(57)【要約】【課題】ステンレス鋼を除く母材ワイヤの表面に、導電性を確保するため厚さ１μｍ以上のＣｕメッキ層を有する炭酸ガス溶接用ソリッドワイヤを提供する。【解決手段】Ｃ：０．３〜０．６ｗｔ％、Ｓｉ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｍｎ：０．６０ｗｔ％以下、Ｎｉ：０．６０ｗｔ％以下、Ｃｒ：７．５〜９．５ｗｔ％、Ｍｏ：０．４ｗｔ％以下、その他Ｆｅおよび不可避的不純物からなる母材ワイヤ２の表面に、厚みが０．３〜１．４μｍのＮｉメッキ層４を介して、厚みが１．０μｍ以上のＣｕメッキ層６を被覆してなる、炭酸ガス溶接用ソリッドワイヤ１。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス鋼を除く鋼からなる母材ワイヤの表面に、厚みが０．３〜１．４μｍのＮｉメッキ層を介して、厚みが１．０μｍ以上のＣｕメッキ層を被覆してなる、
ことを特徴とする炭酸ガス溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項２】
前記母材ワイヤは、Ｃ：０．３〜０．６ｗｔ％、Ｓｉ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｍｎ：０．６０ｗｔ％以下、Ｎｉ：０．６０ｗｔ％以下、Ｃｒ：７．５〜９．５ｗｔ％、Ｍｏ：０．４ｗｔ％以下、その他Ｆｅおよび不可避的不純物からなる、
ことを特徴とする請求項１に記載の炭酸ガス溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項３】
前記母材ワイヤは、Ｃ：０．０５〜０．６ｗｔ％、Ｓｉ：０．７〜２．０ｗｔ％、Ｍｎ：２．０〜２．５ｗｔ％、Ｃｒ：０．２〜４．０ｗｔ％、Ｍｏ：０．４〜１．０ｗｔ％、その他Ｆｅおよび不可避的不純物からなる、
ことを特徴とする請求項１に記載の炭酸ガス溶接用ソリッドワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス鋼以外の鋼種からなる母材ワイヤの表面にＮｉメッキ層を介してＣｕメッキ層を被覆した炭酸ガス溶接用ソリッドワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｃｒ系ステンレス鋼からなる溶接ワイヤは、例えば自動車の排気系統における溶接部に使用されている。上記Ｃｒ系ステンレス鋼は、表面にＣｒ酸化物の不動態被膜があるため、その表面に直接Ｃｕメッキを施すことができない。そのため、Ｃｕメッキの前処理として、Ｃｒ系ステンレス鋼からなる母材ワイヤの表面にＮｉメッキ層を被覆し、係るＮｉメッキ層の上にＣｕメッキを施すことで、Ｃｕメッキ層を析出させている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第２９１０２４８号公報（第１〜６頁、図２）
【０００４】
ところで、例えば、Ｃｒ含有鋼（Ｆｅ−約８ｗｔ％Ｃｒ）は、高硬度および耐磨耗性を有するため、コンベアや建設機械などの磨耗し易い部分に対し、炭酸ガスアーク溶接による肉盛り溶接することで、耐久性を高められる。しかしながら、上記Ｃｒ含有鋼などの母材ワイヤの表面にも、前記同様の不動態被膜があるため、上記母材ワイヤの表面にＣｕメッキを施すことができない、という問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、背景技術において説明した問題点を解決し、ステンレス鋼を除く合金鋼などの母材ワイヤの表面に、導電性を確保するため厚さ１μｍ以上のＣｕメッキ層を有する炭酸ガス溶接用ソリッドワイヤを提供する、ことを課題とする。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するため、発明者らによる研究の結果、母材ワイヤの表面に対し、所定範囲の厚みを有するＮｉメッキ層を介して、厚さ１μｍ以上のＣｕメッキ層を被覆する、ことに着目して成されたものである。
即ち、本発明の炭酸ガス溶接用ソリッドワイヤ（請求項１）は、ステンレス鋼を除く鋼からなる母材ワイヤの表面に、厚みが０．３〜１．４μｍのＮｉメッキ層を介して、厚みが１．０μｍ以上のＣｕメッキ層を被覆してなる、ことを特徴とする。
【０００７】
これによれば、前記母材ワイヤの表面に被覆したＮｉメッキ層の表面にＣｕメッキ層を電解Ｃｕメッキにより確実に析出させたメッキ済みワイヤに対し、複数回の伸線加工を施した際に、表層に被覆されたＣｕメッキ層が厚さ１μｍ以上の範囲にとなっている。このため、炭酸ガスアーク（ＭＡＧ）溶接時において、上記Ｃｕメッキ層を介して所要の溶接電流を確実に通電することが可能となる。従って、安定した炭酸ガスアーク溶接を確実に施すことが可能である。
前記Ｎｉメッキ層の厚みが０．３μｍ未満になると、表層に被覆すべきＣｕメッキ層に剥離を生じるおそれが出始め、一方、Ｎｉメッキ層の厚みが１．４μｍを越えると、溶接時にＮｉが母材（被溶接材）へ溶け込んで悪影響が出たり、前記炭酸ガス溶接用ソリッドワイヤの線径が過大になるおそれがある。このため、Ｎｉメッキ層の厚みを前記範囲とした。望ましいＮｉメッキ層の厚みの範囲は、０．４〜１．３μｍ、より望ましい範囲は、０．５〜１．２μｍ、更に望ましい厚みの範囲は、０．８〜１．１μｍである。
また、前記Ｃｕメッキ層が厚過ぎると、母材（被溶接材）にＣｕが溶け込み、溶接強度が低下するおそれがある。そのため、Ｃｕメッキ層の厚さの上限値は、１．５μｍ程度である。
尚、伸線加工後における母材ワイヤの線径、およびＮｉメッキ層やＣｕメッキ層の厚みは、各々メッキ直後の線径および厚みに対し、約３３〜４０％である。
【０００８】
また、本発明には、前記母材ワイヤは、Ｃ：０．３〜０．６ｗｔ％、Ｓｉ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｍｎ：０．６０ｗｔ％以下、Ｎｉ：０．６０ｗｔ％以下、Ｃｒ：７．５〜９．５ｗｔ％、Ｍｏ：０．４ｗｔ％以下、その他Ｆｅおよび不可避的不純物からなる、炭酸ガス溶接用ソリッドワイヤ（請求項２）も含まれる。
これによれば、Ｃｒを７．５〜９．５ｗｔ％含むマルテンサイト系耐熱鋼からなる母材ワイヤであるが、厚みが０．３〜１．４μｍのＮｉメッキ層を介することで、厚みが１．０μｍ以上のＣｕメッキ層を被覆した炭酸ガス溶接用ソリッドワイヤとなっている。このため、例えば、コンベアやクローラの外側面における欠損した部分や、建機の土砂などと衝突する部分に対し、炭酸ガスアーク溶接により肉盛り溶接を施すことで、硬質で耐久性および耐食性のある溶接金属による補修を、低コストで確実に行うことが可能となる。
【０００９】
尚、前記各成分の添加範囲は、以下の理由による。
Ｃ：Ｃは、硬さと耐磨耗性とを確保し、且つＣｒと化合して複炭化物を生成し、溶接金属の性質に緻密な形態を与えるが、０．３ｗｔ％未満では、係る効果が得られず、０．６ｗｔ％超では、溶接割れを生じ易くなるため、０．３〜０．６ｗｔ％の範囲とした。
Ｓｉ：Ｓｉは、溶接を安定させスパッタ量を低減するために有効であるが、前記範囲の下限値を下回ると、係る溶接安定性が得られにくくなり、前記上限値を上回わると、溶接金属の表面に微細な孔を生じ易くなるため、前記範囲とした。
Ｍｎ：Ｍｎは、脱酸に有効であるが、前記範囲の下限値を下回ると係る脱酸効果が得られにくくなり、前記上限値を上回わると、伸線加工時の冷間加工性が低下するため、前記範囲とした。
Ｃｒ：Ｃｒは、溶接金属の耐食性を向上させるが、７．５ｗｔ％未満では、係る効果が得られず、９．５ｗｔ％超では、溶接割れを生じ易くなるため、７．５〜９．５ｗｔ％の範囲とした。
Ｎｉ，Ｍｏ：これらは、肉盛り溶接金属に耐食性を与え且つ耐磨耗性を高めるが、前記上限値を上回ると上記効果が飽和するため、それぞれ前記範囲とした。
尚、母材ワイヤ中に含まれるＰやＳは、基本的には不可避的不純物であるが、溶接割れや靭延性を低下させないレベルでの含有量であれば良く、例えば、Ｐ：約０．０３ｗｔ％以下、Ｓ：約０．０３ｗｔ％以下が推奨される。但し、これらの上限値を多少越えて含んでいても、溶接割れや靭延性を低下させないレベルであれば、不可避的不純物となる。
【００１０】
更に、本発明には、前記母材ワイヤは、Ｃ：０．０５〜０．６ｗｔ％、Ｓｉ：０．７〜２．０ｗｔ％、Ｍｎ：２．０〜２．５ｗｔ％、Ｃｒ：０．２〜４．０ｗｔ％、Ｍｏ：０．４〜１．０ｗｔ％、その他Ｆｅおよび不可避的不純物からなる、炭酸ガス溶接用ソリッドワイヤ（請求項３）も含まれる。
これによれば、０．７〜２．０ｗｔ％のＳｉ、２．０〜２．５ｗｔ％のＭｎ、および、０．２〜４．０ｗｔ％のＣｒを含む低合金鋼からなる母材ワイヤであるが、厚みが０．３〜１．４μｍのＮｉメッキ層を介することで、厚みが１．０μｍ以上のＣｕメッキ層を被覆した炭酸ガス溶接用ソリッドワイヤとなっている。このため、例えば、各種の機械や部品などの磨耗部分などに対し、炭酸ガスアーク溶接にて肉盛り溶接を施すことで、硬質で耐久性のある溶接金属による補修を行ったり、高張力鋼からなる複数の部材間の溶接付けなどを、低コストで確実に行うことが可能となる。
【００１１】
尚、前記各成分の添加範囲は、以下の理由による。
Ｃ：Ｃは、前記同様に、硬さと耐磨耗性とを確保し、且つＣｒと化合して複炭化物を生成し、溶接金属の性質に緻密な形態を与えるが、０．０５ｗｔ％未満では、係る効果が得られず、０．６ｗｔ％超では、溶接割れを生じ易くなるため、前記の範囲とした。
Ｓｉ：Ｓｉの添加理由は、前述したものと同様である。  
Ｍｎ：Ｍｎは、前記同様に脱酸に有効であるが、前記範囲の下限値を下回ると、係る脱酸効果が得られにくくなり、前記上限値を上回わると、伸線加工における冷間加工性が低下するため、前記範囲とした。
Ｃｒ：Ｃｒは、溶接金属の耐食性を向上させるが、０．２ｗｔ％未満では、係る効果が得られず、４．０ｗｔ％超では、溶接割れを生じ易くなるため、これらを除いた前記範囲とした。
Ｍｏ：Ｍｏは、溶接金属の強度と延性とを高めるのに有効であるが、前記下限値を下回ると上記効果が得られず、前記上限値を上回ると延性が低下して溶接割れの原因となるため、これらを除いた前記範囲とした。
尚、Ｐ、Ｓは、前記同様の不可避的不純物であり、前記レベルの含有量が許容される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明による炭酸ガス溶接用ソリッドワイヤ１を示す断面図、図２は、図１中のＸ−Ｘ線の矢視に沿った断面図である。
図１，図２に示すように、炭酸ガス溶接用ソリッドワイヤ１は、ステンレス鋼以外の鋼種からなる断面が円形の母材ワイヤ２と、その表面に被覆した厚みが０．３〜１．４μｍのＮｉメッキ層４と、係るＮｉメッキ層４の表面に被覆した厚みが１．０μｍ以上のＣｕメッキ層６と、から構成されている。
母材ワイヤ２は、直径が約１ｍｍで、Ｃ：０．３〜０．６ｗｔ％、Ｓｉ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｍｎ：０．６０ｗｔ％以下、Ｎｉ：０．６０ｗｔ％以下、Ｃｒ：７．５〜９．５ｗｔ％、Ｍｏ：０．４ｗｔ％以下、その他Ｆｅおよび不可避的不純物からなるＣｒ含有鋼である。
あるいは、母材ワイヤ２は、直径が約１ｍｍで、Ｃ：０．０５〜０．６ｗｔ％、Ｓｉ：０．７〜２．０ｗｔ％、Ｍｎ：２．０〜２．５ｗｔ％、Ｃｒ：０．２〜４．０ｗｔ％、Ｍｏ：０．４〜１．０ｗｔ％、その他Ｆｅおよび不可避的不純物からなる、低合金鋼である。尚、係る低合金鋼は、上記に加えて、Ｖ：０．３６ｗｔ％、あるいは微量のＢを更に添加したものでも良い。
【００１３】
前記炭酸ガス溶接用ソリッドワイヤ１は、以下のようにして製造された。
直径が約３．３ｍｍの前記Ｃｒ含有鋼または低合金鋼からなる母材の素ワイヤの表面（周面）全体に対し、電解Ｎｉメッキを施すことにより、厚みが約１〜４μｍのＮｉメッキ層４を被覆した後、係るＮｉメッキ層４の表面に対し、電解Ｃｕメッキを施すことにより、厚みが約３μｍのＣｕメッキ層６を被覆して、直径が約３．３ｍｍのメッキ被覆ワイヤを得た。この際、上記Ｃｕメッキ層６には、下層のＮｉメッキ層４が露出するような部分的な剥離を生じていなかった。
次に、入口が太径で且つ出口が細径の縮径孔を、順次内径が細くなるように配列した複数のダイスに、潤滑剤を塗布した上記メッキ被覆ワイヤを通す伸線加工を施した。尚、係る伸線加工全体の減面（縮径）率は、約８７％であった。
【００１４】
その結果、図１，図２に示すように、直径が約１．２ｍｍの母材ワイヤ１と、その表面に被覆された厚みが０．３〜１．４μｍのＮｉメッキ層４と、その表面に被覆された厚みが１．０〜１．１μｍのＣｕメッキ層６と、を有する炭酸ガス溶接用ソリッドワイヤ１が得られた。係るソリッドワイヤ１では、厚みが０．３〜１．４μｍのＮｉメッキ層４を介していたため、全周面に厚みが１．０μｍ以上の炭酸ガスアーク溶接での導電性に必要なＣｕメッキ層６が被覆されていた。
その結果、炭酸ガス、あるいはこれに酸素を加えたシールドガスとする炭酸ガスアーク溶接における電極ワイヤとして使用する際にも、前記Ｃｕメッキ層６を介して通電性が確保されている。このため、溶接すべき母材との間で、溶接すべき部分に溶け込みに必要なアークを確実に発生するので、十分な溶け込みを有する溶接金属を、溶接部に形成することができる。
【実施例】
【００１５】
以下において、本発明の具体的な実施例を比較例と併せて説明する。
以下の３種類の鋼種からなる直径が約３．３ｍｍの母材ワイヤをそれぞれ複数本ずつ用意した。
(１)ＳＵＨ１１：Ｃ：０．５ｗｔ％、Ｓｉ：１．５ｗｔ％、Ｍｎ：０．５０ｗｔ％、Ｐ：０．０１ｗｔ％、Ｓ：０．０１ｗｔ％、Ｎｉ：１．２ｗｔ％、Ｃｒ：８．５ｗｔ％、Ｍｏ：０．１ｗｔ％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物
(２)ＤＳ８０：Ｃ：０．０５ｗｔ％、Ｓｉ：０．９３ｗｔ％、Ｍｎ：２．０４ｗｔ％、Ｐ：０．０１１ｗｔ％、Ｓ：０．００８ｗｔ％、Ｃｒ：０．２４ｗｔ％、Ｎｉ：２．０５ｗｔ％、Ｍｏ：０．４５ｗｔ％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物
(３)ＤＳ４５０：Ｃ：０．２４ｗｔ％、Ｓｉ：０．８７ｗｔ％、Ｍｎ：２．１２ｗｔ％、Ｐ：０．０１３ｗｔ％、Ｓ：０．０１ｗｔ％、Ｃｒ：２．２３ｗｔ％、Ｍｏ：０．８４ｗｔ％、Ｖ：０．３６ｗｔ％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物
【００１６】
次に、複数本の前記母材ワイヤに対し、電解Ｎｉメッキおよび電解Ｃｕメッキをそれぞれのメッキ時間を調整することで、異なる厚みのＮｉメッキ層４およびＣｕメッキ層６をそれぞれ被覆して、メッキ被覆ワイヤとした。
次いで、複数本の上記メッキ被覆ワイヤに対し、同じ潤滑剤をほぼ同じ厚みで塗布した後、順次内径が細くなるように配列した複数の同じダイスに通す伸線加工を、全体の減面（縮径）率を８７％で統一して行った。
そして、伸線加工後の各ソリッドワイヤ１，（１）ごとにおけるＮｉメッキ層４の厚みおよびＣｕメッキ層６の厚みを測定すると共に、係るＣｕメッキ層６の剥離の有無について観察した結果を表１に示した。
【００１７】
表１によれば、伸線後におけるＮｉメッキ層４の厚みが０．４〜１．４μｍで且つＣｕメッキ層６の厚みが１μｍであった実施例２〜５，７〜１０，１２〜１５では、何れもＣｕメッキ層６の剥離が生じていなかった。
また、伸線後におけるＮｉメッキ層４の厚みが０．３μｍで且つＣｕメッキ層６の厚みが１μｍであった実施例１，６，１１では、Ｃｕメッキ層６の一部（面積比で２０％以下）に剥離が生じていた。
一方、Ｎｉメッキ層４のない比較例１，３，５では、Ｃｕメッキ層６の一部（面積比で約８０％）に剥離が生じていた。
更に、伸線後におけるＮｉメッキ層の厚みが０．１μｍで且つＣｕメッキ層６の厚みが１．０μｍであった比較例２，４，６では、Ｃｕメッキ層６の一部（面積比で約６０％）に剥離が顕著に生じていた。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
前記結果によれば、実施例２〜５，７〜１０，１２〜１５のソリッドワイヤでは、伸線加工後でもＮｉメッキ層４の厚みが０．４〜１．４μｍを保っているため、その表面に厚みが１μｍのＣｕメッキ層６を剥離を生じることなく、表面全体に残すことができた。
また、実施例１，６，１１のソリッドワイヤでは、伸線加工後においてＮｉメッキ層４の厚みが０．３μｍであったため、その表面にメッキした厚みが１μｍのＣｕメッキ層６の一部に剥離が生じていた。
一方、比較例１〜６のソリッドワイヤでは、Ｎｉメッキ層がなく且つＣｕメッキ層６の厚みが１．０μｍであったか、伸線加工後におけるＮｉメッキ層の厚みが０．１μｍで且つＣｕメッキ層６の厚みが１．０μｍであったため、何れもＣｕメッキ層６の剥離が実施例１〜１５に比べて広い面積で生じていた。
【００２０】
更に、実施例１〜１５の溶接用ソリッドワイヤを個別に用いた炭酸ガスアーク溶接を行った。溶接すべき母材には、それぞれ前記母材ワイヤと同種の合金からなるものを用い、溶接電流：２００Ａ、アーク電圧：３０Ｖ、溶接速度：３０ｃｍ／分の条件下で炭酸ガスでシールドしつつ、前記各ソリッドワイヤを個別に同じ長さずつ溶接した。その結果、実施例１〜１５の溶接用ソリッドワイヤは、全てにおいてアークスタート性に支障がなく、スパッタリングを生じなかつた。
一方、比較例１〜６の溶接用ソリッドワイヤを個別に用い、上記と同じ条件により炭酸ガスアーク溶接を行ったが、何れもアークスタート性がやや不安定で、且つパッタリングを生じた。
【００２１】
以上の溶接試験によれば、実施例１〜１５の溶接用ソリッドワイヤは、表層に被覆した厚さ１．０μｍのＣｕメッキ層６に剥離がないか、一部のみが剥離していたため、炭酸ガスアーク溶接において、係るＣｕメッキ層６を通じて十分な溶接電流を通電でき、比較的安定したアークを生じ得たもの、と考えられる。
一方、比較例１〜６の溶接用ソリッドワイヤは、Ｃｕメッキ層６に剥離が比較的多くに生じていたため、前記炭酸ガスアーク溶接において、十分な溶接電流を通電できず、不十分なアーク、あるいは不安定なアークを生じ得たもの、と考えられる。
以上のような実施例によって、本発明の効果が裏付けられた。
尚、本発明に用いる母材ワイヤには、ステンレス鋼を除き、且つ前記低合金鋼やＣｒ含有鋼以外の鋼種からなる鋼種を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による炭酸ガス溶接用ソリッドワイヤを示す断面図。
【図２】図１中のＸ−Ｘ線の矢視に沿った断面図。
【符号の説明】
【００２３】
１……炭酸ガス溶接用ソリッドワイヤ
２……母材ワイヤ
４……Ｎｉメッキ層
６……Ｃｕメッキ層
【図１】
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【図２】
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