(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤの製造方法において、熱延鋼線材を原線とし、該線材表面の脱スケール、一次伸線、非酸化性雰囲気で焼鈍した後、塩酸濃度を２．６〜６．５％、温度７〜４０℃の酸洗液で３５〜１２０秒間酸洗して焼鈍によって生成した粒界酸化物を剥離することなく外部酸化層のみを剥離し、次いでめっき処理、仕上げ伸線加工を施すことを特徴とするガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤの製造方法。
【請求項２】
焼鈍、酸洗およびめっき処理はワイヤをループ状にして実施することを特徴とする請求項１記載のガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はワイヤ送給性および溶接作業性の優れたガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤを製造する一般的な方法は、図３のフロー図に示すように（１）熱延鋼線材（原線）のスケールを除去する工程、（２）２〜５ｍｍ径までローラダイスあるいは孔型ダイスで伸線する工程（一次伸線）、（３）焼鈍工程、（４）酸洗工程、（５）めっき工程、（６）最終サイズ径まで伸線する工程（仕上げ伸線）、（７）スプール巻またはペイルパックに装填する巻取り工程によって行われる。
【０００３】
これらの方法によって製造されたガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ（以下、ワイヤという。）は、溶接の自動化、溶接ロボットの普及やコンジットケーブルの長尺化等に伴って、ワイヤの送給性および溶接作業性の向上要求が一層高まっている。
【０００４】
そこで従来、ワイヤ送給性を改善するために、ワイヤには、一般に特公昭５０−３２５６号公報に代表されるように微量の動植物油あるいは鉱物油の単独またはそれらの混合潤滑剤が、前述の（６）の仕上げ伸線工程でワイヤ表面に塗布されており、この潤滑剤がワイヤの送給性を良好にしている。
【０００５】
また、長さ６〜２０ｍの長尺のコンジットケーブルを使用し、かつ狭隘な現場での溶接においては、コンジットケーブルをＳ字あるいはＪ字状に曲げて使用されることが多々ある。この場合、コンジットケーブル内のコンジットチューブと内部を通過するワイヤとの接触摩擦部が増えて送給抵抗が増加し、また、ワイヤ送給ローラで溶接ワイヤがスリップしてワイヤ送給性が悪くなる。そのため、特開昭６１−２７１９８号公報のように、ワイヤの表面に平均粒径５０〜７５０μｍのショットを用いてショットブラスト加工を行い凹部を付与し、その後潤滑油を塗布する方法や特公平１−１５３５６号公報のように、ワイヤ表面を多孔度５〜５０％の多孔質めっき層で被覆し、このめっき層に潤滑油を含ませたものが開示されている。
【０００６】
しかし、前述の特開昭６１−２７１９８号公報にあっては、ワイヤ表面にショットブラスト加工で所定の凹凸形状にしながら連続加工性に問題がある。また、ワイヤ表面が加工硬化しているので屈曲したコンジットチューブ内で摩擦抵抗が大きくなる。一方、特公平１−１５３５６号公報にあっては、めっき被覆のコントロールが難しく製造工程も複雑となる。また、ワイヤ素地表面が平坦な状態でめっき層を多孔質としたものであるから、ワイヤ送給ローラでの送給力とコンジットチューブ内での摩擦抵抗の両方のバランスによって定まる良好なワイヤ送給性を維持することができない。さらに、これらのワイヤでは溶接作業性、特にスパッタの低減効果は得られない。
【０００７】
溶接時に長尺のコンジットケーブルがＳ字あるいはＪ字状に曲げられて使用される場合においてもワイヤ送給性が優れ、かつスパッタ発生量が少ないワイヤは、特開平９−１４１４８７号公報や特公平４−６４７８号公報に提案してあるように、図３中に示す焼鈍工程（３）で図１（ａ）に示すようにワイヤ表層部に粒界酸化層４を形成させ、酸洗工程で図１（ｂ）に示すように外部酸化層２（図１の（ａ）に示されている）を剥離して地金表面を露出された後にめっきを施し、めっき工程（５）後の仕上げ伸線工程（６）で粒界酸化物１を起点としてめっき層に線状の亀裂を発生させ、その亀裂に液体潤滑剤を保持させてワイヤの送給性を向上させ、また、粒界酸化層４（通常１〜１０μｍ深さ）によってワイヤ表面層に酸素を富化させた酸素の作用によってアークが安定しスパッタ発生の低減を図っている。
【０００８】
しかし、前述の特開平９−１４１４８７号公報および特公平４−６４７８号公報に記載してある焼鈍後の酸洗工程に使用される酸洗液では、ワイヤ表層の鉄酸化物（ＦｅＯ、Ｆｅ3Ｏ4）の皮膜（外部酸化層２）のみならず図１（ｃ）に示すように焼鈍によって生成した粒界酸化物１が塩酸から生じた水素によって剥離される。したがって、めっき後の仕上げ伸線工程で図１（ｄ）に示すように部分的にワイヤ表面の結晶粒３がワイヤ表面から剥がれて平面的な凹部５が生じ、溶接時にコンジットチューブ内で大きな抵抗となってアークを不安定にする。また、ワイヤ表層部に富化された酸素も少なくなることから、溶接時にスパッタ発生量も多くなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、溶接時に長尺のコンジットケーブルがＳ字あるいはＪ字状に曲げられて使用される場合においても、ワイヤ送給ローラでスリップが少なく、かつコンジットチューブ内での摩擦抵抗の少ないなど、ワイヤ送給性が極めて良好で、スパッタの発生が極めて少ないガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤの製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、酸洗工程で酸洗液の塩酸濃度、温度、酸洗時間を制御することによって、粒界酸化された結晶粒をワイヤ表面から剥離することなしに、ワイヤ表層部の外部酸化層のみを除去し得ること、および、めっき後の仕上げ伸線工程で部分的にワイヤ表面の結晶粒がワイヤ表面から剥がれ平面的な凹部が生じないことを見出し、本発明を完成した。
【００１１】
本発明の要旨は、以下の通りである。
【００１２】
（１）ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤの製造方法において、熱延鋼線材を原線とし、該線材表面の脱スケール、一次伸線、非酸化性雰囲気で焼鈍した後、塩酸濃度を２．６〜６．５％、温度７〜４０℃の酸洗液で３５〜１２０秒間酸洗して焼鈍によって生成した粒界酸化物を剥離することなく外部酸化層のみを剥離し、次いでめっき処理、仕上げ伸線加工を施す。
【００１３】
（２）  焼鈍、酸洗およびめっき処理はワイヤをループ状にして実施する（１）記載のガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤの製造方法。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図２に本発明のワイヤの製造工程例のフロー図を示す。（１）熱延鋼線材（原線）のスケールをショットブラストや酸洗して除去する工程、（２）２〜５ｍｍ径まで孔型ダイスで伸線する工程（一次伸線）、（３）コイラーでループ状にする工程、（４）非酸化性雰囲気で焼鈍する工程、（５）酸洗工程、（６）めっき工程、（７）最終サイズ径まで伸線する工程（仕上げ伸線）、（８）スプール巻またはペイルパックに装填する巻取り工程によって製造される。
【００１５】
本発明においては、酸洗工程（５）で酸洗液の塩酸濃度および温度を低くし、酸洗時間を適度にして酸洗するので、焼鈍によって生成した粒界酸化を剥離することなく、ワイヤ表層部の外部酸化層のみを剥離する。したがって、めっき（６）後のめっき密着性が良好で、仕上げ伸線工程（７）で結晶粒が剥がれて形成される平面的な凹部が生じることがなく、粒界酸化を起点として線状の亀裂を均一にワイヤ表面に発生させることができ、該亀裂部に液状潤滑剤を保持できるとともに、ワイヤ表層部に酸素を富化した状態の製品ワイヤを製造することができる。本発明での平面的な凹部とは、ワイヤ表面の結晶粒が剥がれて形成される凹部を意味する。
【００１６】
さらに、ワイヤをコイラー等でループ状にした状態で焼鈍工程（４）、酸洗（５）およびめっき工程（６）の処理を施し、かつループ状で搬送することによって各処理を高能率で行え、ワイヤの生産性を向上させることができる。
【００１７】
なお、ワイヤの焼鈍は、ワイヤ表面に粒界酸化層を生成させる時間を短縮するために金属炭酸塩を塗布して行う。また、焼鈍炉内の酸素を少なくしてワイヤ表面の外部酸化層を少なくするために非酸化性雰囲気で軟化焼鈍し、ワイヤ表層部の粒界を酸化させる。非酸化性のガスとしては、アルゴンガス、窒素ガスまたは一酸化炭素と二酸化炭素の混合ガス等の中性または還元性ガスを使用できるが、ランニングコスト、安全性を考慮して窒素ガスを用いることが好ましい。なお、焼鈍炉内の温度は６５０℃以上で１分以上保持すればよい。焼鈍炉の上限温度は特に制限しないがエネルギーコストを考えれば９５０℃以下が好ましい。
【００１８】
このようにして製造されたワイヤは、図４に示すワイヤ送給工程によって溶接に供される。すなわち、ワイヤ６はワイヤ送給装置（図示せず）にセットされた状態から送給モータ（図示せず）の駆動によりワイヤ送給部の平型加圧送給ローラ７およびＶ溝付送給ローラ８によって順次送給され、コンジットケーブル９から溶接トーチ１０を通って溶接部に送給される。この時、ワイヤ６表面は、線状の亀裂、例えば亀甲形を示す線状の亀裂部を均一に有するので平型加圧送給ローラ７とＶ溝付送給ローラ８間でグリップ力が働いてスリップが発生しない。また、例えば長さ６〜２０ｍのコンジットケーブル９の中のコンジットチューブ（図示せず）内を通過するが、ワイヤ表面の線状の亀裂部に液体潤滑剤を保有しているのでワイヤ６とコンジットチューブとの摩擦抵抗が非常に小さくなってワイヤ送給性を極めて良好にしている。さらに、ワイヤ表層部には粒界酸化層および若干の粒内酸化層を有する、すなわちワイヤ表層部には酸素が富化されているので、溶接アークが非常に安定してスパッタ発生量が極めて少ない。
【００１９】
酸洗工程におけるにおける塩酸の濃度は、２．６〜６．５％とする。塩酸の濃度が２．６％未満であると、ワイヤ表面の外部酸化層を剥離することができず、製品ワイヤでのめっき密着性が悪くなり、溶接時にコンジットチューブ内でめっきが剥離し、長時間溶接するとコンジットチューブ内に蓄積されてワイヤ送給抵抗が大きくなり、アークが不安定となる。逆に、塩酸の濃度が６．５％を超えると、ワイヤ表面の外部酸化層のみならず粒界酸化物まで剥離して、めっき後の仕上げ伸線工程で部分的にワイヤ表面の結晶粒がワイヤ表面から銅めっき層を伴って剥がれ平面的な凹部が生じ、溶接時にコンジットチューブ内で結晶粒の剥がれた平面的な凹部が大きな抵抗となってアークを不安定にする。また、ワイヤ表層部に富化された酸素も少なくなることから、溶接時にスパッタの発生量も多くなる。
【００２０】
酸洗液の温度は７〜４０℃とする。酸洗液の温度が７℃未満であると、ワイヤ表面の外部酸化層を剥離することができず、製品ワイヤでのめっきの密着性が悪くなり、溶接時にコンジットチューブ内でめっきが剥離し、長時間溶接するとコンジットチューブ内に蓄積されてワイヤ送給抵抗が大きくなり、アークが不安定となる。逆に、酸洗液の温度が４０℃を超えると、塩酸の蒸発によって酸洗液濃度のコントロールが困難となるとともに、ワイヤ表面の外部酸化層のみならず粒界酸化物まで剥離して、めっき後の仕上げ伸線工程で部分的にワイヤ表面の結晶粒がワイヤ表面から剥がれて平面的な凹部が生じ、溶接時にコンジットチューブ内で大きな抵抗となってアークを不安定にする。また、ワイヤ表層部に富化された酸素も少なくなることから、溶接時にスパッタの発生量も多くなる。
【００２１】
酸洗時間は２５〜１２０秒間とする。酸洗時間が２５秒未満であると、ワイヤ表面の外部酸化層を剥離することができず、製品ワイヤでのめっきの密着性が悪くなり、溶接時にコンジットチューブ内でめっきが剥離し、長時間溶接するとコンジットチューブ内に蓄積されてワイヤ送給抵抗が大きくなり、アークが不安定となる。逆に、酸洗時間が１２０秒を超えると、酸洗槽を大きくするか、ループ状ワイヤの搬送速度を遅くする必要があり、コスト高または作業能率が悪くなる。さらに、ワイヤ表面の外部酸化層のみならず粒界酸化物まで剥離して、めっき後の仕上げ伸線工程で部分的にワイヤ表面の結晶粒がワイヤ表面から剥がれ平面的な凹部が生じ、溶接時にコンジットチューブ内で大きな抵抗となってアークを不安定にする。また、ワイヤ表層部に富化された酸素も少なくなることから、溶接時にスパッタ発生量も多くなる。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
【００２３】
まず、ワイヤ原線はＪＩＳ  Ｚ３３１２  ＹＧＷ１１の５．５ｍｍ径を用いた。前記ワイヤ素線を図２に示す製造工程で、まずワイヤ原線のスケール除去工程（１）で酸洗してスケールを除去して孔型ダイスを用いて表１に示すワイヤ径まで一次伸線（２）した。次いでコイラー（３）でワイヤをループ状にし、２０％の炭酸カリウム水溶液を塗布した後、窒素雰囲気中で表１に示す焼鈍条件（保持時間および保持温度は均熱帯の条件を示す。）で焼鈍（４）した。焼鈍後表１に示す酸洗条件で外部酸化層を酸洗（５）して、銅めっき（６）し、仕上げ伸線（７）で表１に示す製品径まで伸線して粒界酸化物を起点として線状の亀裂を付与した後、２０ｋｇ巻のスプール巻ワイヤとした。なお、巻き取る前に液体潤滑剤をワイヤ１００ｇ当たり０．３〜１．０ｍｇ程度ワイヤ表面に塗布した。
【００２４】
【表１】
0003830010.tif 000002
【００２５】
ワイヤ送給性の調査は図４に示す装置で６ｍ長さのコンジットケーブル９を用い、図５に示すコンジットケーブル９をループ径Ｄ１５０ｍｍを２回付して、表２に示す溶接条件でワイヤ各１０ｋｇを溶接した。
【００２６】
【表２】
0003830010.tif 000003
【００２７】
ワイヤ送給性は、ワイヤ送給モータの電機子電流の測定により調べた。なお、電機子電流が３．５Ａを超えるとアーク長が変化してアークが不安定になる。
【００２８】
また、ワイヤ送給ローラ部でのワイヤスリップは、ワイヤ送給ローラの周速（Ｔ）とワイヤ送給ローラ出口のワイヤ速度（Ｗ）を測定し、下記式でスリップ率を算出して調べた。ワイヤのスリップ率は５％を超えると、ワイヤ送り速度に緩急が生じてワイヤの送給むらによってアークが不安定となる。
【００２９】
スリップ率＝（Ｔ−Ｗ）／Ｔ×１００
【００３０】
なお、スパッタ発生量は、前記ワイヤ送給性の調査とは別に銅製の捕集箱を用いて、ワイヤ送給性の調査と同一の溶接条件で３回溶接（１回の溶接時間１．５ｍｉｎ）して捕集したスパッタ量を１分間の発生量に換算して測定した。スパッタ発生量は２ｇ／ｍｉｎ以下がアークが安定して良好である。それらの結果を表１にまとめて示す。
【００３１】
表１において、試験Ｎｏ．１〜６が本発明例、試験Ｎｏ．９〜１２が比較例である。
【００３２】
本発明例の試験Ｎｏ．１〜６は、酸洗液の塩酸濃度、温度および酸洗時間が適正であったので、焼鈍によって生成した粒界酸化物を剥離することなくワイヤ表面の外部酸化層のみを剥離することができた。したがって、めっきの密着性が良好で、仕上げ伸線工程で結晶粒が剥がれて平面的な凹部が生じることなく、線状の亀裂を均一にワイヤ表面に生成することができ、亀裂部に液状潤滑剤を保持させることができたので、長尺のコンジットケーブルを曲げて溶接しても、ワイヤ送給ローラ部でのワイヤスリップ率が低く、コンジットチューブ内での摩擦抵抗も少なくて電機子電流が低くアークが安定しており、かつスパッタ発生量が少なく、極めて満足な結果であった。
【００３３】
比較例中試験Ｎｏ．７は、酸洗液の塩酸濃度が低く、試験Ｎｏ．９は、酸洗液の温度が低く、また試験Ｎｏ．１１は、酸洗時間が短いので、いずれも焼鈍で生じたワイヤ表面の外部酸化層を剥離しきれず、めっき密着性が不良となった。したがって、溶接時にコンジットチューブ内でめっきが剥離して、長時間溶接すると送給抵抗が大きくなり、電機子電流が高くなってアークが不安定となった。
【００３４】
試験Ｎｏ．８は、酸洗液の塩酸濃度が高く、試験Ｎｏ．１０は、酸洗液の温度が高く、また試験Ｎｏ．１２は、酸洗時間が長いので、いずれも焼鈍で生じた粒界酸化物まで剥離して、仕上げ伸線時に部分的に結晶粒が剥がれ平面的な凹部が生じた。したがって、溶接時にコンジットチューブ内での摩擦抵抗が大きくなり、電機子電流が高くなってアークが不安定となった。また、ワイヤ表層部に富化された酸素も少なくなって、溶接時にスパッタ発生量も多くなった。
【００３５】
なお、ワイヤ送給ローラ部でのスリップ率は、いずれのワイヤもワイヤ表層部に線状の亀裂が生成したのでスリップが少なく低値であった。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤおよびその製造方法によれば、溶接時に長尺のコンジットケーブルがＳ字あるいはＪ字状に曲げられて使用される場合においても、ワイヤ送給ローラでスリップが少なく、かつコンジットチューブ内での摩擦抵抗の少ないなど、ワイヤ送給性が極めて良好で、スパッタの発生が極めて少ないガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤを高能率に生産できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】    （ａ）は焼鈍後のワイヤ断面を示す模式図、（ｂ）は外部酸化層が酸洗で溶けた状態を示す模式図、（ｃ）は粒界酸化物まで溶けた状態を示す模式図、（ｄ）は仕上げ伸線で結晶粒界が剥がれ平面的な凹部が生じた状態を示す模式図である。
【図２】  本発明のガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ製造ラインの概要フロー図である。
【図３】  従来のガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ製造ラインの概要フロー図である。
【図４】  ワイヤ送給の工程を示す説明図である。
【図５】  本発明の実施例に用いたコンジットケーブルのループ部を示す図である。
【符号の説明】
１  粒界酸化物
２  外部酸化層
３  結晶粒
４  粒界酸化層
５  平面的な凹部
６  ワイヤ
７  平型加圧送給ローラ
８  Ｖ溝付き送給ローラ
９  コンジットケーブル
１０  溶接トーチ
【図１】
0003830010.tif 000004
【図２】
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【図３】
0003830010.tif 000006
【図４】
0003830010.tif 000007
【図５】
0003830010.tif 000008