(57)【要約】      （修正有）【課題】直進性が向上され蛇行ビードを防止できる、継ぎ目を有するガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを提供する。【解決手段】金属外皮を造管して内部にフラックスを充填させた後、金属パイプの形態で製造し、伸線工程を通して完成されるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、フラックスが充填された状態で測定した真引張強度の範囲と、フラックスが充填されていない状態で測定した真引張強度の範囲の比が、下記であること。2005118873.tif 000009但し、Rrcts：フラックスが充填された状態の真引張強度の範囲、Ructs：フラックスが充填されていない状態の真引張強度の範囲。【選択図】図８
2005118873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属外皮を造管して内部にフラックスを充填させた後、金属パイプの形態で製造し、伸線工程を通して完成されるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、
フラックスが充填された状態で測定した真引張強度の範囲と、フラックスが充填されていない状態で測定した真引張強度の範囲の比が、下記式(1)であることを特徴とする、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
式(1)
2005118873.tif 000008
但し、Rrcts：フラックスが充填された状態の真引張強度の範囲、
Ructs：フラックスが充填されていない状態の真引張強度の範囲
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟鋼、低温用鋼、低合金鋼、高張力鋼などの溶接に使用されるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関し、より詳しくは、直進性が向上され蛇行ビードを防止できるように、 継ぎ目(Seam部)を有するガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の溶接用ワイヤの場合は、溶接の際に発生する蛇行ビードを防止するために、溶接用ワイヤの引張強度を限界値以下に低くする方法、降伏強度比を調整して直進性を向上させる方法、ワイヤの長径と短径の差による公称線径比を制御する方法などが提示された。
【０００３】
まず、溶接用ワイヤの引張強度を限界値以下に低くする方法は、溶接用ワイヤを熱処理して引張強度を低くすることにより、ワイヤの引張時に表される応力変形曲線における弾性区域を低くして、溶接用ワイヤが容易に塑性変形が起こるようにする。引張強度が低くなった溶接用ワイヤは屈曲が厳しい溶接用コンジットケーブルの通過時、コンジットケーブルの形態通りに容易に変形され、最終給電チップの先端においてはワイヤが直線に引出されるように蛇行ビードを防止した（特許文献１）。
【０００４】
第二に、溶接用ワイヤの降伏強度比を一定の範囲に調整して、ワイヤが給電チップの先端で、引出の際に直進性を確保する方法がある。（特許文献２）。
【０００５】
第三に、ワイヤの長径と短径の差である偏径に対する公称線径比などを制御し、長径の方向変化、すなわち捻れを60度以内に管理することにより、ペールパックの引出時における蛇行ビードを防止するようにしている（特許文献３）。
【０００６】
【特許文献１】特許第２５４２２６６号公報
【特許文献２】日本国公開特許第2002-301590号公報
【特許文献３】日本国公開特許平5-185232号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記手段においては，溶接用ワイヤは金属外皮(sheath)をU字の形態で造管し、上記金属外皮の内部にフラックスを受容させた状態で金属パイプの形態で製造されるため、溶接用ワイヤの表面に長手方向に継ぎ目が必然的に発生するしかないので、上記3種の方法により蛇行ビードを防ぐには限界があった。
【０００８】
また，継ぎ目があり,更に断面上にフラックスを内蔵している金属パイプ形態のフラックス入りワイヤは、全体断面が一体化されたソリッドワイヤに比べて、造管の際に生じる継ぎ目のため、造管の以後に伸線工程を経ながら、造管加工及び伸線加工による金属チューブの引張強度の偏差が厳しく発生するしかない。
【０００９】
さらに、溶接用ワイヤの中心に内蔵されたフラックスの影響によっても、引張強度の偏差はさらに大きくなる。
【００１０】
また，フラックス入りワイヤの引張強度の偏差が大きくなるにつれて、溶接の際に給電チップの先端でワイヤの直進性が悪くなり、これにより溶接部に蛇行ビードが発生する問題点があった。
【００１１】
従って、このような引張強度の偏差を減らすことにより、溶接の際に直進性が向上され、向上された直進性により蛇行ビードを防止する必要がある。
【００１２】
本発明は、上記のような問題点を解決するために発明されたものであって、高速溶接の場合や溶接用コンジットケーブルの屈曲が厳しい場合においても、直進性が向上され蛇行ビードが発生しない、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを提供することに、その目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記のような本発明の目的を達成するために、本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、金属外皮を造管して内部にフラックスを充填させた後、金属パイプの形態で製造し、伸線工程を通して完成されるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、フラックスが充填された状態で測定した真引張強度の範囲と、フラックスが充填されていない状態で測定した真引張強度の範囲比が、下記式(1)であることを特徴とする。
式(1)
2005118873.tif 000003
但し、Rrcts：フラックスが充填された状態の真引張強度の範囲（Range of tensile strength of real cross section)、
Ructs：フラックスが充填されていない状態の真引張強度の範囲（Range of tensile strength of unpacked cross section)。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、次のような効果を得ることができる。
【００１５】
ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの表面一側に継ぎ目が形成されても、高速溶接或いは屈曲が厳しい溶接用ワイヤの直進性が向上され、蛇行ビードが発生しないガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付された図面を利用して本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに対して説明すると、次の通りである。
【００１７】
フラックス入りワイヤの公称引張強度の最大値と最小値の範囲、すなわち見かけ引張強度の範囲を最小化すると、多少直進性が向上される結果を得ることができる。しかし、上記方法によっても所望のレベルまでフラックス入りワイヤの直進性が向上されない。
【００１８】
これは、フラックスが内蔵された金属パイプの形態からなるフラックス入りワイヤの断面が、中空部があるパイプ形状を有しているため、断面が一体化されているソリッドワイヤの引張強度と同様ではないことが分かる。
【００１９】
既存の公称引張強度はソリッドワイヤの形態には適用が可能であるが、パイプ形態を有するフラックス入りワイヤに適用するには無理があるため、実際のフラックス入りワイヤの引張強度と言える真引張強度の範囲を制御することにより、直進性が向上され溶接の際に蛇行ビードを防止できることを、多数の実験を通して見い出した。
【００２０】
本出願で言及される真引張強度(Real tensile strength)は、既存の最大荷重と公称断面積の比である公称引張強度の概念ではなく、最大荷重と真断面積の比を指称する。これを式で表すと、
真引張強度＝最大荷重/真断面積
となる。
【００２１】
上記の真引張強度がとる範囲を安定的に下向管理することにより、溶接の際に給電チップ先端の直進性を向上させ、蛇行ビードの発生が防止される。
【００２２】
本出願人は、溶接用ワイヤの中心に挿入されたフラックスにより発生する真引張強度を測定し、真引張強度がとる範囲を調査した。
【００２３】
すなわち、内部にフラックスが挿入されない金属パイプと、フラックスが充填されたフラックス入りワイヤを伸線加工する場合、金属パイプ部分の純水加工硬化の際に発生される真引張強度と、充填されたフラックスが真引張強度に及ぼす影響に対して測定した。
【００２４】
溶接用ワイヤに充填されたフラックスの影響を排除した溶接用ワイヤの真引張強度を求めるために、造管工程でフラックスを充填させず、金属パイプの単一形状だけで測定用溶接ワイヤを製造して引張強度を測定した。連続する50個を測定することを1回とし、このうち最大値と最小値を排除し、5回実施して求めた平均値が2.0であることが判明した。フラックスが充填されていない状態で金属パイプの真引張強度がとる範囲を、Ructsという。
【００２５】
上記のようなフラックスが充填されていない溶接用ワイヤの断面を電子顕微鏡で撮影して図1に示し、これと比較して内部にフラックスが充填された溶接用ワイヤの断面を電子顕微鏡で撮影して図2に示した。ここで、溶接用ワイヤの断面上にあって内蔵フラックスを排除した部分、すなわち金属パイプの断面部分だけを指称して真断面積という(図1及び図2参照)。
【００２６】
図1と図2を比較すると、伸線加工の際にワイヤの内部に充填されたフラックスにより金属パイプの内壁が圧力を受けて、図1に比べ図2に図示されたフラックスが充填された溶接用ワイヤの外皮を構成する金属パイプの厚さが薄くなると共に、金属パイプの内壁が不規則的に粗くなることが分かる。
【００２７】
図1と図2を通して、伸線加工の際に充填されたフラックスが溶接用ワイヤの断面積、すなわち真断面積に支配的な影響を及ぼし、このような真断面積の変化により真引張強度の偏差に影響を与えるため、充填されたフラックスによる影響を考慮して真引張強度を管理することにより、目的とする品質のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを製造できるようになる。
【００２８】
すなわち、フラックスが充填された状態で真引張強度がとる範囲であるRrctsを、フラックスが充填されていない状態の真引張強度がとる範囲であるRuctsで割って、真引張強度に及ぼすフラックスの影響を考察した。
【００２９】
その結果、下記式(1)のように、フラックスが充填された状態で最大引張荷重を真断面積で割った真引張強度の範囲であるRrctsと、フラックスが充填されていない状態の真引張強度の範囲であるRuctsの比を管理し、直進性が改善され蛇行ビードが発生しないガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを得ることができた。
式(1)
2005118873.tif 000004
(但し、Ructs＝2.0)
ここで、Rrcts及びRuctsを求める方法は、次の通りである。
【００３０】
まず、継ぎ目を有する溶接用フラックス入りワイヤを、長手方向に垂直に切断して、切断された断面をマウンティングし、マウンティング試片を研磨紙(sand paper)を用いて研磨する。マウンティング試片の研磨に使用される研磨紙は、200番から1500番までのものを用いる。
【００３１】
切断面が研磨された試片を光学顕微鏡または電子顕微鏡を用いて製品断面に対するイメージを1次的に得た後、映像分析システムで処理して真断面積を求める。この際、真断面積の値は、撮影されたイメージで拡大された溶接用ワイヤの面積を求めて、これを電子顕微鏡の倍率で除して求めるか、或いは撮影されたイメージに添付されたカリブレーションバー(Calibration bar)を用いて、溶接用ワイヤの実際面積を計算する。
【００３２】
図3a、図4a、図5a及び図6aは、試験品1、2、3、4に対する製品断面を撮影した顕微鏡イメージであり、これを映像分析システムを用いて処理したものがそれぞれ図3b、図4b、図5b及び図6bである。本出願で使用される真断面積を求めるために使用した映像分析システムは、メディアサイバーネティックス(Media  cybernetics)社のイメージプロプラス(Image-pro plus)4.0。これを用いて顕微鏡で撮影した溶接用ワイヤの断面映像で不明確な金属パイプとフラックスの領域を明確に分離させ、フラックス及びその他異物と分離された金属パイプの断面積により、製品断面の真断面積を求めた。
【００３３】
次の表1に、真断面積の測定結果を示した。
【００３４】
【表１】
2005118873.tif 000005
【００３５】
図1に示すように、フラックスが充填されていない状態の溶接用ワイヤの真断面積も、上記と同様な方法で求めた。
【００３６】
上記式(1)におけるRrctsの値は、連続する50個の測定値のうちから最大値と最小値を排除した後、真引張強度の範囲Ｒを求める。
【００３７】
次に、図7を用いて直進性を評価するための方法について説明する。スプール5またはペイルパック5’に巻き取られたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ1を、長さ5mのコンジットケーブル2を通過させ、給電チップ3の先端で引出されるようにして、ワイヤの先端部が進行する方向を測定するようにする。
【００３８】
溶接用ワイヤ1の先端部の進行方向は、トッチの給電チップ3と150mmの間隔をおいて座標平面4を設置し、最初に引出されたワイヤ1と座標平面4の交点を原点にして、その後引出されるワイヤ1を150mm間隔に切断しながら、ワイヤ1と座標平面4が交差する交点を測定する。
【００３９】
この際コンジットケーブル2は、通常的に溶接の作業時に使用される屈曲部の直径を300mmとしてW字状の形態にして測定する。
【００４０】
従来の実施例と比較して本発明の実施例のそれぞれに対し、各試料当たり300回ずつ実施した。
【００４１】
給電チップに供給されたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤと座標平面4の交点を測定し、測定された値を統計処理して分散を求めた。
【００４２】
各交点の座標は、(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)、…、(X300,Y300)となり、これらを用いて直進性(T)を数式で表すと、
T=[{(X1-Xa)2＋(X2-Xa)2+…+(X300-Xa)2}/300] + [{(Y1-Ya)2＋(Y2-Ya)2+…+(Y300-Ya)2}/300]
で表すことができる(但し、ここでXa、YaはそれぞれX、Yの平均値である)。
【００４３】
また、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの蛇行ビードの判断は、直線5mに下向ビードオンプレート(bead on plate)溶接を実施して、全体5m以内に蛇行ビードが，多い：○、やや有り：△、無し：×の3種で観察評価した。
【００４４】
この際の溶接条件は、表2の通りである。
【００４５】
【表２】
2005118873.tif 000006
【００４６】
下記の表3で見られるように、従来の伸線方法、伸線速度及び原材料の引張強度がとる範囲であるRts(Range of tensile strength of raw materials)を管理していない状態で製造された比較例の場合、Rrcts/Ructsの値が上記で提示した本発明の範囲から外れて、直進性(T)の分散値が20以上に悪くなり、蛇行ビードが多く発生することが分かる。
【００４７】
比較例1、4、7は、原材料のRtsの値が高くて、伸線速度が正当であるにも関わらず、Rrcts/Ructsの値が本発明の範囲から外れる。
【００４８】
又、比較例2、5、8は、伸線加工の際にローテイティングダイ(rotating die)を使用したにも関わらず伸線速度が余りにも速すぎて、Rrcts/Ructsの値が本発明の範囲に入らない。
【００４９】
比較例8、9は、伸線の際に真断面積の範囲が余りにも激しいため、伸線の際に断線が発生することが分かる。
【００５０】
一方、実施例10〜18において、Rrcts/Ructsの値が本発明で言及した範囲内で、直進性と関係のある分散を20以下に維持することができて、蛇行ビードを防止できるようになる。
【００５１】
しかし、Rrcts/Ructsの値が4.0を超えると、分散値が20を超えて蛇行ビードが発生する。一方、Rrcts/Ructsの値が1.4未満になるようにするためには、充填されたフラックスによる偏差比の制御に限界があって製造が不可能になるため、本発明の下限を1.4にする。
【００５２】
【表３】
2005118873.tif 000007
註：  CRD：カセットロールダイ（Cassette roller die），
PCD：焼結ダイヤモンドダイ（Polycrystalline diamond die），
Rts of raw materials：原材料の引張強度がとる範囲，
Rrcts：フラックスが充填された状態の真引張強度の範囲，
Ructs：フラックスが充填されていない状態の真引張強度の範囲
【００５３】
上記表3における一部の実施例では、伸線の際に溶接用ワイヤの表面に残留している潤滑剤を除去するために、伸線工程の終わった溶接用ワイヤを高温の熱風で、或いは乾燥炉のような乾燥手段を通過させる(baked type)。本発明によるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤのように外側表面に継ぎ目が形成され、内部にフラックスが内蔵されていて、ソリッドワイヤでのように表面に付いた潤滑剤を除去するために、化学溶液である脱脂液を通過させる湿式脱脂を行うと、継ぎ目を通して脱脂液が浸透して溶接用ワイヤの特性を害し、高温の熱風炉或いは乾燥炉で外側表面の潤滑剤を除去させる。一方、伸線の際に減面率が低い場合は、スキンパス（skin pass）で表示した。
【００５４】
上記のように伸線方法、伸線速度及び原材料のRtsを管理することにより、Rrcts/Ructsの値を本発明の範囲以内に管理可能であり、これは[表3]で確認できる。又、図8にはRrcts/Ructsの値による直進性(T)の変化に対するグラフを図示した。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】フラックスが充填されていない状態の溶接用ワイヤの断面を電子顕微鏡で撮影した写真。
【図２】フラックスが充填された状態の溶接用ワイヤの断面を電子顕微鏡で撮影した写真
【図３ａ】試験品1の製品断面の顕微鏡写真。
【図３ｂ】図3aを映像分析システムで処理したイメージ。
【図４ａ】試験品2の製品断面の顕微鏡写真。
【図４ｂ】図4aを映像分析システムで処理したイメージ。
【図５ａ】試験品3の製品断面の顕微鏡写真。
【図５ｂ】図5aを映像分析システムで処理したイメージ。
【図６ａ】試験品4の製品断面の顕微鏡写真。
【図６ｂ】図6aを映像分析システムで処理したイメージ。
【図７】本発明によるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの直進性を評価する方法を示した図。
【図８】Rrcts/Ructs値による直進性の変化を図示したグラフ。
【符号の説明】
【００５６】
1：ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ
2：コンジットケーブル
3：給電チップ
4：座標平面
5：スプール
5’：ペールパック
【図１】
2005118873.tif 000010
【図２】
2005118873.tif 000011
【図３ａ】
2005118873.tif 000012
【図３ｂ】
2005118873.tif 000013
【図４ａ】
2005118873.tif 000014
【図４ｂ】
2005118873.tif 000015
【図５ａ】
2005118873.tif 000016
【図５ｂ】
2005118873.tif 000017
【図６ａ】
2005118873.tif 000018
【図６ｂ】
2005118873.tif 000019
【図７】
2005118873.tif 000020
【図８】
2005118873.tif 000021