JPH10272596A - 溶接用ワイヤの製造方法 - Google Patents

溶接用ワイヤの製造方法

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JPH10272596A
JPH10272596A JP9079828A JP7982897A JPH10272596A JP H10272596 A JPH10272596 A JP H10272596A JP 9079828 A JP9079828 A JP 9079828A JP 7982897 A JP7982897 A JP 7982897A JP H10272596 A JPH10272596 A JP H10272596A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワイヤ表面に潤滑剤溜めとしての凹部を有す
る粗度をワイヤ表面に形成させることにより送給性良好
な溶接用ワイヤを製造する方法を提供する。 【解決手段】 素線を複数個のダイス群を通過させて縮
径し所定径に仕上げる溶接用ワイヤの製造方法におい
て、前記ダイス群はカセット型ローラダイスと孔ダイス
から構成され、先ず送給固体潤滑剤を含む粉体潤滑剤に
よる乾式孔ダイス伸線をおこない、ついで複数個のカセ
ット型ローラダイス群により縮径し、さらに湿式孔ダイ
ス伸線をおこなって所定径のワイヤに仕上げる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、送給性の優れた
全自動および半自動溶接用フラックス入りワイヤ、ソリ
ッドワイヤ等の溶接用ワイヤの製造方法に関する。
【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(0.8〜1.6mmφ)の溶接
用ワイヤが使用される。溶接用ワイヤはスプールに巻
装、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。この溶接用ワイヤの使用は、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
包されたライナー内に押し込み、このライナーを経由し
て、溶接位置にある溶接トーチ内の給電チップ部分まで
送給するという方式が慣用されている。
【0003】ここで使用されるコンジットライナーは鋼
線をスパイラル状にして形成されたフレキシブルな案内
管であり、その長さは通常3〜6mであるが、広領域の
溶接を行なう場合には20m程度の長尺のものもあり、
溶接部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場所、あるい
は高低差がある場所であっても、コンジットライナーを
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
接を行うためには、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
てライナー内に押し込まれ、一方ライナー内面からは接
触摩擦による送給抵抗を受ける。このとき、ライナーが
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、屈曲個所が多く、また屈曲半径(曲率半径)が小さ
く、あるいはライナー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、送給性が悪化する。
【0005】ワイヤの表面状態は、この送給性の良否に
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バ
ラツクようになり送給性が悪化する。また、ワイヤがラ
イナー内で座屈する、送給ローラの圧下によりワイヤ表
面が削れ、この削れ滓がライナー内に進入、蓄積する状
態を呈する等により、さらに送給抵抗を増加させるよう
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種々の溶接欠陥を生じる。
【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ケーブル
を屈曲させながらワークの溶接が行なわれるのが普通で
あることから、このような状況下においても送給性が安
定した溶接用ワイヤが強く要求されるようになった。従
来、例えば特公昭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、あ
る程度の送給性能を有する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ーの屈曲等に
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。
【0007】そこで、ワイヤ表面の粗度を大きくしその
凹み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。
【0008】しかし、特公平4−52197号公報のも
のでは、ワイヤ成分中にTi、Si、Mn等の焼鈍温度
下で鉄以上に酸素と親和力の強い合金元素が必要である
ことから汎用性に乏しく、特公昭58−56677号公
報のものでは、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2.0g/ワイヤ10kg以上と多量でないと
送給性の改善は望めない。その他レーザーダル、ショッ
トブラスト、表面を凹凸加工した超硬ロールによる加工
等の粗度形成方法が提案されているがいずれも設備費、
加工費が高いという欠点があり、適当な方法とはいえな
い。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、比較
的簡単な方法で潤滑剤溜めとして有効な凹みを有する表
面粗度をワイヤ表面に形成する方法を提供すること、そ
してそのワイヤ表面に送給潤滑剤を塗布することによ
り、ライナーの屈曲等により送給抵抗が高くなる過酷な
使用環境下においても潤滑切れを起こさず良好な送給性
能を発揮することのできる溶接用ワイヤの製造方法を提
供することを目的とする。
【0010】
【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、ワイヤ素線を複数個のダイス群により伸線し所定
径に仕上げる溶接用ワイヤの製造方法において、前記ダ
イス群はカセット型ローラダイスと孔ダイスから構成さ
れ、先ず送給固体潤滑剤を含む粉体潤滑剤による乾式孔
ダイス伸線をおこない、ついで複数個のカセット型ロー
ラダイスにより伸線し、さらに湿式孔ダイス伸線をおこ
なうことにより所定径に仕上げることを特徴とする溶接
用ワイヤの製造方法にある。また前記ワイヤ素線の長手
方向の表面粗度(以下Raと記す)がRa≧0.3μm
であることを特徴とする溶接用ワイヤの製造方法にあ
る。
【0011】
【発明の実施の形態】溶接用ワイヤが良好な送給性能を
具備するためには、ワイヤ長手方向に有効な送給固体潤
滑剤と送給潤滑油が均一にかつ安定して付着しているこ
とが必要であり、そのためにはワイヤ表面に潤滑剤溜ま
りとしての粗度が形成されていることが必要となる。な
お本発明で送給固体潤滑剤とはMoS2 およびWS2
1種または2種をいう。本発明では、図1のフロー図に
示すように、素線(A)を送給固体潤滑剤を含む粉体潤
滑剤を使用した孔ダイスによる乾式伸線(B)を行い、
ついでカセット型ローラダイス(以下CRDという)に
よる伸線(C)を行い、さらに孔ダイスによる湿式伸線
(D)を施すことにより、上記の目的とする送給性良好
な製品(溶接用ワイヤ)(E)を得る。
【0012】これを図2に示す製造ライン全体の概略図
により説明する。工程(A)はワイヤ素線1の供給工程
であり、ワイヤ素線1としてめっき処理を施された、あ
るいはめっきなしのソリッドワイヤ、またはフラックス
入りワイヤを使用する。素線径は2〜5mmφ程度であ
り、また表面粗度はJIS B0601−1994で規
定されるRaでワイヤ長手方向(L方向)の測定値(以
下Ra[L]という)が0.3μm以上のものが望まし
い。これは素線1の表面には後記するように製品粗度の
形成に必要な初期条件としての粗度(凹凸)が必要であ
ることによる。
【0013】工程(A)から繰り出された素線1は、乾
式伸線工程(B)に入り送給固体潤滑剤を含む粉末潤滑
剤を使用した孔ダイス2によって乾式伸線を施される。
孔ダイス2により素線表面の凹凸の凹みのなかに粉体潤
滑剤が強く押し込まれる結果、伸線後のワイヤ表面は素
線と略同程度の粗度が形成されるとともに、その表面の
凹みのなかに粉体潤滑剤が残留する。使用される孔ダイ
スとしては均一な伸線性を維持するために回転ダイスを
使用することが望ましい。
【0014】このような状態で、つぎにCRD伸線工程
(C)に入る。CRDは図3に示すように、小径ローラ
対3−1,2を複数枚(1枚1対、図では5枚)その回
転軸を互いに90°毎に変えて接近させて組み立てたカ
セット型のローラユニット(孔ダイス1個に相当)4で
あり、通常このCRD4(4−1、4−2、・・・)を
複数ユニット使用してワイヤを所定のサイズまで縮径す
る。このようなCRDの圧延により上記乾式伸線後のワ
イヤを伸線すると、ワイヤ表面の凹みに残留した粉体潤
滑剤の保形作用により表面の窪みは潰れ難くなり、従っ
て粗度の減少は極力抑えられる。
【0015】CRD伸線により所定サイズまで縮径され
たワイヤ5は、孔ダイスによる湿式伸線工程(D)に入
る。ワイヤ5は、潤滑油槽内に配置された多段式のスリ
ップ型の湿式伸線機6により伸線され、最後に送給潤滑
油を使用した仕上ダイス8を経て所定サイズの製品9と
して巻き取られる(E)。湿式伸線工程(D)では、複
数個の孔ダイスの引き抜き加工によりワイヤ表面の凹凸
は次第に削ぎ取られ、それに伴って凹みに残留した粉体
潤滑剤も減少していくので製品として送給性に必要な粗
度と送給潤滑剤の付着量を確保しうるサイズで伸線を終
了することが望ましい。この製品サイズは1〜2mm程
度である。実際には乾式伸線工程(B)後のCRD伸線
工程(C)と湿式伸線工程(D)の減面率配分を調整し
て、製品の粗度と送給固体潤滑剤の付着量を確保する。
7は引取キャプスタンである。
【0016】図4はワイヤ表面のイメージ図である。ワ
イヤの表面10は凹凸状を呈し、その凹み11の中には
乾式伸線で粉体潤滑剤12が埋め込まれ、貯留する。粉
体潤滑剤12は、その後のCRD伸線におけるワイヤ縮
径過程で凹み12の型崩れを防ぐ重要な役割を果たす。
すなわちCRD伸線では押し付けによる減面加工である
から、窪み内の粉体潤滑剤は排出され難く、窪みの縮小
化である粗度の減衰は起こり難い。一方、湿式伸線では
液体中での引き抜きによる減面加工であることから凹み
11中の粉体潤滑剤12は排出され易くまた補充もされ
ず、凹み11の縮小化は進行することになる。これによ
りワイヤ表面の粗度と粉体潤滑剤の付着量とは強い相関
(比例)関係があることが判る。粉体潤滑剤中には送給
性に必要な送給固体潤滑剤が含有されているので、製品
としての溶接ワイヤが良好な送給性能を発揮する上で、
ワイヤ表面の存在する凹凸は極めて重要であるといえ
る。
【0017】良好な送給性能を発揮する製品ワイヤとし
て望ましい粗度は、Ra[L]で0.08μm以上であ
り、また送給潤滑剤(送給固体潤滑剤+送給潤滑油)の
付着量はワイヤ10kg当たり0.3g以上である。送
給固体潤滑剤とは前記した通り、MoS2 単独、WS2
単独あるいはMoS2 とWS2 のいずれも含まれるよう
にしてもよいが、ワイヤ10kgあたり0.01g以上
付着するのがよい。MoS2 とWS2 はコンジットライ
ナー内壁とワイヤとの摩擦抵抗を低減し、送給抵抗の増
加を抑制する作用がある。送給固体潤滑剤はワイヤの製
造工程中、乾式伸線で使用する粉体潤滑剤に少なくとも
10%の割合で含有させることによりワイヤ表面に付着
する。
【0018】また、送給潤滑油は動物油、植物油、鉱物
油あるいは合成油等のいずれでもよいが、ワイヤ10k
g当たり0.2g以上付着するのがよい。送給潤滑油は
ワイヤ表面全体に付着することにより、ワイヤの凹みに
主に付着した送給固体潤滑剤の潤滑作用を補完する役目
を持つ。この送給潤滑油はワイヤの製造工程中、湿式伸
線の最終仕上ダイスで伸線潤滑油として使用することに
より、またその後の巻替時にワイヤ表面に付着する。
【0019】次に送給性試験の実施要領を図5に示す送
給性試験図により説明する。図5に示すように、スプー
ルに巻かれた溶接ワイヤ13は送給性試験機14にセッ
トされた状態から、ワイヤ速度検出器15を経て送給ロ
ーラ16により引き出され、送給性試験機14に接続し
たケーブル17内のコンジットライナーへと送り込ま
れ、溶接位置まで送給される。溶接位置18には鋼板1
9がターンテーブル20上に配置され、コンジットケー
ブル17先端のトーチ21、通電チップから出たワイヤ
と鋼板19との間でビードオンプレートの溶接が行なわ
れる。
【0020】コンジットケーブル17は6m長のものが
使用され、配設途中にはワイヤに送給抵抗を付与するた
めに150φの輪7を2つ形成したケーブル屈曲付与部
22を設けている。送給性試験機14では送給ローラの
周速度Vγ(=ワイヤの設定速度)とワイヤ速度検出器
15によるワイヤ速度Vωの検出が行なわれ、演算器に
よりスリップ率SLが求められ表示される。 スリップ率SL=(Vγ−Vω)/Vγ×100%
【0021】また、送給ローラ部16に設けられたロー
ドセル23によりワイヤがライナー通過時に受ける送給
抵抗Rを反力として検出する。そして供試ワイヤの送給
性能を送給抵抗Rとスリップ率SLの大小で評価し、送
給抵抗Rが6.0kgf以下、スリップ率SLが10.
0%以下の場合を送給性良好と判断する。なお、本発明
の溶接用ワイヤとはJIS Z3312、Z3315、
Z3317等に規定されるSi−Mn系、Si−Mn−
Ti系などのソリッドワイヤ、JIS Z3313、Z
3318、Z3319、Z3320等に規定されるフラ
ックス入りワイヤである。
【0022】
【実施例】以下、本発明を実施例によって具体的に説明
する。図1、図2に示す工程に従って、仕上径1.4m
mφのフラックス入りワイヤ(JIS Z3313 Y
FW−C50DR、フラックス充填率15%)とソリッ
ドワイヤ(JIS Z3312 YGW11)を試作
し、スプール巻きワイヤとした。そして、試作品の表面
性状と送給性能を調べた。供試したワイヤ素線は、焼
鈍、銅めっき処理品で線径3.3mmφ、表面粗度Ra
[L]=0.7、1.5μmのものを用いた。 (1)乾式伸線(B)は、製品までの縮径に対する粗度
維持を目的に素線表面の凹凸の凹みに乾式潤滑剤を埋め
込む機能を持つ。この実施例では、回転ダイス方式の孔
ダイスにより素線(A)を減面率20%で伸線した。使
用した粉体潤滑剤を表1に示す。
【0023】
【表1】
【0024】(2)CRD伸線(C)は、製品径に近い
線径位置まで粗度の減衰を抑制して縮径する機能を持
つ。既に述べたように粉体潤滑剤が埋め込まれたワイヤ
表面の凹みはCRD伸線による圧延によって容易に型崩
れしない。この実施例では減面率40〜70%で伸線し
た。なおCRD伸線では、潤滑剤は使用しない。 (3)湿式伸線(D)は、CRD伸線後のワイヤを最終
製品径まで高速度(最終速度1000mpm)で伸線す
る。湿式伸線はワイヤ表面の余分な潤滑剤、汚れ等を落
とす洗浄機能とワイヤの真円性を付与する機能を持つ。
またこの伸線ではワイヤ表面の凹みから粉体潤滑剤が除
かれるので粗度の減衰は激しく起こる。この実施例で
は、伸線槽内伸線で合成油とアニオン活性剤を主成分と
する伸線潤滑油を使用し、最終仕上ダイスで送給潤滑油
を兼ねたパーム油を使用して、5〜10個の孔ダイスに
より減面率30〜60%となるように伸線を行い製品径
に仕上げた。
【0025】表2に試作条件を示す。表2で実施例1〜
10が本発明例で、実施例1〜3は粉体潤滑剤中のMo
2 含有率が40%で、乾式伸線の減面率を15、2
0、25%と変化させた例、実施例4〜6は粉体潤滑剤
中のMoS2 含有率を30、40、50%と変化させ、
乾式伸線の減面率を20%にした例である。またCRD
伸線の仕上径を実施例1〜3では1.70mm(減面率
65〜69%)とし、実施例4〜6では2.20mm
(減面率44%)としている。また実施例7は実施例5
(素線粗度Ra[L]=0.7μm)で素線粗度をRa
[L]=1.5μmに替えた例、実施例8、9はそれぞ
れ実施例5の固体潤滑剤MoS2 (40%)に替えて、
WS2 、MoS2 +WS2 (1:1)にした例である。
実施例10は実施例2のフラックス入りワイヤに替えて
ソリッドワイヤにした例である。
【0026】
【表2】
【0027】実施例11〜15は比較例であり、実施例
11〜13は孔ダイスによる乾式伸線と湿式伸線の間で
CRD伸線を実施せず、このため湿式伸線の減面率は7
0%以上と大きい。また実施例14、15は乾式伸線と
CRD伸線を実施していない。これらの実施例の効果確
認のために、試作ワイヤの表面性状を調査し、送給性試
験を行なった。表面性状調査は粗度Ra[L]、送給固
体潤滑剤および送給潤滑油の付着量を調べた。送給性試
験は図5に示した要領で実施し、送給抵抗R(kgf)
とスリップ率SL(%)を調べた。そして評価基準を、 ・粗度Ra[L] (μm) ・・・ ≧0.10(〇) ・送給固体潤滑剤 (g/10kgW) ・・・ ≧0.10(〇) ・送給潤滑油 (g/10kgW) ・・・ ≧0.20(〇) ・送給抵抗R (kgf) ・・・ ≦ 6.0(〇) ・スリップ率SL (%) ・・・ ≦10.0(〇) とした。送給性試験の溶接条件は表3の通りである。
【0028】
【表3】
【0029】調査結果を表4に示す。表4において本発
明実施例1〜10はいずれも、送給抵抗Rは2〜4kg
f、またスリップ率SLは3〜7%と低い値を示し、送
給性は良好でアークは安定していた。実施例1〜3、1
0は4〜6、8、9に比べCRD伸線の仕上径が細く、
湿式伸線の減面率が小さいことから粗度の減衰は小さく
なり、製品の粗度は大きく、送給潤滑剤の付着量は多
い。これから実施例1〜3、10では、送給抵抗Rは低
めに、スリップ率SLは良好域内でやや高めになってい
る。また実施例7は、素線粗度がRa[L]=1.5μ
mと大きいことから製品粗度、送給固体潤滑剤の付着量
がやや高めになっており、その結果スリップ率SLも実
施例5に比べて高くなっている。
【0030】
【表4】
【0031】比較例11〜13は、粗度Ra[L]が
0.08μmと小さく、送給潤滑剤の付着量は若干少な
い。その結果、送給抵抗R、スリップ率SLともに本発
明実施例1〜10に比べて大きく送給性はやや劣る結果
になったが送給性能上問題はない。比較例14、15
は、粗度Ra[L]が0.08μm未満と小さく、また
送給固体潤滑剤の付着量はない。その結果、送給抵抗
R、スリップ率SLともに大きく送給性は不良であり、
アークが不安定で安定した溶接ができなかった。図6、
7(ともに図面代用写真)は、それぞれ本発明例の実施
例No2、従来例の実施例No11のワイヤ表面写真
(SEM×500)であり、本発明例のワイヤ表面は十
分に粗度(凹凸)が形成されていることが、また、比較
例のワイヤ表面は平滑気味になっていることがわかる。
【0032】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、乾式
伸線と湿式伸線の間にCRD伸線を介在させ、これによ
り湿式伸線が受け持つ減面率を小さくするという比較的
簡単な方法で潤滑剤溜めとして有効な凹みを有する表面
粗度を製品ワイヤ表面に形成することができ、そしてそ
のワイヤ表面に送給潤滑剤を安定して付着させることが
できる。これにより、コンジットライナーの屈曲等によ
り送給抵抗が高くなる過酷な使用環境下においても潤滑
切れを起こさず良好な送給性能を発揮することのできる
溶接用ワイヤの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の製造方法のフロー図である。
【図2】本発明に係わる製造ライン全体の概略図であ
る。
【図3】カセット型ローラーダイス(CRD)の構成図
である。
【図4】ワイヤ表面のイメージ図である。
【図5】送給性試験の実施要領図である。
【図6】本発明例ワイヤの表面の顕微鏡写真(×50
0)である。
【図7】比較例ワイヤの表面の顕微鏡写真(×500)
である。
【符号の説明】
1 供試ワイヤ素線 2 乾式穴ダイス 3−1,2 CRDローラ対 4 CRDローラユニット 5 伸線中のワイヤ 6 湿式伸線機 7 引取キャプスタン 8 仕上ダイス 9 製品ワイヤ 10 ワイヤ表面 11 ワイヤ表面の凹み 12 ワイヤ表面の凹み内の粉体潤滑剤

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ワイヤ素線を複数個のダイス群により伸
    線し所定径に仕上げる溶接用ワイヤの製造方法におい
    て、前記ダイス群はカセット型ローラダイスと孔ダイス
    から構成され、先ず送給固体潤滑剤を含む粉体潤滑剤に
    よる乾式孔ダイス伸線を行う、ついで複数個のカセット
    型ローラダイスにより伸線し、さらに湿式孔ダイス伸線
    を行うことにより所定径に仕上げることを特徴とする溶
    接用ワイヤの製造方法。
  2. 【請求項2】 ワイヤ素線の長手方向の表面粗度がRa
    ≧0.3μmである請求項1記載の溶接用ワイヤの製造
    方法。
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