WO2021199998A1 - アーク溶接用ソリッドワイヤ - Google Patents

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和也 井海
和磨 熊谷
横田　泰之
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株式会社神戸製鋼所
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Definitions

  • the present invention relates to a solid wire for arc welding.
  • Gas shielded arc welding using carbon dioxide is the most widely used welding method because of its high welding efficiency and low cost.
  • the thickness and strength of steel materials are increasing due to the increase in size and height of buildings, and the demand for construction efficiency is increasing more and more.
  • Welding methods that reduce spatter that reduces construction efficiency include pulse welding that stabilizes droplet migration by combining a large current pulse current and a small current pulse current, and wire feeding during arc welding.
  • the application of the "wire feeding control arc welding method” that controls the droplet transfer by synchronizing the current and voltage waveforms is rapidly expanding.
  • the wire feed control arc welding method realizes a stable and continuous short-circuit transition, and reduces spatter by reverse-feeding the weld wire at the moment of the short circuit.
  • Patent Document 1 by using a welded wire containing molybdenum disulfide and a surface lubricant containing an appropriate amount of molybdenum disulfide and phospholipid on the surface of the wire, the wire feeding property can be stabilized even if the wire is continuously welded for a long time. It is disclosed. Patent Document 2 and Patent Document 3 disclose that by containing the above-mentioned surface lubricating oil or molybdenum disulfide on the surface where the dent exists, the feeding property is excellent and the arc is stabilized. Further, Patent Document 4 discloses a technique of an arc welding wire with copper plating in which a recess is formed. Such a technique stabilizes the sliding contact in the feeding tip, and even the physical clogging in the wire feeding system and the instability of the arc due to the damage of the feeding tip, which are problems in continuous welding for a long time. Is not considered.
  • Patent Document 1 may not be sufficiently effective because the surface lubricant is separated in the middle during long feeding system or continuous welding for a long time. Further, if the detached surface lubricant is continuously welded without cleaning work, it physically hinders the feeding and may adversely affect the feeding. Further, the gas used is limited to the Ar—CO 2 mixed gas, and it is difficult to use it for carbon dioxide arc welding.
  • Patent Documents 2 and 3 are limited to arc welding wires without copper plating.
  • an arc welding wire without copper plating is used for long-term continuous welding, for which needs have been increasing in recent years, the arc becomes stable while becoming a contact due to an increase in contact electrical resistance at the feeding chip.
  • the amount of heat generated at the tip of the power feeding chip is large, and the copper component of the molten power feeding chip is welded to the wire, so that the chip is severely damaged.
  • Patent Document 4 stabilizes the sliding contact in the feeding tip, and is caused by physical clogging in the wire feeding system or damage to the feeding tip, which is a problem in continuous welding for a long time. It does not take into account the destabilization of the arc.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned situation, and an object of the present invention is to provide a solid wire for arc welding having excellent arc stability even when continuously welded for a long time.
  • the solid wire for arc welding according to the present invention is a solid wire for arc welding in which a copper plating layer is formed on the surface of a steel material.
  • the amount of Cu in the steel material and the copper plating layer is 0.05 to 0.30% by mass per the total mass of the wire.
  • the surface of the wire is coated with 0.05 to 0.20 g of oil per 1 kg of wire.
  • the arithmetic average roughness Rac in the circumferential direction on the surface of the copper plating layer is 0.25 to 1.00 ⁇ m, and the arithmetic average roughness Ral in the longitudinal direction is 0.07 to 0.50 ⁇ m.
  • the amount of Cu powder adhering to the wire surface is 0.03 g or less per 1 kg of wire.
  • the oil contains at least one selected from vegetable oil, mineral oil, animal oil and synthetic oil, and 0.01 per kg of wire in the oil. It has ⁇ 0.03 g of sulfide.
  • the total amount of solid matter present on the surface of the wire is 0.04 g or less per 1 kg of wire.
  • the solid wire for arc welding according to the present embodiment is a solid wire for arc welding in which a copper plating layer is formed on the surface of a steel material, and the amount of Cu in the steel material and the copper plating layer is per total wire mass. It is 0.05 to 0.30% by mass, and 0.05 to 0.20 g of oil is applied to the surface of the wire per 1 kg of wire, and the arithmetic average roughness Rac in the circumferential direction on the surface of the copper plating layer is It is characterized in that it is 0.25 to 1.00 ⁇ m and the arithmetic average roughness Ral in the longitudinal direction is 0.07 to 0.50 ⁇ m.
  • the copper plating layer is formed on the surface of the steel material for the purpose of improving the electrical conductivity between the power feeding tip and the welding wire. If the amount of Cu in the steel material and the copper plating layer is less than 0.05% by mass based on the total mass of the wire, the contact electrical resistance between the feeding chip and the welding wire increases, so that the feeding chip is significantly worn and the arc becomes unstable. Therefore, the amount of Cu in the steel material and the copper plating layer is 0.05% by mass or more, preferably 0.10% by mass or more, and more preferably 0.20% by mass or more based on the total mass of the wire.
  • the amount of Cu in the steel material and the copper plating layer exceeds 0.30% by mass per the total weight of the wire, the copper plating layer on the surface of the weld wire peels off when it comes into contact with the wire feeding system used for welding. It will be easier. As a result, the peeled copper plating may remain inside the wire feeding system, which may hinder the wire feeding property. Therefore, the amount of Cu in the steel material and the copper plating layer is 0.30% by mass or less, preferably 0.27% by mass or less, and more preferably 0.25% by mass or less, based on the total mass of the wire.
  • the amount of Cu includes not only Cu contained in the copper plating layer but also Cu in the steel material which is the core material of the welding wire. Therefore, the amount of Cu can be adjusted by the amount of copper plating formed on the surface of the steel material and the amount of Cu component contained in the steel material.
  • the oil applied to the wire surface serves as a lubricant to ensure the slipperiness of the welded wire in the feed path.
  • the type of oil is not particularly limited as long as it fulfills the above role, and examples thereof include liquid oils such as vegetable oils, mineral oils, animal oils, and synthetic oils. In addition, these may be used alone or in combination as long as they achieve the above object.
  • the lubricant can be uniformly applied to the surface of the wire.
  • excessive amounts of solid lubricant can affect the clogging of the feed system and should be limited to, for example, 0.15 g or less per kg of wire.
  • the method of applying oil to the wire surface is not particularly limited and can be carried out by a known application method.
  • the amount of oil applied to the wire surface is less than 0.05 g per 1 kg of wire, the amount of oil required to act as a lubricant is insufficient, so the wire feed is not stable and the arc stability is significantly improved. May interfere. Therefore, the amount of oil applied to the surface of the wire is 0.05 g or more, preferably 0.06 g or more, and more preferably 0.07 g or more per 1 kg of wire. On the other hand, if the amount of oil applied to the surface of the wire exceeds 0.20 g per 1 kg of wire, an excessive oil film may be formed and the power supply between the power supply tip and the welding wire may be hindered. Further, when welding is performed continuously for a long time, oil may remain inside the feeding system and impair arc stability. Therefore, the amount of oil applied to the surface of the wire is 0.20 g or less per 1 kg of the wire, preferably 0.15 g or less, and more preferably 0.10 g or less.
  • the unevenness on the surface of the copper plating layer serves to retain the lubricating oil and the solid lubricant. Further, by stabilizing the contact point between the feeding tip and the welding wire, the arc is stabilized. For arc stability in continuous welding for a long time, it is effective to stably melt the feeding tip and suppress excessive wear of the feeding tip. By providing predetermined irregularities on the surface of the copper plating layer, the wire surface is stably melted and damage to the power feeding chip is reduced. Further, the lubricating oil and the solid lubricant trapped in the unevenness not only ensure the feeding property of the wire, but also promote stable melting in the feeding tip.
  • the arithmetic mean roughness Rac in the circumferential direction on the surface of the copper plating layer is set to 0.25 ⁇ m or more, preferably 0.30 ⁇ m or more, and more preferably 0.35 ⁇ m or more.
  • the arithmetic mean roughness Rac in the circumferential direction is set to 1.00 ⁇ m or less, preferably 0.50 ⁇ m or less, and more preferably 0.45 ⁇ m or less.
  • the arithmetic mean roughness Ral in the longitudinal direction on the surface of the copper plating layer is less than 0.07 ⁇ m, the application of the feed lubricant becomes non-uniform, so that the wire feed is not stable and the arc is unstable. Become.
  • the lubricant applied to the wire surface is likely to come off in the feeding path, the electrical conductivity at the tip of the feeding tip is lowered, and the arc becomes unstable. Therefore, the arithmetic mean roughness Ral in the longitudinal direction is 0.07 ⁇ m or more, preferably 0.10 ⁇ m or more, and more preferably 0.15 ⁇ m or more.
  • the arithmetic mean roughness Ral in the longitudinal direction on the surface of the copper plating layer exceeds 0.50 ⁇ m, the partial exposure of the iron base increases, so that the variation in resistance during feeding increases and the arc does not occur. It will be stable. Therefore, the arithmetic mean roughness Ral in the longitudinal direction is 0.50 ⁇ m or less, preferably 0.40 ⁇ m or less, and more preferably 0.35 ⁇ m or less.
  • the steel material In order to adjust the circumferential average roughness Rac and the longitudinal arithmetic average roughness Ral on the surface of the copper plating layer within the above numerical ranges, the steel material must be copper-plated before or copper-plated. After the application, it is preferable to provide a step of mechanically or chemically applying strong processing to the surface of the welding wire.
  • the strong processing means a processing that combines mechanical processing such as shot blasting and sandpaper polishing, chemical processing such as hydrochloric acid immersion, and wire drawing processing such as hole dies or roller dies. ..
  • the welding wire manufacturing process appropriately combines rolling, annealing, pickling, copper plating, and wire drawing. It can be realized by intentionally providing unevenness by machining, for example, by applying shot peening before copper plating the steel material. A steel round cut wire is projected onto the surface of a 5.5 ⁇ steel wire rod.
  • the hardness of the shot material is harder than that of the steel wire material. It is preferable to use a shot material having a hardness of 300 to 400 HV and a particle size of about 0.3 to 0.8 mm with respect to the 5.5 ⁇ YGW12 original wire, and the surface coverage should be 98% or more. realizable.
  • the unevenness can be provided by machining other than shot peening by polishing the surface of the steel wire with sandpaper before applying the copper plating treatment to the steel material. Apply # 80 to # 240 sandpaper to the surface of the 5.5 ⁇ steel wire and polish it.
  • irregularities can be intentionally formed by using a general material in which ceramics such as SiC and Al 2 O 3 are solidified with an adhesive.
  • the intentionally formed arithmetic average roughness is maintained by drawing the wire with a micromill or roller die rather than a hole die.
  • the diameter can be reduced, and the arithmetic average roughness Rac in the circumferential direction and the arithmetic average roughness Ral in the longitudinal direction can be within the above-mentioned predetermined ranges in terms of the product diameter.
  • the surface processing of the welding wire is performed before and after the formation of the copper plating layer, but considering the history of machining and wire drawing, it is effective to perform the above processing at the timing when the wire warp of the welding wire is large. .. That is, rather than forming a copper plating layer after drawing the welding wire to the product diameter, machining is applied before or after forming the copper plating layer in a state of a large diameter (wire diameter). It is important to extend the wire to the product diameter.
  • the unevenness of the surface of the welded wire that has undergone strong processing needs to exist not only in the circumferential direction of the welded wire (in the case where the welded wire is cylindrical, the circumferential direction) but also in the longitudinal direction of the welded wire. ..
  • irregularities having a predetermined arithmetic mean roughness not only in the circumferential direction but also in the longitudinal direction it is expected that the effect of capturing the lubricating oil and the solid lubricant will be improved.
  • the amount of Cu powder attached is preferably 0.02 g or less, more preferably 0.01 g or less.
  • ⁇ Amount of sulfide in oil 0.01 to 0.03 g per 1 kg of wire>
  • the amount of sulfide in the oil further enhances the effect as a lubricant, thereby improving the feedability of the welding wire. Further, by positively melting the wire surface, damage to the feeding tip is reduced and arc stability is maintained even in continuous welding for a long time.
  • the amount of sulfide in the oil is 0.01 g or more per 1 kg of wire, preferably 0.015 g or more, and more preferably 0.020 g or more.
  • the amount of sulfide in the oil is 0.03 g or less per 1 kg of the wire, the above effect is saturated and it is possible to suppress the inhibition of the feeding of the welded wire. Therefore, the amount of sulfide in the oil is 0.03 g or less per 1 kg of wire, preferably 0.025 g or less, and more preferably 0.020 g or less. Specific examples of the sulfide include molybdenum disulfide and zinc sulfide.
  • Total amount of solids present on the wire surface 0.04 g or less per 1 kg of wire>
  • the solid matter existing on the surface of the copper plating layer is copper powder from which the copper plating has fallen off or reattached in the manufacturing process. In addition, it is a lubricant at the time of wire drawing.
  • the total amount of solid matter present on the wire surface is 0.04 g or less per 1 kg of wire, the amount of solid matter remaining in the feeding system during long-term welding can be suppressed and the weldability can be improved. Therefore, the total amount of solids present on the wire surface is 0.04 g or less, preferably 0.03 g or less, and more preferably 0.01 g or less.
  • the solid matter is, for example, copper powder, calcium or sodium-based soap, or the like.
  • composition of the steel material used as the core material of the solid wire for arc welding according to the present embodiment is not particularly limited, but for example, C: 0.02 to 0.08% by mass and Si: 0. 01 to 1.00% by mass, Mn: 0.30 to 2.20% by mass, Ti: 0.001 to 0.30% by mass, Cu: 0.05 to 0.30% by mass, P: 0.025% by mass % Or less (including 0% by mass), S: 0.025% by mass or less (including 0% by mass), and the balance is composed of Fe and unavoidable impurities.
  • one or more of Cr, Al and Mo may be contained in the range of 0.50% by mass or less, and N and O may be contained in the range of 0.010% by mass or less, respectively.
  • the range of these chemical compositions is determined from the required mechanical properties of the weld metal part, the bead shape at the time of welding, the slag peelability, and the like.
  • the molten ingot was rolled to 5.5 ⁇ by hot working, and then annealed in a temperature range of 700 to 800 ° C. Then, by pickling with hydrochloric acid, the oxide on the surface of the wire was chemically removed to control the unevenness. After that, copper plating with a thickness that does not erase unevenness is applied to the surface, and then the diameter is reduced to 1.2 mm with a roller die or a hole die with cold wire drawing, and oil (type: mineral oil) is applied to the surface. Was applied to obtain a welding wire (composition: YGW12, YGW18).
  • steps such as hot water washing and cloth wiping were added for the purpose of removing foreign matter adhering to the wire surface after wire drawing. Further, for the purpose of improving lubricity, not only oil but also sulfide (type: molybdenum disulfide) was applied.
  • Tables 1 and 2 show the welding conditions for gas shielded arc welding using the wires of the examples of the present invention and the comparative examples.
  • Tables 1 and 2 show the welding conditions for gas shielded arc welding using the wires of the examples of the present invention and the comparative examples.
  • Table 1 or 2 show the welding conditions for gas shielded arc welding using the wires of the examples of the present invention and the comparative examples.
  • Table 1 or Under the welding conditions shown in Table 2 welding (bead-on plate) was continuously performed on the flat plate.
  • the amount of Cu powder adhering to "-" indicates that it has not been measured. Further, when the amount of sulfide in the oil is " ⁇ 0.01", it indicates that the amount of sulfide is less than 0.01 g / kg.
  • the wire No. which is an example of the invention. 1 to 8 are "the amount of Cu in the steel material and the copper plating layer per the total mass of the wire", “the amount of oil applied to the wire surface per 1 kg of the wire”, and “the arithmetic average in the circumferential direction on the surface of the copper plating layer”. Since all of “roughness Rac” and “arithmetic average roughness Ral in the longitudinal direction on the surface of the copper plating layer" satisfy the conditions of the present invention, the evaluation result was ⁇ or ⁇ , and the arc stability was excellent.
  • the wire No. 1, 3, 4 and 6 to 8 are evaluated because "the amount of sulfide in oil per 1 kg of wire" and "the total amount of solids present on the surface of the wire per 1 kg of wire” satisfy the preferable conditions of the present invention.
  • the result was ⁇ , and the arc stability was particularly excellent.
  • the wire No. which is a comparative example. 9 to 14 are "the amount of Cu in the steel material and the copper plating layer per the total mass of the wire", “the amount of oil applied to the wire surface per 1 kg of the wire”, and “the arithmetic mean in the circumferential direction on the surface of the copper plating layer". Since at least one of "roughness Rac” and “arithmetic mean roughness Ral in the longitudinal direction on the surface of the copper plating layer" does not satisfy the conditions of the present invention, the arc stability was inferior.
  • the evaluation result was x and the arc stability was inferior because the "arithmetic mean roughness Ral in the longitudinal direction on the surface of the copper plating layer" did not satisfy the conditions of the present invention.
  • Wire No. 11 and 12 are "amount of oil applied to the surface of the wire per 1 kg of wire", “arithmetic mean roughness Rac in the circumferential direction on the surface of the copper plating layer” and “arithmetic mean in the longitudinal direction on the surface of the copper plating layer”. Since “average roughness Ral” does not satisfy the conditions of the present invention, the evaluation result was x, and the arc stability was inferior.
  • the solid wire for arc welding according to the present invention is excellent in arc stability even when continuously welded for a long time.

Landscapes

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Abstract

銅めっきが形成されたアーク溶接用ワイヤを使用したアーク溶接において、長時間連続で溶接した場合でも、アーク安定性に優れたアーク溶接用ソリッドワイヤを提供する。鋼材の表面に銅めっき層が形成されたアーク溶接用ソリッドワイヤであって、鋼材及び銅めっき層中のＣｕ量が、ワイヤ全質量あたり０．０５～０．３０質量％であり、ワイヤ表面に、ワイヤ１ｋｇあたり０．０５～０．２０ｇの油が塗布されており、銅めっき層の表面における、周方向の算術平均粗さＲａｃが０．２５～１．００μｍ、かつ、長手方向の算術平均粗さＲａｌが０．０７～０．５０μｍである、アーク溶接用ソリッドワイヤ。

Description

アーク溶接用ソリッドワイヤ
　本発明は、アーク溶接用ソリッドワイヤに関する。
　炭酸ガスを使用するガスシールドアーク溶接は、溶接能率が高く、かつ低コストであることから、最も広く普及している溶接方法である。特に、建築鉄骨分野では、建築物の大型化や高層化によって、鋼材の厚肉化及び高強度化が進んでおり、施工能率への要求はますます高まっている。
　また、建築需要の増加や溶接工の減少を背景に、ロボットなどを用いた自動溶接の普及が進んでおり、長時間連続で溶接した場合でも、給電チップの摩耗によりアークの安定性が損なわれない溶接ワイヤのニーズが高まっている。
　施工能率を低下させるスパッタを低減する溶接法として、大電流のパルス電流と小電流のパルス電流を組合せることによる溶滴移行の安定化を図るパルス溶接や、アーク溶接中にワイヤの送給と電流・電圧波形を同期させて溶滴移行を制御する「ワイヤ送給制御アーク溶接法」の適用が急速に拡大している。ワイヤ送給制御アーク溶接法は、安定的かつ継続的に短絡移行を実現するとともに、短絡した瞬間に溶接ワイヤの送給を逆送することで、スパッタを低減する。
　近年、ワイヤ送給制御アーク溶接法の開発は、スパッタの低減と溶接の高速化を両立するために、高電流域でのスパッタの低減技術の確立が積極的に進められている。そのため、給電チップへの負荷は、高電流化とワイヤの正送・逆送の高速化により、ますます高くなり、長時間連続で溶接した場合アーク安定性が低下するため、給電チップの交換頻度が従来の定電圧溶接と比較して高まっている。
　そもそも、炭酸ガスを使用するアーク溶接は、電磁ピンチ力によるアークの押し上げ作用によって溶滴が成長し、離脱しにくい結果、短絡や肥大化した溶滴の離脱によるスパッタが増加しやすい。ここで、溶接部位に付着したスパッタの除去、又は、シールドノズルや給電チップの清掃又は交換作業は、施工能率の低下に影響する。
　特許文献１には、ワイヤ表面に二硫化モリブデン、リン脂質を適量含有した表面潤滑剤を含む溶接ワイヤを使用することにより、長時間連続で溶接してもワイヤの送給性が安定することが開示されている。
　特許文献２や特許文献３には、くぼみが存在する表面に、上記表面潤滑油や二硫化モリブデンを含有することで、送給性に優れ、アークが安定することが開示されている。また、特許文献４には、くぼみを形成した銅めっき付きアーク溶接ワイヤの技術が開示されている。かかる技術は、給電チップにおける摺動接点を安定化させるものであり、長時間での連続溶接で問題となるワイヤ送給系での物理的な詰まりや給電チップの損傷によるアークの不安定化までは考慮されていない。
日本国特開２００６－１７５４５２号公報 日本国特許第３９０１６００号公報 日本国特許第３９３３９３７号公報 日本国特開２００６－３１５０５９号公報
　しかしながら、特許文献１に開示された技術は、長い送給系や長時間連続での溶接時には、表面潤滑剤が途中で離脱してしまい、十分に効果を発揮できない場合がある。さらに、離脱した表面潤滑剤が清掃作業されることなく連続で溶接されると、物理的に送給を阻害し、かえって悪影響を及ぼす場合もある。また、使用するガスがＡｒ－ＣＯ２混合ガスに限定されており、炭酸ガスアーク溶接に用いることが困難である。
　特許文献２および３に開示された技術は、銅めっきなしのアーク溶接用ワイヤに限定されている。近年、ニーズが高まっている長時間連続での溶接において、銅めっきなしのアーク溶接ワイヤを用いた場合には、給電チップでの接触電気抵抗の増加により、アークは安定する一方で、接点となる給電チップの先端での発熱量が大きく、溶融した給電チップの銅成分がワイヤに溶着することで、チップの損傷が激しくなるという問題があった。
　特許文献４に開示された技術は、給電チップにおける摺動接点を安定化させるものであり、長時間での連続溶接で問題となるワイヤ送給系での物理的な詰まりや給電チップの損傷によるアークの不安定化までは考慮されていない。
　本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであり、長時間連続で溶接した場合でも、アーク安定性に優れたアーク溶接用ソリッドワイヤを提供することを目的とする。
　本発明に係るアーク溶接用ソリッドワイヤは、鋼材の表面に銅めっき層が形成されたアーク溶接用ソリッドワイヤであって、
　前記鋼材及び前記銅めっき層中のＣｕ量が、ワイヤ全質量あたり０．０５～０．３０質量％であり、
　ワイヤ表面に、ワイヤ１ｋｇあたり０．０５～０．２０ｇの油が塗布されており、
　前記銅めっき層の表面における、周方向の算術平均粗さＲａｃが０．２５～１．００μｍ、かつ、長手方向の算術平均粗さＲａｌが０．０７～０．５０μｍである。
　本発明の好ましい実施形態に係るアーク溶接用ソリッドワイヤは、前記ワイヤ表面におけるＣｕ粉の付着量が、ワイヤ１ｋｇあたり０．０３ｇ以下である。
　本発明の好ましい実施形態に係るアーク溶接用ソリッドワイヤは、前記油が、植物油、鉱物油、動物油及び合成油から選択される少なくとも一種を含み、かつ、前記油中に、ワイヤ１ｋｇあたり０．０１～０．０３ｇの硫化物を有する。
　本発明の好ましい実施形態に係るアーク溶接用ソリッドワイヤは、前記ワイヤ表面に存在する固形物量の総量が、ワイヤ１ｋｇあたり０．０４ｇ以下である。
　本発明によれば、銅めっきが形成されたアーク溶接用ワイヤを使用したアーク溶接において、長時間連続で溶接した場合でも、アーク安定性に優れたアーク溶接用ソリッドワイヤを提供することができる。
　以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。
　本発明者らは、銅めっき層が形成されたソリッドワイヤを使用したアーク溶接において、長時間連続で溶接した場合でも、アーク安定性に優れたソリッドワイヤを得るために鋭意検討を重ねた結果、給電チップの摩耗を抑制することでアーク安定性を維持する必要があるとの結論に至った。具体的には、溶接ワイヤ表面における凹凸を適切に管理することで、給電チップまで必要となる潤滑剤を保持させることが有効であると考えた。
　以上より、本実施形態に係るアーク溶接用ソリッドワイヤは、鋼材の表面に銅めっき層が形成されたアーク溶接用ソリッドワイヤであって、鋼材及び銅めっき層中のＣｕ量が、ワイヤ全質量あたり０．０５～０．３０質量％であり、ワイヤ表面に、ワイヤ１ｋｇあたり０．０５～０．２０ｇの油が塗布されており、銅めっき層の表面における、周方向の算術平均粗さＲａｃが０．２５～１．００μｍ、かつ、長手方向の算術平均粗さＲａｌが０．０７～０．５０μｍであることを特徴とする。
　以下、本実施形態に係るアーク溶接用ソリッドワイヤを規定する各項目及びそれを実施するための手段について、詳細に説明する。
＜鋼材及び銅めっき層中のＣｕ量：ワイヤ全質量あたり０．０５～０．３０質量％＞
　銅めっき層は、給電チップと溶接ワイヤとの通電性を向上させる目的で、鋼材の表面に形成される。鋼材及び銅めっき層中のＣｕ量が、ワイヤ全質量あたり０．０５質量％未満では、給電チップと溶接ワイヤの接触電気抵抗が高まるため、給電チップが著しく摩耗し、アークが不安定となる。よって、鋼材及び銅めっき層中のＣｕ量は、ワイヤ全質量あたり０．０５質量％以上とし、好ましくは０．１０質量％以上、より好ましくは０．２０質量％以上とする。
　一方、鋼材及び銅めっき層中のＣｕ量が、ワイヤ全質量あたり０．３０質量％を超えると、溶接ワイヤ表面の銅めっき層が、溶接に使用するワイヤ送給系と接触する際に剥離しやすくなる。結果、剥離した銅めっきがワイヤ送給系の内部に残留することで、ワイヤ送給性を阻害するおそれがある。よって、鋼材及び銅めっき層中のＣｕ量は、ワイヤ全質量あたり０．３０質量％以下とし、好ましくは０．２７質量％以下、より好ましくは０．２５質量％以下とする。
　なお、上記Ｃｕ量は、銅めっき層中に含まれるＣｕに加え、溶接ワイヤの芯材となる鋼材中のＣｕも含まれる。よって、上記Ｃｕ量は、鋼材の表面に形成される銅めっきの量と、鋼材に含まれるＣｕ成分量により調整され得る。
＜ワイヤ表面に塗布される油量：ワイヤ１ｋｇあたり０．０５～０．２０ｇ＞
　ワイヤ表面に塗布される油は、送給経路内での溶接ワイヤのすべり性を確保するための潤滑剤としての役割を果たす。上記役割を果たすものであれば、油の種類は特に制限されないが、例として、植物油、鉱物油、動物油及び合成油などの液体油が挙げられる。また、上記目的を達成するものであれば、これらは単独で使用しても良く、併用して使用しても良い。
　また、上記油に、硫化物のような固体潤滑剤を分散させた上で、溶接ワイヤに塗布することで、ワイヤ表面に均一に潤滑剤を塗布することが可能である。ただし、過度な量の固体潤滑剤は、送給系の詰まりに影響する可能性があるため、例えば、ワイヤ１ｋｇあたり０．１５ｇ以下の一定量に制限すべきである。
　なお、ワイヤ表面への油の塗布方法は、特に制限がなく、公知の塗布方法により実施することができる。
　ワイヤ表面に塗布される油量が、ワイヤ１ｋｇあたり０．０５ｇ未満では、潤滑剤の役割を果たすために必要な油量が不足するため、ワイヤの送給が安定せず、アーク安定性を著しく阻害するおそれがある。よって、ワイヤ表面に塗布される油量は、ワイヤ１ｋｇあたり０．０５ｇ以上とし、好ましくは０．０６ｇ以上、より好ましくは０．０７ｇ以上とする。
　一方、ワイヤ表面に塗布される油量が、ワイヤ１ｋｇあたり０．２０ｇを超えると、過度な油膜を形成し、給電チップと溶接ワイヤとの給電を阻害するおそれがある。また、長時間連続で溶接した場合に、油が送給系の内部に残留し、アーク安定性を阻害するおそれがある。よって、ワイヤ表面に塗布される油量は、ワイヤ１ｋｇあたり０．２０ｇ以下とし、好ましくは０．１５ｇ以下、より好ましくは０．１０ｇ以下とする。
＜銅めっき層の表面における、周方向の算術平均粗さＲａｃ：０．２５～１．００μｍ、長手方向の算術平均粗さＲａｌ：０．０７～０．５０μｍ＞
　銅めっき層の表面における凹凸は、潤滑油や固体潤滑剤を保持する役割を果たす。また、給電チップと溶接ワイヤの接点を安定化させることで、アークが安定する。
　長時間連続での溶接におけるアーク安定性に対しては、給電チップでの安定した溶融と、過剰な給電チップの摩耗を抑制することが有効である。銅めっき層の表面に所定の凹凸を設けることで、ワイヤ表面は安定して溶融するとともに、給電チップへのダメージも軽減する。また、凹凸に捕捉された潤滑油や固体潤滑剤は、ワイヤの送給性を確保するだけでなく、給電チップでの安定した溶融を促す。
　銅めっき層の表面における、周方向の算術平均粗さＲａｃが０．２５μｍ未満では、送給潤滑剤の塗布が不均一となるため、ワイヤの送給が安定せずアークが不安定となる。また、ワイヤ表面に塗布された潤滑剤が送給経路中で離脱しやすくなり、給電チップ先端における通電性が低下し、アークが不安定となる。よって、周方向の算術平均粗さＲａｃは０．２５μｍ以上とし、好ましくは０．３０μｍ以上、より好ましくは０．３５μｍ以上とする。
　一方、銅めっき層の表面における、周方向の算術平均粗さＲａｃが１．００μｍを超えると、銅めっき層において鉄地の露出箇所が増加するため、給電チップと溶接ワイヤの接触電気抵抗が高まり、給電チップが磨耗する。よって、周方向の算術平均粗さＲａｃは１．００μｍ以下とし、好ましくは０．５０μｍ以下、より好ましくは０．４５μｍ以下とする。
　また、銅めっき層の表面における、長手方向の算術平均粗さＲａｌが０．０７μｍ未満では、送給潤滑剤の塗布が不均一となるため、ワイヤの送給が安定せずアークが不安定となる。また、ワイヤ表面に塗布された潤滑剤が送給経路中で離脱しやすくなり、給電チップ先端における通電性が低下しアークが不安定となる。よって、長手方向の算術平均粗さＲａｌは０．０７μｍ以上とし、好ましくは０．１０μｍ以上、より好ましくは０．１５μｍ以上とする。
　一方、銅めっき層の表面における、長手方向の算術平均粗さＲａｌが０．５０μｍを超えると、部分的な鉄地の露出が増加するため、給電時の抵抗のばらつきが増加し、アークが不安定となる。よって、長手方向の算術平均粗さＲａｌは０．５０μｍ以下とし、好ましくは０．４０μｍ以下、より好ましくは０．３５μｍ以下とする。
　銅めっき層の表面における周方向の算術平均粗さＲａｃ及び長手方向の算術平均粗さＲａｌを、上記数値範囲内に調整するためには、鋼材に銅めっき処理する施す前、又は銅めっき処理を施した後、溶接ワイヤ表面に機械的又は化学的に強加工を加える工程を設けることが好ましい。ここで、強加工とは、ショットブラスト、サンドペーパーによる研磨のような機械加工、塩酸浸漬などによる化学的な加工や、穴ダイス又はローラーダイスのような伸線加工などを組み合わせた加工を意味する。
　溶接ワイヤの製造工程は、圧延、焼鈍、酸洗、銅めっき、伸線加工を適宜組み合せる。意図的に機械加工で凹凸を設けるには、例えば、鋼材に銅めっき処理を施す前に、ショットピーニングを付与することにより実現できる。５．５φの鋼線材の表面に、スチール製ラウンドカットワイヤを投射する。ショット材の硬さは、鋼線材の硬さよりも硬いものを用いる。５．５φのＹＧＷ１２原線に対して、３００～４００ＨＶの硬さで、０．３～０．８ｍｍ程度の粒径のショット材を使用することが好ましく、表面カバレージは９８％以上とすることで実現できる。
　また、銅めっき後の線材にショットブラストして、凹凸を形成する方法もある。その場合、投射エネルギーが強すぎると、めっきが剥離してしまうため、粒子径の小さいブラスト材を使用することが好ましい。例えば、２．４φのＹＧＷ１２の銅めっき線材に対しては、３０～２００μｍ程度の粒径の鋼製、セラミックス製や樹脂製のブラスト材を使用することが好ましく、表面カバレージは９８％以上とする。
　なお、ショットピーニング以外の機械加工で凹凸を設けるには、鋼材に銅めっき処理する施す前に、サンドペーパーにより鋼線表面を研磨することで実現できる。５．５φの鋼線材の表面に＃８０～＃２４０のサンドペーパーを当てて、研磨する。研磨布紙は、ＳｉＣやＡｌ２Ｏ３などのセラミックスが接着剤で固体された一般的なものを用いることで、意図的に凹凸を形成できる。
　次に、意図的に焼鈍・酸洗で凹凸を設けるには、５．５φの鋼線材を焼鈍した際にスケールを形成させ、酸洗で除去することで実現できる。５．５φの鋼線材に７００～８００℃の焼鈍を施したのち、線材表面を塩酸で酸洗する。酸洗により、表面と粒界酸化部のスケールが除去された結果、意図的に凹凸を形成できる。
　以上の方法で、線材の表面に凹凸を形成し製品径まで伸線する場合は、穴ダイスよりもマイクロミルやローラーダイスで伸線することで、意図的に形成した算術平均粗さを維持しつつ縮径でき、製品径で周方向の算術平均粗さＲａｃ及び長手方向の算術平均粗さＲａｌを上記所定範囲内とすることができる。
　溶接ワイヤの表面加工は、銅めっき層の形成前後に実施されるが、機械加工や伸線加工の履歴を鑑みると、溶接ワイヤの線経が大きいタイミングで、上記加工を行うことが有効である。すなわち、溶接ワイヤを製品径まで伸線した後に銅めっき層を形成するよりも、太径（素線経）の状態で銅めっき層を形成する前、又は形成した後に、機械加工を加えた上で製品径まで伸線することが重要である。
　なお、強加工を受けた溶接ワイヤ表面の凹凸は、溶接ワイヤの周方向（溶接ワイヤが円筒形の場合には、円周方向）だけではなく、溶接ワイヤの長手方向にも存在する必要がある。周方向のみならず、長手方向にも所定の算術平均粗さの凹凸を有することで、潤滑油及び固体潤滑剤の捕捉効果の向上が期待できる。
　なお、長時間連続での溶接において、より優れたアーク安定性を維持し、又はワイヤ送給性の向上を実現するためには、以下の各項目を満足することが好ましい。
＜ワイヤ表面におけるＣｕ粉の付着量：ワイヤ１ｋｇあたり０．０３ｇ以下＞
　上記で説明したように、鋼材に銅めっき処理を施した後、溶接ワイヤ表面に強加工を加えられるが、銅めっき層は強度が低いため、例えば、伸線加工時に厳しい減面率にならないように適切な製造条件の管理のもとで行われる。この管理が適切でない場合には、加工により発生したＣｕ粉が、溶接ワイヤ表面に多量に残留することがある。このＣｕ粉を所定量以下にすることにより、長時間連続で溶接した場合でも、溶接ワイヤの送給性や給電チップとの通電性を良好にすることができる。
　よって、銅めっき層の表面におけるＣｕ粉の付着量は、少ないほど好ましく、ワイヤ１ｋｇあたり０．０３ｇを上限とする。なお、Ｃｕ粉の付着量は、好ましくは０．０２ｇ以下、より好ましくは０．０１ｇ以下とする。
　ワイヤ表面におけるＣｕ粉の付着量を、ワイヤ１ｋｇあたり０．０３ｇ以下とするためには、上記の通り、伸線加工時に厳しい減面率にならないような適切な製造条件を設定すればよい。しかし、他の方法として、伸線加工時に発生したＣｕ粉を、その後の製造工程内で意図的に除去することも有用である。具体的には、伸線加工後の溶接ワイヤの表面を拭き取る工程や、溶接ワイヤの表面を洗浄する工程を設けることが考えられる。
＜油中の硫化物量：ワイヤ１ｋｇあたり０．０１～０．０３ｇ＞
　油中の硫化物量は、潤滑剤としての効果をさらに高めることで、溶接ワイヤの送給性を向上させる。また、ワイヤ表面を積極的に溶融させることにより、長時間連続での溶接においても、給電チップの損傷を減らし、アーク安定性が維持される。
　油中の硫化物量が、ワイヤ１ｋｇあたり０．０１ｇ以上では、上記の効果を十分に得ることができる。よって、油中の硫化物量は、ワイヤ１ｋｇあたり０．０１ｇ以上とし、好ましくは０．０１５ｇ以上、より好ましくは０．０２０ｇ以上とする。
　一方、油中の硫化物量が、ワイヤ１ｋｇあたり０．０３ｇ以下では、上記の効果が飽和するとともに、かえって溶接ワイヤの送給を阻害するのを抑制できる。よって、油中の硫化物量は、ワイヤ１ｋｇあたり０．０３ｇ以下とし、好ましくは０．０２５ｇ以下、より好ましくは０．０２０ｇ以下とする。
　なお、上記硫化物としては、具体的には、例えば、二硫化モリブデン、硫化亜鉛などである。
＜ワイヤ表面に存在する固形物量の総量：ワイヤ１ｋｇあたり０．０４ｇ以下＞
　銅めっき層の表面に存在する固形物は、銅めっきが脱落、又は製造工程で再付着した銅粉である。また、伸線時の潤滑剤などである。
　ワイヤ表面に存在する固形物量の総量が、ワイヤ１ｋｇあたり０．０４ｇ以下では、長時間溶接した際に送給系に残留する固形物の量を抑制し、溶接性を向上させることができる。よって、ワイヤ表面に存在する固形物量の総量は０．０４ｇ以下とし、好ましくは０．０３ｇ以下、より好ましくは０．０１ｇ以下とする。
　なお、上記固形物としては、具体的には、例えば、銅粉、カルシウムやナトリウム系の石鹸などである。
＜鋼材の化学組成＞
　本実施形態に係るアーク溶接用ソリッドワイヤの芯材となる鋼材の成分組成については、特に制限されないが、例えば、ワイヤ全質量あたり、Ｃ：０．０２～０．０８質量％、Ｓｉ：０．０１～１．００質量％、Ｍｎ：０．３０～２．２０質量％、Ｔｉ：０．００１～０．３０質量％、Ｃｕ：０．０５～０．３０質量％、Ｐ：０．０２５質量％以下（０質量％を含む）、Ｓ：０．０２５質量％以下（０質量％を含む）を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる。また、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｏの一種以上を０．５０質量％以下、Ｎ、Ｏをそれぞれ０．０１０質量％以下の範囲で含有しても良い。これらの化学組成の範囲は、要求される溶接金属部の機械的性質、溶接時のビード形状、スラグ剥離性などから決定される。
　以下に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することが可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
＜ワイヤの製造＞
　まず、溶製したインゴットを熱間加工で５．５φまで圧延した後、７００～８００℃の温度域で焼鈍を行った。その後、塩酸による酸洗を実施することで、線材表面の酸化物を化学的に除去し、凹凸を制御した。その後、凹凸を消さない程度の厚さの銅めっきを表面に施した後、冷間伸線でローラーダイス又は穴ダイスにより線径１．２ｍｍまで縮径し、表面に油（種類：鉱物油）を塗布し、溶接ワイヤ（組成：ＹＧＷ１２、ＹＧＷ１８）とした。
　また、必要に応じて、伸線加工後のワイヤ表面に付着した異物を取り除く目的で、湯洗や布拭取りなどの工程を付与した。さらに、潤滑性を向上させる目的で、油だけでなく硫化物（種類：二硫化モリブデン）を塗布した。
　このようにして、表３に示すような、「ワイヤ全質量あたりの鋼材及び銅めっき層中のＣｕ量」、「ワイヤ１ｋｇあたりのワイヤ表面に塗布される油量」、「銅めっき層の表面における、周方向の算術平均粗さＲａｃ」、「銅めっき層の表面における、長手方向の算術平均粗さＲａｌ」、「ワイヤ１ｋｇあたりのワイヤ表面におけるＣｕ粉の付着量」、「ワイヤ１ｋｇあたりの油中の硫化物量」及び「ワイヤ１ｋｇあたりのワイヤ表面に存在する固形物量の総量」がそれぞれの条件を満足する、各ソリッドワイヤを準備した。
＜ガスシールドアーク溶接＞
　本発明例及び比較例のワイヤを用いたガスシールドアーク溶接の溶接条件を表１、２に示す。ロボットを用いた自動溶接で、長さ及び幅がいずれも６５０ｍｍ、厚さが２５ｍｍの板状鋼板を水平に配置し、上記方法で製造したガスシールドアーク溶接用ワイヤを使用して、表１又は表２に記載した溶接条件で、平板上に連続で溶接（ビードオンプレート）を行った。
　なお、溶接開始前に、ワイヤ径１．２ｍｍ用の未使用の溶接チップを取り付けた。その後、鋼板の端部から溶接を開始し、６５０ｍｍ溶接した後は、溶接ビードが重ならないように溶接位置をずらした上で、方向を逆向きに連続で溶接を続けた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
＜ワイヤの評価＞
　溶接ワイヤの溶接性の評価は、１時間連続溶接後のアーク安定性を評価した。１時間の溶接によりチップ摩耗が進んだ場合、溶接チップにおける給電点がばらつき、アークが不安定となる。１時間連続溶接後、アークが不安定になった場合は「×」（不良）、アークが安定していた場合は「○」（良）、アークが安定し、かつ溶接チップの付け根に堆積物が確認されない場合は「◎」（優良）と判定した。アーク安定性についての評価結果も、表３に併せて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　なお、表３において、Ｃｕ粉の付着量が「－」であるものは、未測定であることを示している。また、油中の硫化物量が「＜０．０１」であるものは、当該硫化物量が０．０１ｇ／ｋｇ未満であることを示している。
　上記表３に示すように、発明例であるワイヤＮｏ．１～８は、「ワイヤ全質量あたりの鋼材及び銅めっき層中のＣｕ量」、「ワイヤ１ｋｇあたりのワイヤ表面に塗布される油量」、「銅めっき層の表面における、周方向の算術平均粗さＲａｃ」及び「銅めっき層の表面における、長手方向の算術平均粗さＲａｌ」のすべてが本発明の条件を満足するため、評価結果が◎又は○となり、アーク安定性に優れていた。
　特に、ワイヤＮｏ．１、３、４及び６～８は、「ワイヤ１ｋｇあたりの油中の硫化物量」及び「ワイヤ１ｋｇあたりのワイヤ表面に存在する固形物量の総量」が本発明の好ましい条件を満足するため、評価結果が◎となり、アーク安定性が特に優れていた。
　一方、比較例であるワイヤＮｏ．９～１４は、「ワイヤ全質量あたりの鋼材及び銅めっき層中のＣｕ量」、「ワイヤ１ｋｇあたりのワイヤ表面に塗布される油量」、「銅めっき層の表面における、周方向の算術平均粗さＲａｃ」及び「銅めっき層の表面における、長手方向の算術平均粗さＲａｌ」のうち少なくとも１つが、本発明の条件を満足しないため、アーク安定性に劣っていた。
　具体的には、ワイヤＮｏ．９、１０及び１４は、「銅めっき層の表面における、長手方向の算術平均粗さＲａｌ」が本発明の条件を満足しないため、評価結果が×となり、アーク安定性に劣っていた。
　ワイヤＮｏ．１１及び１２は、「ワイヤ１ｋｇあたりのワイヤ表面に塗布される油量」、「銅めっき層の表面における、周方向の算術平均粗さＲａｃ」及び「銅めっき層の表面における、長手方向の算術平均粗さＲａｌ」が本発明の条件を満足しないため、評価結果が×となり、アーク安定性に劣っていた。
　ワイヤＮｏ．１３は、「ワイヤ全質量あたりの鋼材及び銅めっき層中のＣｕ量」が本発明の条件を満足しないため、評価結果が×となり、アーク安定性に劣っていた。
　以上より、本発明に係るアーク溶接用ソリッドワイヤは、長時間連続で溶接した場合でも、アーク安定性に優れていることが示された。
　以上、各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
　なお、本出願は、２０２０年３月３１日出願の日本特許出願（特願２０２０－０６４９１９）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。

Claims (5)

  1. 　鋼材の表面に銅めっき層が形成されたアーク溶接用ソリッドワイヤであって、
    　前記鋼材及び前記銅めっき層中のＣｕ量が、ワイヤ全質量あたり０．０５～０．３０質量％であり、
    　ワイヤ表面に、ワイヤ１ｋｇあたり０．０５～０．２０ｇの油が塗布されており、
    　前記銅めっき層の表面における、周方向の算術平均粗さＲａｃが０．２５～１．００μｍ、かつ、長手方向の算術平均粗さＲａｌが０．０７～０．５０μｍであることを特徴とするアーク溶接用ソリッドワイヤ。
  2. 　前記ワイヤ表面におけるＣｕ粉の付着量が、ワイヤ１ｋｇあたり０．０３ｇ以下である、請求項１に記載のアーク溶接用ソリッドワイヤ。
  3. 　前記油が、植物油、鉱物油、動物油及び合成油から選択される少なくとも一種を含み、かつ、前記油中に、ワイヤ１ｋｇあたり０．０１～０．０３ｇの硫化物を有する、請求項１又は２に記載のアーク溶接用ソリッドワイヤ。
  4. 　前記ワイヤ表面に存在する固形物量の総量が、ワイヤ１ｋｇあたり０．０４ｇ以下である、請求項１又は２に記載のアーク溶接用ソリッドワイヤ。
  5. 　前記ワイヤ表面に存在する固形物量の総量が、ワイヤ１ｋｇあたり０．０４ｇ以下である、請求項３に記載のアーク溶接用ソリッドワイヤ。
PCT/JP2021/009655 2020-03-31 2021-03-10 アーク溶接用ソリッドワイヤ WO2021199998A1 (ja)

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