(57)【要約】【課題】潤滑性を維持しつつ、スパッタ発生量を低減することができるめっきなしＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤを提供する。【解決手段】ワイヤの周面に開口し、開口部より内部が広い窪み及び／又は外部からの入射光が照射されない部分２を有する窪みを有し、前記窪みの内部及び／又はワイヤ表面に、Ｋ化合物と、硫化物と、ポリイソブテンを含む油とが存在し、このときのＫとしての存在量が２乃至１０質量ｐｐｍ／ワイヤ全質量であり、前記ポリイソブテンを含む油はワイヤ１０ｋｇ当たり０．１乃至２ｇ存在する。前記窪みが、ワイヤの周面における１円周上に２０箇所以上存在し、窪みの長さ率が０．５％以上５０％未満である。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤの周面に開口し、開口部より内部が広い窪み及び／又は外部からの入射光が照射されない部分内部を有する窪みを有し、前記窪みの内及び／又はワイヤ表面に、硫化物とポリイソブテンを含む油とが存在し、ポリイソブテンを含む油の存在量はワイヤ１０ｋｇ当たり０．１乃至２ｇであることを特徴とするめっきなしＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項２】
前記窪みが、ワイヤの周面における１円周上に２０箇所以上存在し、窪みの長さ率が０．５％以上５０％未満であることを特徴とする請求項１に記載のめっきなしＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項３】
前記窪み部及び／又はワイヤ表面上にＫ化合物が存在し、このときのＫとしての存在量が２乃至１０質量ｐｐｍ／ワイヤ全質量であることを特徴とする請求項１又は２に記載のめっきなしＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項４】
前記Ｋ化合物が、ホウ酸カリウムであることを特徴とする請求項３に記載のめっきなしＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項５】
前記硫化物が、粒径が０．１〜１０μｍのＭｏＳ２であって、ワイヤ１０ｋｇ当たりの存在量が０．０１〜０．５ｇであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のめっきなしＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項６】
Ｃ：０．０１乃至０．１５質量％、Ｓｉ：０．２乃至１．２質量％、Ｍｎ：０．５乃至２．５質量％、Ｐ：０．００１乃至０．０３０質量％、Ｓ：０．００１乃至０．０３０質量％、及び０：０．００１乃至０．０２０質量％を含有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のめっきなしＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項７】
更に、Ｃｕ：０．０５質量％以下を含有することを特徴とする請求項６に記載のめっきなしＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項８】
更に、Ｔｉ＋Ｚｒ：０．０３乃至０．３質量％を含有することを特徴とする請求項６又は７に記載のめっきなしＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項９】
更に、Ｍｏ：０．０１乃至０．６質量％を含有することを特徴とする請求項８に記載のめっきなしＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、銅めっき等のめっき処理を施さないめっきなしＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤに関し、特に、半自動溶接又は自動溶接において、スパッタ発生量を極めて低減することができるめっきなしＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にＭＡＧ溶接とは、シールドガスがＣＯ２１００％の溶接と、ＣＯ２又はＯ２等の酸化性ガスが１０乃至３０％を占めるようなＡｒ主体の混合ガス溶接とを含む。シールドガスによるスパッタ発生量の大きな違いとして、溶滴の移行形態の変化が挙げられる。ＣＯ２溶接の場合、主たる移行形態がグロビュール移行であるのに対し、Ａｒ主体の混合ガス溶接では主たる移行形態がスプレー移行となるため、Ａｒ主体の混合ガス溶接の場合は、スパッタ発生量が大幅に減少し、アーク安定性の面でも優れた特性が得られる。更に、アーク安定剤としてアルカリ金属であるＫ化合物をワイヤ表面に存在させることによって、更に一層アークを安定化させることも可能である。アルカリ金属がアークの安定化に貢献する理由として、アークの電位傾度が下がり、溶滴上部へのアークの這い上がりが促進されることが挙げられる。このようなアルカリ金属による効果については、特許第１８８１９１１号に代表される技術等がすでに提案されている。
【０００３】
また、ポリイソブテンに関しては、特開平８−１５７８５８号公報において、硫化剤で硫化した油脂が給電チップの摩耗を抑制する技術が開示されており、一方では特開平１０−１５８６６９号公報において、粘度指数向上剤として使用すると、給電チップの摩耗を抑制する技術が開示されている。
【０００４】
従って、従来、ＭＡＧ溶接における品質向上を考えた場合には、銅めっき有無にかかわらず、そのワイヤ表面に適量のＫ化合物及び油が存在することが最適であると考えられている。
【０００５】
従来のＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤはその大部分が銅めっきを施したワイヤである。銅めっきを施す理由としては、通電性の確保及び耐錆性向上等が挙げられる。ところが、銅めっきを施した鋼ワイヤは、鉄地が完全に露出しているワイヤ、つまり銅めっきを施さないワイヤに比べると、溶滴表面での銅濃度が高いため溶滴の表面張力はより大きくなることが明らかとなった。本願発明者等は、１秒間に２０００コマ撮影可能なハイスピードビデオを用いてＭＡＧ溶接におけるアーク現象を観察した結果、銅めっきを施したワイヤの溶滴移行形態は、垂直方向に対しては長径化する傾向が認められ、溶滴の小径化は実現しないことが判明した。これは、溶滴が長径化した場合に、スプレーアーク中に溶滴同士又は溶滴と溶滴プールとが瞬間短絡することにより、スパッタが発生しやすくなる現象が起こっているためと推察される。これに対して、銅めっきを施していないワイヤの溶滴移行形態は、溶滴表面に銅が存在しないため、溶滴の表面張力が減少し、溶滴が細粒化することで、スプレーアーク中に溶滴同士又は溶滴と溶融プールとが瞬間短絡しないために、スパッタ発生量は少なくなる。このような銅めっきを施していないワイヤ表面の状況で、更に一層低スパッタ化を実現しようとして、表面にＫ化合物及びＭｏＳ２を存在させた技術が特開平１１−１０４８８３に開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、めっきが無いワイヤ表面に、Ｋ化合物及びＭｏＳ２を塗布しただけでは、ワイヤを数百ｋｇ単位で安定して送給しなければならない現実の溶接において、Ｋ化合物及びＭｏＳ２がワイヤ表面から脱落し、コンジットライナー内部に堆積してしまい、ワイヤの送給性が次第に不安定になってくるという問題点が顕在化した。即ち、どんなにＫ化合物及びＭｏＳ２によるアーク安定化及び低スパッタ化を追求しても、溶接時のワイヤ送給性が安定しない状況ではこれらの効果が充分に得られない。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、大量送給時においても優れた潤滑性・送給性を維持しつつ、スパッタ発生量を低減することができるめっきなしＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るめっきなしアーク溶接用ソリッドワイヤは、ワイヤの周面に開口し、開口部より内部が広い窪み及び／又は外部からの入射光が照射されない部分を有する窪みを有し、前記窪みの内部及び／又はワイヤ表面に、硫化物と、ポリイソブテンを含む油とが存在し、前記ポリイソブテンを含む油はワイヤ１０ｋｇ当たり０．１乃至２ｇ存在することを特徴とする。
【０００９】
なお、本願明細書中では、「ワイヤの周面に開口し、開口部より内部が広い窪み」を「ボトルネック状窪み」と称し、「ワイヤの周面に開口し、外部からの入射光が照射されない部分内部を有する窪み」を「ケイブ状の窪み」と称する。
【００１０】
図１は「ボトルネック状及び／又はケイブ状の窪み」を示すワイヤの横断面図である。この図１に示すように、ワイヤ表面に対してその中心に向けて半径方向に光線が投射されるような仮想光源を考えた場合に、陰になって表面から見えない部分（図１で黒く塗りつぶした部分）を有することが特徴である。
【００１１】
このめっきなしアーク溶接用ソリッドワイヤにおいては、前記窪み部が任意のワイヤ１円周方向に、１周長あたり、総数で２０箇所以上存在することが好ましい。また、前記窪み部の有効長さ率が０．５％以上５０％未満であることが好ましい。また前記のポリイソブテンを含む油が、ワイヤ１０ｋｇあたり０．１乃至２ｇ存在することが好ましい。
【００１２】
このめっきなしＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤは、前記の硫化物として粒径が０．１乃至１０μｍのＭｏＳ２がワイヤ表面又はワイヤ表面直下である「ボトルネック状及び／又はケイブ状の窪み」に存在し、そのＭｏＳ２の付着量が０．０１乃至０．５ｇ／１０ｋｇであることが好ましい。また、前記の窪み部及び／又はワイヤ表面上にＫ化合物が存在し、このときのＫとしての存在量が２乃至１０質量ｐｐｍ／ワイヤ全質量であることが好ましい。更には前記Ｋ化合物が、ホウ酸カリウムであることが好ましい。更にまた、その窪み部及び／又はワイヤ表面上に、粒径が０．１乃至１０μｍであるＭｏＳ２がワイヤ１０ｋｇ当たり０．０１乃至０．５ｇ存在することが好ましい。更にそのワイヤ成分として、Ｃ：０．０１乃至０．１５質量％、Ｓｉ：０．２乃至１．２質量％、Ｍｎ：０．５乃至２．５質量％、Ｐ：０．００１乃至０．０３０質量％、Ｓ：０．００１乃至０．０３０質量％、及びＯ：０．００１乃至０．０２０質量％を含有することが好ましい。更に、Ｃｕ：０．０５質量％以下を含有することが好ましい。更に、Ｔｉ＋Ｚｒ：０．０３乃至０．３質量％を含有してもよい。更に、Ｍｏ：０．０１乃至０．６質量％を含有してもよい。
【００１３】
本発明においては、このような構成によって、溶接時のワイヤがチップ直上まで送られてきた時点においても潤滑性が十分に保持され万全の送給性を保持しつつ、アークの更なる安定化と、更なるスパッタ低減とを実現可能となる。
【００１４】
また、Ｋ化合物及びＭｏＳ２がワイヤの表面上及び／又は表面直下である「ボトルネック状及び／又はケイブ状の窪み」に存在する状態、並びにポリイソブテンを含む油がワイヤ表面に存在する状態とは、図２に模式的に示す如くこれらの機能性物質がワイヤ表面を被覆するように薄膜として付着している状態、又はこれらの機能性物質がワイヤ表面に形成された多数の窪み部内に存在する状態をいう。これらの機能性物質は、塩酸（ＨＣｌ）でワイヤ表面を酸洗後、ワイヤ表面から３０μｍの深さまでのワイヤ表層部を除去した場合に、取り出される全てのＫ化合物、ＭｏＳ２、及びポリイソブテンを含む油をいう。
【００１５】
【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。図３（ａ）は銅めっきを施したワイヤの溶滴移行状況を示す模式図、図３（ｂ）は銅めっきを施していないワイヤの溶滴移行状況を示す模式図である。前述のごとく、図３（ａ）に示すように銅めっきを施した場合は、ワイヤ表面の銅めっき層が導電性を保持する効果をもつ反面、溶滴が上下方向に伸びやすくなり、この上下方向に伸びた溶滴により瞬間短絡を誘発しやすく、更に溶滴もふらつきやすくなる。
【００１６】
一方、図３（ｂ）に示すように、銅めっきを施さないワイヤでは、銅めっきを施したワイヤより、溶滴は離脱しやすくなり、溶滴は小粒になり、球状に近いものとなる。これにより、瞬間短絡も生じにくい。
【００１７】
また、アルカリ金属であるＫ化合物を含むアーク安定剤がワイヤ表面又は表面近傍に存在すると、母材からの電子の放出が容易になるためにアークの電位傾度が下がり、アークの這い上がりが促進され、更に一層の溶滴の小粒化が可能となる。その結果、短絡等によって発生するスパッタも著しく減少する。
【００１８】
本発明では、Ｋ化合物を含むアーク安定剤としてはホウ酸Ｋを使用することが望ましい。ホウ酸Ｋは市販品として微細粒子が入手しやすく、粘度調整剤としてのポリイソブテンと共存させることにより、ワイヤ表面から脱落し難くなる。一方、伸線潤滑剤等に使用されるステアリン酸Ｋ等の炭素鎖の長い有機Ｋ化合物では、ポリイソブテンと共存しても脱落し易さに変化はない。
【００１９】
また、適量のＭｏＳ２をワイヤ表面又は表面近傍に存在させることで、送給抵抗を低減させ、溶滴の細粒化と離脱性とが更に促進される。ポリイソブテンは微粒子のＭｏＳ２を効果的にワイヤ表面に保持する油として最適である。
【００２０】
本発明においては、図２に示すように、ワイヤ１の表層部に、機能性物質３が存在している。この機能性物質３は、アーク安定剤としてのＫを含む物質（例えば、ホウ酸Ｋ）、又はこのＫを含む物質及び粒径が０．１〜１０μｍであるＭｏＳ２であり、ワイヤの表面上及び／又は表面直下である「ボトルネック状及び／又はケイブ状の窪み」に存在する。また、機能性物質３のうち、ワイヤ１の表面上に存在するものとしては、ポリイソブテンを含む油を含む。
【００２１】
次に、「ボトルネック状及び／又はケイブ状の窪み」をワイヤ表面に形成する方法の一例について説明する。なお、このような「ボトルネック状及び／又はケイブ状の窪み」は、伸線前の線にあらかじめ形成されていなくても、伸線の中間段階で形成してもよいし、最終段階で形成してもよい。工業的には、以下の３つのステップによる方法が製造コストも低く有効な製造方法である。
【００２２】
▲１▼素線の加工工程で凹凸を形成する工程
溶接ワイヤの素線であるところの「原線」は、製鉄所において一貫した連続鋳造及び熱間圧延工程によって製造される。但し、バッチ式の炉で鋳造され、その後圧延されて、製造されることもある。このときの圧延条件、即ち、圧延温度、及び減面率を調整することにより、ワイヤ長手方向に「皺状窪み」を生成させることができる。この「皺状窪み」は、通常、酸化鉄（所謂スケール）が埋めているが、その酸化物を機械的又は化学的に除去することによって、後述の工程を経て「ボトルネック状及び／又はケイブ状の窪み」に変えることができる「素線の窪み」となり得る。従って、予め十分な深さの「素線の窪み」を得るべく、圧延温度及び減面率を調整する。
【００２３】
別の方法として、焼鈍によって素線の凹凸を制御することも可能であった。例えば、先ず、素線を酸化性雰囲気又は水蒸気雰囲気で焼鈍することにより、金属結晶粒界を優先的に酸化する。焼鈍後、化学的又は電気化学的に酸化膜を除去することにより、粒界腐食部が選択的に除去され、「素線の窪み」が生成される。
【００２４】
上述の化学的な酸化皮膜除去の工程においては、酸洗条件を調整することによっても、「素線の窪み」の度合いを制御することができる。素線を塩酸酸洗する場合、塩酸浴中に酸素及び／又は硝酸及び／又は過酸化水素水等を添加することで酸化力を向上させ、「素線の窪み」の度合いを制御させることも可能である。塩酸以外の酸を用いても「素線の窪み」を調整することができる。例えば、硝酸を用いて原線表面を不動態化処理し、その後塩素イオン等を用いて電解局部腐食させることにより、原線表面に窪みを生成することができる。また、インヒビターを使用し、酸洗することにより素線表面の酸化鉄（スケール）のみを選択的に溶解させ、組成が本来持っている鋭利な窪みをなますことなく、保存することにより、鋭利な窪みが多い素線を得ることもできる。このこの鋭利な窪みは後述する方法により、「ボトルネック及び／又はケイブ状の窪み」となりやすい。即ち、通常の酸洗であると、窪みはその開口周縁がなだらかに拡がるが、インヒビターを使用すると、窪みの開口周縁が鋭角のままで、窪みの内部よりも開口周縁の方が狭くなっている。なお、インヒビターとは、鉄地腐食阻害物質の薬品のことである。
【００２５】
更に、別の方法として、素線加工工程において、ローラの表面粗度を調整した圧延ローラを使用し、そのローラ表面の凹凸をワイヤ表面に転写することにより、「素線の窪み」を生成できる。ローラ転写により「素線の窪み」を生成することは、酸化膜の有無、伸線温度、及び線径に拘わらず可能である。
【００２６】
▲２▼その窪みを何らかの充填物で埋めてから、窪みの存在を保持しつつ、開口部（間口）を狭める工程
開口部が大きく開いた状態の素線表面に、最終製品ワイヤ径で必要となる機能性塗布剤を塗布し、その後、ワイヤを伸線加工することにより、開口部が狭まり、窪み内の塗布剤の上に鋼皮が薄くかぶさり、所望の「ボトルネック状及びケイブ状の窪みの内部に塗布剤が存在するワイヤ」を得ることができる。このときの伸線加工は、穴ダイス、マイクロミル又はローラダイスを使用して行うことができる。
【００２７】
穴ダイスを用いて伸線加工する場合は、「素線の窪み」の形状をそのまま保存することは困難であるが、塗布剤中のバインダー成分を調整することにより、「ボトルネック状又はケイブ状の窪み」を生成することができる。具体的には、ボラックス、ボンデ処理等のワイヤ表面に化学的に結合する無機バインダー及び／又は有機バインダーを用いることにより、窪み形状を保持することができる。
【００２８】
また、マイクロミル及び／又はローラダイスを用いると、「素線の窪み」は比較的保存されやすく、最終ワイヤ径において、「ボトルネック状又はケイブ状の窪み」を生成することができる。
【００２９】
伸線加工工程においては、穴ダイス、マイクロミル又はローラダイスの単独による伸線加工に加えて、これらの方法を組合せて伸線加工しても良い。
【００３０】
更に、Ｋ化合物（特にホウ酸Ｋ）、ＭｏＳ２又はポリイソブテンを含む油を、有機系及び／又は無機系のバインダーで混合したものをワイヤ表面に塗布し、上記のような伸線工程を経ることによって、「素線の窪み」形状を保持しつつ、ワイヤ表面の開口部（間口）を狭めていき、内部にＫ化合物、ＭｏＳ２又はポリイソブテンを含む油を保持しうる「ボトルネック状又はケイブ状の窪み」を高効率で形成することができる。
【００３１】
▲３▼見かけ上平滑なワイヤ表面を持つように仕上げる工程
最終的には、その窪みに送給潤滑剤、通電安定剤、又はスパッタ防止剤等の機能性物質が充填されると共に、通電性及び耐詰まり性が良好であるように、見かけ上平滑なワイヤ表面を持つように仕上げることが必要である。
【００３２】
最終ワイヤ径においては、「素線の窪み」の形成段階で機能性物質を充填させた場合は、仕上げ穴ダイス又はローラダイス等でスキンパス加工（低減面率で加工）することにより、窪みの開口部にワイヤ鋼皮が薄くかぶさって間口が小さくなり、本発明のワイヤを製造することができる。
【００３３】
更に別の方法として、「素線の窪み」に予め別の物質を充填して伸線加工したものを、最終伸線上がり工程において、Ｋ化合物、ＭｏＳ２及びポリイソブテンを含む油からなる群から選択された１種以上のものを、水、アルコール、油、又はエマルジョン等に分散させて、ワイヤ表面にすり込むことによっても、「ボトルネック状又はケイブ状の窪み」の内部が、これらの物質により置換され、窪み内に残留する。
【００３４】
図４は、実際の本発明ワイヤの断面を写真で示したものである。なお、本発明はあくまで銅めっきを施していないソリッドワイヤである。これは、銅めっきが施されたワイヤにおいては、前述の「ボトルネック状又はケイブ状の窪み」を生成しても、銅めっきが剥離しやすくなるため、実用に供することができないからである。同時に、先述のように、銅めっきによる溶滴移行での不安定現象が生じ易いからである。
【００３５】
次に、「ボトルネック状及び／又はケイブ状の窪み」の特性について、更に詳細に説明する。このような「ボトルネック状及び／又はケイブ状の窪み」をもつワイヤの特性を評価した結果、以下の事実が明らかになった。
【００３６】
「ボトルネック状及び／又はケイブ状の窪み」の数は、ワイヤ周方向に、１周長あたり、総数で２０箇所以上存在することが好ましい。これにより、十分に塗布剤の効果を発揮するだけの機能性物質を保持することができる。この窪みの数の算定方法であるが、まずワイヤを１ｍサンプリングし、その長手方向の１０箇所にてその横断面を採取し、ワイヤ周方向の窪みの数（１周あたりの）をカウントして、その１０断面中の最大値を窪み総数と定義する。すなわち１０断面中１断面でも窪み数は２０箇所以上であれば良い。
【００３７】
このような形状の窪みの数が１周あたり２０個以上あると、送給性、アーク安定性及びスパッタ発生量低減に、十分効果を発揮するだけの塗布剤を保持することができると共に、ワイヤの周方向の一部だけに塗布剤が偏って存在するということを防止することができる。窪みの数が２０個未満の場合は、その位置がワイヤの周方向の一部に偏ってしまうことがあり、このとき塗布剤がワイヤ周面の一部分にしか作用しなくなり、均一で安定なアーク現象を得ることが困難になる。
【００３８】
更に、有効窪みの長さ率が０．５％以上５０％未満であると、塗布剤の保持効果が更に一層大きくなり、塗布剤の効果が十分発揮される。なお、有効窪みの長さ率は、図１に示すように、ワイヤ表面に垂直に仮想投影したときに、影となる部分の長さの総和ｌ１＋ｌ２＋・・・＋ｌｎのワイヤ基準円弧長ｌに対する比率であると定義する。これを数式で表現すると、下記数式１のようになる。
【００３９】
【数１】
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【００４０】
また、有効窪みの長さ率が０．５％以上５０％未満であるとき、塗布剤を保持する効果が十分に発揮される。有効窪みの長さ率が０．５％未満では十分な量の塗布剤を保持することができない。逆に、有効窪みの長さ率が５０％以上になると、表面粗さが大きくなり、表面の摩擦抵抗が大きくなるため、ワイヤの送給性が劣化してしまう。
【００４１】
一般的に、ワイヤ等の表面凹凸の大小は、算術平均粗さＲａ、最大高さＲｙ、十点平均粗さＲｚ、負荷長さ率ｔｐ、凹凸の平均間隔Ｓｍ、局部山頂の平均間隔Ｓ及び比表面積等を使用して表現する。しかしながら、これらの値によって表現される単純な凹凸だけでは、塗布剤を効果的に保持することができるとはいえない。即ち、従来検討されているような単純な凹凸だけでは、ワイヤに変形が加わると窪みの形状も変化するため、塗布剤が離脱しやすくなる。塗布剤を効果的に保持するためには、アンカー効果を有する「ボトルネック状及び／又はケイブ状の窪み」に塗布剤を保持することがよい。これにより、ワイヤの変形等が生じ、窪みの形状が多少変化しても、塗布剤は窪みから容易に離脱することはなくなる。
【００４２】
窪みの形状は、以下に示す方法で確認することができる。先ず、ワイヤ表面に、Ｐｔ、Ｎｉ又はＣｕなどの金属薄膜をスパッタリングにより蒸着した後、ワイヤを熱硬化性樹脂に埋め込む。その後、断面を研磨し、この断面を走査型電子顕微鏡で観察し、ワイヤ表面形状と塗布剤の有無を確認する。ボトルネック状及びケイブ状の窪みの窪み長さ率は１０００倍から２０００倍の倍率でワイヤ断面の表面を観察することにより求めることが好ましい。より具体的には、１０００倍から２０００倍で印画紙に焼き付け、又はデジタルデータとして画像をとりこむ。印画紙の場合は、デバイダを用いて仮想光源に対する影の長さの総和を求め、その値をワイヤの基準円弧長で徐することによって有効窪み長さ率を求めることができる。また、デジタルデータは画像処理を施し、形状を明確にした後、仮想光源に対する影の長さの総和を求め、その値をワイヤの基準円弧長で徐することによって、有効窪み長さ率を求めることができる。
【００４３】
この有効窪み長さ率は、従来実施されているワイヤ表面の接触式粗さ測定及び電子線又はレーザ等を用いた非接触式形状測定では検出することができない。
【００４４】
有効窪み長さ率を所定の範囲に制御するために、以下の方法がある。即ち、原線又は伸線途中において、高減面率の熱間圧延を実施することにより、従来には無い特異な表面皺、特に深い窪みを有するワイヤ表面を得ることができる。従来、素線加工工程でワイヤ表面に過度の窪みが生成すると、その後の伸線加工工程で、肌荒れ及びクラック等の発生原因となるため、故意に窪みを生成することはなかった。本発明はこのような従来の常識を覆すものである。
【００４５】
また、Ｋ化合物をポリイソブテンに適宜含有させ、ワイヤ表面又は表面近傍に存在させることによって、溶滴が小粒化する、瞬間短絡が更に生じにくくなる、といった効果が得られる。
【００４６】
更に、ＭｏＳ２をポリイソブテンに適宜含有させ、ワイヤ表面又は表面近傍に存在させることによって、溶滴の微粒化が更に促進されるという更なる効果が得られる。
【００４７】
以下、Ｋ化合物の分析方法及びＭｏＳ２の分析方法について説明する。
【００４８】
＜Ｋ化合物の分析方法＞
▲１▼Ｋ化合物が付着しているワイヤのカットサンプルを、約２０乃至３０ｍｍの長さで約２０ｇ用意する。
▲２▼石英ビーカに塩酸と過酸化水素水とを混合した液体を注ぎ、この中にカットサンプルを入れて数秒間浸漬させた後、カットサンプルを取り出し、残った液体をろ過する。
▲３▼ろ過後の液体中のＫ化合物濃度を原子吸光法で測定し、ワイヤ１０ｋｇ当たりの付着量を定量する。
【００４９】
＜ＭｏＳ２の分析方法＞
ワイヤを有機溶媒（例えば、エタノール、アセトン又は石油エーテル等）で洗浄した後、洗浄液をろ紙でろ過し、その後、ろ紙を乾燥させる。このろ紙を白煙処理することにより、ＭｏＳ２（ａ）を溶解し、原子吸光法によってＭｏを定量化する。エタノール洗浄した後のワイヤを塩酸水溶液（塩酸１＋水１）に浸漬して溶解し、ＭｏＳ２（ｂ）を遊離させる。次いで、遊離したＭｏＳ２（ｂ）をろ紙でろ過した後、白煙処理によってＭｏＳ２を溶解し、原子吸光法によってＭｏを定量化する。そして、（ａ）＋（ｂ）をＭｏＳ２に換算し、ワイヤ質量で除することにより、ワイヤ１０ｋｇ当たりのＭｏＳ２塗布量を測定する。
【００５０】
＜ポリイソブテン定性分析方法＞
ワイヤ表面の油がポリイソブテンを含むものかどうかは、次のようにして判断できる。ワイヤ表面を四塩化炭素又はヘキサンを洗浄溶媒として使用して洗浄し、洗浄液から洗浄溶剤を減圧蒸留にて除去した後の残留物の赤外吸収スペクトルを透過法にて測定する。図１は横軸に波数をとり、縦軸に透過率をとって、ポリイソブテンの特性吸収を示すグラフ図である。このようにして測定されたスペクトルに１２３０ｃｍ−１、１３６５ｃｍ−１及び１３８８ｃｍ−１付近に極大を持つ特性吸収が認められれば、ポリイソブテンを含むと判断できる。ポリイソブテンは、下記化学式１の構造を有し、１２３０ｃｍ−１の吸収は４級炭素の骨格振動に起因するもの、１３６５ｃｍ−１及び１３８８ｃｍ−１の吸収はジメチル構造のメチル基の変角振動に起因するものと考えられている。なお、これらの波数は、共存する油の影響、ポリイソブテンの重合度及び枝別れ構造等の影響を受け、５ｃｍ−１程度のずれが生じる場合もある。
【００５１】
【化１】
2004001061.tif 000004
【００５２】
＜油量定量分析方法＞
ポリイソブテンを一定濃度含有する四塩化炭素溶液を準備し、これを基準液として使用する。ワイヤのカットサンプルを約２０乃至３０ｍｍ長で約２０ｇ用意する。このカットサンプルを四塩化炭素中で浸漬洗浄し、洗浄液を赤外吸光法で測定し、基準液と比較することにより、ワイヤ１０ｋｇ当たりのポリイソブテン付着量を測定する。
【００５３】
以下、ワイヤの組成、Ｋ化合物及びＭｏＳ２の数値限定理由について説明する。
【００５４】
Ｋ化合物のワイヤ付着量：２乃至１０質量ｐｐｍ
アーク安定剤中に含まれるＫ化合物のワイヤ付着量が２質量ｐｐｍよりも低いと、溶滴上部へのアークの這い上がりが実現しにくく、溶滴小粒化の効果が充分得られないため、短絡によりスパッタが発生しやすくなる。また、Ｋ化合物のワイヤ付着量が１０質量ｐｐｍを超えると、コンジットライナー内部の詰まりの原因となり、送給不良になる結果、スパッタ発生量が増える。従って、Ｋ化合物のワイヤ付着量は２乃至１０質量ｐｐｍとする。
【００５５】
ポリイソブテンを含む油の付着量：ワイヤ１０ｋｇあたり０．１乃至２ｇ
ポリイソブテンを含む油の付着量がワイヤ１０ｋｇあたり０．１ｇより少ないと、送給抵抗低減効果は期待できないため、送給不安定からスパッタ発生量が増える。また、ポリイソブテンを含む油の付着量がワイヤ１０ｋｇあたり２ｇを超えると、詰まりの原因となりやすいため、同様に送給不良に起因するスパッタが発生する。従って、ポリイソブテンを含む油の付着量はワイヤ１０ｋｇあたり０．１乃至２ｇとする。
【００５６】
粒径が０．１乃至１０μｍのＭｏＳ２の付着量：ワイヤ１０ｋｇあたり．０１乃至０．５ｇ
ＭｏＳ２の粒径は０．１乃至１０μｍが望ましい。ＭｏＳ２の粒径が０．１μｍ未満では、滑り性が発現せず、良好な送給性は得られない。一方、ＭｏＳ２の粒径が１０μｍを超えると、滑り性は得られるが、ワイヤ表面から剥離しやすく、十分な送給性は得られない。ＭｏＳ２の付着量がワイヤ１０ｋｇあたり０．０１ｇより少ないと、送給抵抗低減効果は期待できないため、送給不安定からスパッタ発生量が増える。また、ＭｏＳ２の付着量がワイヤ１０ｋｇあたり０．５ｇを超えると、詰まりの原因となりやすいため、同様に送給不良に起因するスパッタが発生する。従って、粒径が０．１乃至１０μｍのＭｏＳ２の付着量はワイヤ１０ｋｇあたり０．０１乃至０．５ｇとすることが好ましい。
【００５７】
Ｃ：０．０１乃至０．１５質量％
Ｃの添加量が０．０１質量％よりも低いと、溶滴の表面張力が極端に低下するため、瞬間短絡時のスパッタが増える。また、Ｃの添加量が０．１５質量％を超えると、表面張力が高くなりすぎるため、アーク反発力によって大粒のスパッタが発生し易くなる。従って、Ｃの添加量は０．０１乃至０．１５質量％とすることが好ましい。
【００５８】
Ｓｉ：０．２乃至１．２質量％
Ｓｉの添加量が０．２質量％よりも低いと、溶滴の表面張力が極端に低下するため、瞬間短絡時のスパッタが増える。また、Ｓｉの添加量が１．２質量％を超えると、表面張力が高くなりすぎるため、アーク反発力によって大粒のスパッタが発生し易くなる。従って、Ｓｉの添加量は０．２乃至１．２質量％とすることが好ましい。
【００５９】
Ｍｎ：０．５乃至２．５質量％
Ｍｎの添加量が０．５質量％よりも低いと、溶滴の表面張力が極端に低下するため、瞬間短絡時のスパッタが増える。また、Ｍｎの添加量が２．５質量％を超えると、表面張力が高くなりすぎるため、アーク反発力によって大粒のスパッタが発生し易くなる。従って、Ｍｎの添加量は０．５乃至２．５質量％とすることが好ましい。
【００６０】
Ｐ：０．００１乃至０．０３０質量％
Ｐの添加量が０．００１質量％よりも低いと、表面張力が高くなりすぎるため、スパッタが増える。また、Ｐの添加量が０．０３０質量％を超えると、溶滴の表面張力が極端に低下するため、瞬間短絡時のスパッタが増える。従って、Ｐの添加量は０．００１乃至０．０３０質量％とすることが好ましい。
【００６１】
Ｓ：０．００１乃至０．０３０質量％
Ｓの添加量が０．００１質量％よりも低いと、表面張力が高くなりすぎるため、スパッタが増える。また、Ｓの添加量が０．０３０質量％を超えると、溶滴の表面張力が極端に低下するため、瞬間短絡時のスパッタが増える。従って、Ｓの添加量は０．００１乃至０．０３０質量％とすることが好ましい。
【００６２】
Ｏ：０．００１乃至０．０２０質量％
Ｏの添加量が０．００１質量％よりも低いと、表面張力が高くなりすぎるため、スパッタが増える。また、Ｏの添加量が０．０２０質量％を超えると、溶滴の表面張力が極端に低下し、逆にスパッタが増える。従って、Ｏの添加量は０．００１乃至０．０２０質量％とすることが好ましい。
【００６３】
Ｃｕ：０．０５質量％以下
Ｃｕを添加すると、ワイヤ耐錆性の向上という作用効果が得られる。このため、Ｃｕを添加することが好ましい。しかし、Ｃｕの添加量が０．０５質量％を超えると、溶滴が小粒化せずに細長くなり、短絡回数が増えてスパッタが増加する。このため、Ｃｕを添加する場合は０．０５質量％以下とする。
【００６４】
Ｔｉ＋Ｚｒ：０．０３乃至０．３質量％
Ｔｉ＋Ｚｒの添加量が０．０３質量％よりも低いと、溶滴の表面張力低下に伴い、瞬間短絡時のスパッタが増える。また、Ｔｉ＋Ｚｒの添加量が０．３質量％を超えると、表面張力が高くなりすぎるため、アーク反発力によって大粒のスパッタが発生しやすい。従って、Ｔｉ＋Ｚｒを添加する場合は、その添加量は０．０３乃至０．３質量％とする。
【００６５】
Ｍｏ：０．０１乃至０．６質量％
Ｍｏの添加量が０．０１質量％より低いと、表面張力の低下に伴い、スパッタ発生量が増える。逆にＭｏの添加量が０．６質量％を超えると、表面張力が高くなりすぎるため、アーク反発力によるスパッタが発生しやすくなる。従って、Ｍｏを添加する場合は、０．０１乃至０．６質量％とする。
【００６６】
以上のように、銅めっきを施さないワイヤに本発明の適用条件を使用することによって以下に示す効果が得られる。
１）溶滴が細かくなる。
２）瞬間短絡が生じにくくなる。
その結果、「スプレー移行」と呼ばれるＭＡＧ溶接の用滴移行形態が、よりスムーズに行われ、本発明の目的であるスパッタ低減に、十分な効果が得られるのである。
【００６７】
【実施例】
次に、本発明の範囲に入る実施例のＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤについて、本発明の範囲から外れる比較例と比較してその効果について説明する。
【００６８】
まず、本発明を適用したワイヤのスパッタ発生量の低減効果について実験した。図１はスパッタの測定方法を示す模式図である。捕集箱１の頭部に溶接トーチ２を下向きにして設置し、捕集箱１内に試験板３をトーチ２の直下に設置した。そして、下向き溶接法でトール２から溶接ワイヤを送給して試験板３を溶接し、発生するスパッタ４を捕集箱１内に捕集した。この捕集箱１内に捕集されたスパッタを回収して質量を測定した。
【００６９】
下記表１乃至表３に示すＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤを使用して、下記表６に示す溶接条件で、図５に示すスパッタの測定装置を使用してスパッタを測定した。なお、表１乃至３に示すスパッタの評価欄は、下記表７に示す評価基準にて評価したものである。また、表４の実施結果は、直径１．２ｍｍ以上のワイヤ径のものを用いた結果であるが、表４ではワイヤ径を変更した実施結果をも示した。
【００７０】
【表１】
2004001061.tif 000005
【００７１】
【表２】
2004001061.tif 000006
【００７２】
【表３】
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【００７３】
【表４】
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【００７４】
【表５】
2004001061.tif 000009
【００７５】
【表６】
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【００７６】
【表７】
2004001061.tif 000011
【００７７】
表１、表２及び表４は本発明の実施例を示し、表３及び表５は比較例を示す。ちなみに、ここで適用しているＭｏＳ２は、全て粒子径が０．１乃至１０μｍのものであった。また、ここで使用したポリイソブテン含有油は、ポリイソブテンを８０％以上含有するものであり、残成分は油の流動性を高めるためのエステル等の油性向上成分であった。
【００７８】
表１に示すように、実施例Ｎｏ．１は全ての請求項を満たすため、スパッタ発生量が低いものの、Ｃ含有量が上限に近いため、スパッタ発生量が最高の状態よりは若干劣るものであった。実施例Ｎｏ．２、Ｎｏ．３及びＮｏ．８はいずれも、前記窪み数が請求項２の下限未満であり、スパッタ発生量が低いものの若干劣るものであった。実施例Ｎｏ．６は、前記窪み数は２０個以上ではあるが、有効窪み長さ率で５０％を超えているので表面粗さが粗いと考えられ、ワイヤ送給性が低下してスパッタ低減効果が若干少なかった。実施例Ｎｏ．７、Ｎｏ．１２、及びＮｏ．１３は、前記窪みの有効窪み長さ率が請求項２の下限未満であり、スパッタ発生量が低いものの若干劣るものであった。実施例Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．９、Ｎｏ．１０、及びＮｏ．１１は、全ての請求項を満たし、スパッタ発生量が十分低いものであった。実施例Ｎｏ．１４は、ＭｏＳ２量と前記窪みの有効窪み長さ率とが、請求項４と請求項２の上限を外れるものであって、スパッタ発生量は低いものの、若干劣るものであった。実施例Ｎｏ．１５はＭｏＳ２量と前記窪みの有効窪み長さ率とが、請求項４と請求項２の下限を外れるものであって、スパッタ発生量は低いものの、更に劣るものであった。
【００７９】
なお、実施例Ｎｏ．２乃至Ｎｏ．６は、同一成分のワイヤを使用し、前記窪み数と前記有効窪み率を種々変化するように製造したワイヤの実験結果である。実施例Ｎｏ．４と実施例Ｎｏ．５は、窪み数が２０個以上であり、スパッタの低減効果はより優れたものになっていることが分る。
【００８０】
表１のＮｏ．１６乃至Ｎｏ．２１は、ワイヤ径を直径１．６ｍｍに変更した実施例である。実施例Ｎｏ．１６、Ｎｏ．２１は、ＭｏＳ２量と前記窪みの有効窪み長さ率とが、請求項４と請求項２の上限を外れるものであって、スパッタ発生量評価は「○：やや劣る」であった。実施例Ｎｏ．１７はＭｏＳ２量と前記窪みの有効窪み長さ率とが、請求項４と請求項２の下限を外れるものであって、スパッタ発生量は「△：やや良好」であった。実施例Ｎｏ．１９、Ｎｏ．２０は、全ての請求項を満たし、スパッタ発生量が十分低い（◎）ものであった。
【００８１】
表２は、請求項３及び請求項６乃至９についての各成分について、各々の下限と上限を外れる例が主体の実施例である。ちなみに、ワイヤ径は全て直径１．２ｍｍである。実施例Ｎｏ．２９はＴｉ量が請求項８の下限値であるが、全ての請求項を満たし、スパッタ発生量が十分低いものであった。実施例Ｎｏ．３７はＣｕ量が請求項７の上限値を超えるものであって、スパッタ発生量評価は「△：やや良好」であった。実施例Ｎｏ．４２、Ｎｏ．４３はワイヤ表層部のＫ化合物量が、請求項４の範囲を超えるものであって、スパッタ発生量評価は「△：やや良好」であった。表２でこれら以外のものは、スパッタ発生量評価は「○：やや劣る」であった。
【００８２】
なお、本実施例のデータは、全ての例においてＫ化合物としてホウ酸カリウムを使用したものである。ホウ酸カリウムは細かい粉末固体であり、ポリイソブテン含有油に容易に分散混合することができる。但し、Ｋ化合物でありさえすれば、アーク安定性に及ぼす効果は同様であると考えられ、同様の物性をもつ他のＫ化合物でも良いと推定される。
【００８３】
一方、表３に示すように、比較例Ｎｏ．４４乃至Ｎｏ．４８はポリイソブテン含有油が請求項１の範囲を外れており、本発明の様な「めっきなしワイヤ」における送給性が十分ではないため、スパッタ発生量評価は「×：やや不良」であった。送給性が十分でないと、瞬間短絡頻度が増え、スパッタ発生が生じるものと考えられる。比較例Ｎｏ．４９、Ｎｏ．５０はポリイソブテン含有油が請求項１の範囲を外れており、更にＫ化合物量が請求項３の範囲を外れた例であって、送給性が及びアーク安定性の両方が不十分であるため、スパッタ発生量評価は「××：不良」であった。特にＫ化合物量が多いとコンジットライナーへのＫ化合物の堆積が生じるため、送給性が低下してスパッタ発生量が増加すると考えられる。
【００８４】
比較例Ｎｏ．５１はポリイソブテン含有油量が本発明の下限値未満、且つＣ成分量が請求項６の上限値を超えているため、また比較例Ｎｏ．５２はポリイソブテン含有油の付着量が本発明の上限値を超えているため、更にまた、比較例Ｎｏ．５３はポリイソブテン含有油の付着量が本発明の下限値未満であるため、更に、比較例Ｎｏ．５４はポリイソブテン含有油の付着量が本発明の下限値未満であり、ＭｏＳ２の付着量が本発明の上限値を超えているため、スパッタ発生量はいずれも「××：不良」であった。ちなみに、表３において、ワイヤ径は全て１．２ｍｍである。
【００８５】
表４は、ワイヤ径が直径０．８ｍｍ、又は０．９ｍｍと変化させた場合の実験結果を示す。スパッタ発生量の評価基準は表７に示すように、直径１．２ｍｍ以上の場合とは異なっている。表４の結果から、直径１．２ｍｍよりもワイヤ径が細い場合、Ｋ化合物が存在しなくともスパッタ低減効果が実現できることがわかる。これは、ワイヤ先端の懸垂溶滴が縮小する結果、仮に短絡が生じてスパッタが発生しても、発生量としては少なくなるからである。逆にＫが存在すると、直径０．８ｍｍ，０．９ｍｍといった細径ワイヤの場合、アークの発生点の這い上がりによるアーク柱のふらつきが生じ、溶接作業性の点で好ましくはなかった。
【００８６】
一方、表５に示すように、比較例Ｎｏ．７６乃至Ｎｏ．８８はポリイソブテン含有油が請求項１の範囲を外れるワイヤ径が直径０．８ｍｍ，０．９ｍｍといった細径ワイヤの場合のデータである。これらの例では、本発明品のような「めっきなしワイヤ」における送給性が十分ではないため、スパッタ発生量評価は「×：やや不良」又は「××：不良」であった。送給性が十分でないと、瞬間短絡頻度が増え、スパッタ発生が生じるものと考えられる。
【００８７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、良好な送給性・潤滑性を維持すると共に、スパッタ発生量が少ないめっきなしＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ワイヤ表面及び／又は表面直下（表層）に形成した「ボトルネック状及び／又はケイブ状の窪み」を模式的に示す断面図である。
【図２】ワイヤ表層部の機能性物質の存在状態を模式的に示す断面図である。
【図３】ワイヤ溶接時のワイヤ先端部の溶滴移行状態を示す図でああり、（ａ）は、銅めっきを施したワイヤの溶滴移行状況を示す模式図、（ｂ）は、銅めっきを施さないワイヤの溶滴移行状況を示す模式図である。
【図４】実施例のワイヤ表面に形成された「ボトルネック状及び／又はケイブ状の窪み」の実形状を示す図であり、（ａ）は、ワイヤ表面に白金膜を蒸着し、ワイヤ断面を研磨した後、顕微鏡写真を撮影したもの、（ｂ）は、その写真を印画紙焼き付け後、デジタルデータとして画像取り込み処理したものである。
【図５】横軸に波数をとり、縦軸に透過率をとって、ポリイソブテンの特性吸収を示すグラフ図である。
【図６】スパッタの測定方法を示す模式図である。
【符号の説明】
１：ワイヤ表層部断面
２：ワイヤ周面に光を照射したときの窪み内の光が照射されない部分
３：ワイヤ表面及び／又は表面直下に付着、固着、又は内包させた機能性物質
１１：捕集箱
１２：トーチ
１３：試験板
１４：スパッタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004001061.tif 000014
【図４】
2004001061.tif 000015
【図５】
2004001061.tif 000016
【図６】
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