Ｒ０はスプリングライナ内での滑り性を十分確保できる程度に小さい。更に、スリップ限界Ｒ１が大きく、送給ローラでの滑りを十分防止することができた。
【００５３】
一方、上記表２に示すように、比較例Ｎｏ．１６は、炭素のＸ線回折ピークの半値幅が本発明の下限値未満であるため、スリップ限界Ｒ１が小さくなり、スリップが発生して送給が不安定になったため、スパッタ発生量が増大した。比較例Ｎｏ．１７は、炭素のＸ線回折ピークの半値幅が本発明の下限値未満であり、更に、ＭｏＳ２を塗布しなかったため、スパッタ発生量が更に増加した。比較例Ｎｏ．１８は、炭素のＸ線回折ピークの半値幅が本発明の下限値未満であり、更に炭素塗布量が本発明の好ましい範囲の上限を超えたため、スリップ限界Ｒ１が小さくなり、送給が不安定になったため、スパッタ発生量が増大した。比較例Ｎｏ．１９は、炭素のＸ線回折ピークの半値幅が本発明の下限値未満であり、更に炭素塗布量が本発明の好ましい範囲の下限未満であり、更に油を塗布しなかったため、スリップ限界Ｒ１が小さくなり、送給が不安定になったため、スパッタ発生量が増大した。比較例Ｎｏ．２０乃至２２は、炭素のＸ線回折ピークの半値幅が本発明の下限値未満であり、更に油量が本発明の好ましい範囲の上限を超えたため、初期抵抗Ｒ０は小さいものの、スリップ限界Ｒ１が小さくなり、スリップが発生して送給が不安定になったため、スパッタ発生量が増大した。
【００５４】
また、上記表４に示すように、比較例Ｎｏ．３５は、炭素のＸ線回折ピークの半値幅が本発明の下限値未満であるため、初期抵抗Ｒ０は小さかったものの、スリップ限界Ｒ１が小さくなり、スリップが発生して送給が不安定になったため、スパッタ発生量が増大した。比較例Ｎｏ．３６は、炭素のＸ線回折ピークの半値幅が本発明の下限値未満であり、更に、ＭｏＳ２を塗布しなかったため、スリップ限界Ｒ１が低下し、送給ローラでのグリップ並びに給電チップ及びスプリングライナにおける滑り性が確保できず、送給が不安定になったため、スパッタ発生量が増大した。比較例Ｎｏ．３７は、炭素のＸ線回折ピークの半値幅が本発明の下限値未満であり、その塗布量が本発明の好ましい範囲の上限を超えたため、初期抵抗Ｒ０は小さいものの、スリップ限界Ｒ１が小さくなり、スリップが発生して送給が不安定になったため、スパッタ発生量が増大した。比較例Ｎｏ．３８は、炭素のＸ線回折ピークの半値幅が本発明の下限値未満であり、油を塗布しなかったため、スリップ限界Ｒ１が低下し、スリップが発生して送給が不安定になったため、スパッタ発生量が増大した。比較例Ｎｏ．３９及び４０は、炭素のＸ線回折ピークの半値幅が本発明の下限値未満であるため、スリップ限界Ｒ１が小さくなり、スリップが発生して送給が不安定になったため、スパッタ発生量が増大した。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、ワイヤの表面上又は表面直下に存在する黒鉛の面間隔及びその量を適切に規定したので、銅メッキが表面に施されていないワイヤであっても、スパッタ発生量を低減し、給電チップ及びスプリングライナ内部の送給性を確保すると共に送給ローラでの滑りを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】横軸に回折角度をとり、縦軸に回折強度をとって、捕集された炭素の測定結果を示す回折図である。
【図２】横軸に回折角度をとり、縦軸に回折強度をとって、捕集された他の炭素の測定結果を示す回折図である。
【図３】横軸に回折角度をとり、縦軸に回折強度をとって、捕集された黒鉛の測定結果を示す回折図である。
【図４】横軸に回折角度をとり、縦軸に回折強度をとって、捕集された他の黒鉛の測定結果を示す回折図である。
【図５】横軸に回折角度をとり、縦軸に回折強度をとって、捕集された黒鉛含有炭素の測定結果を示す回折図である。
【図６】（ａ）はスリップ限界の定量試験装置を示す模式図、（ｂ）は送給ローラ部を拡大して示す模式図である。
【符号の説明】
１；送給ローラ
２；ワイヤ
３；スプリングライナ
Claims (5)
- 銅メッキを施していないソリッドワイヤ又は銅メッキを施していないフラックス入りワイヤであって、ＣｕＫαを線源としたとき、黒鉛の（００２）回折線に相当するＸ線回折ピークの回折角２θが２４．０乃至２６．５゜の範囲にあり、前記Ｘ線回折ピークの半値幅が２．０゜以上である炭素が前記ワイヤの表面上及び／又は表面直下に存在することを特徴とする溶接用ワイヤ。
- 前記ワイヤの表面上及び／又は表面直下に、（００２）回折線のピーク位置から求めた面間隔ｄ００２が０．３３５３ｎｍ乃至０．３３７２ｎｍである黒鉛が存在することを特徴とする請求項１に記載の溶接用ワイヤ。
- 前記炭素又は前記炭素及び黒鉛は、前記ワイヤの表面上及び／又は表面直下にワイヤ１０ｋｇ当たり０．０５乃至５ｇ存在することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接用ワイヤ。
- 粒径が０．１乃至１０μｍのＭｏＳ２が前記ワイヤの表面上及び／又は表面直下に前記ワイヤ１０ｋｇ当たり０．０１乃至１．０ｇ存在することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の溶接用ワイヤ。
- 植物油、動物油、鉱物油及び合成油からなる群から選択された少なくとも１種以上の油が総量で前記ワイヤの表面にワイヤ１０ｋｇ当たり０．２乃至３ｇ存在することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の溶接用ワイヤ。
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