(57)【要約】【課題】ワイヤ製造最終段階においてスプールに整列巻きにてワイヤ巻き替えを行う際に巻き乱れの発生が少なく、ワイヤ巻き替え性に優れた銅めっき無し溶接用ソリッドワイヤを提供すること。【解決手段】銅めっき無しアーク溶接用ソリッドワイヤであって、ワイヤ周方向のワイヤ表面の粗さプロファイルを、フーリエ解析を適用して波数間隔１．７ｍｍ−１にて波長とそれに伴う振幅とに分離した場合、波長０．０１〜０．１ｍｍ域における振幅平均値が０．０４μｍ以下であることを特徴とする銅めっき無しアーク溶接用ソリッドワイヤ。【選択図】　　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅めっき無しアーク溶接用ソリッドワイヤであって、ワイヤ周方向のワイヤ表面の粗さプロファイルを、フーリエ解析を適用して波数間隔１．７ｍｍ−１にて波長とそれに伴う振幅とに分離した場合、波長０．０１〜０．１ｍｍ域における振幅平均値が０．０４μｍ以下であることを特徴とする銅めっき無しアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項２】
ワイヤ表面に、二硫化モリブデン、二硫化タングステン及び黒鉛から選択された１種以上が、ワイヤ１０ｋｇ当たり総量で０．０１〜１．０ｇ付着していることを特徴とする請求項１記載の銅めっき無しアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項３】
ワイヤ表面に、動物油、植物油及び合成油から選択された１種以上が、ワイヤ１０ｋｇ当たり総量で０．１〜２．０ｇ付着していることを特徴とする請求項１記載の銅めっき無しアーク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】
銅めっき無しアーク溶接用ソリッドワイヤは、ワイヤ表面に銅めっきを施していないものであり、車両、鉄骨・橋梁、建機などの製造業において鋼製溶接構造物のマグ（ＭＡＧ）溶接に広く用いられつつある。本発明は、銅めっき無しアーク溶接用ソリッドワイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アーク溶接用ソリッドワイヤは、ワイヤ表面に銅めっきを施すことが一般的である。ワイヤ表面の銅めっきは、ワイヤ送給性・アーク安定性を良好にするとともに、ワイヤ製造面における伸線性を良好にすることから施されている。しかし、銅めっき処理は、酸、アルカリ及び洗浄水などを多量に消費し、環境負荷が極めて大きいものである。そこで、銅めっき処理工程を省略した銅めっき無しアーク溶接用ソリッドワイヤが開発・実用化されている（例えば、特許文献１，２）。
【０００３】
銅めっき無しアーク溶接用ソリッドワイヤ（以下、単に銅めっき無し溶接用ワイヤという）の製造においては、酸洗あるいは機械的手段により圧延線材（ワイヤ原線）の表面スケールを除去した後、該圧延線材を段階的に製品ワイヤ径まで伸線し、大型ボビンに巻き取る。そして、大型ボビンから供給される前記伸線されたワイヤをスプール（プラスチック製巻枠）に各層毎に整列巻きにて多層に製品重量分（例えば２０ｋｇ）だけ巻き取るというワイヤ巻き替えを行うことにより、いわゆるスプール巻きされた製品を製造するようにしている。なお、銅めっき無し溶接用ワイヤの代表的ワイヤ径は、φ１．２ｍｍである。
【０００４】
ところが、従来の銅めっき無し溶接ワイヤでは、ワイヤ製造最終段階においてスプールに整列巻きにてワイヤ巻き替えを行う際に、巻き乱れが発生し易いという問題があった。良好な整列巻きがなされている場合には各層にてワイヤがスプール軸線方向に沿って１巻きずつ互いに接し、かつ重ならずに連続的に整然と巻き取られて行く。これに対して、巻き乱れとは、スプール軸線方向に沿って連続的に整然と巻き取られていかず突発的に巻き飛びが発生し、スプール軸線方向において１輪巻き分あるいは複数輪巻き分を飛ばした位置にワイヤが巻かれる状態のことをいう。この巻き乱れは、スプール端部においてワイヤ巻き取り方向（トラバース方向）を反転させた直後に発生し易い傾向がある。なお、このような巻き乱れが生じたものは、この巻き乱れ箇所でワイヤ送給性が乱れてアーク不安定の原因となるので、視覚センサ式自動検査装置によってその発生が検知され，不合格品として除去されるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１９１１９５号公報
【特許文献２】
特開２００２−１０３０８３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであって、ワイヤ製造最終段階においてスプールに整列巻きにてワイヤ巻き替えを行う際に巻き乱れの発生が少なく、ワイヤ巻き替え性に優れた銅めっき無し溶接用ソリッドワイヤを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は次のような構成としている。請求項１の発明は、銅めっき無しアーク溶接用ソリッドワイヤであって、ワイヤ周方向のワイヤ表面の粗さプロファイルを、フーリエ解析を適用して波数間隔１．７ｍｍ−１にて波長とそれに伴う振幅とに分離した場合、波長０．０１〜０．１ｍｍ域における振幅平均値が０．０４μｍ以下であることを特徴とする銅めっき無しアーク溶接用ソリッドワイヤである。
【０００８】
請求項２の発明は、前記請求項１記載の銅めっき無しアーク溶接用ソリッドワイヤにおいて、ワイヤ表面に、二硫化モリブデン、二硫化タングステン及び黒鉛から選択された１種以上が、ワイヤ１０ｋｇ当たり総量で０．０１〜１．０ｇ付着していることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３の請求項２の発明は、前記請求項１記載の銅めっき無しアーク溶接用ソリッドワイヤにおいて、ワイヤ表面に、動物油、植物油及び合成油から選択された１種以上が、ワイヤ１０ｋｇ当たり総量で０．１〜２．０ｇ付着していることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明者は、スプールへのワイヤ巻き替え時に発生する巻き乱れを低減すべく銅めっき無し溶接用ワイヤのワイヤ表面の粗さに注目して検討を重ねた。その結果、ワイヤ表面の特定の表面粗さを制御すること、すなわち、ワイヤ周方向における特定波長成分を有する表面粗さ（表面凹凸）を低減することにより、巻き乱れの発生を大幅に低減できることを見出した。
【００１１】
一般に、溶接用ワイヤを製造する際の圧延線材（ワイヤ原線）の表面には、線材長手方向のしわ傷、圧延スケールの噛み込み傷などの表面傷が存在している。そして、銅めっき付き溶接用ワイヤでは、伸線工程前にワイヤ表面に存在している原線表面傷が銅めっき処理と伸線を施すことにより埋め込まれことで、銅めっき無しの場合に比べて極めて平滑なワイヤ表面が得られる。これに対して、銅めっき無し溶接用ワイヤのワイヤ表面には、原線表面傷が伸線工程を経た後にも残りやすく、また、伸線工程で生じるワイヤ長手方向に延びる溝状のしわ傷や突起部分が残っている。このため、銅めっき無し溶接用ワイヤでは、このような表面傷に起因してスプールへのワイヤ巻き替え時に巻き乱れが発生するものと考えられる。
【００１２】
銅めっき無し溶接用ワイヤのワイヤ表面に前記表面傷が形成されていることがスプールへのワイヤ巻き替え性に影響を及ぼす理由は、次のように考えられる。前述したように、巻き乱れは、整列巻きされず突発的に巻き飛びが発生し、スプール軸線方向において１輪巻き分あるいは複数輪巻き分を飛ばした位置にワイヤが巻かれる状態となり、スプール端部においてワイヤ巻き取り方向を反転させた直後に発生し易い傾向がある。この場合、巻き飛びするワイヤについては、高速度カメラでの観察によると、下層の既巻き取りワイヤとの側面接触において一時的に該下層既巻き取りワイヤに捕捉され、つまり下層の既巻き取りワイヤに引っかかり、正規の位置に巻き取られないという現象が見られる。このことから、巻き乱れの主要因は、ワイヤ同士が線接触した場合のワイヤ周方向における摺動性（すべり性）の悪化にあると考えられる。
【００１３】
前記摺動性に影響を及ぼす要因としてはワイヤ周方向における表面粗さが考えられ、したがって、ワイヤ周方向における表面粗さを制御することで、スプールへのワイヤ巻き替え性の改善が可能であると考えた。
【００１４】
そして、ワイヤ周方向における表面粗さとして例えば「Ｒａ」のような粗さ指標は、必ずしもワイヤ周方向でのすべり性とは対応していない。なぜなら、通常、ワイヤ表面には潤滑油が塗布され、あるいは、伸線によって固体潤滑剤成分が埋め込まれるので、ワイヤ表面に存在する非常に細かな周期の粗さは、前記潤滑油あるいは固体潤滑剤成分の助けにより表面摩擦には寄与しない。また、逆にある一定値よりも波長の長いなだらかなうねり成分も、ワイヤ同士が線接触した場合のワイヤ周方向における摩擦には影響を及ぼさないからである。
【００１５】
本発明は、このような考え方に従って、銅めっき無し溶接用ワイヤに関して、ワイヤ周方向に沿うワイヤ表面の粗さプロファイルの波長成分解析を行い、特定の波長域での振幅平均値と巻き乱れの発生とに明瞭な相関があることを見出し、この知見に基づいて考え出されたものである。すなわち、本発明による銅めっき無し溶接用ワイヤは、ワイヤ周方向のワイヤ表面の粗さプロファイルを、フーリエ解析を適用して波数間隔１．７ｍｍ−１にて波長とそれに伴う振幅とに分離した場合、波長０．０１〜０．１ｍｍ域における振幅平均値が０．０４μｍ以下であることを特徴とする。このようなワイヤ表面の粗さを有する本発明の銅めっき無し溶接用ワイヤによれば、ワイヤ製造最終段階においてスプールに整列巻きにてワイヤ巻き替えを行う際に巻き乱れの発生が極めて少なく、巻き替え不良発生率を５％以下とすることができる。
【００１６】
次に、このような本発明による銅めっき無し溶接用ワイヤの製造方法について説明する。従来の銅めっき無し溶接用ワイヤの製造条件は、通常の銅めっき付き溶接用ワイヤと同様の原線圧延条件、伸線条件を用いており、そのため、従来の銅めっき無し溶接用ワイヤの表面粗さプロファイルをフーリエ解析を適用して波数間隔１．７ｍｍ−１にて波長とそれに伴う振幅とに分離した場合、波長０．０１〜０．１ｍｍ域における振幅平均値が０．０４μｍ超となっていた。
【００１７】
一方、本発明による銅めっき無し溶接用ワイヤは、ワイヤ最終肌の粗さを低減するために、原線圧延条件、伸線条件を大きく変更しているために表面粗さを低減することができる。すなわち、圧延条件として圧延温度を従来の９００〜９５０℃とは違って８００〜８５０℃まで低下させ圧延時のしわ傷の発生を抑えるとともに、載置後のコンベア速度を極力低下させ、さらに徐冷用のカバーを施して冷却速度を大きくおとすことにより、熱間加工後の冷却中に発生するいわゆる２次スケールの生成を促してスケール／母材の界面をフラットにする。さらに、伸線工程最終ダイス減面率を、従来の４％程度とは違って５〜６％程度に引き上げることにより、最終的にワイヤ表面の粗さを所望の値に制御することができる。
【００１８】
本発明においては、ワイヤ表面に、二硫化モリブデン、二硫化タングステン及び黒鉛から選択された固体潤滑剤の１種以上が、ワイヤ１０ｋｇ当たり総量で０．０１〜１．０ｇ付着していると、より一層、巻き乱れの発生を防いでワイヤ巻き替え性を向上させることができる。また、ワイヤ表面に、動物油、植物油及び合成油から選択された潤滑油の１種以上が、ワイヤ１０ｋｇ当たり総量で０．１〜２．０ｇ付着していると、より一層、巻き乱れの発生を防いでワイヤ巻き替え性を向上させることができる。
【００１９】
次に、本発明においてワイヤ周方向のワイヤ表面の粗さをフーリエ解析して、測定する方法について説明する。
【００２０】
まず、長さ２ｃｍ程度に切断した測定用ワイヤをワイヤ固定用ピースとともに熱硬化性樹脂円柱体に埋め込んでなる観察用試料を作製する。そして、金属組織を顕微鏡観察するときの通常の試料調整方法と同様の方法により、測定用ワイヤの断面を研磨し、最終段階ではダイヤモンドペーストで研磨する。
【００２１】
次に、倍率２００倍の光学顕微鏡カメラにより前記断面研磨された測定用ワイヤの該断面の写真撮影を行う。この場合、断面を例えば角度６０°で分割して合計６枚で１つの断面をとらえた写真を得る。このモノクロのワイヤ断面写真の画像をスキャナーで取り込み、画像処理を行うことにより、ワイヤ周方向のワイヤ表面の粗さプロファイルを表す離散化（デジタル化）された粗さプロファイルデータを得る。粗さプロファイルデータは、ワイヤ断面中心点からワイヤ表面までの距離ｒｉをワイヤ周方向に沿って１周分として３２７６８点測定したものである。
【００２２】
このようにして得られたワイヤ表面の粗さプロファイルデータをフーリエ解析して、波数間隔１．７ｍｍ−１にて波長とそれに伴う振幅とに分離する。ここで波長をλとすると、周知のように、波数は２π／λである。なお、粗さプロファイルデータをフーリエ解析で波数間隔１．７ｍｍ−１にて波長とそれに伴う振幅とに分離することで、横軸を波数とし縦軸を振幅とするフーリエ解析結果が得られる。そして、波数間隔１．７ｍｍ−１での波長（波数）とそれに伴う振幅との結果から、波長０．０１〜０．１ｍｍ域における振幅の平均値を計算する。このようにして、ワイヤ周方向のワイヤ表面の粗さプロファイルを、フーリエ解析を適用して波数間隔１．７ｍｍ−１にて波長とそれに伴う振幅とに分離し、波長が０．０１〜０．１ｍｍ域における振幅平均値を計算することができる。
【００２３】
【実施例】
原線プロセスの条件（圧延温度や冷却など）、伸線プロセスでの減面スケジュールなどを変化させて、本発明例（６種類）と比較例（６種類）との銅めっき無しマグ溶接用ソリッドワイヤ（４９０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼用）を製作した。ワイヤ径は、いずれもφ１．２ｍｍである。また、いずれのワイヤにもワイヤ表面に二硫化モリブデンをワイヤ１０ｋｇ当たり０．０５ｇ付着させている。
【００２４】
これらのワイヤについて、大型ホビンから払い出して２０ｋｇ巻きスプールへのワイヤ巻き替えを行い、そのときのワイヤ巻き替え不良発生率を調査した。ここで、ワイヤ巻き替え不良発生率とは、２０ｋｇ巻きスプールへのワイヤ巻き替えにおいて、巻き替えの途中で巻き乱れが発生し、２０ｋｇ全量を整列巻きできなかったスプールの個数の全スプール数に対する百分率を表すものである。結果を図１に示す。図１は、ワイヤ巻き替え不良発生率と、ワイヤ周方向のワイヤ表面の粗さプロファイルをフーリエ解析した場合の波長０．０１〜０．１ｍｍ域（波数間隔１．７ｍｍ−１）での振幅平均値との関係を示すグラフである。
【００２５】
図１からわかるように、本発明による銅めっき無しマグ溶接用ソリッドワイヤでは、ワイヤ巻き替え不良発生率を５％以下にまで減らすことができた。特に、振幅平均値が０．０２〜０．０３μｍのものでは、ワイヤ巻き替え不良発生率をほぼ０％とすることができた。一方、振幅平均値が０．０４μｍを上回る比較例ではワイヤ巻き替え不良発生率が１０％以上であった。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ワイヤ製造最終段階においてスプールに整列巻きにてワイヤ巻き替えを行う際に巻き乱れの発生が少なく、ワイヤ巻き替え性に優れた銅めっき無し溶接用ソリッドワイヤを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ワイヤ巻き替え不良発生率と、ワイヤ周方向のワイヤ表面の粗さプロファイルをフーリエ解析した場合の波長０．０１〜０．１ｍｍ域（波数間隔１．７ｍｍ−１）での振幅平均値との関係を示すグラフである。
【図１】
2004141908.tif 000002