(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ１０ｋｇあたり通過したときのコンジットライナ内の詰まり量が０．００５乃至０．０５０ｇ／１０ｋｇであり、その詰まり物の４０質量％以上がＭｏＳ２になるように、ワイヤ表面に、電荷を保持させたＭｏＳ２を液中に分散させた分散液を吹き付けて、ＭｏＳ２をワイヤ１０ｋｇ当たり０．０１乃至０．５ｇ付着させ、このＭｏＳ２は粒子塊の大きさが１乃至５０μｍであって、ワイヤ表面に斑点状に、且つ、連続するワイヤ表面視野１．５ｍｍ２範囲内に、少なくとも１個以上付着させたことを特徴とする鋼用メッキ無し溶接ワイヤ。
【請求項２】
ワイヤ表面にＫを１乃至１０ｐｐｍ付着させたことを特徴とする請求項１に記載の鋼用メッキ無し溶接ワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＭｌＧ及びＭＡＧ（ＣＯ2を含む）溶接等の半自動溶接用に使用される鋼用メッキ無し溶接ワイヤに関し、更に詳述すれば、コンジットライナー内の滑り性を促進し、長時間溶接時の送給性及び使用開始時のコンジットチューブの送給性が優れたソリッドワイヤ及びフラックス入りワイヤからなる鋼用メッキ無し溶接ワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＭＩＧ及びＭＡＧ（ＣＯ2を含む）溶接等に使用される溶接用ワイヤは、通常、スプール若しくはボビンに巻装された状態で、又は、ぺイルパックといわれる円筒容器に装填された状態で溶接に供せられる。これらのワイヤが使用されるときは、それぞれの所定の溶接条件に合致するように送給モータによりコンジットチューブを通じて溶接部まで供給される。
【０００３】
近時、溶接作業においても、高能率化及び省人化の要請により、被覆アーク溶接棒が使用されていた溶接部位も、半自動化又は自動化溶接に変わりつつある。また、特に、造船の分野においても、半自動溶接が行われる比率が増大し、溶接用ワイヤの使用量が増大している。造船工程において、溶接ワイヤを使用する際には、溶接部が広範囲に及ぶため、溶接用ワイヤが長いコンジットチューブの中を通過することとなり、長いものでは３０ｍにも及ぶものもある。
【０００４】
このような場合においても良好な溶接を行うためには、溶接用ワイヤを円滑に送給することが必須の条件である。ワイヤの円滑な送給が妨げられると、安定した溶接が困難になり、スパッタの増加、ビード外観不良及び溶け込み不良等の溶接不良が発生する。更に、未使用のコンジットチューブを使用したときには、相対的にワイヤとのなじみに時間がかかることから、円滑な送給が満足できない状況にあることが従来指摘されていた。
【０００５】
このような問題点に対しては、従来からワイヤ表面に亀裂状の割れを設け、この割れ部に送給潤滑油を保持させて送給性を向上させる技術が提案されている（特開昭５８−６１５９２号、特公平５−２１６７４号等）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の溶接ワイヤでは、長時間溶接した場合にワイヤ表面に不可避的に残留した付着物の他に、鉄粉及びＣｕメッキ粉等がコンジットチューブ内に堆積して、ワイヤ送給性を著しく劣化させるため、十分に満足のいくワイヤとはいい難かった。Ｃｕメッキ粉を減少させるために、特開平６−２１８５７４においては、表層粒界酸化層と結晶粒径との関係を制御させる技術が開示されており、特公平２４２０３９にはＣｕメッキ自体を形成しないようにする技術が提案されている。しかし、これらの従来技術の場合も送給性が十分ではなかった。
【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、コンジットライナー内の滑り性を向上させ、長時間溶接時の送給性及びコンジットチューブの送給性が優れた鋼用メッキ無し溶接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】
本発明に係る鋼用メッキ無し溶接ワイヤは、ワイヤ１０ｋｇあたり通過したときのコンジットライナ内の詰まり量が０．００５乃至０．０５０ｇ／１０ｋｇであり、その詰まり物の４０質量％以上がＭｏＳ２になるように、ワイヤ表面に、電荷を保持させたＭｏＳ２を液中に分散させた分散液を吹き付けて、ＭｏＳ２をワイヤ１０ｋｇ当たり０．０１乃至０．５ｇ付着させ、このＭｏＳ２は粒子塊の大きさが１乃至５０μｍであって、ワイヤ表面に斑点状に、且つ、連続するワイヤ表面視野１．５ｍｍ２範囲内に、少なくとも１個以上付着させたことを特徴とする。
【０００９】
この鋼用メッキ無し溶接ワイヤにおいて、ワイヤ表面にＫを１乃至１０ｐｐｍ付着させることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本願発明者等は上記の問題点を解決すべく、銅粉を減少させるために銅メッキを無くすだけでなく、比較的に脱落しやすいようにＭｏＳ2をワイヤ表面に付着させることにより、コンジットチューブ内で積極的にＭｏＳ2を脱落させ、コンジットチューブ内面をＭｏＳ2で被覆して、送給性を向上させるのみならず、長時間溶接時での溶接作業性を高めることができることを見いだした。従来、ＭｏＳ2を残留させたワイヤは数多く提案されてきてはいるものの、乾式伸線潤滑剤にＭｏＳ2が用いられたり、伸線最終工程でスキンパス油内にＭｏＳ2を混合させたりしているので、ワイヤ表面に比較的強固に残留していた。従って、本発明が目指す効果は得られなかった。
【００１１】
一方、本発明の溶接ワイヤを使用すると、新品のコンジットチューブの使用開始からのいわゆる“なじむ”までの時間が短く、安定した溶接が早期に実現できるというメリットもある。また、銅粉以外に詰まるものとして鉄粉も考えられ、この量が少ない方が送給性には良い。そこで、詰まり物内の鉄粉量を抑制することも送給性には効果がある。
【００１２】
更に、発明者らは、鋭意研究することにより、ワイヤ表面に付着するＭｏＳ2の状態として、均一に分布した方がワイヤの送給性がより優れていることを見いだした。また、存在するＭｏＳ2塊の大きさ（面積）及びその分布状態にも適当な範囲が存在することがわかった。
【００１３】
なお、ＭｏＳ2ほどの効果はないものの、ＷＳ2、Ｃ（グラファイト）等にも同様の効果がある。
【００１４】
また、ワイヤ表面にＭｏＳ２を均一に分布させる具体的な方法としては、電荷を保持させたＭｏＳ２分散液（水系、油系）をワイヤに吹き付ける方法がある。
【００１５】
本願発明者らが鋭意研究を進めた結果、詰まり量を０．００５乃至０．０５０ｇ／１０ｋｇ、且つ、その詰まり物の４０％以上をＭｏＳ2とすると、コンジットチューブ内の滑り性を促進し、且つ長時間溶接時の送給性を格段に向上させることができることを見いだした。また、ＭｏＳ2の均一塗布性を考慮し、ワイヤ表面ＭｏＳ2の粒子塊の大きさが１乃至５０μｍで、且つ、連続するワイヤ表面視野１．５ｍｍ2範囲内に、このＭｏＳ2を少なくとも１個以上斑点状に付着させれば送給性を更に向上させることができることを見いだした。更に、ワイヤ表面に１乃至１０ｐｐｍのＫがＭｏＳ2と共存する場合、ＭｏＳ2の分布状態を安定化及び均一化する効果があることもわかった。
【００１６】
なお、ワイヤ重量当たりのＭｏＳ2量は、本発明に直接影響はなく、どの程度ＭｏＳ2が脱落するかが重要であるが、送給性、通電性及び外観等を考慮すると、０．０１乃至０．５ｇ／１０ｋｇ程度が適当である。
【００１７】
また、詰まり物の中には、不可避的に、鉄粉、油類（送給潤滑剤・界面活性剤・有機Ｋ）、（石鹸類Ｃａ石鹸・Ｎａ石鹸）・その他（ＣａＣＯ３、ＴｉＯ２、ＰＴＦＥ等、伸線潤滑剤組成物）などがＭｏＳ２以外に含有されることがある。
【００１８】
上述のような状態でＭｏＳ2がメッキワイヤに残留している場合においても、上記のような効果は認められるものの、Ｃｕ粉自身が詰まってしまうことにより、効果が小さいことと、メッキ成分である銅とＭｏＳ2が反応してワイヤ外観を著しく悪化させることからメッキワイヤへの本技術の適用は現実的ではない。
【００１９】
なお、従来のソリッドワイヤ及びフラックス入りワイヤの詰まり量は０．００５ｇ／１０ｋｇ以下程度であり、詰まり量が多いと長時間溶接時の送給性が劣るため、従来、この詰まり量を抑制することが技術的常識であった。本発明はこのような従来の技術的常識に反する着想に基づいて完成されたものである。
【００２０】
次に、本発明における詰まり量及び詰まり物のうちのＭｏＳ2の割合の数値限定理由について説明する。
【００２１】
詰まり量
ワイヤ１０ｋｇあたり通過したときのコンジットライナ内の詰まり量が０．００５ｇ／１０ｋｇより少ない場合、詰まり物の４０質量％以上がＭｏＳ２であっても、コンジットチューブ内の滑り性の効果が充分でなく、ワイヤ送給性に充分な効果を発揮しない。一方、詰まり量が０．０５ｇ／１０ｋｇより多い場合は、ＭｏＳ２とはいえ、ライナー内の詰まり量が送給性を劣化させてしまい、溶接作業性を劣化させてしまう。
【００２２】
また、詰まり量が適正な範囲（０．００５乃至０．０５０ｇ／１０ｋｇ）であっても、詰まり物のＭｏＳ2量が４０重量％より少ない場合、ワイヤ送給性には充分な効果を発揮せず、ワイヤ送給性には十分な効果を発揮しない。ワイヤ送給性を更に考慮すると、０．０１０乃至０．０４０ｇ／１０ｋｇで、詰まり物のうち、ＭｏＳ2量が４０重量％以上であるのがより好ましい範囲である。
【００２３】
表面のＭｏＳ２塊の分布状態及び大きさ
ＭｏＳ２塊が連続するワイヤ表面視野１．５ｍｍ２の範囲内に、１個未満の場合、ＭｏＳ２の均一性に欠け、良好な送給性が保持されない。また、ＭｏＳ２塊の大きさは１〜５０μｍが良好な送給性を示すが、５０μｍより大きくなると、逆に送給性及び通電性が劣化する。
【００２４】
Ｋ量
ＫはＭｏＳ2の塗布液への均一な分散に有効である。Ｋが１ｐｐｍより少ない場合、ＭｏＳ2の分散効果はなく、１０ｐｐｍより多い場合は、逆に送給性及び通電性を劣化させてしまう。使用するＫ化合物としては、無機系のＫ化合物よりも有機系Ｋ化合物の方が有効である。
【００２５】
次に、各パラメータの測定方法について説明する。
【００２６】
ワイヤ１０ｋｇあたりの詰まり量
図１はワイヤ送給装置を示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。スプール１から巻き解かれたワイヤ３はコンジットライナ２内を進行する。このコンジットライナ２は２カ所にて直径３００ｍｍの円を描いている。ワイヤ３はＳＵＳチューブ５及びインレットガイド４を介してコンジットライナ２に入り、コンジットライナ２の経路▲１▼、経路▲２▼、経路▲３▼、経路▲４▼、経路▲５▼、経路▲６▼を通って進行する。
【００２７】
そして、本発明においては、ワイヤを１０ｋｇインチング送給したときのコンジットライナ２、ＳＵＳチューブ５及びインレットガイド４の重量の増加分を求め、これを詰まり量とする。
【００２８】
なお、送給速度・コンジットライナ・ＳＵＳチューブ・インレットガイドは各線径の標準的な溶接条件に合致したものとする。例えば、直径１．２ｍｍの場合の送給量は１０〜１５ｍ／分程度である。また、図１のワイヤ経路のループ系は約３００ｍｍとする。
【００２９】
詰まり物の分析
詰まり試験後のコンジットライナ２を有機溶媒に浸漬し、超音波にて洗浄して詰まり物を抽出し、ポアサイズが０．２μｍのメンブレンフィルタにて濾過し、潤滑油を除去した後、残留物を分析する。
【００３０】
残留物の分析はＨＣｌに２〜３分間浸漬し、溶液を濾過した後、硝酸＋硫酸＋過塩素酸溶液中で加熱処理し、原子吸光又はＩＣＰにてＭｏを分析し、検出された全てのＭｏをＭｏＳ2量に換算した。
【００３１】
表面のＭｏＳ2塊の分布状態及び大きさ
ワイヤ表面を写真、ＳＥＭ又はマクロスコープ等で観察し、連続するワイヤ表面視野１．５ｍｍ2の範囲内に、ＭｏＳ2塊が少なくとも１個以上存在するか否かを確認する。また、このＭｏＳ2塊の大きさを図２に示すようにして実測する。即ち、直交する２方向についてＭｏＳ2塊の寸法ａ及びｂμｍを測定し、その平均値（ａ＋ｂ）／２をＭｏＳ2の粒子径とする。この粒子塊がＭｏＳ2であるかどうかは、ＥＰＭＡで分析することにより、判断することができる。
【００３２】
Ｋ量
ワイヤ約５０ｇをサンプリングし、ＨＣｌ溶液中にに２〜３分間浸漬し、濾過した後、濾液中に含まれるＫを原子吸光により分析した。Ｋ化合物の形態によっては、濾紙上に採取されたＫ化合物を灰化処理又は、硫酸若しくは過塩素酸白煙処理により、Ｋ化合物を水溶液化した後、原子吸光によりＫを分析した。Ｋ量は濾液中のＫ量と濾紙に採取されたＫ量を合わせた量である。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明の実施例についてその比較例と比較して説明する。なお、ワイヤ送給性は図３に示す送給系により測定した。溶接ワイヤはスプール１に巻回されており、このスプール１から巻き解かれた溶接ワイヤは送給機１２から長さ６ｍのコンジットライナ２内に進入し、コンジットライナ２に設けられている３個のローラにより構成される首締め部１３及び１ターン部１４を経由して溶接トーチ１５に送給される。
【００３４】
ワイヤがこのコンジットライナ２、首締め部１３及び１ターン部１４を通過したときの送給抵抗値（ｋｇｆ）をロードセルを使用して求め、この送給抵抗値をもとに、３ｋｇｆ以下の場合を◎、３ｋｇｆより大きく５ｋｇｆ以下の場合を○、５ｋｇｆより大きい場合を△として送給性を評価し、これを下記表２に記載した。◎+は、平均として３ｋｇｆ以下の抵抗値を示すが、その変動幅が少ないことを意味している。
【００３５】
ＭｏＳ2の分布状態は、連続するワイヤ表面視野１．５ｍｍ2範囲内に少なくとも１個以上存在する場合をＡ、連続するワイヤ表面視野１．５ｍｍ2範囲内に１個未満存在する場合をＢとした。また、ＭｏＳ2塊の大きさが１〜５０μｍの場合を＊、ＭｏＳ2塊の大きさが５０μｍより大きい場合を＃、ＭｏＳ2塊の大きさが１μｍ未満の場合をｂとした。なお、実施例及び比較例の試験に供したワイヤは、ＪＩＳＺ３３１２  ＹＧＷ１１、ＹＧＷ１２に示されるソリッドワイヤ（実施例１）及びＪＩＳＺ３３１２  ＹＦＷ−Ｃ５０ＤＲに示されるＦＣＷ（実施例２）について行った。ソリッドワイヤに関しては、本願発明は特にワイヤ成分に影響されるものではない。代表的な成分例としては、ＹＧＷ１１はＣ＝０．０５％、Ｓｉ＝０．６８％、Ｍｎ＝１．６％、Ｔｉ＝０．２％、残部Ｆｅであり、ＹＧＷ１２はＣ＝０．１０％、Ｓｉ＝０．６０％、Ｍｎ＝１．４％、残部Ｆｅである。また、油量：０．８〜１．２ｇ／１０ｋｇ  、ＦＣＷに関しては、シーム部が存在していること及び拡散性水素量の点から、油量をソリッドワイヤに比較して少な目にした。油量としては、０．３〜０．５ｇ／１０ｋｇとした。またフラックス充填率は約１３％であり、Ａｌ＝０．０３％、Ｔｉ＝０．０５％、残部Ｆｅであり、フープ成分の代表例はＣ＝０．０５％、Ｓｉ＝０．１５％、Ｍｎ＝０．３５％、フラックス成分の代表例はメタル＝１０〜５０％、フッ化物＝２〜３％、スラグ形成剤＝２０〜５０％、その他＝５〜１０％である。ソリッドワイヤの実施例及び比較例の各パラメータを表１に、またその特性を下記表２に示す。また、ＦＣＷの実施例及び比較例を下記表３及び表４に示す。なお、詰まり物中のＭｏＳ2量及びＭｏＳ2の分布状態、Ｋ量はワイヤに塗布する油の化学組成及び静電塗布条件により制御した。
【００３６】
【表１】
0003734352.tif 000002
【００３７】
【表２】
0003734352.tif 000003
【００３８】
試験No.１は従来例（メッキワイヤ）であり、Ｃｕ粉の詰まりが発生し、送給性が不良（特に、長時間溶接）であった。試験No.２はメッキワイヤにＭｏＳ2を塗布した比較例であるが、詰まり物中のＭｏＳ2量は増加するものの、Ｃｕ粉の詰まりが発生し、送給性は不十分であった。試験No.３はノーメッキワイヤで詰まり量が０．００５ｇ／１０ｋｇより少なく、詰まり物中のＭｏＳ2量が４０重量％より少ないものであり、送給性が不十分であった。試験No.４はノーメッキワイヤでＭｏＳ2を塗布した比較例であるが、詰まり量が０．００５ｇ／１０ｋｇより少ないので、詰まり物中のＭｏＳ2量が４０重量％以上であっても、送給性は不十分である。
【００３９】
試験No.５及び６はノーメッキワイヤにＭｏＳ２を塗布した参考例である。この参考例（試験No.５及び６）は詰まり量が０．００５ｇ／１０ｋｇ以上であり、詰まり物中のＭｏＳ２量が４０重量％以上であるため、送給性が優れていた。
【００４０】
試験No.７〜９はノーメッキワイヤにＭｏＳ2を塗布し、この詰まり量が０．００５ｇ／１０ｋｇ以上、詰まり物中のＭｏＳ2量が４０重量％より少ない比較例であり、送給性が不十分である。試験No.１０は詰まり物中のＭｏＳ2量が４０重量％以上であるが、詰まり量が０．０５ｇ／１０ｋｇ以上である比較例（ノーメッキワイヤＭｏＳ2塗布）であり、送給性が不十分である。
【００４１】
試験No.１１及び１２は詰まり量が０．００５ｇ／１０ｋｇ以上のより好ましい範囲にある参考例であり、詰まり物中のＭｏＳ２量も４０重量％以上で送給性がより優れた例である。試験No.１３．１４は、試験No.５．６に対し、ＭｏＳ２を離散的に付着させた実施例（ノーメッキワイヤ  離散的にＭｏＳ２塗布）であり、送給性が優れていた。試験No.１５はNo.１３に対しＫ化合物がＫとして０．５ｐｐｍ付着している実施例（ノーメッキワイヤ  離散的にＭｏＳ２塗布、有機Ｋ塗布０．５ｐｐｍ）であるが、Ｋの効果は発揮されない。試験No.１６は試験No.１３に対し、Ｋ化合物がＫとして２ｐｐｍ付着している実施例（ノーメッキワイヤ、離散的にＭｏＳ２塗布、有機Ｋ塗布２ｐｐｍ）であり、特に送給性が優れていた。試験No.１７はNo.１３に対しＫ化合物がＫとして９ｐｐｍ付着している実施例（ノーメッキワイヤ、離散的にＭｏＳ２塗布、有機Ｋ塗布２ｐｐｍ）であり、特に送給性が優れていた。
【００４２】
試験No.１８は試験No.13に対しＫ化合物がＫとして１１ｐｐｍ付着している実施例（ノーメッキワイヤ  離散的にＭｏＳ２塗布、有機Ｋ塗布１１ｐｐｍ）であり、送給性及び通電性が逆に劣化した。試験No.１９は試験No.５に対し、ＭｏＳ２塊の大きさが５０μｍより大きい場合の参考例（ノーメッキワイヤ、ＭｏＳ２塗布、ＭｏＳ２塊大きさ；５０μｍより大きい）であるが、送給性及び通電性への影響は見られなかった。試験No.２０は試験No.１３に対しＭｏＳ２塊の大きさが５０μｍより大きい例（ノーメッキワイヤ  離散的にＭｏＳ２塗布、ＭｏＳ２塊大きさ  ５０μｍより大きい）であり、送給性及び通電性は、試験No.１３に比較し劣化した。試験No.２１は、試験No.５及び６と同様の比較例である。
【００４３】
【表３】
0003734352.tif 000004
【００４４】
【表４】
0003734352.tif 000005
【００４５】
試験No.１は従来例（ＦＣＷ）であるが、Ｆｅ粉の詰まりが６０重量％以上、ＭｏＳ2が１０重量％より少ないため、送給性が不良（特に、長時間溶接時）であった。
【００４６】
試験No.２は比較例（ＦＣＷ）であるが、Ｆｅ粉の詰まりが６０重量％以上、ＭｏＳ2が１０重量％より少ないため、送給性が不良（特に、長時間溶接時）であった。
【００４７】
試験No.３は比較例（ＭｏＳ2付着）であるが、詰まり量が０．００５ｇ／１０ｋｇより多く、詰まり物中のＭｏＳ2量が４０重量％より少ないため改善されるが、送給性は不十分であった。
【００４８】
試験No.４は参考例（ＭｏＳ２付着）であるが、詰まり量が０．００５ｇ／１０ｋｇより多く、詰まり物中のＭｏＳ２量が４０重量％以上であるため、送給性が良好であった。
【００４９】
試験例No.５は実施例（離散的にＭｏＳ2付着）であるが、詰まり量が０．００５ｇ／１０ｋｇ以上、詰まり物中のＭｏＳ2量が４０重量％以上であるため、ＭｏＳ2の分布状態が好ましい状態であり、送給性はより良好である。
【００５０】
試験例No.６は参考例（ＭｏＳ２付着、ＭｏＳ２塊大きさ  ５０μｍより大きい）であるが、詰まり物中のＭｏＳ２量が４０％以上あり、詰まり量もより好ましい範囲にあるので送給性はより良好であった。
【００５１】
試験例No.７は実施例（離散的にＭｏＳ2付着、有機Ｋ使用５ｐｐｍ）であるが、No.６で有機Ｋが５ｐｐｍ付着しており、ＭｏＳ2の分布状態も好ましい状態である。そのため表２の中では極めて良好な送給性が得られている。
【００５２】
試験例No.８は比較例（詰まり物中のＭｏＳ2量少ない）であるが、詰まり物量は、０．０３５１と本発明範囲内であるが詰まり物中のＭｏＳ2量が１０．２％と低く良好な送給性が得られなかった。
【００５３】
試験例No.９は参考例（有機Ｋ使用５ｐｐｍ）であるが、詰まり量、詰まり物中のＭｏＳ２量が本発明範囲内であり、且つ、有機Ｋ化合物が用いられているのでＭｏＳ２の分散が良好となり送給抵抗の変動が少なくなった例である。
【００５４】
試験例No.１０は比較例であるが、詰まり物中のＭｏＳ2量は本発明範囲内であるが、詰まり量が過多であるので長時間連続溶接困難となった例である。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コンジットライナー内の滑り性を促進し、長時間溶接時の送給性及び未使用コンジットチューブの送給性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】詰まり量測定方法を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】ＭｏＳ2塊の粒径測定方法を示す図である。
【図３】ワイヤ送給系を示す模式図である。
【符号の説明】
１：スプール
２：コンジットライナー
３：溶接ワイヤ
４：インレットガイド
５：ＳＵＳチューブ
１２：送給機
１３：首締め部
１４：１ターン部
１５：溶接トーチ
【図１】
0003734352.tif 000006
【図２】
0003734352.tif 000007
【図３】
0003734352.tif 000008