JPH081370A - 溶接用ワイヤ及びその製造方法 - Google Patents

溶接用ワイヤ及びその製造方法

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JPH081370A
JPH081370A JP13716594A JP13716594A JPH081370A JP H081370 A JPH081370 A JP H081370A JP 13716594 A JP13716594 A JP 13716594A JP 13716594 A JP13716594 A JP 13716594A JP H081370 A JPH081370 A JP H081370A
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welding
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welding wire
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JP13716594A
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Nobuo Araki
信男 荒木
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Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
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Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半自動化溶接又は自動化溶接において、送給
ローラでの送給力とコンジットチューブの潤滑剤による
摩擦抵抗との関係を調整することにより、長尺コンジッ
トチューブ内を安定して送給することが出来る送給性の
良い溶接用ワイヤ及びその製造方法を提供すること。 【構成】 自動又は半自動溶接用ワイヤにおいて、ワイ
ヤ表面に突起高さHが0.5〜8μmを有し、かつ該突
起を構成する突起分布が伸線方向と直角な向きの平均中
心間距離Smc≦100μm及び伸線の長さ方向の平均
中心間距離Sml≦200μmとなるように、ミクロ突
起を形成させた溶接用ワイヤ及びその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動溶接又は半自動溶
接として使用される溶接用ワイヤ及びその製造方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、船舶、橋梁等を始めとする各種構
造物の溶接構造においては、溶接施工の能率向上及び省
力化の要請により、半自動化あるいは自動化溶接が行わ
れる比率が増大し、溶接用ワイヤの使用量が増大した。
これら溶接用ワイヤは通常スプールやボビン等に巻き込
まれた状態で、これらの溶接用ワイヤが使用されたとき
は、溶接機の付属装置である送給機に設置され、送給ロ
ーラを通り、3m以上のフレキシブルコンジットチュー
ブを介して溶接部に一定の速度で円滑かつ連続的に送給
する必要がある。この場合、溶接用ワイヤの送給の劣化
は溶接作業性の悪化につながり、ひいては溶接欠陥の発
生にもつながるものである。
【0003】特に最近、造船及び溶接ロボットの普及や
コンジットチューブの長尺化などに伴って、ワイヤ送給
性能の一層の向上が要求されている。そこで従来、ワイ
ヤの送給性を改善するために、特開昭61−27198
号公報のように、溶接用ワイヤの表面素地を平滑化する
より、むしろ凹部を付与させ、潤滑油の保有性能を向上
させるという観点から溶接用ワイヤ表面に平均粒径50
〜750μmのショットを用いて2秒以下のショットブ
ラストを行い、その後潤滑油を塗布する方法や特開昭6
0−92094号公報のように、溶接用ワイヤ長手方向
に表面積1mm 2 当たり(5S)-1 〜4×(5S)-1
個の凹部を表面に形成し、この表面の凹部と平滑部に防
錆性を有する潤滑油を塗布する溶接用ワイヤが提案され
ている。さらには、特公昭58−56677号公報や特
公平1−15356号公報のように、溶接ワイヤの表面
の平坦率が40〜80%にすることや溶接ワイヤ表面を
多孔度5〜50%の多孔質銅めっき層で被覆し、このめ
っき層に潤滑剤を含ませるものが開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した特開
昭61−27198号公報や特開昭60−92094号
公報にあっては、平坦部と凹みで形成されている表面は
送給性を良好にする送給力と潤滑剤量との適正な条件が
必要であるにもかかわらず、いずれの特許公報も平坦部
に対して凹部を形成させるというもので、凹部への潤滑
剤を付着させる効果は得られるものの、最近におけるロ
ボット溶接のコンジットチューブの長尺化、造船におけ
る構造の複雑化、大型化に伴う現場溶接での過酷なコン
ジットチューブの使用等によってコンジットチューブの
抗力が増大して来ており、このような状況化においては
溶接用ワイヤの安定した送給性を維持出来ないという問
題がある。
【0005】一方、特公昭58−56677号公報や特
公平1−15356号公報にあっては、完全に平坦な状
態を想定して単なる平坦率ないしは多孔度を定めている
ものであって、本来、安定した送給性を維持するために
は送給ローラでの送給力とコンジットチューブでの抵抗
の両者のバランスによって定まるものであることから考
えれば、単に平坦率ないしは多孔度のみによるものでは
なく、ワイヤ表面の突起状態をも考慮しなければ、完全
に安定した送給性を維持することが出来ないと言う問題
がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述したよう
な問題を解消するために提案されたもので、半自動化溶
接又は自動化溶接において、送給ローラでの送給力とコ
ンジットチューブの潤滑剤による摩擦抵抗との関係を調
整することにより、コンジットチューブが長い場合でも
コンジットチューブ内を円滑に送給することが出来、ま
た、大きなコンジットチューブの抵抗にも耐えられるよ
うな送給性の良い溶接用ワイヤ及びその製造方法を提供
することを目的とするものである。本発明は上記目的を
達成するもので、その発明の要旨とするところは、 (1)自動又は半自動溶接用ワイヤにおいて、ワイヤ表
面に突起高さHが0.5〜8μmを有し、かつ該突起を
構成する突起分布が伸線方向と直角な向きの平均中心間
距離Smc≦100μm及び伸線の長さ方向の平均中心
間距離Sml≦200μmとなるようにミクロ突起を形
成させたことを特徴とする溶接用ワイヤ。
【0007】(2)ワイヤ表面に粗さを構成する突起の
形状は山形、台形又は半円形である(1)記載の溶接用
ワイヤ。 (3)ワイヤ表面に粗さを構成する突起分布は伸線方向
と直角又は長手方向にそれぞれスポット状である(1)
及び(2)記載の溶接用ワイヤ。 (4)ワイヤ表面に液体潤滑剤又は固体潤滑剤並びに液
体と固体潤滑剤のいずれかを塗布した(1)〜(3)記
載の溶接用ワイヤ。
【0008】(5)予めローラダイスの表面に微小なク
レータ状の凹部とその凹部の外縁において表側にリング
状に盛り上がった盛り上がり部との集合からなり、かつ
隣り合う凹部間の平均中心間距離Smc≦100μm及
び伸線の長さ方向の平均中心間距離Sml≦200μm
とされた表面突起を形成する凹部付け加工を高密度エネ
ルギー源を用いて施しておき、その表面凹部付けされた
ローラダイスによって、該ローラダイス表面の形状をワ
イヤ表面に転写することを特徴とする溶接用ワイヤの製
造方法にある。
【0009】以下、本発明について図面に従って詳細に
説明する。図1は連続伸線処理ライン全体の概要図であ
る。図1に示すように、ペイオフスタンド1からコイル
状の線材2が巻戻されつつ繰り出される。ペイオフスタ
ンド1から繰り出された線材2は矯正機(図示せず)を
経て、潤滑下地剤圧着ダイス3及び伸線機4を備えたタ
ンデム配列の伸線ダイスによって所定の加工率で伸線が
図られ、引続き最終的に仕上ダイス5によって最終径に
伸線された線材2は、本発明に係る表面凹部付けされた
ロールダイス6によってロールダイス表面の形状を線材
表面に転写され、疵を探傷装置により探傷し、疵の部分
は疵取り装置7において除去された後、油塗布装置8に
よって油塗布された線材は巻取機9により巻取られる。
【0010】図2はワイヤ自動送給の工程を示す説明図
である。図2に示すように、溶接ワイヤ2´はワイヤ送
給装置(図示せず)にセットされた状態から送給モータ
の駆動により平型加圧送給ローラ10及びV溝付き送給
ローラ11によって順次送給され、コンジットチューブ
12からカーブドノズル13を介して、溶接ワイヤ2´
は溶接部に供給される。なお、符号14はトーチであ
る。この時スプール巻きされた溶接ワイヤ2´は例えば
3〜20mの長さのコンジットチューブ12の中を通過
するため、溶接ワイヤ表面の付着潤滑剤量、溶接ワイヤ
の表面形状及び引張強度によって送給性を有するもので
ある。
【0011】
【作用】このような工程のもとに、安定した溶接ワイヤ
の送給性を得るためには、送給ローラである平型加圧送
給ローラの押圧力とV溝付き送給ローラでの円周上の1
点接触による送給力が必要である。すなわち、V溝付き
送給ローラの溝内でのワイヤが平型加圧送給ローラによ
って押圧され、ワイヤはその垂直荷重によってV溝内に
入り込もうとする場合にV溝付き送給ローラとの接触部
が生じ、その接触部の周辺において弾性接触、塑性変形
接触が現れ、いわゆる、ずり接触による摩擦力が働き送
給力となるものである。この場合に溶接ワイヤにある一
定条件のミクロ突起を形成させることにより、送給ロー
ラとワイヤとの接触部に凝着部(メタルタッチ)を形成
する。そのためにワイヤ表面の突起の条件によって凝着
点の剛性が大きく摩擦力が向上して送給力が大となるの
である。
【0012】図3は押圧力Pと送給力Fとの関係を示す
図である。図3に示すように、送給ロールのV溝角度3
0°での各摩擦係数に対する押圧力Pでの送給力(摩擦
によるワイヤ送給力)Fを示している。この場合のF
は、次の式で求めることができる。 F=2μR´=μP/[sin(φ/2)+μ・cos
(φ/2)] ただし、F:送給力(摩擦によるワイヤ送給力) P:送給ロールの押圧力(垂直荷重) μ:ワイヤの摩擦係数 φ:送給ロールのV溝角度 R´:直角力(接触面の法線方向に生ずる力) このように、例えば、押圧力20kg、送給ロールのV
溝角度30°でワイヤの摩擦係数0.1μでの従来の平
坦ワイヤの場合には送給力は5.6kgの値を示す。一
方、これに対して本発明である突起付きワイヤの場合は
送給力は9.0kg前後の値を示す。
【0013】図4はワイヤの摩擦係数とNP ,NR ,N
L 抗力との関係を示す図である。この図に示すNP は送
給ロールの押圧力、送給ロールのV溝角度及びワイヤの
摩擦係数から求めた送給ロールの理論スリップ限界抗力
であって、次の式によって表される。 NP =P/[sin(φ/2)+μ・cos(φ/
2)] ただし、P:送給ロールの押圧力 μ:ワイヤの摩擦係数 φ:送給ロールのV溝角度 また、NR は送給荷重とワイヤの摩擦係数から求めたコ
ンジットチューブの理論抗力であり、NR =R/μで表
すことができる。 ただし、R:送給荷重 μ:ワイヤの摩擦係数 さらに、NL はコンジットチューブ抗力であり、コンジ
ットチューブの配線形状によって負荷される抗力であ
る。
【0014】この図に示すように、油潤滑剤及び固体潤
滑剤の各々によってのワイヤの摩擦係数値に対して送給
ロールの理論スリップ限界抗力NP を変化させた場合の
曲線を示しており、この各NP 曲線の上側はスリップが
発生するスリップ領域であり、その下側が安定送給領域
を示すものである。また、コンジットチューブの理論抗
力NR 曲線はNR 7以下の曲線が送給性の安定な安定送
給領域を示している。このことからも送給ロールの理論
スリップ限界抗力NP の各曲線の下側、かつ、コンジッ
トチューブの理論抗力NR 7曲線を境とした下側の曲線
に基づく各ワイヤの摩擦係数での条件に設定する必要が
ある。すなわち、この図に示す曲線より各種潤滑剤及び
その量に従ったスリップ限界荷重及び安定な送給性を確
保する領域を定めることが出来る。
【0015】図5は本発明に係る突起状態を示す溶接ワ
イヤの円周方向断面図である。図5に示すように、溶接
ワイヤ2´の伸線方向と直角方向での断面を示すもの
で、突起15を付与することによって潤滑剤16が多い
目にあっても、突起が滑り止めの働きをするために、前
述した送給ローラでスリップすること無く送給力を増大
させ、一方潤滑剤量の許容範囲が広くなり塗布が容易と
なる。さらには、突起の形状が山形形状等であるため送
給ローラと突起の間の潤滑剤は高圧力の作用により排除
され凝着状態となるので送給ローラでのスリップは防止
することが出来る。
【0016】図6は本発明に係る溶接ワイヤ表面の突起
の条件を示す説明図である。図に示すように、伸線方向
と直角向きの平均中心間距離Smc≦100μmとす
る。また、突起の高さH0.5〜8μmとする。伸線方
向と直角向きの平均中心間距離Smcが100μm超で
はワイヤ表面の隣り合う突起と突起との中間に存在する
中間平坦部の面積が過大となり、そのために、ミクロ突
起の働きが充分得られず前述した送給ローラでの送給力
が低下する。また、適正な潤滑剤量のコントロールが困
難である。更には、潤滑剤量を過不足なくワイヤ表面全
体に付着させることが非常に困難である。そのためコン
ジットチューブの抵抗が大きくなり、送給性を維持する
ことが出来ない。
【0017】また、突起の高さHが0.5μm未満であ
ると突起の高さが低いために送給ローラでの摩擦力が生
ぜず、そのために送給力が低下すると共に潤滑剤を貯留
して置く役割を果たす谷部のスペースが相対的に小さく
なることから潤滑不足が生じ易くなる。その結果コンジ
ットチューブの抵抗が大きくなり、送給性を維持するこ
とが出来なくなる。また、突起の高さHが8μmを超え
ると送給ローラでの送給力は大きくなるがコンジットチ
ューブでの抵抗が大きくなり、送給性が悪くなる。従っ
て、突起の高さHを0.5〜8μmとした。
【0018】図7は本発明に係る突起形状を示す説明図
である。図7に示すように伸線の長さ方向の平均中心間
距離Sml≦200μmとする。すなわち、ワイヤ表面
の山部17の中心間距離Smlを200μmとする。そ
の理由は突起の形状がスポット状の円形状を形成するこ
とから伸線の長さ方向の位置関係を定める必要がある。
また、200μm超えるような距離に突起があると伸線
方向と直角向きの平均中心間距離Smcと同様にワイヤ
表面の隣り合う突起と突起とが離れ過ぎ平坦部の面積が
過大となり、そのために、突起の働きが不充分となり、
前述した送給ローラでの送給力が低下するために、コン
ジットチューブでの送給性を維持することが出来ない。
なお、下限値は溝状の円形凹部径が連続にならない円形
凹部径Dを限度とする。なお、Dは5〜50μmの範囲
が望ましい。符号18は円形凹部、19はワイヤ表面の
平坦部を示す。
【0019】図8はローラダイス表面形状をワイヤ表面
に転写する状態を示す模式的な断面図である。図8に示
すように、ローラダイス6の表面の凹部20がワイヤ表
面に強い圧力で押し付けられ、これによりローラダイス
6の硬質より軟質のワイヤ2´の表面近傍で材料の局所
的塑性流動が生じ、ローラダイス6の凹部20の内側へ
ワイヤ材の金属が流れ込んで粗面が形成される。このと
き凹部20の内側において盛り上がったワイヤ材の頂面
21は円形となり、また、ローラダイス6における隣り
合う凹部20間のフランジ部22の外側の平坦部19に
押し付けられたワイヤ表面の部分19はそのまま平坦部
となって転写される。
【0020】図9はワイヤ表面に転写された状態を示す
模式的な断面図である。図9に示すように、平坦部19
を有する円形状の山部17とその周囲を取囲むように形
成された溝状の円形凹部18と隣り合う山部17の間で
あって、かつ円形凹部18の底よりも高く、かつ山部1
7の頂部より低く形成された平坦部19とによって構成
される。これによって潤滑剤は円形凹部18に貯留さ
れ、その上、平坦部19に均一に塗布されるので、コン
ジットチューブ内での潤滑効果は極めて良好となる。
【0021】次にワイヤ表面に塗布する潤滑剤は液体潤
滑剤又は固体潤滑剤並びに液体と固体の両者混合する潤
滑剤の併用のいずれでも良い。液体潤滑剤としては植物
油であるパーム油、ナタネ油及びシリコーン油等の油潤
滑剤等をいう。また、固体潤滑剤とはポリ四フッ化エチ
レン、二硫化エチレン、二硫化モリブデン、二硫化タン
グステン、グラファイト、テフロン、脂肪酸および脂肪
酸のアルカリ金属塩、窒化ホウソ等を言う。また、これ
ら固体潤滑剤の分散性を高めるために、Li,Al,S
i,Ti,Mg,Ca,K,Na,Ba等の酸化物や炭
酸塩を分散剤として混合使用することがある。
【0022】図10は本発明に係る突起を形成するため
の説明図である。本発明に係る突起を有する溶接用ワイ
ヤを製造するためのローラダイス圧延により伸線する方
法の1実施例として、図10に示すように、溶接用ワイ
ヤ2´を挟んで夫々対向する一対の溝付きローラ23と
24からなる2つのローラダイスを交互にワイヤ圧下方
向が90°ずつ変わる如く近接して配置し、これを一個
のローラダイスのユニットとして構成する。従って一個
のローラダイスにおいては、伸線方向に隣接するローラ
軸25及び26は90°ずつ垂直、水平交互に配置され
る。このローラダイスの溝部に上述した凹部を形成させ
るもので、その凹部付け加工を高密度エネルギ源を用い
て形成させる。高密度エネルギ源としてはレーザが最適
であるが、この他プラズマ、電子ビーム等も適用可能で
ある。例えば、レーザによりローラダイスの溝部に突起
を形成させ、伸線圧延を行う際に溶接ワイヤに上述した
ように転写してワイヤ表面に突起を形成させるものであ
る。
【0023】
【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
する。ローラダイスの溝部にレーザパルスを次々に投射
し、レーザエネルギにより、ローラダイスの溝部に規則
的に溶融させて、規則的に凹部を形成させ、その状態を
図1に示す工程によって、ローラダイスの溝部に形成さ
れた凹部及びリング状に盛り上がった盛り上がり部との
集合からなる形状を溶接用ワイヤに転写する。そのとき
の溶接用ワイヤとしては、銅めっきを施したガスシール
ドアーク溶接用鋼ワイヤ素線(JIS Z 3312,
YGW12,C:0.08%、Si:0.82%、M
n:1.50%、P:0.013%、S:0.014%
残部Feおよび不可避不純物)を用い、伸線加工して、
1.2mmψのワイヤを得た。この供試ワイヤに上記ロ
ーラダイス圧延によって表面突起を形成させ、図2に示
す工程にて、送給ローラによるワイヤ送給力F及びコン
ジットチューブ抗力NL 並びにスリップ限界抗力NP
ワイヤ送給可能な最大コンジットチューブ抗力NR との
関係からワイヤ送給性評価を表1に示す。
【0024】なお、送給力は平型加圧送給ローラの押圧
力P=20kgで送給ローラのV溝付き送給ローラ角度
30°でのワイヤ接触面での摩擦力μによって生ずる送
給させる力Fで示し、また、コンジットチューブは6m
(内径2.5mmψステンレス製)を用いコンジットチ
ューブの抵抗力はコンジットチューブ内で生じる抵抗で
抗力(垂直力)と摩擦係数μによって定まる。潤滑剤と
しては、植物油、鉱物油あるいは植物油と鉱物油の混合
油等ないしは固体潤滑剤があるが、ここでは植物油であ
るパーム油を使用した。
【0025】
【表1】
【0026】表1に示すように、本発明ワイヤNo.1
〜12は、いずれも、突起効果によってスリップ限界抗
力NP (最大送給力)が84〜98kgを存している。
しかも、ワイヤのスリップ率は5%以下のときのワイヤ
送給が安定であり、また、送給抵抗は7kg以下のとき
ワイヤ送給が安定である。従って、本発明におけるワイ
ヤの送給は安定で良好な送給性を有し、長尺のコンジッ
トチューブの曲げ抵抗を大きくしているにもかかわらず
送給ローラ部でのワイヤのスリップはなく、コンジット
チューブ内での摩擦抵抗の少ない安定した送給性が得ら
れた。また、潤滑剤の付着量は0.7〜2.4g/10
kgと従来に比べて少ない量から多い量での広範囲に渡
る過酷な条件にもかかわらずワイヤの送給性は良好であ
った。
【0027】一方、比較ワイヤNo.13〜19、特に
突起のない平坦なNo.16〜19はスリップ限界抗力
P が56.0kgと低く、しかも、ワイヤのスリップ
率が5%以上となり、かつ、No.15〜16及びN
o.18,19は送給抵抗が8.4kg以上となり、ワ
イヤがスリップし、送給性が悪化し、ワイヤ送給が不安
定となり、安定な送給が行われなかった。なお、以上の
実施例はJIS Z 3312 YGW12の例で説明
したが、本発明はYGW11の如き、Ti含有溶接用ワ
イヤ、フラックス入りワイヤ等に採用しても同様の効果
を有するものである。
【0028】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によるローラ
ダイス表面の突起を溶接用ワイヤ表面に所要密度で所要
形状の突起に転写形成し、潤滑剤を塗布することによ
り、長尺のコンジットチューブを使用するにもかかわら
ず送給ローラでのワイヤのスリップがなく、かつコンジ
ットチューブ内で摩擦抵抗の少ない良好なワイヤ送給性
が得られ、溶接作業が良好となり、溶接の自動化、ロボ
ット化および高能率化に対応出来る工業的に極めて優れ
た効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】連続伸線処理ライン全体の概要図、
【図2】ワイヤ自動送給の工程を示す説明図、
【図3】押圧力Pと送給力Fとの関係を示す図、
【図4】ワイヤの摩擦係数とNP ,NR ,NL 抗力との
関係を示す図、
【図5】本発明に係る突起状態を示す溶接ワイヤの円周
方向断面図、
【図6】本発明に係る溶接ワイヤ表面の突起の条件を示
す説明図、
【図7】本発明に係る突起形状を示す説明図、
【図8】ローラダイス表面形状をワイヤ表面に転写する
状態を示す模式的な断面図、
【図9】ワイヤ表面に転写された状態を示す模式的な断
面図、
【図10】本発明に係る突起を形成するための説明図で
ある。
【符号の説明】
1 ペイオフスタンド 2 線材 2´溶接ワイヤ 3 潤滑下地剤圧着ダイス 4 伸線機 5 仕上ダイス 6 ロールダイス 7 疵取り装置 8 油塗布装置 9 巻取機 10 平型加圧送給ローラ 11 V溝付き送給ローラ 12 コンジットチューブ 13 カーブドノズル 14 トーチ 15 突起 16 潤滑剤 17 ワイヤ表面の山部 18 円形凹部 19 ワイヤ表面の平坦部 20 凹部 21 頂面 22 フランジ部 23、24 溝付きローラ 25、26 ローラ軸

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 自動又は半自動溶接用ワイヤにおいて、
    ワイヤ表面に突起高さHが0.5〜8μmを有し、かつ
    該突起を構成する突起分布が伸線方向と直角な向きの平
    均中心間距離Smc≦100μm及び伸線の長さ方向の
    平均中心間距離Sml≦200μmとなるようにミクロ
    突起を形成させたことを特徴とする溶接用ワイヤ。
  2. 【請求項2】 ワイヤ表面に粗さを構成する突起の形状
    は山形、台形又は半円形である請求項1記載の溶接用ワ
    イヤ。
  3. 【請求項3】 ワイヤ表面に粗さを構成する突起分布は
    伸線方向と直角又は長手方向にそれぞれスポット状であ
    る請求項1及び2記載の溶接用ワイヤ。
  4. 【請求項4】 ワイヤ表面に液体潤滑剤又は固体潤滑剤
    並びに液体と固体潤滑剤のいずれかを塗布した請求項1
    〜3記載の溶接用ワイヤ。
  5. 【請求項5】 予めローラダイスの表面に微小なクレー
    タ状の凹部とその凹部の外縁において表側にリング状に
    盛り上がった盛り上がり部との集合からなり、かつ隣り
    合う凹部間の平均中心間距離Smc≦100μm及び伸
    線の長さ方向の平均中心間距離Sml≦200μmとさ
    れた表面突起を形成する凹部付け加工を高密度エネルギ
    ー源を用いて施しておき、その表面凹部付けされたロー
    ラダイスによって、該ローラダイス表面の形状をワイヤ
    表面に転写することを特徴とする溶接用ワイヤの製造方
    法。
JP13716594A 1994-06-20 1994-06-20 溶接用ワイヤ及びその製造方法 Withdrawn JPH081370A (ja)

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