(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
線材の表面に、トリグリセリドの含有量が全質量当たり８０質量％以上である脂肪酸グリセリドがワイヤ全質量に対して０．５乃至２０μｇ／ｇ付着しており、前記脂肪酸グリセリドは４０℃における粘度が０．２５乃至０．４８ｄＰａ・ｓであることを特徴とするアルミニウム又はアルミニウム合金ミグ溶接用ワイヤ。
【請求項２】
線材の表面に、トリグリセリドの含有量が全質量当たり８０質量％以上である脂肪酸グリセリドがワイヤ全質量に対して２．８乃至１０μｇ／ｇ付着しており、前記脂肪酸グリセリドは４０℃における粘度が０．２５乃至０．４８ｄＰａ・ｓであることを特徴とするアルミニウム又はアルミニウム合金ミグ溶接用ワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤ送給性及びＸ線性能が優れたアルミニウム又はアルミニウム合金ミグ溶接用ワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム又はアルミニウム合金ワイヤを使用したミグ溶接は、以下に示す工程（プロセス）により行われる。先ず、溶接用ワイヤは、通常５乃至１０ｋｇスプールから引き出され、矯正ローラ及び送給ローラを経て、コンジットチューブ内を通過し、その先端に配置される溶接トーチ内の給電チップにより給電される。給電されたワイヤ先端と母材との間にはアークが発生し、母材はアークにより溶融され、ワイヤは大気と遮断された不活性ガスシールド中を溶滴となって母材に移行して溶接部が形成される。
【０００３】
しかしながら、良好な溶接部を得るうえで、アルミニウム材とアルミニウム合金材との溶接では以下に述べるような困難さがある。即ち、１点目は、アルミニウム材とアルミニウム合金材とは液相及び固相とでの水素溶解度差が大きく、水素によるブローホールが極めて発生しやすいことである。２点目は、コンジットチューブ内面とワイヤ表面との摩擦によって、ワイヤ表面が削られ、その摩耗粉がコンジットチューブ内に堆積し、ワイヤの送給が阻害され、この結果、アーク安定性又はビード形状が劣化することである。
【０００４】
上述の課題の中で、ブローホールの発生を防ぐ従来の技術としては、線引き加工されたワイヤを最終工程である巻き替えの前に洗浄し、水素源である油（伸線油）を除去する方法が一般的である。また、特開平５−２７７７８６号公報には、ワイヤの表面に油を１０乃至１００ナノリットル／ｇ（約９乃至９０μｇ／ｇ）の範囲で付着させ、ワイヤ送給性を向上させたアーク溶接用アルミニウムワイヤが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近時、エネルギコスト及び環境問題に関する情勢から、自動車又は圧力容器のアルミニウム又はアルミニウム合金材化の要求が高まっている。即ち、アルミニウム及びアルミニウム合金溶接の適用の要求が高まっている。
【０００６】
また、高速化及び省人化の観点から自動機又はロボットが多数導入されている自動車部材の溶接ラインでは、送給コンジットライナは長くかつ湾曲した状態で使用されるため、従来品と同等の耐ブローホール性に加えて、より優れた送給性が要求される。
【０００７】
一方、圧力容器へのアルミニウム合金材の溶接の適用に関しては、ＬＮＧタンク等の被溶接物の大容量化に併せて板厚が増大する傾向にある。即ち、溶接部に水素がパイルアップ（堆積）し、ブローホールが発生しやすい傾向にある。このため、従来品と同等の送給性に加えて、より優れた耐ブローホール性を有するワイヤが求められている。
【０００８】
また、最終工程前でのワイヤ洗浄又は特開平５−２７７７８６号公報に開示されたワイヤに一定量の油を付着させたアルミワイヤではいずれも送給性又は耐ブローホール性の点で、これらの要求に応えることが困難であるという問題点がある。更に、特開平５−２７７７８６号公報には、油の種類及び付着方法については、何ら記載されておらず、ブローホール防止の配慮が十分でない。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、送給性と耐ブローホール性とが共に優れたアルミニウム又はアルミニウム合金用ミグ溶接ワイヤ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】
アルミニウム又はアルミニウム合金ミグ溶接用ワイヤは、線材の表面に、トリグリセリドの含有量が全質量当たり８０質量％以上である脂肪酸グリセリドがワイヤ全質量に対して０．５乃至２０μｇ／ｇ付着しており、前記脂肪酸グリセリドは４０℃における粘度が０．２５乃至０．４８ｄＰａ・ｓであることを特徴とする。
【００１１】
前記脂肪酸グリセリドの好ましい付着量はワイヤ全質量に対して２．８乃至１０μｇ／ｇである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。本発明者等はアルミニウム及びアルミニウム合金用ミグ溶接ワイヤにおける上記課題を解決するために、鉱物油、脂肪族アルコール、ロウ及び脂肪酸グリセリド等の種々の潤滑剤を付着させたワイヤを試作し、ワイヤの送給性に及ぼす影響を調査した。その結果、同一付着量では脂肪酸グリセリドを付着させたワイヤが最も送給性が優れていることを見出した。
【００１３】
また、本発明者等は脂肪酸グリセリドの物性又は付着量を調節したワイヤを試作し、ワイヤ送給性と耐ブローホール性との相関関係を調査した。その結果、脂肪酸グリセリドの付着量及び粘性には適正範囲が存在することを知見した。脂肪酸グリセリドの付着量の適正範囲は、ワイヤ全質量に対して０．５乃至２０μｇ／ｇであり、脂肪酸グリセリドの粘度の適正範囲は０．２５乃至０.４８ｄＰａ・ｓである。
【００１４】
以下、アルミニウム又はアルミニウム合金用ミグ溶接ワイヤの数値限定理由について説明する。
【００１５】
脂肪酸グリセリド：トリグリセリドの含有量８０質量％以上
脂肪酸グリセリドとは、脂肪酸と３価アルコールであるグリセリンとのエステル化合物のことを指し、脂肪酸と１価アルコールエステル化合物であるロウ、エステル基を持たず水酸基を持つアルコール、エステル基、水酸基又はカルボニル基等の極性基を持たないパラフィン等の鉱物油類とは化学的に識別が可能である。また、脂肪酸グリセリドは動植物油等の油脂類の主成分として、安価に入手することができる。しかし、モノグリセリド、ジグリセリドの含有率が低いもの、即ち、脂肪酸トリグリセリドの含有率が高いものが優れた送給性を示す。そこで、トリグリセリドの含有量は脂肪酸グリセリドの全質量当たり８０質量％以上とする。
【００１６】
脂肪酸グリセリドの付着量：０．５乃至２０μｇ／ｇ
本発明のワイヤは上述のように脂肪酸グリセリドが表面に付着しており、そのままでも良好な送給性を有するが、この脂肪酸グリセリドの付着量を０．５μｇ／ｇ以上とすることにより、より一層送給性を向上させることができる。一方、従来のアルミニウム及びアルミニウム合金用ミグワイヤ以上の耐ブローホール性を確保するためには、付着油量を２０μｇ／ｇ以下とする必要がある。従って、脂肪酸グリセリドの付着量は０．５乃至２０μｇ／ｇとする。なお、送給性と耐ブローホール性を両立する上で、より好ましい脂肪酸グリセリドの付着量の範囲は、２．８乃至１０μｇ／ｇである。
【００１７】
脂肪酸グリセリドの４０℃における粘度：０．２５乃至０．４８ｄＰａ・ｓ
脂肪酸グリセリドは４０℃における粘度が０．２５ｄＰａ・ｓ未満の場合、ワイヤ表面に形成される潤滑剤皮膜は強度が低く、ワイヤ表面との密着性が悪いため、ワイヤ送給性が悪くなる。一方、脂肪酸グリセリドは４０℃における粘度が０．４８ｄＰａ・ｓを超える場合、ワイヤ表面に形成される潤滑皮膜の摩擦係数が上昇するため、ワイヤ送給性が悪くなる。従って、脂肪酸グリセリドは４０℃における粘度を０．２５乃至０．４８ｄＰａ・ｓとする。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明のアルミニウム又はアルミニウム合金用ミグ溶接ワイヤの実施例について、その特性を比較例と比較して具体的に説明する。
【００１９】
第１試験例
ワイヤは下記表１に示す組成の素線Ａを線引き加工した後、種々の潤滑油をワイヤ表面に付着させ、スプールに巻替えて作製した。ワイヤ表面への潤滑剤の塗布には、浸漬法を使用した。具体的には、予め潤滑剤を溶解できる揮発性の溶媒中に、塗布する潤滑剤を溶解させておく。次に、溶媒槽中にワイヤを通過させた後、溶媒を乾燥及び除去することにより潤滑剤を付着させた。なお、本試験例では潤滑剤の種別が送給性に及ぼす効果を明らかにするため、潤滑剤を塗布する前に、ワイヤを入念に超音波洗浄し、伸線潤滑剤残分を完全に除去した後に、前述の浸漬法により各種潤滑剤をワイヤ表面に塗布した。
【００２０】
次に、潤滑剤の付着量の測定方法について説明する。潤滑剤の付着量の測定には、ＰＥＲＫＩＮＥＬＭＥＲ社製フーリエ変換赤外分光分析装置（ＦＴＩＲ）を使用した。潤滑剤の付着量の分析方法は、先ず、約５ｇのワイヤを長さ５乃至２０ｍｍに切断し、容量が３０ミリリットルのビーカー中で潤滑剤を溶解できる揮発性の有機溶媒に浸し２分間の超音波洗浄を行う。次に、洗浄液にＫＢｒ粉末を０．２ｍｇ加え、有機溶媒を完全に蒸発させた後、メノウ乳鉢中で、十分に粉砕及び混合し、錠剤に成型する。この錠剤を透過法によりＦＴＩＲ分析し、−ＣＨ２のピークである２９２５ｃｍ-1の強度を使用して、予め各種潤滑剤毎に作製した検量線を基に潤滑剤の付着量を定量した。
【００２１】
工業的にワイヤを製造する場合等、伸線潤滑剤の残存量が無視できない条件又は、脂肪酸グリセリド中のトリグリセリド含有率の測定を行う場合には、ガスクロマトグラフィ（ＧＣ）又は液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）等のクロマトグラフィと質量分析（ＭＳ）とを組み合わせることにより、脂肪酸グリセリドの付着量の測定又はトリグリセリドの含有率の測定を行うことができる。
【００２２】
図１はワイヤの送給性評価試験に使用するワイヤ送給装置を示す模式図である。ワイヤ送給装置は基台４にスライダ５が配置され、このスライダ５に架台６が配置されている。この架台６にはロードセル７が取り付けられている。また、架台６の上にはスプール８が配置されている。このスプール８からワイヤＷが引き出され矯正ローラ９及び送給ローラ１０を通過させる。そして、コンジットライナ１１内に挿入してトーチ１２を通過させ、ワイヤＷは母材１を溶接可能な位置に配置される。
【００２３】
上述の如く、表１に示す素線Ａを使用して作製されたワイヤの送給性については、図１に示したワイヤ送給装置を使用して、下記表２に示す組成を有する送給性評価用試験板を使用して下記表３に示す溶接機器及び条件で下向姿勢のビードオンプレート溶接を行い、発生したワイヤ摩耗粉の質量の大小で評価した。なお、表１及び２に示す「＜」は未満であることを示す。
【００２４】
【表１】
0003641743.tif 000002
【００２５】
【表２】
0003641743.tif 000003
【００２６】
【表３】
0003641743.tif 000004
【００２７】
図２はワイヤ摩耗粉捕集装置を示す模式図、図３はワイヤ摩耗粉捕集方法を示す模式図、図４はメンブレンフィルタの乾燥方法を示す模式図である。ワイヤ摩耗粉の定量には図４に示した装置を使用した。ワイヤ摩耗粉捕集装置においては、ワイヤ摩耗粉を分離するメンブレンフィルタ１４が収納されるフィルタホルダ１３と、フラスコ１５と、このフィルタホルダ１３とフラスコ１５とを接続するジョイント部１７とからなっている。また、ジョイント部１７にホース１６が取り付けられており、このホース１６には電動アスピレータ又は水道ポンプ等の吸引装置（図示せず）が接続されている。
【００２８】
次に、ワイヤ摩耗粉の定量方法について説明する。先ず、溶接終了後に、トーチ１２及びコンジットチューブ（図示せず）から、ワイヤ表面と直接接触する部品であるコンジットライナ１１を取り外す。
【００２９】
次に、図３に示すように送給側のコンジットライナ端部１１ｂを上側にし、トーチ１２側のコンジットライナ端部１１ａを下側にしてコンジットライナ１１を保持し、コンジットライナ１１内部をエーテルで洗浄した後、Ａｒガスを吹き込んでコンジットライナ１１内部のワイヤ摩耗粉とエーテルをフィルタホルダ１３に受ける。ワイヤ摩耗粉はホース１６に接続された吸引装置により吸引されてフィルタホルダ１３内部に配置されたメンブレンフィルタ１４（ＰＴＦＥ又はセルロースアセテート製、孔径：０．１μｍ）によりエーテルと分離され、このエーテルはフラスコ１５に溜まる。
【００３０】
次に、図４に示すように、ワイヤ摩耗粉１８を捕集したメンブレンフィルタ１４をガラス製のシャーレ１９中に保管し、蓋２０をした後に、電気乾燥炉中で１００℃の温度で２０分間保持し、エーテルを完全に除去する。そして、メンブレンフィルタ１４の温度が室温に下がるまで放置した後、捕集後のメンブレンフィルタ１４の質量を測定し、捕集前後のメンブレンフィルタ１４の質量変化からワイヤ摩耗粉１８量を定量する。
【００３１】
図５及び図６はＸ線透過試験に使用する母材の開先形状を示す断面図である。母材１としては表２に示すＸ線透過試験用試験板を使用した。図５に示すように、突合せ端部の開先角度が９０°となるように形成された１対の母材１を２ｍｍのルート間隔をあけて配置され、その裏面側に裏当て材３が配置されている。なお、母材１の板厚が８ｍｍである。また、図６に示す開先形状は、図５に示す開先と比較して母材１の板厚が３０ｍｍであり、ルート間隔が５ｍｍである点以外が異なり、それ以外は同様である。
【００３２】
耐ブローホール性の評価については、表１に示す素線Ａを使用して作製されたワイヤを使用し、図５に示す開先を下記表４に示す溶接機器及び溶接条件により横向で継手溶接を行い、その後、溶接部のＸ線透過試験を行い、これを評価した。Ｘ線透過試験はＪＩＳ  Ｚ３１０５に規定されているアルミニウム平板突合せ溶接部の放射線透過試験方法に準じて行った。これらの結果を表５に示す。なお、表５の比較例No.１２は、脂肪酸グリセリドのトリグリセリドの含有量が８０質量％未満である。
【００３３】
【表４】
0003641743.tif 000005
【００３４】
【表５】
0003641743.tif 000006
【００３５】
上記表５に示すように、実施例No.１のワイヤはワイヤ摩耗粉の発生量が１ｍｇ／５分以下であり、比較例No.９乃至１２に比較して格段に送給性が優れており、脂肪酸グリセリドが優れた送給潤滑剤であることを示している。一方、比較例No.９乃至１１は潤滑剤がロウ、脂肪族アルコール又は鉱物油なので、ワイヤ摩耗粉の発生量が多く、ワイヤ送給性が劣っている。比較例No.１２はトリグリセリドの含有量が８０質量％未満の脂肪酸グリセリドであるため、ワイヤ摩耗粉発生量が多く、ワイヤ送給性が劣っている。
【００３６】
第２試験例
本試験例は脂肪酸グリセリドの付着量及び粘度の影響を調べたものであり、本発明の請求項１及び２の効果を試験するものである。上記表１に示す素線Ｂを使用し第１試験例に示す方法と同様にして素線Ｂを線引き加工し、潤滑剤をワイヤ表面に付着させて下記表６に示す各ワイヤを作製した。なお、潤滑剤には、脂肪酸グリセリドを使用し、この潤滑剤の付着量及び粘度並びにトリグリセリドの含有量を調節した。また、潤滑剤の粘度は４０℃の温度で測定したものである。トリグリセリドの含有量はガスクロマトグラフィと質量分析とを組み合わせて測定した。
【００３７】
これらのワイヤを使用して第１試験例と同様の溶接機器及び条件でワイヤ送給装置を使用して試験板を溶接し、ワイヤ摩耗粉発生量の測定を測定し、これを評価した。また、図５及び６に示す開先形状の母材１を横向で継手溶接し、その後、Ｘ線透過試験を行い、これを評価した。これらの結果を表７に示す。
【００３８】
【表６】
0003641743.tif 000007
【００３９】
【表７】
0003641743.tif 000008
【００４０】
上記表７に示すように、実施例No.２及び５は本発明の請求項１を満足しているので、ワイヤ摩耗粉の発生量が１ｍｇ／５分以下であり、板厚が８ｍｍのＸ線透過試験においても、いずれも１類相当の成績を納めている。しかし、実施例No.５は板厚が３０ｍｍのＸ線透過試験において、２類の成績であった。また、実施例No.３及び４並びに６乃至８は脂肪酸グリセリドの付着量が好ましい範囲（２．８乃至１０.０μｇ／ｇ）にあるので、ワイヤ摩耗粉発生量が０.６ｍｇ／５分以下の優れた送給性を有し、かつ板厚が３０ｍｍのＸ線透過試験において、１類の成績であった。
【００４１】
一方、比較例No.１３は脂肪酸グリセリドの付着量が本発明の下限値未満であるので、ワイヤ摩耗粉発生量が多く、ワイヤ送給性が若干劣る。比較例No.１４は脂肪酸グリセリドの付着量が本発明の上限値を超えているので、耐ブローホール性が悪く、Ｘ線透過試験結果が２類以下であった。
【００４２】
また、比較No.１５は脂肪酸グリセリドの粘度が本発明の下限値未満であるので、ワイヤ表面に形成される潤滑剤皮膜の密着性又は皮膜の強度が低いため、ワイヤ送給性が悪い。比較例No.１６は脂肪酸グリセリドの粘度が本発明の上限値を超えているので、ワイヤ表面に形成される皮膜自身の粘性が摩擦抵抗の上昇を招くため、ワイヤ送給性が悪い。比較例No.１７は脂肪酸グリセリドのトリグリセリドの含有量が本発明の下限値未満であるので、ワイヤ摩耗粉発生量が多く、ワイヤ送給性が悪い。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、線材の表面に、トリグリセリドの含有量が８０質量％以上である脂肪酸グリセリドを付着させているので、アルミニウム又はアルミニウム合金材のミグ溶接において、優れた送給性を有すると共に、耐ブローホール性が優れ、健全な溶接部を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ワイヤの送給性評価試験に使用するワイヤ送給装置を示す模式図である。
【図２】ワイヤ摩耗粉捕集装置を示す模式図である。
【図３】ワイヤ摩耗粉捕集方法を示す模式図である。
【図４】メンブレンフィルタの乾燥方法を示す模式図である。
【図５】Ｘ線透過試験に使用する母材の開先形状を示す断面図である。
【図６】Ｘ線透過試験に使用する母材の開先形状を示す断面図である。
【符号の説明】
１；母材
２；溶接部
３；裏当材
４；基台
５；スライダ
６；架台
７；ロードセル
８；スプール
９；矯正ローラ
１０；送給ローラ
１１；コンジットライナ
１１ａ、１１ｂ；コンジットライナ端部
１２；トーチ
１３；フィルタホルダ
１４；メンブレンフィルタ
１５；フラスコ
１６；ホース
１７；ジョイント部
１８；ワイヤ摩耗粉
１９；シャーレ
２０；蓋
Ｗ；ワイヤ
【図１】
0003641743.tif 000009
【図２】
0003641743.tif 000010
【図３】
0003641743.tif 000011
【図４】
0003641743.tif 000012
【図５】
0003641743.tif 000013
【図６】
0003641743.tif 000014