JP3876182B2

JP3876182B2 - ガスシールドアーク溶接用ワイヤ

Info

Publication number: JP3876182B2
Application number: JP2002108743A
Authority: JP
Inventors: 弘二雨池; 行雄藤原
Original assignee: 日鐵住金溶接工業株式会社
Priority date: 2002-04-11
Filing date: 2002-04-11
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2022-04-11
Also published as: JP2003305587A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤ送給性に優れた全自動および半自動溶接用フラックス入りワイヤ、ソリッドワイヤ等のガスシールドアーク溶接用ワイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にＣＯ₂ガスシールドアーク溶接、ＭＩＧ溶接等には細径（０．８〜１．６ｍｍ）のガスシールドアーク溶接用ワイヤが使用される。ガスシールドアーク溶接用ワイヤはスプールに巻かれた、あるいはペールパックに装填された形態で溶接に供せられる。このガスシールドアーク溶接用ワイヤの使用に際しては、送給機の送給ローラによりスプールあるいはペールパックからワイヤを引き出すとともに後続するコンジットケーブルに内包されたライナ内に押し込み、このライナを経由して、コンジットケーブル先端に取り付けられた溶接トーチ内の給電チップまで送給する方式が採用されている。ワイヤはこの給電チップと被溶接材間で電圧を印可されてアーク溶接が行われる。
【０００３】
ここで使用されるライナは鋼線をスパイラル状にして形成したフレキシブルなガイド管であり、その長さは通常３〜６ｍ程度であるが広域の溶接を行なう場合には１０〜２０ｍの長尺なものとなり、溶接個所までの距離に合わせて選択使用される。この方式によれば、例えば造船現場等の溶接個所が狭隘な、あるいは高低差がある場所であっても、コンジットケーブル（ライナ）を沿わすことにより比較的容易に溶接が行なえる利点がある。
【０００４】
ところが、使用時に、次のような問題が生じることがあり、その解決を求められている。
安定した溶接を行なうためには、ガスシールドアーク溶接用ワイヤを決められた一定の速度で溶接部に供給すること、つまりワイヤ送給性が良好であることが必要となる。ワイヤは送給ローラの送給力によってライナ内に押し込まれ、一方ライナ内面からは接触摩擦による送給抵抗を受ける。このとき、ライナが直線状態に近い比較的優しい使用環境下の場合には、送給抵抗はそれ程大きくならず送給性に問題は生じないが湾曲個所が多く、湾曲半径（曲率半径）が小さく、あるいはライナが長尺化した場合等の過酷な使用環境下の場合には、送給抵抗が増加し送給力とのバランスが崩れ、ワイヤ送給性が悪化する。
【０００５】
ワイヤの表面状態は、このワイヤ送給性の良否に大きく影響している。即ち、送給抵抗が増加したとき、ワイヤ表面の潤滑剤が少ないと、送給速度が不安定になりワイヤ送給性が悪化する。また、ワイヤがライナ内で座屈する、送給ローラでワイヤ表面が削れ、この削れ滓がライナ内に進入、蓄積する状態を呈する等により、益々送給抵抗が増加するようになる。逆に、ワイヤ表面の潤滑剤が多いと、送給ローラが過剰にスリップするようになり、ワイヤは所定の送給速度を維持できずワイヤ送給性が悪化する。その結果、溶接アークの不安定化、ビード形状の不揃い、融合不良、アンダーカットの発生等のトラブルが発生する。
【０００６】
コンジットケーブルが直線状態で使われる溶接現場は殆どなく、複雑に入り組んだ場所でコンジットケーブルを湾曲させながらワークの溶接が行われるのが普通であるから、このような状況下においてもワイヤ送給性良好なガスシールドアーク溶接用ワイヤが強く要求されるようになった。
従来、ワイヤ送給性を確保するために、ガスシールドアーク溶接用ワイヤ表面にさまざまな潤滑処理が行われている。例えば特公昭５１−３０８５１号公報には、表面にリン酸塩皮膜を形成してなる鋼製溶接用電極ワイヤが開示されている。しかしながら、表面にリン酸塩皮膜を形成しただけでは、十分なワイヤ送給性を確保することはできない。
【０００７】
また、特公昭５０−３２５６号公報には、緻密平滑な表面に潤滑油を塗布したガスシールドアーク溶接用ワイヤが開示されている。ところがワイヤ表面が緻密平滑であると所定量の潤滑油をむらなく安定して塗布することが困難であり、送給性良好なワイヤを得ようとした場合、潤滑油を多く塗布せざるを得ない。しかし、ワイヤ表面の潤滑油が多いワイヤは前述のように、送給抵抗の増加により送給ローラがスリップし易くなるからライナの湾曲等に対応でき難いこと、さらには溶接作業性の不良や拡散性水素量増加に起因する溶接金属の材質劣化を伴うという欠点がある。
【０００８】
一方、固体潤滑剤を使用する例として特開昭５０−１４６５４１号公報には、二硫化モリブデン粉末、グラファイト粉末の単体あるいは混合体とフラックス成分の１種以上との混合物を主成分とする伸線剤によって伸線する溶接用複合ワイヤの製造方法が開示されている。また、特開昭５８−１３５７９５号公報には、ガスシールドアーク溶接用ワイヤとしてワイヤ表面にグラファイトあるいは二硫化モリブデンの何れか１種または両者および１０〜６０重量％のガラス粉末の混合物のみを塗布してなり、該潤滑剤の量がワイヤ重量の５×１０^-2〜５×１０^-4％であるガスシールドアーク溶接用ワイヤが開示されている。しかしながら、上記の技術では潤滑剤付着量のコントロールが困難で、過剰に潤滑剤が付着した箇所が発生したり、伸線後に潤滑剤が不均一に付着するという問題がある。潤滑剤が過剰に付着していると、コンジットケーブル内で詰まりが生じ、ワイヤ送給が困難になることがある。また、不均一に潤滑剤が付着していると、安定したワイヤ送給が行われ難くなる。
【０００９】
そこで、ワイヤ表面の粗度を大きくしてその凹部に潤滑油を保持させることにより、潤滑油をワイヤ長手方向にむらなく、かつ安定して塗布する技術が提案された。例えば、特公平４−５２１９７号公報には特定のガス雰囲気下で焼鈍した後伸線加工することにより、また特公昭５８−５６６７７号公報には潤滑油圧力を高めて強制潤滑しつつ孔ダイスにより伸線加工することにより、ワイヤ表面の粗度を大きくするための製造技術が開示されている。しかし、特公平４−５２１９７号公報のものは、ワイヤ円周方向に延びる横溝であり油溜としては有効であるが固体潤滑剤溜としては不適切で、特公昭５８−５６６７７号公報のものは、ワイヤ表面の平坦率は小さくできるものの深さ方向の粗度は得られ難い、そのため表面の潤滑油付着量が多量でないとワイヤ送給性の改善は望めない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、ライナの湾曲等により送給抵抗が高くなる過酷な使用環境下であっても、潤滑切れを起こさず良好なワイヤ送給性を発揮することのできるガスシールドアーク溶接用ワイヤを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨とするところは、ガスシールドアーク溶接用ワイヤにおいて、ワイヤ表面に０．０５〜０．４２μｍのリン酸塩皮膜を有し、ワイヤ表面粗度が負荷長さ率ｔｐ［Ｌ／Ｃｖ＝３０］で４０〜９０％、算出平均粗さＲａ［Ｌ］で０．０５〜０．２０μｍ、かつ、ワイヤ表面の送給潤滑剤付着量がワイヤ１０ｋｇ当り０．１〜４．０ｇであることを特徴とする。
また、ワイヤ表面色調の明度Ｌ値が４０〜６０、彩度Ｃ値が１〜１０であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
ガスシールドアーク溶接用ワイヤが良好な送給性能を具備するためには、ワイヤ送給性にとって有効な送給潤滑剤（固体潤滑剤、送給潤滑油）がワイヤ長手方向に均一かつ安定して付着していることが必要である、そのためには、ワイヤ表面に潤滑剤溜りとしての表面粗度（凹凸）が形成されていることが必要となる。この目的から、本発明ではワイヤ表面にリン酸塩皮膜を有している。リン酸塩皮膜自体が優れた潤滑性能を有しており、ワイヤ送給性能は高く、摩耗低減効果かあるので、ライナ内面からの接触摩擦による送給抵抗を低減することができ、ワイヤ送給性が改善される。
【００１３】
また、リン酸塩皮膜を有することで、送給潤滑剤の付着を強固なものにする作用を有する。もちろん伸線加工時においてはダイスとワイヤ間の摩擦係数低減機能を有する。ワイヤ表面のリン酸塩皮膜量は０．０５〜０．４２μｍとする。０．０５μｍ未満では付着した送給潤滑剤が脱落し易くなり摩擦低減効果がなく、ワイヤ送給性改善が望めない。逆に０．４２μｍを超えると摩擦低減効果はあるものの、スパッタ発生量やヒューム発生量が多くなるなど溶接作業性に悪影響をおよぼす。なお、本発明にいうリン酸塩とは、リン酸鉄、リン酸マンガン、リン酸亜鉛等をいう。
【００１４】
また、ＪＩＳＢ０６０１−１９９４で規定されるワイヤ長手方向（Ｌ方向）の表面粗度を負荷長さ率ｔｐ［切断レベルＣｖ＝３０％］（以下、ｔｐ［Ｌ／Ｃｖ＝３０］という。）と算術平均粗さＲａ（以下、Ｒａ［Ｌ］という。）で次のように規定する。
ｔｐ［Ｌ／Ｃｖ＝３０］＝４０〜９０％
Ｒａ［Ｌ］＝０．０５〜０．２０μｍ
（測定条件；カットオフ値λ_c＝０．８ｍｍ、基準長さ］＝０．８０ｍｍ、評価
長さｌ_n＝４．００ｍｍ）
このｔｐ［Ｌ／Ｃｖ＝３０］とＲａ［Ｌ］は、触針式粗度計（針先５μｍ）を使用し、ワイヤの円周方向で４５°間隔８ヶ所の位置における長手方向（Ｌ方向）の測定値の平均値として求めることができる。
【００１５】
ここで負荷長さ率ｔｐは、粗さ曲線を平均線に平行な切断レベルＣｖ（％）で切断したときに得られる切断長さの総和の基準長さに対する比（％）で表される。図１は最大山頂からの切断レベルＣｖ（％）と負荷長さ率ｔｐ（％）との関係をグラフ化したベアリングカーブ（以下ＢＣという）を示し、図示するＢＣ例は本発明例のワイヤ表面のＢＣで、切断レベルＣｖ＝３０％における負荷長さ率ｔｐが７８％であることを示す。
【００１６】
負荷長さ率ｔｐは、ワイヤ表面の粗度形状を示す指標であり、本発明でｔｐ［Ｌ／Ｃｖ＝３０］を４０〜９０％とした理由は、４０％未満であると凹部（窪地部）が過大になり、送給潤滑剤（特に固体潤滑剤）の付着量が多くなり易いこと、逆に９０％を超えると凸部が過大になり、送給潤滑剤の付着量が少なくなり易いことによる。固体潤滑剤の付着量が多くなると、送給ローラが過剰にスリップするようになり、ワイヤは所定の送給速度を維持できずワイヤ送給性が悪化する。また、ライナ内部で送給潤滑剤の脱落が著しくなりライナの使用寿命を短くする原因になる。逆に送給潤滑剤の付着量が少なくなると、送給抵抗が増加したとき、送給速度が不安定になってワイヤ送給性が悪化する。また、送給ローラでワイヤ表面が削れ、この削れ滓がライナ内に進入、蓄積し益々送給抵抗が増加するようになる。
【００１７】
次に、算術平均粗さＲａ［Ｌ］は粗度の深さを示す指標であり、本発明でＲａ［Ｌ］を、０．０５〜０．２０μｍに規定した理由は、０．０５μｍ未満であると凹凸部の高低差が小さくなり、送給潤滑剤の保持機能が乏しくなること、逆に、０．２０μｍを超えると凹凸部の高低差が大きくなり、送給潤滑剤の付着が多くなり易いことによる。
本発明では、ワイヤ表面をｔｐ［Ｌ／Ｃｖ＝３０］＝４０〜９０％とＲａ［Ｌ］＝０．０５〜０．２０μｍの組合せによる凹凸バランスを特定した形状とし、これにより送給潤滑剤の適量安定付着を実現する。この意味において、更に望ましい粗度範囲としてｔｐ［Ｌ／Ｃｖ＝３０］＝６０〜８０％とＲａ［Ｌ］＝０．１０〜０．１５μｍの組合せの表面を推奨する。
【００１８】
本発明ではガスシールドアーク溶接用ワイヤ表面に送給潤滑剤を付着する。本発明でいう送給潤滑剤とは、送給潤滑油と固体潤滑剤をいう。これらの送給潤滑剤はワイヤ表面に付着してライナ内壁とワイヤとの摩擦係数を低減し、送給抵抗の増加を抑制する作用があり、ガスシールドアーク溶接用ワイヤの良好なワイヤ送給性を確保する。送給潤滑剤の付着量はワイヤ１０ｋｇ当り０．１〜４．０ｇ（ｇ／１０ｋｇＷ）であることが望ましい。０．１ｇ／１０ｋｇＷ未満では、送給抵抗の増加抑制効果が認められず、ワイヤ送給性改善は望めない。逆に４．０ｇ／１０ｋｇＷを超えるとワイヤ表面に過剰付着することになり、送給ローラが大きくスリップし安定送給が困難になる。また、ライナ内を汚し潤滑剤詰まりによる送給不良が発生するようになる。送給潤滑油の場合、溶解熱で分解し多量の水素を発生するので、拡散性水素量増加に起因する溶接金属の材質劣化を招き易い。
【００１９】
なお、送給潤滑油は動植物油、鉱物油あるいは合成油の何れでも良い。動植物油としてはパーム油、菜種油、ひまし油、豚油、牛油、魚油等を、鉱物油としてはマシン油、タービン油、スピンドル油等を用いることができる。合成油としては炭化水素系、エステル系、ポリグリコール系、ポリフェノール系、シリコーン系、フロロカーボン系等を用いることができる。送給潤滑油中にはさらに潤滑性能を向上させるため、各種の脂肪酸をはじめとする油性剤やりん系、塩素系、イオウ系の極圧添加剤を加えても良く、また、潤滑油の酸化を防ぐための添加剤（酸化防止剤）を加えても良い。ここで望ましい送給潤滑油の付着量は、０．０５〜２．０ｇ（ｇ／１０ｋｇＷ）とするのが良い。もちろん伸線加工時においてはダイスとワイヤ間の摩擦係数低減機能を有する。
【００２０】
固体潤滑剤とはＭｏＳ₂、ＷＳ₂の１種または２種を含む固体潤滑剤であり、その他の成分としてポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥという）、グラファイト、乾式潤滑剤等が上げられる。固体潤滑剤の付着量は、上記効果を発揮するためにワイヤ１０ｋｇ当り０．０５〜１．０ｇ（ｇ／１０ｋｇＷ）とするのが良い。なお、送給潤滑剤の付着量は化学分析（トルエン・エーテル抽出法）により測定できる。
【００２１】
次に、本発明では、ワイヤ表面の表面色調をＪＩＳＺ８７２９で規定される表面色調の明度Ｌ値と彩度Ｃ値で次のように規定する。
明度Ｌ値４０〜６０
彩度Ｃ値１〜１０
ワイヤ表面色調の明度Ｌ値を４０〜６０、彩度Ｃ値を１〜１０の範囲とすることによってワイヤ送給性が良好となる。ワイヤ表面色調の明度Ｌ値が４０未満、彩度Ｃ値が１未満であると、送給潤滑剤付着量が多く、送給ローラが過剰にスリップするようになり、ワイヤは所定の送給速度を維持できず、ワイヤ送給性が悪化する。また、ワイヤ表面色調の明度Ｌ値が６０超、彩度Ｃ値が１０を超えると、送給潤滑剤付着量が少なく、送給抵抗が増加して、ワイヤ送給速度が不安定となってワイヤ送給性が悪くなる。
【００２２】
なお、ワイヤ表面色調の明度Ｌ値および彩度Ｃ値の測定はスプール巻ワイヤ最外巻表面を略均等間隔８ヶ所測定の値平均として求めることができる。また、ワイヤ表面明度Ｌ値および彩度Ｃ値は色彩色差計で測定することができる。本発明においては、ミノルタ製ＣＲ−３００、測定径８ｍｍを使用した。
本発明は中実状のソリッドワイヤ、ワイヤ中にフラックスを内包したフラックス入りワイヤ（合わせ目有りタイプ、無しタイプ）の何れの溶接用ワイヤも対象とする。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。
ワイヤ径１．２ｍｍのフラックス入りワイヤ（ＪＩＳＺ３３１３ＹＦＷ−Ｃ５０ＤＲ、フラックス充填率１４％）とソリッドワイヤ（ＪＩＳＺ３３１２ＹＧＷ１１）を各種試作し、スプール巻きワイヤとした。
ワイヤ送給性の評価試験は、図２に示す装置を用いて行なった。図２において送給機１にセットされたスプール巻き溶接用ワイヤ２は、送給ローラ３により引き出され、コンジットケーブル４に内包したライナを経てその先端の溶接トーチ５まで送給される。そして通電チップと鋼板６の間でビードオンプレート溶接を行なった。コンジットケーブル４は６ｍ長で、ワイヤに送給抵抗を与えるために７５ｍｍ直径のループを２つ形成した湾曲部７を設けた。送給機１には送給ローラの周速度Ｖｒ（＝設定ワイヤ速度）の検出器（図示しない）、ワイヤの実速度（Ｖｗ）検出器８を備えている。送給性評価指標のスリップ率Ｓ１はＳ１＝（Ｖｒ−Ｖｗ）／Ｖｒ×１００％で表される。また、送給ローラ部分に設けられたロードセル９により送給時にワイヤがライナから受ける反力をを送給抵抗Ｒとして検出した。送給抵抗Ｒが６ｋｇｆ以下でスリップ率Ｓ１が１０％以下の場合に送給性良好と判定する。
ワイヤ送給性試験は、表１に示す溶接条件で２０分間溶接し、送給抵抗Ｒとスリップ率Ｓ１を測定して平均値を求めた。それらの結果を表２に示す。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【表２】

【００２６】
表２中、Ｎｏ．１〜７は本発明例で、Ｎｏ．８〜１５は比較例である。
本発明例であるＮｏ．１〜７は、ワイヤ表面のリン酸塩皮膜量、表面粗度の負荷長さ率ｔｐおよび算出平均粗さＲａが適性範囲にあり、かつ送給潤滑剤（固体潤滑剤、送給潤滑油）も適性付着量であることから、送給抵抗、スリップ率ともに低く良好な送給性を示し、アークは安定していた。
比較例中Ｎｏ．８は、リン酸塩皮膜量が少なく、Ｎｏ．１０は、ワイヤ表面粗度の負荷長さ率ｔｐが低く、Ｎｏ．１２は、ワイヤ表面粗度の算出平均粗さＲａが低く、さらに、Ｎｏ．１４は、送給潤滑剤の付着量が少なく、色調の明度Ｌおよび彩度Ｃ共に低いので、何れの実施例もワイヤ送給抵抗Ｒが高くなり、アークが不安定となった。
【００２７】
Ｎｏ．９は、リン酸塩皮膜量が多いので、スパッタ発生量が多くなった。Ｎｏ．１１は、ワイヤ表面粗度の負荷長さ率ｔｐが高く、Ｎｏ．１３は、ワイヤ表面粗度の算出平均粗さＲａが高く、さらに、Ｎｏ．１５は、送給潤滑剤の付着量が多く、色調の明度Ｌおよび彩度Ｃ共に高いので、何れの場合もスリップ率Ｓ１が高くなり、アークが不安定となった。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のガスシールドアーク溶接用ワイヤによれば、ライナの湾曲等により送給抵抗が高くなる過酷な使用環境下であっても、潤滑切れを起こさず良好なワイヤ送給性を発揮することのできるガスシールドアーク溶接用ワイヤを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明例ワイヤのベアリングカーブ例である。
【図２】本発明の実施例に用いたワイヤ送給性試験装置を示す図である。
【符号の説明】
１送給機
２溶接用ワイヤ
３送給ローラ
４コンジットケーブル
５トーチ
６鋼板
７コンジットケーブルの屈曲部
８ワイヤ速度検出器
９ロードセル

Claims

ガスシールドアーク溶接用ワイヤにおいて、ワイヤ表面に０．０５〜０．４２μｍのリン酸塩皮膜を有し、ワイヤ表面粗度が負荷長さ率ｔｐ［Ｌ／Ｃｖ＝３０］で４０〜９０％、算出平均粗さＲａ［Ｌ］で０．０５〜０．２０μｍ、かつ、ワイヤ表面の送給潤滑剤付着量がワイヤ１０ｋｇ当り０．１〜４．０ｇであることを特徴とするガスシールドアーク溶接用ワイヤ。
ワイヤ表面色調の明度Ｌ値が４０〜６０、彩度Ｃ値が１〜１０であることを特徴とする請求項１記載のガスシールドアーク溶接用ワイヤ。