(57)【要約】【課題】溶接時においてソリッドワイヤ自体に起因するアーク電圧の微小なバラツキを低減し、優れたアーク安定性が得られるガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤを製造するためのソリッドワイヤ原線を提供する。【解決手段】ソリッドワイヤ原線は、Ｃ；０．０２乃至０．１５質量％、Ｓｉ；０．１乃至１．０質量％、Ｍｎ；０．５乃至２．０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するソリッドワイヤ原線において、横断面の中心と周辺の等間隔の８箇所の合計９箇所で、１箇所あたりの視野面積を３．４μｍ×４．６μｍとして観察したときに、最長０．５μｍ以上のＣａ酸化物及び／又はＡｌ酸化物が前記９箇所の合計で１０個以上存在しない。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ；０．０２乃至０．１５質量％、Ｓｉ；０．１乃至１．０質量％、Ｍｎ；０．５乃至２．０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するソリッドワイヤ原線において、横断面の中心と周辺の等間隔の８箇所の合計９箇所で、１箇所あたりの視野面積を３．４μｍ×４．６μｍとして観察したときに、最長０．５μｍ以上のＣａ酸化物及び／又はＡｌ酸化物が前記９箇所の合計で１０個以上存在しないことを特徴とするソリッドワイヤ原線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はソリッドワイヤ原線に関し、特に溶接作業時において優れたアーク安定性を有するガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤを製造するためのソリッドワイヤ原線に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスシールドアーク溶接は、各種構造物に適用されている。中でも、自動車、車両及び建設機械の分野では、ガスシールドアーク溶接のアーク溶接用材料としてソリッドワイヤが多く使用されている。近時、溶接作業の全自動化及びロボット溶接による無人化が盛んに実施され、この溶接作業の全自動化及び無人化に伴いソリッドワイヤが通過するコンジットチューブに大きな屈曲が発生することがあるため、ソリッドワイヤの送給性の改善が種々行われている。例えば特許文献１ではソリッドワイヤの潤滑剤の検討がなされている。
【０００３】
また、特許文献２に開示された技術は、表面粗度Ｒａが０．１乃至０．３μｍであるソリッドワイヤ表面に、Ｔｉ、Ｋ又はＬｉの酸化物、水酸化物又はフッ化物の少なくとも１種を含有させている。これにより、ワイヤ送給性が良好で且つ溶接時にアークが安定し、ヒューム及びスパッタ発生量が少ないガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤを得るというものである。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１４６６９３号公報
【特許文献２】特開平１１−１９７８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近時、溶接部に求められる要求品質は高くなってきており、特にアークを安定させることで美麗なビード形状を得ることが強く求められる傾向にある。上述の従来技術によるソリッドワイヤによってガスシールドアーク溶接を行うと、アーク電圧に微小なバラツキが生じ、要求される美麗なビード形状を得ることができないという問題点がある。また、ソリッドワイヤ原線の成分及び組成が同一で、且つ、このソリッドワイヤ原線から同一の製造方法によってソリッドワイヤを製造しても、これらのソリッドワイヤを溶接に供した場合、ソリッドワイヤの製造ロットによってアークの安定性が異なることがあるという問題点もある。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、溶接時においてソリッドワイヤ自体に起因するアーク電圧の微小なバラツキを低減し、優れたアーク安定性が得られるガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤを製造するためのソリッドワイヤ原線を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るソリッドワイヤ原線は、Ｃ；０．０２乃至０．１５質量％、Ｓｉ；０．１乃至１．０質量％、Ｍｎ；０．５乃至２．０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するソリッドワイヤ原線において、横断面の中心と周辺の等間隔の８箇所の合計９箇所で、１箇所あたりの視野面積を３．４μｍ×４．６μｍとして観察したときに、最長０．５μｍ以上のＣａ酸化物及び／又はＡｌ酸化物が前記９箇所の合計で１０個以上存在しないことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ソリッドワイヤ原線の成分及び組成を適切な範囲に規定し、ソリッドワイヤ原線内に存在する酸化物を減じることにより、溶接時においてソリッドワイヤ自体に起因するアーク電圧の微小なバラツキを低減し、優れたアーク安定性が得られるガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤを製造するためのソリッドワイヤ原線を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。先ず、本発明の第１実施形態に係るソリッドワイヤ原線について説明する。本実施形態に係るソリッドワイヤ原線について、成分添加理由及びその組成限定理由について説明する。
【００１０】
「Ｃ；０．０２乃至０．１５質量％」
Ｃは溶接金属の強度を確保する上で必要な元素であり、ソリッドワイヤ原線のＣ含有量が０．０２質量％未満であると、このソリッドワイヤ原線から製造されたソリッドワイヤを溶接に供した場合、溶接金属の強度が不足する。一方、ソリッドワイヤ原線のＣ含有量が０．１５質量％を超えると、このソリッドワイヤ原線から製造されたソリッドワイヤを溶接に供した場合、溶滴及び溶融池の振動が激しくなり、スパッタ及びヒュームが増加する。従って、ソリッドワイヤ原線のＣ含有量は０．０２乃至０．１５質量％とする。
【００１１】
「Ｓｉ；０．１乃至１．０質量％」
Ｓｉは脱酸効果を有する元素であり、ソリッドワイヤ原線のＳｉ含有量が０．１質量％未満であると、このソリッドワイヤ原線から製造されたソリッドワイヤを溶接に供した場合、溶滴が低粘性となり、溶滴の形成が極めて不規則になることから、スパッタ及びヒュームが増加する。一方、ソリッドワイヤ原線のＳｉ含有量が１．０質量％を超えると、このソリッドワイヤ原線から製造されたソリッドワイヤを溶接に供した場合、スラグ発生量が過多となる。従って、ソリッドワイヤ原線のＳｉ含有量は０．１乃至１．０質量％とする。
【００１２】
「Ｍｎ；０．５乃至２．０質量％」
ＭｎはＳｉと同様に脱酸効果を有する元素であり、ソリッドワイヤ原線のＭｎ含有量が０．５質量％未満であると、このソリッドワイヤ原線から製造されたソリッドワイヤを溶接に供した場合、溶滴が低粘性となり、溶滴の形成が極めて不規則になることから、スパッタ及びヒュームが増加する。一方、ソリッドワイヤ原線のＭｎ含有量が２．０質量％を超えると、このソリッドワイヤ原線から製造されたソリッドワイヤを溶接に供した場合、スラグ発生量が過多となる。従って、ソリッドワイヤ原線のＭｎ含有量は０．５乃至２．０質量％とする。
【００１３】
次に、本実施形態に係るソリッドワイヤ原線について、ソリッドワイヤ原線の長手方向に直交する断面（横断面）内に存在する酸化物の数及びこの酸化物の長さの限定理由について説明する。
【００１４】
「ソリッドワイヤ原線の横断面の中心と周辺の等間隔の８箇所の合計９箇所で、１箇所あたりの視野面積を３．４μｍ×４．６μｍとして観察したときに、最長０．５μｍ以上のＣａ酸化物及び／又はＡｌ酸化物が前記９箇所の合計で１０個未満」
前述のように、ソリッドワイヤ原線の成分及び組成が同一で、且つ、このソリッドワイヤ原線から同一の製造方法によってソリッドワイヤを製造しても、これらのソリッドワイヤを溶接に供した場合、ソリッドワイヤの製造ロットによってアーク安定性が異なることがある。そこで、これらのソリッドワイヤ原線の表面及び断面を詳細に調査したところ、ソリッドワイヤ原線の断面内に酸化物が存在し、この酸化物が溶接電流の安定化を阻害し、更にアークの安定性に大きく影響を及ぼすことが分かった。
【００１５】
ソリッドワイヤ原線の長手方向に直交する断面（横断面）内に存在する酸化物の観察及び同定は、ソリッドワイヤ原線の横断面を鏡面仕上げし、この横断面の中心と周辺の等間隔の８箇所の合計９箇所を、電子線マイクロアナライザーを使用し、測定倍率２００倍、視野面積を３．４μｍ×４．６μｍとして観察することによって行った。図１はソリッドワイヤ原線１の横断面の電子線マイクロアナライザーによる観察箇所を示す模式図、図２は表１に示す成分及び組成を有するソリッドワイヤ原線の図１に示す観察箇所１乃至８における断面状態を示す図、図３は同じく観察箇所９における断面状態を示す図、図４（ａ）は、表１に示す成分及び組成を有するソリッドワイヤ原線の図１に示す観察箇所９を倍率１０００倍で観察したときの断面状態を示す図、（ｂ）は同じく断面におけるＳｉの分布を示す図、（ｃ）は同じく断面におけるＣａの分布を示す図、（ｄ）は同じく断面におけるＯの分布を示す図である。
【００１６】
図１に示すように、ソリッドワイヤ原線として、下記表１に示す成分及び組成を有するソリッドワイヤ原線の横断面の中心と周辺の等間隔の８箇所の合計９箇所の断面状態を、電子線マイクロアナライザーを使用し、測定倍率２００倍、視野面積を３．４μｍ×４．６μｍとして観察及び撮影し、また酸化物の形状及び種類を同定した。図２及び３の各写真の番号は図１の観察箇所の番号と一致しており、Ｎｏ．１乃至８は下記表１に示す成分及び組成を有するソリッドワイヤ原線の横断面の周辺の等間隔の８箇所を撮影した写真であり、Ｎｏ．９は同じく中心部を撮影した写真である。ここで、線材の組成（質量％）とは、ソリッドワイヤ原線が含有するＣ、Ｓｉ及びＭｎの組成（質量％）を示し、ソリッドワイヤ原線の残部はＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するものである。
【００１７】
【表１】
2007331015.tif 000002
【００１８】
また、同様に、下記表２に示す成分及び組成を有するソリッドワイヤ原線において、図１に示す観察箇所の断面状態を電子線マイクロアナライザーによって倍率２００倍、視野面積を３．４μｍ×４．６μｍとして観察及び撮影した。図６及び７の各写真の番号は図１の観察箇所の番号と一致しており、Ｎｏ．１乃至８は下記表２に示す成分及び組成を有するソリッドワイヤ原線の横断面の周辺の等間隔の８箇所を撮影した写真であり、Ｎｏ．９は同じく中心部を撮影した写真である。ここで、線材の組成（質量％）とは、ソリッドワイヤ原線が含有するＣ、Ｓｉ及びＭｎの組成（質量％）を示し、ソリッドワイヤ原線の残部はＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するものである。
【００１９】
【表２】
2007331015.tif 000003
【００２０】
上記表１に示すＣ；０．０７３質量％、Ｓｉ；０．８４質量％、Ｍｎ；１．４５質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するソリッドワイヤ原線及び上記表２に示すＣ；０．０６９質量％、Ｓｉ；０．８８質量％、Ｍｎ；１．４６質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するソリッドワイヤ原線は、組成においては大きな差異はないが、図２乃至４並びに図６乃至８に示すように、ソリッドワイヤ原線の横断面内に存在する酸化物の量及びこの酸化物の粒子の大きさが大きく異なっており、結果、図５及び９に示すようにこれらのソリッドワイヤ原線から製造されたソリッドワイヤを溶接に供したときのアーク電圧及び溶接電流の変化に大きな差異が見られた。これは、このソリッドワイヤに存在する酸化物は導電性を有していないため、電流経路に存在すると抵抗になり、また、この酸化物がソリッドワイヤの表面に析出した場合はチップの給電安定性を阻害し、これにより溶接電流が安定しないからである。
【００２１】
そこで、上述の電子線マイクロアナライザーを使用した測定方法によって種々の組成を有するソリッドワイヤ原線の横断面内に存在する酸化物の観察及び同定を行い、これらのソリッドワイヤ原線から製造されたソリッドワイヤを溶接に供したときのアーク電圧及び溶接電流変化を調査した結果、ソリッドワイヤ原線の横断面について電子線マイクロアナライザーによって倍率２００倍、視野面積を３．４μｍ×４．６μｍとして、図１に示す９箇所の観察を行い、この９箇所の横断面内に最長０．５μｍ以上のＣａ酸化物及び／又はＡｌ酸化物が合計で１０個以上存在しなければ、このソリッドワイヤ原線から製造されたソリッドワイヤを溶接に供した場合、アーク電圧及び溶接電流の安定性に優れていることが分かった。これにより、ソリッドワイヤ原線の長手方向に直交する断面（横断面）の中心と周辺の等間隔の８箇所の合計９箇所で、１箇所あたりの視野面積を３．４μｍ×４．６μｍとして観察したときに、最長０．５μｍ以上のＣａ酸化物及び／又はＡｌ酸化物が、この９箇所の合計で１０個未満とする。
【００２２】
次に、ソリッドワイヤ原線の製造過程について、原料、溶解工程、精錬工程、鋳造工程及び圧延工程を詳細に調査及び検討した結果、精錬工程において脱酸剤を適正に選定及び制御することによって、ソリッドワイヤ原線内に存在する酸化物を低減させ、且つこの酸化物の粒子を小さくすることができることを見出した。
【００２３】
一般的に、精錬工程においては不純物を酸化除去させるべく酸素を使用するが、この酸素を造塊前に除去しなければ、この酸素ガスが鋼塊においても残存し、気泡が生じる。このため、酸素との親和力が強い元素を有する脱酸剤が使用されている。例えばフェロマンガン（Ｆｅ−Ｍｎ）、フェロシリコン（Ｆｅ−Ｓｉ）及びカルシウムシリコン（Ｃａ−Ｓｉ）等が使用されており、更には複合作用を目的として、Ｓｉ−Ｍｎ−Ａｌ−Ｆｅ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｍｎ及びＦｅ−Ｓｉ−Ｔｉ等が使用されている。特にＣａ系の脱酸剤については、Ｃａが酸素のみならず硫黄との親和力も大きいことから多用されてきている。そこで、種々の脱酸剤を使用したソリッドワイヤ原線について上述の電子線マイクロアナライザーを使用した測定方法によって種々の組成を有するソリッドワイヤ原線の横断面内に存在する酸化物の観察及び同定を行い、精錬工程においてＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系の脱酸剤を使用したソリッドワイヤ原線の横断面には酸化物が少なく、且つこの酸化物の粒子が小さいことを見出した。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明の実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。先ず、本発明の第１実施例として、下記表３に示す溶接条件にて、本発明の第１実施形態に係るソリッドワイヤ原線から製造されたソリッドワイヤ及び比較例のソリッドワイヤ原線から製造されたソリッドワイヤガスシールドアーク溶接に供し、その際のアーク電圧及び溶接電流の変化を記録することにより、アーク電圧の微小なバラツキについて評価を行った。下記表４にその評価結果を示す。
【００２５】
ここで、線材の組成（質量％）とは、各実施例及び各比較例のソリッドワイヤ原線が含有するＣ、Ｓｉ及びＭｎの組成（質量％）を示し、各ソリッドワイヤ原線の残部はＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するものである。また、脱酸剤種類とは、精錬工程に使用された脱酸剤の種類を示し、断面内のＣａ及び／又はＡｌ酸化物個数（Ｃａ酸化物個数，Ａｌ酸化物個数）とは、上述の測定方法によってソリッドワイヤ原線の長手方向に直交する断面（横断面）について電子線マイクロアナライザーによって倍率２００倍、視野面積を３．４μｍ×４．６μｍとして、図１に示す９箇所の観察を行い、この９箇所の横断面内に存在する最長０．５μｍ以上のＣａ及び／又はＡｌ酸化物の合計個数を示し、（）の中にその内訳を示している。
【００２６】
【表３】
2007331015.tif 000004
【００２７】
【表４】
2007331015.tif 000005
【００２８】
実施例１乃至７については、ソリッドワイヤ原線の成分及び組成が適切な範囲であると共に、精錬工程においてＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系脱酸剤を使用していることから、ソリッドワイヤ原線の横断面内に存在する最長０．５μｍ以上のＣａ及び／又はＡｌ酸化物の個数が図１に示す９箇所の合計で１０個未満であり、アーク電圧の微小なバラツキが無く、アーク安定性が優れていた。
【００２９】
一方、比較例８については、ソリッドワイヤ原線のＣ含有量が０．０２質量％未満であることから、このソリッドワイヤ原線から製造されたソリッドワイヤを溶接に供して溶接を行った際に得られる溶接金属は強度が不足し、実用に適さなかった。また、比較例９についてはソリッドワイヤ原線のＳｉ含有量が０．１質量％未満であり、比較例１０についてはソリッドワイヤ原線のＭｎ含有量が０．５質量％未満であることから、これらのソリッドワイヤ原線から製造されたソリッドワイヤを溶接に供して溶接を行った際に得られる溶接金属は、脱酸不足のため、必要とする機械的性能が得られず、実用に適さなかった。
【００３０】
比較例１１についてはソリッドワイヤ原線のＣ含有量が０．１５質量％を超えており、比較例１２についてはソリッドワイヤ原線のＳｉ含有量が１．０質量％を超えており、比較例１３についてはソリッドワイヤ原線のＭｎ含有量が２．０質量％を超えていることから、これらのソリッドワイヤ原線から製造されたソリッドワイヤを溶接に供して溶接を行った際は溶滴が高粘性であり、溶滴の形成が不安定であった。
【００３１】
また、比較例１４乃至１７についてはソリッドワイヤ原線の成分及び組成は適切な範囲であるが、精錬工程においてＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系脱酸剤を使用しなかったことから、これらのソリッドワイヤ原線の横断面内にＣａ及び／又はＡｌの酸化物が図１に示す９箇所の合計で１０個以上存在し、これらのソリッドワイヤ原線から製造されたソリッドワイヤを溶接に供して溶接を行った際はアーク電圧の微小なバラツキが発生し、アークが不安定になった。
【００３２】
本発明によれば、成分及び組成を適切な範囲に調整し、精錬工程においてＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系脱酸剤を使用してソリッドワイヤ原線を製造することによって、ソリッドワイヤ原線に含まれるＣａ及び／又はＡｌ酸化物の数を減じることができ、またこのＣａ及び／又はＡｌ酸化物の粒子を小さくすることができた。そして、このソリッドワイヤ原線から製造されたソリッドワイヤを溶接に供すれば、ソリッドワイヤ自体に起因するアーク電圧の微小なバラツキが低減され、優れたアーク安定性が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】ソリッドワイヤ原線１の横断面における電子線マイクロアナライザーによる観察箇所を示す模式図である。
【図２】表１に示す成分及び組成を有するソリッドワイヤ原線の図１に示す観察箇所１乃至８における断面状態を示す図である。
【図３】表１に示す成分及び組成を有するソリッドワイヤ原線の図１に示す観察箇所９における断面状態を示す図である。
【図４】（ａ）は、表１に示す成分及び組成を有するソリッドワイヤ原線の図１に示す観察箇所９を倍率１０００倍で観察したときの断面状態を示す図、（ｂ）は同じく断面におけるＳｉの分布を示す図、（ｃ）は同じく断面におけるＣａの分布を示す図、（ｄ）は同じく断面におけるＯの分布を示す図である。
【図５】表１に示す成分及び組成を有するソリッドワイヤ原線から製造されたソリッドワイヤを溶接に供したときのアーク電圧及び溶接電流の変化を示す図である。
【図６】表２に示す成分及び組成を有するソリッドワイヤ原線の図１に示す観察箇所１乃至８における断面状態を示す図である。
【図７】表２に示す成分及び組成を有するソリッドワイヤ原線の図１に示す観察箇所９における断面状態を示す図である。
【図８】（ａ）は、表２に示す成分及び組成を有するソリッドワイヤ原線の図１に示す観察箇所９を倍率１０００倍で観察したときの断面状態を示す図、（ｂ）は同じく断面におけるＳｉの分布を示す図、（ｃ）は同じく断面におけるＣａの分布を示す図、（ｄ）は同じく断面におけるＯの分布を示す図である。
【図９】表２に示す成分及び組成を有するソリッドワイヤ原線から製造されたソリッドワイヤを溶接に供したときのアーク電圧及び溶接電流の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１；  ソリッドワイヤ原線
【図１】
2007331015.tif 000006
【図２】
2007331015.tif 000007
【図３】
2007331015.tif 000008
【図４】
2007331015.tif 000009
【図５】
2007331015.tif 000010
【図６】
2007331015.tif 000011
【図７】
2007331015.tif 000012
【図８】
2007331015.tif 000013
【図９】
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