JP3747238B2 - めっき無し溶接用ソリッドワイヤ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はめっきを施さないめっき無し溶接用ソリッドワイヤに関し、特に中板（２ｍｍ〜４ｍｍの厚さの板）又は薄板（２ｍｍ未満の厚さの板）の半自動溶接又は自動溶接において、ワイヤ送給性及びアークスタート性が優れためっき無し溶接用ソリッドワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
特に、自動車業界等の薄板溶接施工においては、現在、高能率化が進み、溶接速度も高速化している。一方で、溶接品質は落としたくないがために、アークが発生した直後からアークが安定するまでの時間を可能な限り短くできるような方法、即ちアークスタート性の向上が求められている。また、アークのオン／オフを頻繁に繰り返す場合等においても同様である。
【０００３】
ところが、銅めっき有りのワイヤの場合、コンジットライナ及びチップ内部等に銅めっき屑が堆積し、送給性を阻害しやすいため、優れたアークスタート性を長時間にわたって実現することは難しい。
【０００４】
しかし、銅めっき処理を無くしても、アークスタート性の向上に繋がるものではない。つまり、銅めっきが無いために、アーク直上付近でワイヤ表面の酸化が促進され、溶接終了後のワイヤ先端部に酸化皮膜が付着しやすくなるというデメリットが存在する。そして、この状態でアークを発生させようとすると、酸化皮膜が絶縁物の役目を果たし、アークスタート性が悪くなる。よって、銅めっき無しのワイヤにおいて、アークスタート性を向上させようとすれば、酸化皮膜を極力低減させることが望ましい。この酸化皮膜は、そのほとんどがソリッドワイヤの主要成分であるＳｉ，Ｍｎ，Ｔｉの酸化物から構成されるものであることから、アークスタート性を良好に保つためには、これらの成分（Ｓｉ，Ｍｎ，Ｔｉ）の添加量を抑制することが必要である。
【０００５】
コンジットライナ及びインナーチューブ等を長期間交換又は清掃せずとも、優れたアークスタート性を維持しつづけるためには、金属屑の詰まり量の低減、ワイヤ送給性の向上、アーク安定性の向上は勿論のこと、化学成分の最適化、更にはワイヤ先端に多少の絶縁物があってもそれを突き破って安定通電する力、即ちワイヤの高強度化の全てを実現することが必要となる。
【０００６】
従来、アークスタート性の向上（アーク安定性及びワイヤ送給性向上等も含む）に関する従来技術として、銅めっき無しワイヤに限定したものでは、特開１９９９−３４２４９４及び特開１９９９−４７９８１等があり、また特に銅めっき無しに限定せずにワイヤの化学成分を規定した従来技術として、特開２００１−１２９６８３、特開１９９４−２３５８４及び特開１９９３−２３８８４等がある。しかし、これらの従来技術は、いずれも、ワイヤの引張強度との組合せで上記要望を満足しようとしており、ワイヤ先端に付着する酸化皮膜の抑制に着目したような従来技術は存在しない。このため、上述の従来技術では、アークスタート性を十分に向上させるには限界がある。
【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、ワイヤ送給性及びアークスタート性の双方を向上させることができるめっき無し溶接用ソリッド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】
本発明に係るめっき無し溶接用ソリッドワイヤは、Ｃ：０．０４乃至０．１２質量％、Ｓｉ：０．５乃至１．１質量％、Ｍｎ：１．０乃至１．７質量％を含有し、Ｔｉ：０．０３質量％以下に規制し、更に、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｔｉの含有量を数式Ｓｉ＋Ｍｎ＋（１０×Ｔｉ）が２．５以下になるように規制し、ワイヤの引張強度が９００乃至１３００（Ｎ／ｍｍ２）であり、ワイヤ表面上及び／又は表面直下に、Ｋ化合物と、ＭｏＳ２と、ポリイソブテン及びポリイソブテンを主成分として含む油とが存在し、このときのＫ化合物の存在量がＫ換算値で２乃至１０ｐｐｍであり、ＭｏＳ２の存在量がワイヤ１０ｋｇ当り０．０１乃至０．５ｇであり、前記油の存在量がワイヤ１０ｋｇ当り０．３乃至１．５ｇであることを特徴とする。
【０００９】
このめっき無し溶接用ソリッドワイヤにおいて、前記ＭｏＳ２の粒径が０．１乃至１０μｍであることが好ましい。また、前記Ｋ化合物がホウ酸Ｋであることがより好ましい。
【００１０】
【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。ＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤについて、本発明を適用することの作用効果について、以下に詳細に説明する。
【００１１】
従来技術の問題点として説明したように、銅めっき有りソリッドワイヤの場合、ライナー又はチップ内部へのめっき屑の堆積が問題となり、送給性及びアークスタート性を阻害する可能性が高くなる。そこで、銅めっき無しソリッドワイヤをベースにして、送給性及びアークスタート性の改善を試みたが、別の問題として、溶接終了後のワイヤ先端付近に、銅めっき有りソリッドワイヤの場合よりも明らかに多い酸化皮膜の形成が認められた。図１（ａ）は銅メッキを施したワイヤの場合であり、ワイヤ先端に付着する酸化皮膜は薄いものであり、アークスタート時の通電は容易である。これに対し、図１（ｂ）は銅メッキを施さないワイヤの場合であり、ワイヤ先端に付着する酸化皮膜は厚く、アークスタート時の通電が困難である。
【００１２】
これはめっき無しワイヤの場合、溶接中にアーク直上にてワイヤ表面の酸化が促進されるためである。本願発明者等は、この酸化皮膜に関して、スラグ形成剤であるＳｉ，Ｍｎ，Ｔｉについて上限を設けてその含有量を規制し、これらのスラグ形成剤の添加量を適正量とすることによって、低減が可能であることを見いだした。
【００１３】
また、仮にワイヤ先端に付着している酸化皮膜を薄く、かつ少量に保つことができたとしても、この酸化皮膜が絶縁物である以上は少なからず通電が阻害される傾向にある。よりスムーズなアークスタート性を得るためには、この絶縁物を少しでも早く突き破り、電流を流す必要がある。これを実現する方法として、ワイヤ引張強度の高張力化がある。ワイヤの引張強度を高めに設定することによって、溶接対象物へのワイヤ先端の押し付け力が強くなり、その結果、迅速な絶縁物破壊により速やかなアーク発生を実現することができる。
【００１４】
図２（ａ）はワイヤの引張り強度が低い場合、図２（ｂ）はワイヤの引張り強度が高い場合のアークスタート時の通電状況を示す。ワイヤの引張り強度が高い場合は、ワイヤの押し付け力が高く、ワイヤ先端の絶縁物を迅速に破壊することができる。
【００１５】
また、アルカリ金属であるＫがワイヤ表面上又はワイヤ表面直下に適量存在することによって、電子の放出が容易になるため、溶滴上部までアークがはい上がることが促進される。図３（ａ）はワイヤ表面にＫが存在しない場合、（ｂ）はワイヤ表面にＫが存在する場合において、アークスタート時のアークのはい上がりの相違を示す図である。この図に示すように、ワイヤ表面にＫが存在する場合は、アークのはい上がりが促進される。その結果、安定したアークスタート性が実現される。
【００１６】
なお、アーク安定剤として使用するＫ源はホウ酸Ｋが望ましい。ホウ酸Ｋは微細粒子のものが入手しやすく、粘度調整剤としての油と共存することにより、ワイヤ表面から脱落し難くなる。この油は、鉱物油、動植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種の油である。一方、伸線潤滑剤等に使用されるステアリン酸Ｋ等の炭素鎖の長い有機Ｋでは、油と共存しても脱落し易い。
【００１７】
ＭｏＳ２及び油は、ワイヤ表面上又はワイヤ表面直下に適量存在することによって、ワイヤの送給性を安定させる効果がある。アークスタートの瞬間にも安定してワイヤを送ることができるので、これらの成分がワイヤ表面上又はワイヤ表面直下に存在すると、アークスタートミスを極力抑制することができる。また、油はＭｏＳ２を効果的にワイヤ表面に保持する油としても最適である。
【００１８】
次に、各成分の分析方法について説明する。
【００１９】
＜Ｋ分析方法＞
Ｋが付着しているワイヤのカットサンプルを、約２０ｍｍ乃至３０ｍｍの長さで２０ｇ程度用意する。石英ビーカに、塩酸と過酸化水素の混合液体を注ぎ、この中に前記カットサンプルを入れて数秒間浸漬した後、カットサンプルを取り出し、残った液体をろ過する。ろ過後の液体中のＫ濃度を原子吸光法で測定し、ワイヤ１０ｋｇ当たりのＫの付着量を定量する。
【００２０】
＜ＭｏＳ２の分析方法＞
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、洗浄液をろ紙でろ過し、その後ろ紙を乾燥する。このろ紙を白煙処理することにより、ＭｏＳ２を溶解し、原子吸光法によってＭｏ（ａ）を定量化する。また、エタノール洗浄した後のワイヤを塩酸（ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ＝１：１）に浸漬して溶解し、ＭｏＳ２を遊離させる。これをろ紙でろ過した後、白煙処理によってＭｏＳ２を溶解し、原子吸光法によってＭｏ（ｂ）を定量化する。そして、Ｍｏ（ａ）＋Ｍｏ（ｂ）の合計量をＭｏＳ２に換算し、ワイヤ質量で除することによって、ワイヤ１０ｋｇ当たりのＭｏＳ２塗布量を測定する。
【００２１】
〈油量定量分析方法〉
鉱物油、動植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種の油を一定濃度含有する四塩化炭素溶液を準備し、これを基準液として使用する。ワイヤのカットサンプルを、約２０ｍｍ乃至３０ｍｍ長さで２０ｇ程度用意する。そして、カットサンプルを四塩化炭素中で浸漬洗浄し、洗浄液を赤外吸収法で測定し、基準液と比較することにより、ワイヤ１０ｋｇ当たりの油付着量を測定する。
【００２２】
次に、本発明のワイヤ組成における各成分の添加理由及び組成限定理由について説明する。
【００２３】
「Ｃ：０．０４乃至０．１２質量％」
Ｃの添加量が０．０４質量％よりも低いと、ワイヤ引張強度の低下から、アークスタート性が悪くなる。また、Ｃが０．１２質量％を超えると、ワイヤ引張強度が高くなりすぎるため、ワイヤ送給性を阻害する。
【００２４】
「Ｓｉ：０．５乃至１．１質量％」
Ｓｉの添加量が０．５質量％よりも低いと、ワイヤ引張強度の低下から、アークスタート性が悪くなる。また、Ｓｉが１．１質量％を超えると、ワイヤ先端部に酸化物が形成されやすくなり、同様にアークスタート性が悪くなる。
【００２５】
「Ｍｎ：１．０乃至１．７質量％」
Ｍｎの添加量が１．０質量％よりも低いと、ワイヤ引張強度の低下から、アークスタート性が悪くなる。また、Ｍｎが１．７質量％を超えると、ワイヤ先端部に酸化物が形成されやすくなり、同様にアークスタート性が悪くなる。
【００２６】
「Ｔｉ：０．０３質量％以下」
Ｔｉはアーク安定性を向上させるために効果的な元素であるが、最もスラグ形成の原因になりやすい成分の一つである。よって、Ｔｉは添加成分とせず、しかもその量を０．０３質量％以下に規制することが必要である。Ｔｉの含有量が０．０３質量％を超えると、ワイヤ先端部に酸化物が形成されやすくなり、アークスタート性が悪くなる。
【００２７】
「数式Ｓｉ＋Ｍｎ＋（１０×Ｔｉ）の値：２．５以下」
Ｓｉ＋Ｍｎ＋（１０×Ｔｉ）の値が２．５を超えると、ワイヤ先端部に酸化物を形成しやすくなり、アークスタート性が悪くなる。Ｓｉ＋Ｍｎ＋（１０×Ｔｉ）を２．５以下とすることにより、確実にスラグを低減することができる。
【００２８】
「ワイヤの引張強度：９００乃至１３００Ｎ／ｍｍ２」
ワイヤの引張強度が９００Ｎ／ｍｍ２より低いと、ワイヤの強度不足から、アークスタート性が悪くなる。また、ワイヤの引張り強度が１３００Ｎ／ｍｍ２を超えると、ワイヤ引張強度が高くなりすぎるため、ワイヤ送給性を阻害する。
【００２９】
ワイヤの引張強度を任意に制御するための方法として、溶接用ワイヤの製造方法があげられる。溶接用ワイヤの製造設備としては、製造コストをいかに低く押えるかということも極めて重要であり、本発明の溶接ワイヤに関しても、製造工程から焼鈍工程を省略した設備によって製造することを前提としている。具体的な製造方法について説明する。先ず、熱間圧延により、溶接ワイヤの「原線」を製造する。この原線を塩酸等により酸洗処理した後、冷間加工により伸線していく。酸洗処理は、熱間圧延により生じる原線の酸化スケールを化学的に除去するための工程であるが、この酸化スケールについては、曲げる及び捩じる等の方法により、機械的に除去しても良い。ＭｏＳ２及びＫ等については、伸線していく過程で塗布しても良いし、最終製品径まで加工した後、ポリイソブテンを含む油と混ぜて塗布しても良い。最終製品径においてワイヤ引張強度を請求範囲内に制御するためには、原線に加工する過程の熱間圧延の圧延温度及び減面率を調整するか、又は冷間加工の伸線過程における減面率を調整することにより可能である。
【００３０】
最終製品径までの伸線工程においては、穴ダイス、マイクロミル又はローラダイスを使用することにより、ワイヤを加工する。製造工程からの焼鈍工程の省略は、熱間圧延の条件の最適化、即ち圧延温度の制御及び減面率の最適化により可能となる。仮に、このような状況下においてもワイヤの引張強度が１３００（Ｎ／ｍｍ２）を超えてしまうような場合には、マイクロミル又はローラダイスを使用して伸線することで、加工硬化を極力抑制し、所定の強度に制御することも一つの方法である。
【００３１】
その他にワイヤ引張強度の値を制御する手段としては、Ｃ（炭素）の添加量を適宜調整することが有効である。Ｓｉ，Ｍｎ，Ｔｉ等の添加によってもワイヤ引張強度を高くすることはできるが、前述のとおり、これらはワイヤ先端の酸化皮膜の原因となる。Ｃの場合は酸素と反応してもＣＯ又はＣＯ２になり、シールドガス中に還元されるだけなので、酸化皮膜の原因とはならずに、ワイヤ引張強度のレベルを制御することができる。但し、ワイヤの化学成分であるＣによってワイヤ引張強度を制御する場合は、当然のことながら溶接金属の機械性能を充分満足する状態であることが前提となる。
【００３２】
「Ｋ化合物の存在量（Ｋ換算値）：２乃至１０ｐｐｍ」
ワイヤ表面又はワイヤ表面直下へのＫ化合物の付着量がＫ換算値で２ｐｐｍよりも低いと、溶滴上部へのアークのはい上がりが実現しにくく、良好なアークスタート性が得られない。また、Ｋ化合物の付着量がＫ換算値で１０ｐｐｍを超えると、コンジットライナー内部の詰まりの原因となり、送給性が悪くなる。
【００３３】
「粒径が０．１乃至１０μｍのＭｏＳ２の付着量：ワイヤ１０ｋｇ当り０．０１乃至０．５ｇ」
ＭｏＳ２の粒径は０．１乃至１０μｍが望ましい。ＭｏＳ２の粒径が０．１μｍ未満では、滑り性が実現せず、良好な送給性は得られない。一方、ＭｏＳ２の粒径が１０μｍ以上では、滑り性は得られるが、表面から剥離しやすく、詰まりの原因となり、送給性が悪くなる。ＭｏＳ２の付着量がワイヤ１０ｋｇ当り０．０１ｇより少ないと、滑り性が不十分で送給が安定しない。また、ＭｏＳ２の付着量が０．５ｇを超えると、詰まりの原因となり、送給性が悪くなる。
【００３４】
「鉱物油、動植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種の油：ワイヤ１０ｋｇ当り０．３乃至１．５ｇ」
鉱物油、動植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種の油の付着量がワイヤ１０ｋｇ当り０．３ｇより少ないと、滑り性が不十分で送給が安定しない。また、この油が１．５ｇを超えると、詰まりの原因となり、送給性が悪くなる。合成油の一例として、ポリイソブテンが挙げられる。また、動植物油の例としては、牛脂、菜種油、パーム油等が挙げられる。更に、鉱物油の例としては、マシン油、スピンドル油等が挙げられる。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。下記表１は溶接条件を示し、下記表２はアークスタート性の評価基準を示す。なお、以下は、全てワイヤ直径が１．２ｍｍの溶接ワイヤでの実施例・比較例である。また、この実施例・比較例で使用した油は、全てポリイソブテンを主成分に含む油である。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
そして、溶接試験において、アーク発生時間３秒、アーク停止時間３０秒の操作を１セットとし、これを１００セット繰り返す。この１００セットのうち、評価点の合計が何点になるかによって、下記表３の基準に基づいてランク分けした。
【００３９】
【表３】
【００４０】
その結果を下記表４及び表５に示す。比較例１，３，５，１１，１３，１５，１７は、請求項１にて規定した条件を１項目又は２項目下回るものであり、アークスタート性が悪いものである。特に、比較例１５，１７はワイヤの滑り性が著しく劣るため、アークスタート性も極めて悪くなる。また、比較例２，４，６，７，８，９，１０，１２，１４，１６，１８は請求項１にて規定した条件を１項目又は２項目上回るものであり、同様に、アークスタート性が悪い。特に、比較例２，１２はワイヤの引張強度が高すぎて送給性を阻害するため、アークスタート性も極めて悪くなる。更に、比較例１４，１６，１８は長時間溶接により、詰まり物が生じやすい。このような状況ではアークスタート性も極めて悪くなる。一方、請求項１を満足する実施例１９乃至２９はいずれもアークスタート性が優れている。実施例２０Ａ，２４Ａは、Ｋ原として、ステアリン酸カリウムを使用したものである。これ以外の例は、全て、ホウ酸カリウムを使用している。
なお、ステアリン酸カリウムを使用した実施例２０Ａ，２４Ａは、連続的な溶接において、アークスタート性が若干劣っていた。実施例２０Ｂ，２４Ｂは、ＭｏＳ２の粒径が、夫々請求項２の下限値を外れる０．０７（μｍ）のものと、請求項２の上限を外れる１８（μｍ）のものとであるので、いずれも実施例２０，２４に比べて、送給安定性が若干劣り、アークスタート性も多少劣る結果となった。
【００４１】
【表４】
【００４２】
【表５】
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、めっきを施さないめっき無し溶接用ソリッドワイヤにおいて、極めて優れたアークスタート性が得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）は溶接時のワイヤ先端の状況を示す図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）はアークスタート時の通電状況を示す図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）はアークスタート時に及ぼすＫの効果を示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明はめっきを施さないめっき無し溶接用ソリッドワイヤに関し、特に中板（２ｍｍ〜４ｍｍの厚さの板）又は薄板（２ｍｍ未満の厚さの板）の半自動溶接又は自動溶接において、ワイヤ送給性及びアークスタート性が優れためっき無し溶接用ソリッドワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
特に、自動車業界等の薄板溶接施工においては、現在、高能率化が進み、溶接速度も高速化している。一方で、溶接品質は落としたくないがために、アークが発生した直後からアークが安定するまでの時間を可能な限り短くできるような方法、即ちアークスタート性の向上が求められている。また、アークのオン／オフを頻繁に繰り返す場合等においても同様である。
【０００３】
ところが、銅めっき有りのワイヤの場合、コンジットライナ及びチップ内部等に銅めっき屑が堆積し、送給性を阻害しやすいため、優れたアークスタート性を長時間にわたって実現することは難しい。
【０００４】
しかし、銅めっき処理を無くしても、アークスタート性の向上に繋がるものではない。つまり、銅めっきが無いために、アーク直上付近でワイヤ表面の酸化が促進され、溶接終了後のワイヤ先端部に酸化皮膜が付着しやすくなるというデメリットが存在する。そして、この状態でアークを発生させようとすると、酸化皮膜が絶縁物の役目を果たし、アークスタート性が悪くなる。よって、銅めっき無しのワイヤにおいて、アークスタート性を向上させようとすれば、酸化皮膜を極力低減させることが望ましい。この酸化皮膜は、そのほとんどがソリッドワイヤの主要成分であるＳｉ，Ｍｎ，Ｔｉの酸化物から構成されるものであることから、アークスタート性を良好に保つためには、これらの成分（Ｓｉ，Ｍｎ，Ｔｉ）の添加量を抑制することが必要である。
【０００５】
コンジットライナ及びインナーチューブ等を長期間交換又は清掃せずとも、優れたアークスタート性を維持しつづけるためには、金属屑の詰まり量の低減、ワイヤ送給性の向上、アーク安定性の向上は勿論のこと、化学成分の最適化、更にはワイヤ先端に多少の絶縁物があってもそれを突き破って安定通電する力、即ちワイヤの高強度化の全てを実現することが必要となる。
【０００６】
従来、アークスタート性の向上（アーク安定性及びワイヤ送給性向上等も含む）に関する従来技術として、銅めっき無しワイヤに限定したものでは、特開１９９９−３４２４９４及び特開１９９９−４７９８１等があり、また特に銅めっき無しに限定せずにワイヤの化学成分を規定した従来技術として、特開２００１−１２９６８３、特開１９９４−２３５８４及び特開１９９３−２３８８４等がある。しかし、これらの従来技術は、いずれも、ワイヤの引張強度との組合せで上記要望を満足しようとしており、ワイヤ先端に付着する酸化皮膜の抑制に着目したような従来技術は存在しない。このため、上述の従来技術では、アークスタート性を十分に向上させるには限界がある。
【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、ワイヤ送給性及びアークスタート性の双方を向上させることができるめっき無し溶接用ソリッド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】
本発明に係るめっき無し溶接用ソリッドワイヤは、Ｃ：０．０４乃至０．１２質量％、Ｓｉ：０．５乃至１．１質量％、Ｍｎ：１．０乃至１．７質量％を含有し、Ｔｉ：０．０３質量％以下に規制し、更に、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｔｉの含有量を数式Ｓｉ＋Ｍｎ＋（１０×Ｔｉ）が２．５以下になるように規制し、ワイヤの引張強度が９００乃至１３００（Ｎ／ｍｍ２）であり、ワイヤ表面上及び／又は表面直下に、Ｋ化合物と、ＭｏＳ２と、ポリイソブテン及びポリイソブテンを主成分として含む油とが存在し、このときのＫ化合物の存在量がＫ換算値で２乃至１０ｐｐｍであり、ＭｏＳ２の存在量がワイヤ１０ｋｇ当り０．０１乃至０．５ｇであり、前記油の存在量がワイヤ１０ｋｇ当り０．３乃至１．５ｇであることを特徴とする。
【０００９】
このめっき無し溶接用ソリッドワイヤにおいて、前記ＭｏＳ２の粒径が０．１乃至１０μｍであることが好ましい。また、前記Ｋ化合物がホウ酸Ｋであることがより好ましい。
【００１０】
【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。ＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤについて、本発明を適用することの作用効果について、以下に詳細に説明する。
【００１１】
従来技術の問題点として説明したように、銅めっき有りソリッドワイヤの場合、ライナー又はチップ内部へのめっき屑の堆積が問題となり、送給性及びアークスタート性を阻害する可能性が高くなる。そこで、銅めっき無しソリッドワイヤをベースにして、送給性及びアークスタート性の改善を試みたが、別の問題として、溶接終了後のワイヤ先端付近に、銅めっき有りソリッドワイヤの場合よりも明らかに多い酸化皮膜の形成が認められた。図１（ａ）は銅メッキを施したワイヤの場合であり、ワイヤ先端に付着する酸化皮膜は薄いものであり、アークスタート時の通電は容易である。これに対し、図１（ｂ）は銅メッキを施さないワイヤの場合であり、ワイヤ先端に付着する酸化皮膜は厚く、アークスタート時の通電が困難である。
【００１２】
これはめっき無しワイヤの場合、溶接中にアーク直上にてワイヤ表面の酸化が促進されるためである。本願発明者等は、この酸化皮膜に関して、スラグ形成剤であるＳｉ，Ｍｎ，Ｔｉについて上限を設けてその含有量を規制し、これらのスラグ形成剤の添加量を適正量とすることによって、低減が可能であることを見いだした。
【００１３】
また、仮にワイヤ先端に付着している酸化皮膜を薄く、かつ少量に保つことができたとしても、この酸化皮膜が絶縁物である以上は少なからず通電が阻害される傾向にある。よりスムーズなアークスタート性を得るためには、この絶縁物を少しでも早く突き破り、電流を流す必要がある。これを実現する方法として、ワイヤ引張強度の高張力化がある。ワイヤの引張強度を高めに設定することによって、溶接対象物へのワイヤ先端の押し付け力が強くなり、その結果、迅速な絶縁物破壊により速やかなアーク発生を実現することができる。
【００１４】
図２（ａ）はワイヤの引張り強度が低い場合、図２（ｂ）はワイヤの引張り強度が高い場合のアークスタート時の通電状況を示す。ワイヤの引張り強度が高い場合は、ワイヤの押し付け力が高く、ワイヤ先端の絶縁物を迅速に破壊することができる。
【００１５】
また、アルカリ金属であるＫがワイヤ表面上又はワイヤ表面直下に適量存在することによって、電子の放出が容易になるため、溶滴上部までアークがはい上がることが促進される。図３（ａ）はワイヤ表面にＫが存在しない場合、（ｂ）はワイヤ表面にＫが存在する場合において、アークスタート時のアークのはい上がりの相違を示す図である。この図に示すように、ワイヤ表面にＫが存在する場合は、アークのはい上がりが促進される。その結果、安定したアークスタート性が実現される。
【００１６】
なお、アーク安定剤として使用するＫ源はホウ酸Ｋが望ましい。ホウ酸Ｋは微細粒子のものが入手しやすく、粘度調整剤としての油と共存することにより、ワイヤ表面から脱落し難くなる。この油は、鉱物油、動植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種の油である。一方、伸線潤滑剤等に使用されるステアリン酸Ｋ等の炭素鎖の長い有機Ｋでは、油と共存しても脱落し易い。
【００１７】
ＭｏＳ２及び油は、ワイヤ表面上又はワイヤ表面直下に適量存在することによって、ワイヤの送給性を安定させる効果がある。アークスタートの瞬間にも安定してワイヤを送ることができるので、これらの成分がワイヤ表面上又はワイヤ表面直下に存在すると、アークスタートミスを極力抑制することができる。また、油はＭｏＳ２を効果的にワイヤ表面に保持する油としても最適である。
【００１８】
次に、各成分の分析方法について説明する。
【００１９】
＜Ｋ分析方法＞
Ｋが付着しているワイヤのカットサンプルを、約２０ｍｍ乃至３０ｍｍの長さで２０ｇ程度用意する。石英ビーカに、塩酸と過酸化水素の混合液体を注ぎ、この中に前記カットサンプルを入れて数秒間浸漬した後、カットサンプルを取り出し、残った液体をろ過する。ろ過後の液体中のＫ濃度を原子吸光法で測定し、ワイヤ１０ｋｇ当たりのＫの付着量を定量する。
【００２０】
＜ＭｏＳ２の分析方法＞
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、洗浄液をろ紙でろ過し、その後ろ紙を乾燥する。このろ紙を白煙処理することにより、ＭｏＳ２を溶解し、原子吸光法によってＭｏ（ａ）を定量化する。また、エタノール洗浄した後のワイヤを塩酸（ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ＝１：１）に浸漬して溶解し、ＭｏＳ２を遊離させる。これをろ紙でろ過した後、白煙処理によってＭｏＳ２を溶解し、原子吸光法によってＭｏ（ｂ）を定量化する。そして、Ｍｏ（ａ）＋Ｍｏ（ｂ）の合計量をＭｏＳ２に換算し、ワイヤ質量で除することによって、ワイヤ１０ｋｇ当たりのＭｏＳ２塗布量を測定する。
【００２１】
〈油量定量分析方法〉
鉱物油、動植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種の油を一定濃度含有する四塩化炭素溶液を準備し、これを基準液として使用する。ワイヤのカットサンプルを、約２０ｍｍ乃至３０ｍｍ長さで２０ｇ程度用意する。そして、カットサンプルを四塩化炭素中で浸漬洗浄し、洗浄液を赤外吸収法で測定し、基準液と比較することにより、ワイヤ１０ｋｇ当たりの油付着量を測定する。
【００２２】
次に、本発明のワイヤ組成における各成分の添加理由及び組成限定理由について説明する。
【００２３】
「Ｃ：０．０４乃至０．１２質量％」
Ｃの添加量が０．０４質量％よりも低いと、ワイヤ引張強度の低下から、アークスタート性が悪くなる。また、Ｃが０．１２質量％を超えると、ワイヤ引張強度が高くなりすぎるため、ワイヤ送給性を阻害する。
【００２４】
「Ｓｉ：０．５乃至１．１質量％」
Ｓｉの添加量が０．５質量％よりも低いと、ワイヤ引張強度の低下から、アークスタート性が悪くなる。また、Ｓｉが１．１質量％を超えると、ワイヤ先端部に酸化物が形成されやすくなり、同様にアークスタート性が悪くなる。
【００２５】
「Ｍｎ：１．０乃至１．７質量％」
Ｍｎの添加量が１．０質量％よりも低いと、ワイヤ引張強度の低下から、アークスタート性が悪くなる。また、Ｍｎが１．７質量％を超えると、ワイヤ先端部に酸化物が形成されやすくなり、同様にアークスタート性が悪くなる。
【００２６】
「Ｔｉ：０．０３質量％以下」
Ｔｉはアーク安定性を向上させるために効果的な元素であるが、最もスラグ形成の原因になりやすい成分の一つである。よって、Ｔｉは添加成分とせず、しかもその量を０．０３質量％以下に規制することが必要である。Ｔｉの含有量が０．０３質量％を超えると、ワイヤ先端部に酸化物が形成されやすくなり、アークスタート性が悪くなる。
【００２７】
「数式Ｓｉ＋Ｍｎ＋（１０×Ｔｉ）の値：２．５以下」
Ｓｉ＋Ｍｎ＋（１０×Ｔｉ）の値が２．５を超えると、ワイヤ先端部に酸化物を形成しやすくなり、アークスタート性が悪くなる。Ｓｉ＋Ｍｎ＋（１０×Ｔｉ）を２．５以下とすることにより、確実にスラグを低減することができる。
【００２８】
「ワイヤの引張強度：９００乃至１３００Ｎ／ｍｍ２」
ワイヤの引張強度が９００Ｎ／ｍｍ２より低いと、ワイヤの強度不足から、アークスタート性が悪くなる。また、ワイヤの引張り強度が１３００Ｎ／ｍｍ２を超えると、ワイヤ引張強度が高くなりすぎるため、ワイヤ送給性を阻害する。
【００２９】
ワイヤの引張強度を任意に制御するための方法として、溶接用ワイヤの製造方法があげられる。溶接用ワイヤの製造設備としては、製造コストをいかに低く押えるかということも極めて重要であり、本発明の溶接ワイヤに関しても、製造工程から焼鈍工程を省略した設備によって製造することを前提としている。具体的な製造方法について説明する。先ず、熱間圧延により、溶接ワイヤの「原線」を製造する。この原線を塩酸等により酸洗処理した後、冷間加工により伸線していく。酸洗処理は、熱間圧延により生じる原線の酸化スケールを化学的に除去するための工程であるが、この酸化スケールについては、曲げる及び捩じる等の方法により、機械的に除去しても良い。ＭｏＳ２及びＫ等については、伸線していく過程で塗布しても良いし、最終製品径まで加工した後、ポリイソブテンを含む油と混ぜて塗布しても良い。最終製品径においてワイヤ引張強度を請求範囲内に制御するためには、原線に加工する過程の熱間圧延の圧延温度及び減面率を調整するか、又は冷間加工の伸線過程における減面率を調整することにより可能である。
【００３０】
最終製品径までの伸線工程においては、穴ダイス、マイクロミル又はローラダイスを使用することにより、ワイヤを加工する。製造工程からの焼鈍工程の省略は、熱間圧延の条件の最適化、即ち圧延温度の制御及び減面率の最適化により可能となる。仮に、このような状況下においてもワイヤの引張強度が１３００（Ｎ／ｍｍ２）を超えてしまうような場合には、マイクロミル又はローラダイスを使用して伸線することで、加工硬化を極力抑制し、所定の強度に制御することも一つの方法である。
【００３１】
その他にワイヤ引張強度の値を制御する手段としては、Ｃ（炭素）の添加量を適宜調整することが有効である。Ｓｉ，Ｍｎ，Ｔｉ等の添加によってもワイヤ引張強度を高くすることはできるが、前述のとおり、これらはワイヤ先端の酸化皮膜の原因となる。Ｃの場合は酸素と反応してもＣＯ又はＣＯ２になり、シールドガス中に還元されるだけなので、酸化皮膜の原因とはならずに、ワイヤ引張強度のレベルを制御することができる。但し、ワイヤの化学成分であるＣによってワイヤ引張強度を制御する場合は、当然のことながら溶接金属の機械性能を充分満足する状態であることが前提となる。
【００３２】
「Ｋ化合物の存在量（Ｋ換算値）：２乃至１０ｐｐｍ」
ワイヤ表面又はワイヤ表面直下へのＫ化合物の付着量がＫ換算値で２ｐｐｍよりも低いと、溶滴上部へのアークのはい上がりが実現しにくく、良好なアークスタート性が得られない。また、Ｋ化合物の付着量がＫ換算値で１０ｐｐｍを超えると、コンジットライナー内部の詰まりの原因となり、送給性が悪くなる。
【００３３】
「粒径が０．１乃至１０μｍのＭｏＳ２の付着量：ワイヤ１０ｋｇ当り０．０１乃至０．５ｇ」
ＭｏＳ２の粒径は０．１乃至１０μｍが望ましい。ＭｏＳ２の粒径が０．１μｍ未満では、滑り性が実現せず、良好な送給性は得られない。一方、ＭｏＳ２の粒径が１０μｍ以上では、滑り性は得られるが、表面から剥離しやすく、詰まりの原因となり、送給性が悪くなる。ＭｏＳ２の付着量がワイヤ１０ｋｇ当り０．０１ｇより少ないと、滑り性が不十分で送給が安定しない。また、ＭｏＳ２の付着量が０．５ｇを超えると、詰まりの原因となり、送給性が悪くなる。
【００３４】
「鉱物油、動植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種の油：ワイヤ１０ｋｇ当り０．３乃至１．５ｇ」
鉱物油、動植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種の油の付着量がワイヤ１０ｋｇ当り０．３ｇより少ないと、滑り性が不十分で送給が安定しない。また、この油が１．５ｇを超えると、詰まりの原因となり、送給性が悪くなる。合成油の一例として、ポリイソブテンが挙げられる。また、動植物油の例としては、牛脂、菜種油、パーム油等が挙げられる。更に、鉱物油の例としては、マシン油、スピンドル油等が挙げられる。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。下記表１は溶接条件を示し、下記表２はアークスタート性の評価基準を示す。なお、以下は、全てワイヤ直径が１．２ｍｍの溶接ワイヤでの実施例・比較例である。また、この実施例・比較例で使用した油は、全てポリイソブテンを主成分に含む油である。
【００３６】
【表１】
【表２】
そして、溶接試験において、アーク発生時間３秒、アーク停止時間３０秒の操作を１セットとし、これを１００セット繰り返す。この１００セットのうち、評価点の合計が何点になるかによって、下記表３の基準に基づいてランク分けした。
【００３９】
【表３】
その結果を下記表４及び表５に示す。比較例１，３，５，１１，１３，１５，１７は、請求項１にて規定した条件を１項目又は２項目下回るものであり、アークスタート性が悪いものである。特に、比較例１５，１７はワイヤの滑り性が著しく劣るため、アークスタート性も極めて悪くなる。また、比較例２，４，６，７，８，９，１０，１２，１４，１６，１８は請求項１にて規定した条件を１項目又は２項目上回るものであり、同様に、アークスタート性が悪い。特に、比較例２，１２はワイヤの引張強度が高すぎて送給性を阻害するため、アークスタート性も極めて悪くなる。更に、比較例１４，１６，１８は長時間溶接により、詰まり物が生じやすい。このような状況ではアークスタート性も極めて悪くなる。一方、請求項１を満足する実施例１９乃至２９はいずれもアークスタート性が優れている。実施例２０Ａ，２４Ａは、Ｋ原として、ステアリン酸カリウムを使用したものである。これ以外の例は、全て、ホウ酸カリウムを使用している。
なお、ステアリン酸カリウムを使用した実施例２０Ａ，２４Ａは、連続的な溶接において、アークスタート性が若干劣っていた。実施例２０Ｂ，２４Ｂは、ＭｏＳ２の粒径が、夫々請求項２の下限値を外れる０．０７（μｍ）のものと、請求項２の上限を外れる１８（μｍ）のものとであるので、いずれも実施例２０，２４に比べて、送給安定性が若干劣り、アークスタート性も多少劣る結果となった。
【００４１】
【表４】
【表５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、めっきを施さないめっき無し溶接用ソリッドワイヤにおいて、極めて優れたアークスタート性が得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）は溶接時のワイヤ先端の状況を示す図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）はアークスタート時の通電状況を示す図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）はアークスタート時に及ぼすＫの効果を示す図である。
Claims (3)
- Ｃ：０．０４乃至０．１２質量％、Ｓｉ：０．５乃至１．１質量％、Ｍｎ：１．０乃至１．７質量％を含有し、Ｔｉ：０．０３質量％以下に規制し、更に、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｔｉの含有量を数式Ｓｉ＋Ｍｎ＋（１０×Ｔｉ）が２．５以下になるように規制し、ワイヤの引張強度が９００乃至１３００（Ｎ／ｍｍ２）であり、ワイヤ表面上及び／又は表面直下に、Ｋ化合物と、ＭｏＳ２と、ポリイソブテン及びポリイソブテンを主成分として含む油とが存在し、このときのＫ化合物の存在量がＫ換算値で２乃至１０ｐｐｍであり、ＭｏＳ２の存在量がワイヤ１０ｋｇ当り０．０１乃至０．５ｇであり、前記油の存在量がワイヤ１０ｋｇ当り０．３乃至１．５ｇであることを特徴とするめっき無し溶接用ソリッドワイヤ。
- 前記ＭｏＳ２の粒径が０．１乃至１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のめっき無し溶接用ソリッドワイヤ。
- 前記Ｋ化合物がホウ酸Ｋであることを特徴とする請求項１又は２に記載のめっき無し溶接用ソリッドワイヤ。
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