JP5238273B2

JP5238273B2 - ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ

Info

Publication number: JP5238273B2
Application number: JP2008017233A
Authority: JP
Inventors: 和弘東条; 清康石川; 公博辻; 友勝岩上
Original assignee: 日鐵住金溶接工業株式会社
Priority date: 2008-01-29
Filing date: 2008-01-29
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2028-01-29
Also published as: JP2009178717A

Description

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鋼ワイヤに関する。

一般にガスシールドアーク溶接には、細径（０．８〜１．６ｍｍ）の溶接用ワイヤが使用される。ガスシールドアーク溶接用鋼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鋼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コンジットライナ内に押し込み、このコンジットライナを経由して、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加されてアーク溶接が行われる。

ここで使用されるコンジット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、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も、コンジットケーブルを沿わすことにより比較的容易に溶接が行える利点がある。

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。安定した溶接を行うためには、ガスシールドアーク溶接用鋼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コンジットライナ内に押し込まれ、一方コンジット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、コンジットライナが直線状態に近い比較的優しい使用環境化の場合には、送給抵抗はそれほど大きくならず、ワイヤ送給性に問題は生じないが屈曲個所が多く、屈曲半径（曲率半径）が小さく、あるいはコンジット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。

ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤの送給性を向上させる方法としては、ワイヤ表面に滑り性が良好な潤滑剤を塗布することが重要である。その潤滑剤として、特開平７−９７５８３号公報（特許文献１）および特開平８−１５５６７１号公報（特許文献２）に記載されているように炭化水素系鉱物油、動物油および植物油をワイヤ表面に塗布してワイヤ送給性を向上した技術の開示がある。しかし、これらの潤滑油を塗布したワイヤでは、長尺のコンジットライナを使用し屈曲箇所の多い場合の溶接においては送給抵抗が大きく、ワイヤ送給性が不良でアークが非常に不安定であった。

また、特開２００４−３４１３１号公報（特許文献３）には、植物油、動物油、鉱物油および合成油からなる群から選択された１種以上で構成される基油に、ＭｏＳ₂、ＷＳ₂、黒鉛、ＰＴＦＥの単体あるいは１種以上の混合物を主成分とする固体潤滑剤を複合させた送給潤滑剤をワイヤ長手および周方向に均一塗布したガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤが、特開２００３−２２５７９４号公報（特許文献４）には、ワイヤ表面下層部にＭｏＳ₂、ＢＮ、ワックス、Ｋ化合物および銅粉を有し、上層部に脂肪酸エステルおよび／または潤滑剤を有するガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤが開示されている。

これら固体潤滑剤を含む溶接用ワイヤは、特にコンジットライナ内入口側でのコンジットライナとの接触によりワイヤ表面から脱落しやすく、長尺のコンジットライナの場合溶接トーチ近傍においてワイヤ表面の潤滑剤付着量が少なくなって送給抵抗が大きくなる。さらに脱落した固体潤滑剤、コンジットライナとの摩擦によって削られた銅めっき粉、Ｆｅ粉およびワイヤとの摩擦によって削られたコンジットライナ表面のＺｎ粉、Ｆｅ粉などがコンジットライナ内で堆積するため、長期間溶接すると徐々にワイヤ送給性が劣化し、アークが不安定になるという問題もある。
特開平７−９７５８３号公報特開平８−１５５６７１号公報特開２００４−３４１３１号公報特開２００３−２２５７９４号公報

本発明は、長尺のコンジットライナを使用し、かつ屈曲箇所の多い場合においても短時間から長時間の溶接に至るまで良好なワイヤ送給性およびアークが安定した溶接を行うことができるガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤを提供することを目的とする。

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鋼ワイヤ表面に常温で液体である潤滑油の１種以上の基油に二硫化モリブデンを８〜３０質量％、油溶性高分子化合物の1種以上を５〜１５質量％、リン脂質の１種以上を１〜１０質量％含有し、その他不可避不純物からなる送給潤滑剤がワイヤ１０ｋｇ当たり０．５〜３．０ｇ付着していることを特徴とするガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤにある。

本発明のガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤによれば、長尺のコンジットライナを使用し、かつ屈曲箇所の多い場合の溶接においても短時間から長時間に至る溶接でも良好なワイヤ送給性およびアークが安定した溶接が可能となる。

本発明者らは、前記課題を解決するためにガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ表面に塗布する送給潤滑剤について種々検討した。その結果、ワイヤ表面に、常温で液体である潤滑油の基油に二硫化モリブデンおよび油溶性高分子化合物を適量含んだ送給潤滑剤を塗布することにより、コンジットライナの長さおよび屈曲に関係なく、短時間から長時間に至る溶接においても良好なワイヤ送給性およびアークが安定した溶接ができることを見出した。さらに、前記送給潤滑剤にリン脂質を含むことにより、さらに良好なワイヤ送給性が発揮できることも見出した。

以下、本発明の内容を詳細に説明する。
二硫化モリブデンは、コンジットライナとの摩擦抵抗を非常に小さくしてワイヤ送給性を良好にする。また、コンジットライナとの接触によって少しずつ脱落した二硫化モリブデンは、長時間溶接によってコンジットライナ内に堆積されるが、堆積した二硫化モリブデンはコンジットライナとワイヤとの摩擦抵抗をさらに小さくする。したがって、長時間溶接する場合においてもワイヤ送給性が良好で、安定した溶接が可能となる。送給潤滑剤中の二硫化モリブデンが８質量％未満であると、特に長時間溶接した場合にワイヤ送給性が不良となる。一方、二硫化モリブデンが３０質量％を超えると、ワイヤ送給ローラ部でワイヤがスリップしてワイヤの送給が困難となる。なお、二硫化モリブデンの粒径は１．０μｍ以下であることが送給抵抗を低減してワイヤ送給性を良好にするので好ましい。

油溶性高分子化合物の１種以上は、前記二硫化モリブデンをワイヤ表面に均一に分散させるとともにワイヤ表面に二硫化モリブデンを強固に付着させる作用がありコンジットライナ内への脱落を防止する。油溶性高分子化合物としてはポリブテン、ポリイソブチレン、ポリアクリル酸エステル、ポリメタアクリレート、ポリアクリル酸、マレイン化ポリブテン、ポリエチレンおよびポリプロピレン等の平均分子量が６００から５０万の高分子化合物が挙げられる。

油溶性高分子化合物の１種以上が５質量％未満であると、二硫化モリブデンを均一に分散できず、部分的にワイヤ送給抵抗が大きくなったり、送給ローラ部でワイヤがスリップする。また、長時間溶接ではコンジットライナ内に送給潤滑剤が堆積されてワイヤ送給性が不良となる。一方、油溶性高分子化合物の１種以上が１５質量％を超えると、チップ部での通電性が不良となってアークが不安定になる。

ワイヤ表面の送給潤滑剤付着量は、ワイヤ１０ｋｇ当たり０．５〜３．０ｇ（以下、ｇ／１０ｋｇＷという。）とする。ワイヤ表面の送給潤滑剤付着量が０．５ｇ／１０ｋｇＷ未満では、潤滑性能不足によりワイヤ表面とコンジットライナとの摩擦係数が増大し、送給抵抗の増加抑制効果は期待できずワイヤ送給性が不良となる。一方、３．０ｇ／１０ｋｇＷを超えると、過剰付着により送給ローラ部でワイヤがスリップするため、ワイヤの安定送給が困難となる。また、長時間の溶接ではコンジットライナ内に送給潤滑剤が堆積しワイヤ送給性が不良となる。さらに、潤滑油成分は、Ｃ−Ｈ結合で構成されているため、溶接時に多量の水素が混入し、溶接金属部にピットやブローホールが生じやすくなる。

さらに、リン脂質は、二硫化モリブデンおよび油溶性高分子化合物を基油中に均一に分散させてワイヤ表面に均一に塗布するとともに、潤滑剤の通電性を向上させる。リン脂質の１種以上が１質量％未満では、二硫化モリブデンおよび油溶性高分子化合物がワイヤ表面で偏析しやすくなり、ワイヤ送給性が安定しない部分が生じる。一方、１０質量％を超えるとスパッタ発生量が多くなり溶接作業性が劣化する。

本発明にいうリン脂質とは、レシチン（フォスファチジルコン）、フォスファチジルエタノールアミン、フォスファジルイニシトールなどのリン酸脂質を９５％程度含有する粉末状のもの、リン酸脂質を約６５％および大豆油などの植物油を３５％程度含有するペースト状のものなどあり、いずれも使用することができ、中でも大豆油から得られるレシチンが好ましい。

本発明で用いられる常温で液体である潤滑油の基油は、ワイヤ表面との物理吸着により潤滑膜を形成してワイヤ送給時にワイヤ送給性を向上させるとともに耐錆性を向上させる。常温で液体である潤滑油は、動植物油、鉱物油あるいは合成油の何れでもよい。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、フロロカーボン系を用いることができる。

なお、本発明の対象とするガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤは、ソリッドワイヤ、シームレスタイプおよびシームタイプのフラックス入りワイヤいずれも適用可能で、これらのめっきワイヤおよびめっき無しワイヤにも適用できる。

以下、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。
表１に示す製品径１．４ｍｍのフラックス入りワイヤ（ＪＩＳＺ３３１３ＹＦＷ−Ｃ５０ＤＲ）およびソリッドワイヤ（ＪＩＳＺ３３１２ＹＧＷ１１）に各種送給潤滑剤を塗布してスプール巻きワイヤとした。なお、各試作ワイヤの送給潤滑剤の付着量は温トルエン抽出法により測定した。

各試作ワイヤを用いてワイヤ送給性および溶接後のコンジットライナ内への潤滑剤、他の堆積量を調べた。

ワイヤ送給性評価試験は、図１に示す装置を用いて行った。図１において送給機１にセットされたスプール巻きワイヤ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に内包したコンジットライナを経てその先端のトーチ５まで送給される。そして給電チップと鋼板７の間でビードオンプレート溶接を行う。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、トーチ手元のコンジットケーブル屈曲をＳ字にした。また、１５０ｍｍ径のループを２つ形成した屈曲部６を設けた。送給機１には送給ローラ３の周速度Ｖｒ（＝設定ワイヤ速度）の検出器、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ＳＬはＳＬ＝（Ｖｒ−Ｖｗ）／Ｖｒ×１００％で表される。また、送給ローラ部に設けられたロードセル９により送給時にワイヤがコンジットライナから受ける反力を送給抵抗Ｒとして検出した。

短時間送給性試験は、表２に示す溶接条件で２分間溶接して送給抵抗Ｒとスリップ率ＳＬを測定し、平均値を求めた。送給抵抗Ｒが５ｋｇｆ以下、スリップ率ＳＬが２％以下の場合に送給性良好と判定した。また、通電不良による瞬間的な送給抵抗Ｒおよびスリップ率ＳＬの最大値を測定し、送給抵抗Ｒ：６ｋｇｆ以下、スリップ率ＳＬ：３％以下を送給性良好と判定した。

長時間溶接試験は、表２に示す溶接条件で図１に示すコンジットケーブルの手元Ｓ字屈曲と１５０ｍｍ径のループ１つの屈曲条件として、１０分溶接後５分休憩を１０回繰り返し合計１００分溶接し、１０分毎の送給抵抗Ｒとスリップ率ＳＬを測定し、平均値を求めた。各溶接時間で送給抵抗Ｒが５ｋｇｆ以下、スリップ率ＳＬが３％以下の場合に送給性良好と判定した。スパッタ発生状況は目視で行った。

また、１００分間溶接後のコンジットライナ内の堆積量を調査した。堆積量は、コンジットライナを５０ｃｍ間隔で切断し、温トルエン抽出法により全ての堆積物の重量を測定した。堆積量がコンジットライナ長さ１００ｃｍ当たり５０ｍｇ以下を良好と判定した。それらの結果を表３にまとめて示す。

表１および表３中、ワイヤＮo.１〜５が本発明例、ワイヤＮo.６〜１１は比較例である。

本発明例であるワイヤＮo.１〜５は、ワイヤ表面の常温で液体である潤滑油の基油に二硫化モリブデンおよび油溶性高分子化合物を適量含み、さらにリン脂質を適量含んだ送給潤滑剤が適量塗布されているので、短時間溶接試験および長時間溶接試験とも送給抵抗Ｒおよびスリップ率ＳＬが低くアークが安定し、コンジットライナ内の堆積量も少ないなど極めて満足な結果であった。

比較例中ワイヤＮo.６は、送給潤滑剤中の二硫化モリブデンが多いので、短時間溶接試験および長時間溶接試験ともスリップ率ＳＬが高くアークが不安定であった。ワイヤＮo.７は、送給潤滑剤中の二硫化モリブデンが少ないので、長時間溶接試験では送給抵抗Ｒが高くアークが不安定であった。また、リン脂質（レシチン）が多いので、スパッタ発生量も多くなった。

ワイヤＮo.８は、送給潤滑剤中の油溶性高分子化合物（ポリブテンとポリイソブテン）の合計量が多いので、チップ部での通電性が不良となってアークが不安定になった。また、リン脂質を含んでいないので、短時間溶接試験および長時間溶接試験とも部分的に送給抵抗Ｒが若干高くなった。ワイヤＮo.９は、送給潤滑剤中の油溶性高分子化合物（ポリイソブテン）量が少ないので、短時間溶接試験では部分的にアークがやや不安定となるとともに送給抵抗Ｒおよびスリップ率ＳＬの最高値が高くなった。また、長時間溶接試験ではワイヤ送給抵抗Ｒが高くアークが不安定で、コンジットライナ内の堆積量も多かった。

ワイヤＮo.１０は、ワイヤ表面の送給潤滑剤付着量が多いので、短時間溶接試験および長時間溶接試験ともスリップ率ＳＬが高くアークが不安定であった。また、長時間溶接試験では送給抵抗Ｒも高くなり、コンジットライナ内の堆積量も多かった。ワイヤＮo.１１は、ワイヤ表面の送給潤滑剤付着量が少ないので、短時間溶接試験および長時間溶接試験とも送給抵抗Ｒが高くアークが不安定であった。

本発明の実施例におけるワイヤ送給試験の装置を示す図面である。

符号の説明

１送給機
２スプール巻きワイヤ
３送給ローラ
４コンジットケーブル
５トーチ
６コンジットケーブル屈曲部
７鋼板
８ワイヤ実速度検出器
９ロードセル

特許出願人日鐵住金溶接工業株式会社
代理人弁理士椎名彊他１

Claims

ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ表面に常温で液体である潤滑剤の１種以上の基油に
二硫化モリブデンを８〜３０質量％、油溶性高分子化合物の１種以上を５〜１５質量％、リン脂質の１種以上を１〜１０質量％含有し、その他不可避不純物からなる送給潤滑剤がワイヤ１０ｋｇ当たり０．５〜３．０ｇ付着していることを特徴とするガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ。