(57)【要約】【課題】溶接あるいは溶射等を行なう際のアークの安定性に優れた溶融金属形成用金属線材を提供する。【解決手段】溶融金属形成用金属線材３０１は先端側から順次加熱溶融することにより、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂｅ、Ｔａ及びＮｉ−Ｔｉのいずれかを主成分とする溶融金属を形成するためのものである。その少なくとも線材表面を含む部分がＦｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂｅ、Ｔａ及びＮｉ−Ｔｉのいずれかを主成分とする金属にて構成され、かつ、線材表面を含む表層部にに内層部よりも酸素濃度が高い酸素濃化層が、金属表面の積極酸化により得られる保護性酸化物層を含むものとして形成されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端側から順次加熱溶融することにより、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂｅ、Ｔａ及びＮｉ−Ｔｉのいずれかを主成分とする溶融金属を形成するための溶融金属形成用金属線材であって、少なくとも線材表面を含む部分がＦｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂｅ、Ｔａ及びＮｉ−Ｔｉのいずれかを主成分とする金属にて構成され、かつ、線材表面を含む表層部に内層部よりも酸素濃度が高い酸素濃化層が、金属表面の積極酸化により得られる保護性酸化物層を含むものとして形成されていることを特徴とする溶融金属形成用金属線材。
【請求項２】
先端側から順次加熱溶融することにより、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂｅ、Ｔａ及びＮｉ−Ｔｉのいずれかを主成分とする溶融金属を形成するための溶融金属形成用金属線材であって、少なくとも線材表面を含む部分がＦｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂｅ、Ｔａ及びＮｉ−Ｔｉのいずれかを主成分とする金属にて構成され、かつ、線材表面を含む表層部に内層部よりも酸素濃度が高い酸素濃化層が形成されてなり、
前記酸素濃化層の厚さＴｗと線径Ｄｗとの比Ｔｗ／Ｄｗが、０．３×１０−３〜１×１０−１の範囲に調整されてなり、
かつ、前記酸素濃化層は平均酸素濃度が１質量％以上であることを特徴とする溶融金属形成用金属線材。
【請求項３】
前記酸素濃化層の厚さＴｗと線径Ｄｗとの比Ｔｗ／Ｄｗが、１×１０−３〜１×１０−１の範囲に調整されてなり、
かつ、前記酸素濃化層は平均酸素濃度が１質量％以上であり、前記金属に形成される保護性酸化物の化学量論酸素量以下である請求項２記載の溶融金属形成用金属線材。
【請求項４】
前記溶融金属として溶接金属を形成する溶接用金属線材として使用される請求項１ないし３のいずれか１項に記載の溶融金属形成用金属線材。
【請求項５】
前記酸素濃化層の厚さＴｗと線径Ｄｗとの比Ｔｗ／Ｄｗが、１×１０−３〜５０×１０−３の範囲に調整され、前記酸素濃化層は平均酸素濃度が１質量％以上であり、前記金属に形成される保護性酸化物の化学量論酸素量の７５％以下である請求項４記載の溶融金属形成用金属線材。
【請求項６】
前記溶融金属として溶射金属層を形成する溶射用金属線材として使用される請求項１ないし３のいずれか１項に記載の溶融金属形成用金属線材。
【請求項７】
前記線材表面の表面粗さは、最大高さＲｙが１０μｍ以下である請求項１ないし６のいずれか１項に記載の溶融金属形成用金属線材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接や溶射等において溶融金属を形成するために使用される金属線材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アーク放電現象を用いて金属を溶融する方法として、アーク溶接やアーク溶射が知られている。例えば、ガスシールド・メタルアーク溶接においては、図５に示すように、炭酸ガス、酸素、アルゴン、ヘリウム等のシールドガスＩＧ雰囲気中で溶接用金属線材２０１と母材ＷＰとの間にアークＡＲを発生させる。そして、送給ローラ２０２によって線材２０１の先端部をアークＡＲ内に送給して溶融させながら溶接する。なお、符号２０５は先端からシールドガスＩＧを噴出させるガスノズル（トーチ）であり、基端側に柔軟性を有するコンジットチューブ２０４を備える。符号２０６はトーチ２０５に固定され線材２０１を保持するとともに線材２０１に電流を供給する電極チップ（コンタクトチップ）であり、ＷＭは溶接ビード、ＭＰは溶融池である。
【０００３】
他方、大型部材の耐食性被覆等を目的として、金属被覆層を溶射法にて形成することが行われている。この溶射の分野においては、上記溶接と同様の金属線材を用い、溶射法、例えばアーク溶射法により溶射層を形成することが行われている。アーク溶射法は、２本の金属線材を通電用のホルダに並行送給し、線材先端間にアーク放電ギャップを形成して溶融金属を作り、これを窒素やアルゴン等の不活性ガス、あるいは空気を媒体として噴射することにより、被処理物表面に溶射層を堆積させるようにする方法である。金属線材は、溶接の場合と同様に、コンジットチューブを介して溶射ガンに送給される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなアーク溶接あるいはアーク溶射では、形成する溶接ビードや溶射層の品質を向上させるために、アークの安定化を図ることが極めて重要な課題であり、電源、シールドガス、線材の改良、あるいは施工法など種々の観点から改善が検討されている。特にアーク安定化に影響を及ぼす線材性状の因子としては、線径、線材の剛性、表面性状（表面粗さや付着物の有無）、線癖、線材組成などがあり、これら因子の複合によりアークの安定性が支配される。現在、種々の技術的改良によりアーク安定性の水準は向上しつつあるが、過酷な使用条件が適用される場合や、溶接ないし溶射の能率向上や連続操業性の改善、あるいはアーク停止によるトラブル低減を図るため、さらなるアーク安定性向上が必要とされている。
【０００５】
近年では溶接や溶射工程の能率化及び溶接施工の短納期化を目指すため、例えばアーク溶接の場合、図５において、線材２０１の送給速度はますます高速化する傾向にある。この場合、高速化に伴いアークが不安定となり、良好なビード形状が得られなくなったり、線材２０１の表面とコンジットチューブ２０４との間の摩擦力が大きいと、線材２０１の送給がスムーズになされなくなり、最悪の場合コンジットチューブ２０４内で線材２０１に詰まりや座屈が発生することがある。
【０００６】
また、アーク溶射の場合、図６において、２本の線材ＴＷ間にアーク形成することから、一方の線材ＴＷの供給速度が乱れるだけでもアーク放電ギャップ間隔が変化して、アークが不安定化し、最悪の場合アーク停止におちいる。アークの安定化を図る方法としては、送給性を向上させる目的で線材表面を滑らかに仕上げたり、あるいは潤滑材を塗布したりする方法や、陰極点、陽極点を安定化させる目的で、シールドガスに炭酸ガスや酸素を適用する方法などが知られているが、金属の特性上、これらの手法を適用できない場合や、より過酷な使用条件が適用される場合等においては、更に優れた手法の開発が望まれている。
【０００７】
本発明の課題は、溶接あるいは溶射等を行なう際のアークの安定性に優れた溶融金属形成用金属線材を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記の課題を解決するために、本発明の溶融金属形成用金属線材の第一は、先端側から順次加熱溶融することにより、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂｅ、Ｔａ及びＮｉ−Ｔｉのいずれかを主成分とする溶融金属を形成するための溶融金属形成用金属線材であって、少なくとも線材表面を含む部分がＦｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂｅ、Ｔａ及びＮｉ−Ｔｉのいずれかを主成分とする金属にて構成され、かつ、線材表面を含む表層部に内層部よりも酸素濃度が高い酸素濃化層が、金属表面の積極酸化により得られる保護性酸化物層を含むものとして形成されている。本明細書にて「主成分」とは、最も含有率の高い成分を意味する。
【０００９】
保護性酸化物層とは、金属表面に形成される酸化物層であって、当該酸化物層の形成により、常温大気中において内層部をなす金属への腐食進行を抑制しうる緻密な酸化物層のことをいう。例えば、単体金属においては、Ｆｅの場合はＦｅ３Ｏ４、Ａｌの場合はＡｌ２Ｏ３、Ｎｉの場合はＮｉＯ、Ｃｏの場合はＣｏＯ、Ｂｅの場合はＢｅＯ、Ｔａの場合はＴａ２Ｏ５、Ｎｉ−Ｔｉの場合は、が保護性酸化物としてＮｉＯ、ＴｉＯ２例示できるが、これらの酸化物組成に限定されるものではなく、例えば合金元素が添加される場合は、該合金元素との複合酸化物となっていてもよい。また、酸素欠損や価数揺動に起因した化学量論比からの不可避的なずれが生ずる場合もある。
【００１０】
そして、「保護性酸化物層を、金属表面を積極酸化することにより形成する」とは、保護性酸化物が常温空気中で自然酸化膜として形成されうる場合は、その自然酸化膜よりも厚く保護性酸化物層を形成することをいい、保護性酸化物が常温空気中で自然酸化膜として形成されない場合は、保護性酸化物を形成可能な特定の酸化条件にて酸化処理を行なうことをいう。例えば、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂｅ、ＴａあるいはＮｉ−Ｔｉの場合は、常温空気中では上記の酸化物層が不働態被膜の形で形成され、内層部をなす金属よりも当然に酸素濃度は高い。従って、一種の酸素濃化層であるとみなすことができるが、この自然酸化膜の厚さはおおむね４０〜１００ｎｍと極めて薄い。また、Ｆｅの場合は、常温大気中でＦｅ３Ｏ４を形成することがそもそも困難である。従って、本発明においては、自然酸化膜よりも厚い酸素濃化層を、例えば酸素含有雰囲気中での酸化熱処理等により、線材表面に積極形成するのである。
【００１１】
これにより、アーク安定化に有効な酸素が、アーク中へ常時線材から直接供給でき、アーク溶接あるいはアーク溶射を行なう際のアークの安定性も良好となり、得られる溶接部の機械強度や溶射層の品質を向上させることができる。アーク溶接の場合、シールドガスとして炭酸ガスや酸素を含有する媒体を用いる場合と、アルゴン、ヘリウム等不活性ガスを用いる場合との２通りがあるが、本発明によるアーク安定化効果は不活性ガスを用いる場合に特に顕著である。また、アーク溶射においても、噴射ガスとして圧縮空気等の酸素を含有するガスを用いる場合と、窒素やアルゴン等の不活性ガスを用いる場合との２通りがあるが、本発明によるアーク安定化効果は不活性ガスを媒体として用いる場合に特に顕著である。
【００１２】
また、本発明の溶融金属形成用金属線材の第二は、先端側から順次加熱溶融することにより、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂｅ、Ｔａ及びＮｉ−Ｔｉのいずれかを主成分とする溶融金属を形成するための溶融金属形成用金属線材であって、少なくとも線材表面を含む部分がＦｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂｅ、Ｔａ及びＮｉ−Ｔｉのいずれかを主成分とする金属にて構成され、かつ、線材表面を含む表層部に内層部よりも酸素濃度が高い酸素濃化層が形成されてなり、
酸素濃化層の厚さＴｗと線径Ｄｗとの比Ｔｗ／Ｄｗが、０．３×１０−３〜１×１０−１の範囲に調整されてなり、
かつ、酸素濃化層は平均酸素濃度が１質量％以上であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の溶融金属形成用金属線材の第二において、線材の表面に形成するのは積極酸化処理により厚く形成した酸素濃化層であり、さらに具体的には、線径Ｄｗを基準として、比Ｔｗ／Ｄｗが、０．３×１０−３〜１×１０−１、つまり、厚さＴｗが線材直径Ｄｗの０．０３〜１０％となるように調整され、かつ平均酸素濃度が１質量％以上とされる。このような厚さ及び平均酸素濃度にて酸素濃化層を形成することにより、アーク溶接あるいはアーク溶射を行なう際のアークの安定性を大幅に向上させることができる。
【００１４】
酸素濃化層の厚さＴｗと線径Ｄｗとの比Ｔｗ／Ｄｗが０．３×１０−３（線径Ｄｗの０．０３％）未満になるか、又は酸素濃化層の平均酸素濃度が１質量％未満になると、アークが不安定化しやすくなり、均一な溶接ビードや溶射層を形成する上で不利となる。他方、Ｔｗ／Ｄｗが１×１０−１（線径Ｄｗの１０％）以上とすることは、酸素濃化層の形成処理に極めて長時間を要し、また、形成が困難なわりに効果に乏しい（溶接等に使用する場合はむしろ、溶接継手強度に悪影響を及ぼすなどの場合がある）。
【００１５】
また、酸素濃化層の平均酸素濃度は、酸素濃化層の全てが保護性酸化物層で形成されている場合に最大となり、その値は、形成されている酸化物の組成から見積もられる酸素含有比率、すなわち化学量論酸素量に等しくなると考えられる。なお、表層部をなす酸素濃化層中に局在化した酸素が、アーク溶融の初期段階で蒸発してシールドガス雰囲気中に流出し、アークが安定化する効果を考慮すれば、酸素濃化層は、酸化物の化学量論酸素量よりも平均酸素濃度が低いことが、アーク安定化を図る上でより有利であるといえる。酸素濃化層の平均酸素濃度が酸化物の化学量論酸素量よりも低いということは、酸素濃化層中に酸化物の化学量論酸素量よりも酸素濃度が低く留められた領域、つまり、その全体が酸化物となっておらず、一部金属が混在した領域が形成されていることを意味する。例えば、熱酸化法（後述）により酸素濃化層を形成した場合、酸素濃化層の最表層部は酸化物の化学量論酸素量にほぼ等しい酸素含有量になっていても、より内層に位置する部分は、該化学量論酸素量よりも酸素含有量の少ない領域、具体的には金属相中に酸素が拡散した酸素拡散層となる。酸素拡散層中の酸素は、例えば微細な酸化物として金属層中に分散したり、あるいは、金属相中に溶存した形で含有される。このような酸素（特に溶存した酸素）は、酸化物中の酸素と比較して金属との結合力が弱いと推定され、アーク溶融の初期段階で蒸発する確率も高い。従って、アーク安定化により有効に寄与すると考えられる。以上の観点において、酸素濃化層中の平均酸素濃度は１質量％以上で、金属に形成される保護性酸化物の化学量論酸素量以下となっていることがより望ましい。また、酸素濃化層において、酸化物の化学量論酸素量よりも酸素含有量の少ない領域の厚さは、最表層部の酸化物層よりも厚さが大きくなっていることが望ましく、さらに望ましくは最表層部の酸化物層の厚さの２倍以上となっているのがよい。
【００１６】
また、アーク安定化効果をより顕著なものとするためには、酸素濃化層の厚さＴｗと線径Ｄｗとの比Ｔｗ／Ｄｗを、１×１０−３以上の範囲に調整することがより望ましい。特に、熱酸化法等の採用により、最表層部の酸化物層に加え、上記の酸素拡散層が形成される場合は、酸素拡散層の分だけ酸素濃化層の厚さが増大するので、Ｔｗ／Ｄｗが上記望ましい範囲に属するものとなる可能性が高くなる。酸素濃化層の厚さは、アーク安定性向上の観点においてはなるべく厚いことが望ましいが、酸化物層が厚くなりすぎて線材表面に亀裂や剥離が発生すると、それらの欠陥が線材の送りを阻害したり、脱落した酸化物の破片が溶融金属中で介在物化する可能性が高いので、このような不具合が生じないように酸素濃化層の厚さの上限を適宜定める（例えば、Ｔｗ／Ｄｗにて１×１０−１程度）。ただし、酸素濃化層の外側を潤滑材層や樹脂層で被覆することにより、線材の送給性が改善され、かつ、酸化物層の脱落等も生じにくくできる場合は、この限りではない。
【００１７】
例えばアーク溶接の場合は、溶接金属は母材及び線材の組成とその溶融比率にて決まり、溶接部の強度に影響を及ぼす線材の酸素量は、溶接部の用途によって個別に定まる。そして、線材に形成する酸素濃化層の厚さや酸素濃度（あるいは線材構成金属中の溶存酸素濃度）は、溶接部の用途に応じて定まる該溶接部中の酸素含有量に応じて調整すればよい。
【００１８】
なお、酸素濃化層の厚さ及び平均酸素濃度は以下のようにして特定することができる。すなわち、線材の断面を鏡面研磨し、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  ＭｉｃｒｏＡｎａｌｙｓｉｓ）により酸素濃度分布を面分析するとともに、中心部での酸素濃度をＣｍとして、酸素濃度が１．２Ｃｍ以上となる周縁領域を酸素濃化層として特定し、該領域での酸素濃度の積分平均値を酸素濃化層の平均酸素濃度として決定する。なお、線材断面の周方向において酸素濃度にバラツキがある場合は、断面半径方向の種々の位置に濃度測定円を設定し、各濃度測定円に沿って酸素濃度を平均化することにより、周方向に平均化された断面半径方向の酸素濃度分布を求める。そして、その断面半径方向の酸素濃度分布において、酸素濃度が１．２Ｃｍ以上となる周縁領域を酸素濃化層として特定する。
【００１９】
本発明の溶融金属形成用金属線材は、溶融金属として溶接金属を形成する溶接用金属線材として使用することができる。また、溶融金属として溶射金属層を形成する溶射用金属線材として使用することもできる。
【００２０】
Ｔｗ／Ｄｗの値及び酸素濃化層の平均酸素濃度の望ましい上限については、溶接用の線材と溶射用の線材とで相違する。溶射層は、溶接継ぎ手部ほどには強度的な要求が厳しくないことも多く（もちろん例外もある）、例えば、溶融金属の噴射媒体として空気が使用されることもありえる。この場合は、溶融金属が空気中の酸素と反応しながら溶射層として堆積するので、層中の酸素濃度も必然的に高くなるが、特に高強度が要求されない場合は、これでも十分に実用に耐えうる。従って、使用する線材も、結果的に溶融状態で酸化が進行することを考慮すれば、Ｔｗ／Ｄｗの値や酸素濃化層の平均酸素濃度を、前記した上限値一杯まで増加させても、特に支障を生じないのである。
【００２１】
他方、溶接用の線材の場合は、酸素濃化層が過度に厚くなりすぎたり、あるいは平均酸素濃度が過度に高くなると、得られる溶接構造の溶接継手等の強度が損なわれる不具合が生ずる場合がある。この場合、Ｔｗ／Ｄｗは５０×１０−３（線径Ｄｗの５％）以下に、酸素濃化層の平均酸素濃度は保護性酸化物の化学量論酸素量の７５％以下に制限することが望ましい。また、溶射においては、アルゴン等の不活性ガスを噴射媒体として、できるだけ酸化を抑制した高強度の溶射層を形成したい場合は、Ｔｗ／Ｄｗ及び平均酸素濃度を同様の範囲に制限することが望ましい場合もある。
【００２２】
本発明の溶融金属形成用金属線材において酸素濃化層は、例えば金属線材を酸素を含有した雰囲気中にて熱酸化処理することにより形成できる。酸素を含有した雰囲気としては、酸素含有窒素雰囲気（大気雰囲気を含む）あるいは酸素含有不活性ガス雰囲気のほか、水蒸気など、酸素化合物を含有した気体雰囲気を用いてもよい。他方、熱酸化処理以外にも、線材表面に酸化物粒子を埋め込んだり、あるいは酸化物層を蒸着やスパッタリングなどの気相成膜法や陽極酸化法により形成して酸素濃化層とする方法を採用しうる。また、酸化物層を、周知のゾルゲル法により形成してもよい。そして、これらの方法により酸化物層を形成する場合、拡散熱処理により前記した酸素拡散層を形成するとさらによい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の溶融金属形成用金属線材を用いてガスシールド・メタルアーク溶接を行なう装置系の一例を示すものである。溶融金属形成用金属線材（以下、単に線材ともいう）は、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂｅ、Ｔａ及びＮｉ−Ｔｉのいずれかを主成分とする金属により構成され、例えば本実施形態ではＦｅ系線材（軟鋼やステンレス鋼）にて構成する。リール５０から巻き出された線材３０１は、矯正ローラ３０３により線癖を矯正された後、送給ローラ３０２により可撓性を有するコンジットチューブ３０４内に導かれる。コンジットチューブ３０４の先端にはトーチ３０５が設けられ、コンジットチューブ３０４の後端側から導入されたシールドガスＩＧは、トーチ３０５の先端から被溶接部材であるエキゾーストパイプＥＰの溶接部位に吹き付けられてこれをガスシールドする。
【００２４】
トーチ３０５内には線材３０１の送りを許容した形でこれと導通する電極チップ３０６が設けられ、線材３０１の先端とエキゾーストパイプＥＰとの空隙に高圧を印加してアークＡＲを発生させる。線材３０１はこのアークの熱エネルギーにより溶融し、溶接部位に滴下されて溶接ビードＷＭを形成する。なお、送給ローラ３０２は、線材３０１が溶融・消耗する速度に合わせてこれを連続的又は断続的にアークＡＲに向けて送給する。
【００２５】
図２は、線材３０１の断面を模式的に示すものである。線材３０１は、線材表面を含む表層部に内層部３よりも酸素濃度が高い酸素濃化層２（例えばＦｅ３Ｏ４を含有するもの）が形成される。該酸素濃化層２の厚さＴｗと線径Ｄｗとの比Ｔｗ／Ｄｗは、１×１０−３〜５０×１０−３の範囲に調整され、かつ酸素濃化層２は、平均酸素濃度が１質量％以上Ｆｅ３Ｏ４の化学量論酸素量の７５％以下とされる。このように各数値を設定することの臨界的意味は、「課題を解決するための手段及び作用・効果」の欄にて既に説明済みであるから、ここでは繰り返さない。特に、アークの安定性が改善される理由としては、以下のように推察される。すなわち、線材３０１は、アーク発生時に表皮電流によって表層部から優先的に加熱され、温度的にも高温となる。その結果、表層部をなす酸素濃化層２中に局在化した酸素は、アーク溶融の初期段階で蒸発してシールドガス雰囲気中に流出し、アークが安定化するものと考えられる。また、従来のように、シールドガス自体に酸素が導入されるのと異なり、アーク安定化に必要な量の酸素が、酸素濃化層から効率よく直接供給されるため、より効果的に作用するものと考えられる。
【００２６】
また、酸素濃化層２が形成された線材表面の表面粗さは、最大高さをＲｙとして、１０μｍ以下にすることが、線材３０１のコンジットチューブ３０４内の送給性を向上させる観点において望ましい。そして、前記したような厚さ及び平均酸素濃度にて酸素濃化層２を形成することは、表面粗さがこのような数値に調整された線材表面を得る上でも当然に有利に作用する。また、上記表面粗さにおいては、算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下となっていることが望ましい。また、最大高さＲｙ及び算術平均粗さＲａの下限値については特に制限はなく、コストとの兼ね合いにより適宜設定される（本発明者らは、Ｒｙが少なくとも７．０μｍ程度まで、Ｒａが少なくとも０．２μｍ程度まで小さくできることを確認している）。なお、本明細書において表面粗さは、ＪＩＳ：Ｂ０６０１（１９９４）に規定された方法により測定されたものを意味する。
【００２７】
また、線材３０１として一般に多用される線径Ｄｗは、０．８〜１．６ｍｍ程度の範囲であるが、このような線径Ｄｗを採用する場合、上記のような酸素濃化層２の形成により、具体的に達成可能な送給安定性のレベルとして、例えば、線材送給装置における反力を測定した送給反力測定プロファイルの平均振幅にて５Ｎ以下を実現できる。送給反力をこのように小さくできることで、コンジットチューブ３０４内での線材３０１の詰まり等の発生を効果的に抑制することができる。
【００２８】
また、コンジットチューブ内３０４での線材３０１の挫屈を防止するためには、線材３０１の引張強さが４００ＭＰａ〜１５００ＭＰａに調整されていることが望ましい。引張強さが４００ＭＰａ未満では挫屈防止を十分に図ることが困難となり、１５００ＭＰａを超えると線材３０１の可撓性が損なわれて折損や巻取り困難等の不具合につながる。線材３０１の引張強さは、例えば伸線加工の最終段階を冷間加工にて行なう場合に、その冷間加工の減面率調整や、その後に歪除去のための焼鈍を行なう場合は、その焼鈍温度と時間の加減により調整することができる。線材３０１の引張強さは、より望ましくは６００ＭＰａ〜１２００ＭＰａに調整されているのがよい。
【００２９】
線材３０１は、例えば図４に示すような方法により製造可能である。まず、Ｆｅ系線材を圧延後、例えば酸素分圧が５〜１５×１０３Ｐａの酸素含有雰囲気、例えば酸素含有窒素雰囲気（大気雰囲気を含む）の加熱炉１０に導入され、６００〜８００℃（例えば７１０℃）にて４〜６時間（例えば５時間）焼鈍される（図４（ａ））。この熱処理によりＦｅ系線材素材は回復・再結晶により展延性が向上し、後工程の冷間伸線加工等が容易になる。また、該熱処理は、素材の表層部に酸素濃化層を形成する処理を兼ねている。
【００３０】
焼鈍後のＦｅ系線材素材ＴＭは、潤滑剤２１で満たされた潤滑剤槽２０に浸漬し、表面に潤滑剤被膜を形成する（図４（ｂ））。該被膜は、次の伸線工程において伸線ダイスとの間に潤滑作用を付与し、伸線性を向上させる。Ｆｅ系線材素材ＴＭはその後、図４（ｃ）に示すようにダイスホルダ３１と、該ダイスホルダ３１に固定された伸線ダイス３２とを有する冷間伸線装置３０に導入される。具体的には、Ｆｅ系線材素材ＴＭを、入口側よりも出口側が小径となるように断面がほぼ円錐状に形成された伸線ダイス３２に挿通して常温下で出口側から引っ張ることにより、伸線ダイス３２の出口の断面形状とほぼ同一断面を有する線材ＴＷが得られる。なお、図４（ｃ）では伸線ダイス３２を１個のみ描いているが、実際にはダイス径が順次縮小する複数のダイスにより順次減面を行なう。
【００３１】
こうして得られた線材ＴＷは、潤滑材を除去する洗浄部４８、矯正部４９を経て線材スプール５０へ巻き取られ、前記したガスシールド・メタルアーク溶接に使用される。
【００３２】
線材ＴＷの表面から酸素を拡散させる処理は、図４（ｃ）に示すように、熱処理炉４１を用いて伸線後の線材に行なうようにしてもよい。また、酸素濃化層は、上記のような素材ＴＭ及び／又は線材ＴＷの表面からの酸素拡散により行なう方法のほか、例えば図３に示すように、線材の表層部に酸化物粒子を埋め込むことにより形成してもよい。このような埋め込み状態は、例えば伸線時に塗布する潤滑剤中に酸化物の微粒子を適量配合しておくことで形成することができる。なお、過剰な酸素濃化層が形成された場合は、その一部を化学的あるいは機械的に除去して層厚調整することが可能である。
【００３３】
つぎに、上記の線材ＴＷは、溶射用線材として用いることもできる。図６は、その溶射装置の一例を模式的に示す。溶射装置３０１は、溶射ガン３０２と、溶射ユニット３０３とを有する。溶射ユニット３０３内において、各々リール３１２，３１２に巻き取られた２本の線材ＴＷ，ＴＷが、各々コンジットチューブ３１０を経て溶射ガン３０２に送給される。この実施形態では、線材ＴＷ，ＴＷの送給は、溶射ガン３０２に設けられた送給ローラ３０８，３０８により、溶射ユニット３０３から線材ＴＷ，ＴＷを引き込む形にて行っているが、溶射ユニット３０３に設けられた送りロールにより線材ＴＷ，ＴＷを溶射ガン３０２に向けて送出するようにしてもよいし、両者を併用してもよい。
【００３４】
溶射ガン３０２内において線材ＴＷ，ＴＷは、それぞれ独立した通電用ホルダ３０４，３０４内を、電気的導通状態にて通過した後、先端部同士が互いに接近する向きに送り出される。そして、溶射ユニット３０３側の直流アーク電源３１４により通電用ホルダ３０４，３０４を介して線材ＴＷ，ＴＷに通電すると、線材ＴＷ，ＴＷの先端間に形成されたギャップＧにアーク放電が生じ、線材ＴＷ，ＴＷの先端部が溶融して溶融金属を発生する。ギャップＧに臨む位置には噴射ノズル３１０が配置され、溶射ユニット３０３側のコンプレッサー３１３により噴射媒体通路３０９を経て該噴射ノズル３１０に、空気あるいは窒素・アルゴン等の不活性ガスからなる噴射媒体が供給される。すると、ギャップＧに形成された溶融金属が、該噴射媒体とともに霧状となって被処理物３０７の表面に溶射され、溶射層３０６を堆積させる。線材ＴＷ，ＴＷは、アーク放電により先端側から逐次溶融しながらギャップＧに連続的に送給されるので、噴射ノズルに媒体を供給し続けることにより、溶射を継続することができる。
【００３５】
このように、溶射の場合は２本の線材ＴＷ，ＴＷが並列送給され、その先端間のギャップＧにアーク形成することから、一方の線材ＴＷの供給速度が他方に対して進んだり遅れたりすると、ギャップＧの間隔が変動し、アーク不安定が生じやすい。しかし、本発明の採用により、ギャップＧに対する線材ＴＷ，ＴＷの送給速度を安定的に保持できるので、アークの安定性を飛躍的に向上することができ、ひいては高品質の溶射層３０６を形成できる。
【００３６】
なお、以上説明した実施形態では、図２に示すように線材ＴＷの全体をＦｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂｅ、Ｔａ及びＮｉ−Ｔｉのいずれかを主成分とする金属（以下、主要金属という）にて構成していたが、図２に一点鎖線で示すように、線材ＴＷの表層部のみを主要金属にて形成し、内部に別の補助金属層４を形成した複合線材とすることもできる。この構成によると、溶融金属を形成する際に、外層部をなす主要金属と内層部をなす補助金属とを合金化することができる。外層部が酸素濃化層２の形成された金属層とすることで、線材全体を単一合金層とする場合よりも、線材の送給安定性及びアーク安定性を良好に確保することができる。また、補助金属層４の代わりに、セラミック粉末を充填した線材を用いれば、金属−セラミック複合材料（例えば、サーメット）を溶射することもできる。さらに、溶射方法はアーク溶射に限定されるものではなく、線状の溶射材料を用いることが可能であれば、例えばフレーム溶射、レーザー溶射、ガス溶射、プラズマ溶射などを採用することもできる。これらの溶射方法においても、線材の送給を安定化させる効果は同様に達成され、均一な溶射層を形成することに寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の適用対象となるガスシールド・メタルアーク溶接装置の概略を示す模式図。
【図２】本発明の溶接用金属線材の断面模式図。
【図３】酸素濃化層の形成状態を示す概念図。
【図４】本発明の溶接用金属線材の製造工程説明図。
【図５】ガスシールド・メタルアーク溶接装置の要部を示す模式図。
【図６】本発明の適用対象となるアーク溶射装置の概略を示す模式図。
【符号の説明】
２  酸素濃化層
３  内層部
３０１  溶融金属形成用金属線材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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