(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ鋼素地とワイヤ鋼素地の表面に施された銅めっき層との間に介在するＣａ量が１〜８ｐｐｍおよび鉄酸化物量がＦｅＯ換算値で１００〜６００ｐｐｍであることを特徴とするガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤに関し、特に溶接時にワイヤ送給性が良好でアークが安定し、さらにスパッタ発生量の少ないガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤは、高溶着量が得られ母材への溶け込みが良好で溶接姿勢の自由度も高く、信頼性の高い溶接継手が得られる。したがって、建築、橋梁とする大型綱構造物や自動車などの薄板鋼構造物の製造に幅広く用いられている。
【０００３】
近年、溶接の自動化が進展し、大型の溶接装置や溶接ロボットが導入されて鋼構造物製造のコスト低減に大きく貢献していることから溶接に伴うトラブル発生が少ないことが要求されている。ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤは、図１に示すようにスプールまたはペイルパック（図示せず）から送られたワイヤ１が、溶接機のワイヤ送給装置２を経てコンジットチューブ３内を通り、溶接トーチ４先端のチップ５までスムーズに送られること、すなわちワイヤ送給性が良好であることが極めて重要である。ワイヤ送給性が劣ると、溶接アークが不安定となりビード形状不良、アンダーカットや融合不良の発生など溶接欠陥が生じる。また、さらにワイヤ送給性が悪くなるとワイヤがコンジットチューブ内で詰まって送給停止を招くなど、溶接作業能率を低下させるとともに溶接部品質の信頼性を低下させる。
【０００４】
また、ワイヤ送給性が良好な場合においても、アークが不安定でビード形状が不良であったり、スパッタ発生量が多くノズルに付着してシールド効果を低減し、溶接部にブロホールが生じされたり、母材表面に付着して除去するための工数を要する。
ワイヤ送給性を改善する技術として、特公平４−４８５５３７号公報では、ワイヤ表層部に酸化層を形成させて多数の微小亀裂を設けた送給性に優れたワイヤが示されている。また、特開昭５５−１５６６９１号公報には、ワイヤ表面の銅めっき層を多孔度５〜５０％として、このめっき層に潤滑剤を含有させることによりワイヤ送給性を改善したワイヤおよびその製造方法が開示されている。
【０００５】
しかし、前記ワイヤ表面に微小亀裂を設けた特公平４−４８５５３７号公報およびワイヤ表面にめっき層の多孔度を限定した特開昭５５−１５６６９１号公報の技術では、ワイヤ表面に凹凸があるので図２に示すように金属線６を螺旋状に巻いてなるコンジットチューブ３内でワイヤ１表面の銅めっきが金属線６に接触した時に離脱しやすくなる。したがって、長時間溶接すると図３に示すように螺旋状の金属線６の谷間に離脱した銅めっき７が蓄積され、ワイヤ１とコンジットチューブ３内面との接触面積が多くなり摩擦抵抗が大きくなってワイヤ送給抵抗が大きくなるとともにチップ内壁に前記蓄積された銅めっき７が持ち込まれて、ついにはワイヤがチップに詰まって溶接できなくなる場合も生じる。よって、頻繁にコンジットチューブを交換する必要があった。
【０００６】
一方、スパッタ発生量を低くする技術として、特公昭５０−３２５６号公報や特開昭６３−２５２６９２号公報に開示されているように、Ｔｉ添加などワイヤ成分を調整することによりアークを安定させてスパッタの発生を防止している。しかし、これらのワイヤを用いてもスパッタ発生量は満足できるものではなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、ワイヤ送給性が良好で、アークが安定し、さらにスパッタ発生量の極めて少ないガスシールドアーク溶接用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】
本発明の要旨は、ワイヤ鋼素地とワイヤ鋼素地の表面に施された銅めっき層との間に介在するＣａ量が１〜８ｐｐｍおよび鉄酸化物量がＦｅＯ換算値で１００〜６００ｐｐｍであることを特徴とするガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤにある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、前記課題を解決するために、種々のワイヤを試作して、長時間溶接におけるワイヤ送給性、アークの安定性およびスパッタ発生量におよぼす影響を調べた。その結果、ワイヤ鋼素地とワイヤ鋼素地の表面に施された銅めっき層との間に介在するＣａおよび鉄酸化物を適量含有させることによって、長時間溶接においてもワイヤ送給性が良好で、アークが安定し、さらにスパッタ発生量が極めて少なくなることを見出した。
【００１０】
ワイヤ鋼素地とワイヤ鋼素地の表面に施された銅めっき層との間に介在するＣａは、溶接時にワイヤ先端部と溶融池との短絡を防ぎアークを極めて安定にする。ワイヤ鋼素地とワイヤ鋼素地の表面に施された銅めっき層との間に介在するＣａ量が１ｐｐｍ未満であると、溶接時にワイヤ先端部と溶融池との短絡がしばしば生じてアークを不安定にする。また、ワイヤ鋼素地とワイヤ鋼素地の表面に施された銅めっき層との間に介在するＣａ量が８ｐｐｍを超えると、アークが強くなってスパッタ発生量が多くなり、母材表面に多量付着したり、ノズルにスパッタが付着し、長時間溶接すると溶接部のシールドが悪くなってブローホールが生じるようになる。
【００１１】
Ｃａは伸線で使用する潤滑剤である石灰石鹸の形で、あるいは焼鈍した場合は石灰石鹸が加熱分解してＣａＯの形で残存する。
Ｃａ量の定量方法は、約１００ｇのワイヤをエチルアルコールで洗浄して、このワイヤを希塩酸（７％）中で１０分間沸騰させてＣａを溶解濾過した後、原子吸光光度計でＣａを定量する。この場合鋼素地も多少溶解するが一般的な鋼に含有されるＣａ量は僅かであるので全て検出されたＣａ量を鋼素地とワイヤ表面めっき層との間に介在するＣａ量とする。
【００１２】
ワイヤ鋼素地とワイヤ鋼素地の表面に施された銅めっき層との間に介在する鉄酸化物は、溶接時の溶滴を小さくして溶滴移行性を良好にする。したがって、アークが柔らかく安定し、スパッタ発生量も極めて少なくなる。ワイヤ鋼素地とワイヤ鋼素地の表面に施された銅めっき層との間に介在する鉄酸化物量がＦｅＯ換算値で１００ｐｐｍ未満であると、溶滴が大きくなって溶滴移行性が不良となり、アークが不安定になるとともに大粒のスパッタが生じるようになる。
【００１３】
また、ワイヤ鋼素地とワイヤ鋼素地の表面に施された銅めっき層との間に介在する鉄酸化物量がＦｅＯ換算値で６００ｐｐｍを超えると、ワイヤ表面素地への銅めっき密着性が悪くなり、溶接時にワイヤがコンジットチューブ内面に接触してワイヤ表面の銅めっきが離脱し、長時間溶接するとコンジットチューブ内に蓄積され、ワイヤとコンジットチューブ内面との接触面積が大きくなってワイヤ送給抵抗が大きくなるとともにチップ内壁に前記蓄積された銅めっきが持ち込まれて、ついにはワイヤがチップに詰まって溶接できなくなる場合も生じる。
【００１４】
なお、本発明にいう鉄酸化物とはＦｅＯ、Ｆｅ2 Ｏ3 およびＦｅ3 Ｏ4 で、熱延鋼線材（原線）表層部のスケール、あるいは焼鈍した場合は焼鈍時に生じたスケールをいい、本発明においてはこれらの鉄酸化物をＦｅＯに換算した値とする。鉄酸化物量のＦｅＯ換算値の定量は、まずワイヤをエチルアルコールで洗浄した後、ワイヤ全体の酸素量を測定する。次いで、ワイヤ表層部をワイヤ直径に対して１％の深さまで削り、ワイヤ鋼素地の酸素量を測定して前記ワイヤ全体の酸素量とワイヤ直径に対して１％の深さまでの酸素量を求め、該酸素量は全て鉄酸化物中の酸素量としてＦｅＯ換算値とする。
【００１５】
本発明のガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤの製造工程例を図４に示す。（１）熱延鋼線材（原線）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）スプール巻き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。なお、（３）の焼鈍工程は省略する場合もある。
【００１６】
本発明のワイヤ鋼素地とワイヤ鋼素地の表面に施された銅めっき層との間に介在するＣａ量の調整は、前記（２）の一次伸線工程で潤滑剤として石灰石鹸を用いて各ローラダイスまたは孔型ダイスの縮径率と（４）酸洗工程で酸濃度および酸洗時間によって調整する。また、ワイヤ鋼素地とワイヤ鋼素地の表面に施された銅めっき層との間に介在する鉄酸化物量の調整は、（１）スケール除去工程でのスケール除去量および（４）酸洗工程で酸濃度および酸洗時間によって調整する。
【００１７】
【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。
まず、熱延鋼線材（原線）はＪＩＳ  Ｚ３３１２  ＹＧＷ１１の５．５ｍｍ径を用いた。前記原線を図４に示す製造工程で、原線のスケール除去工程（１）でメカニカルディスケーラにより脱スケールし、孔型ダイスを用いて一次伸線（２）した。次いで焼鈍工程（３）で表２に示す焼鈍条件で焼鈍した後酸洗（４）して、めっき（５）し、仕上げ伸線（７）で表２に示す製品径まで伸線した後、巻取り工程（７）で２０ｋｇ巻のスプール巻ワイヤとした。Ｃａ量は一次伸線工程（２）と酸洗工程（４）で、また鉄酸化物量はスケール除去工程（１）と酸洗工程で調整した。なお、スプールに巻き取る前に液体潤滑剤をワイヤ１００ｇ当たり０．３〜０．８ｍｇワイヤ表面に塗布した。
ワイヤ送給性の調査は、図１に示す装置で６ｍ長さのコンジットチューブ３に図５に示すループ径Ｄ１５０ｍｍを２回付して、表１に示す溶接条件でワイヤ各１５ｋｇを溶接した。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
ワイヤ送給性は、ワイヤ１２ｋｇを溶接した後のワイヤ送給モータの電機子電流測定により調べた。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。
また、コンジットチューブは各試作ワイヤ毎に未使用のものを用い、溶接終了後コンジットチューブのループ部を切断して螺旋状の金属線の間のワイヤ表面から離脱した銅めっきの蓄積状況を調べた。
さらに、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以下でアークが安定して良好である。それらの結果を表２にまとめて示す。
【００２０】
【表２】
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【００２１】
表２において、試験Ｎｏ．１〜４が本発明例、試験Ｎｏ．５〜８が比較例である。本発明例の試験Ｎｏ．１〜４は、ワイヤ鋼素地とワイヤ鋼素地の表面に施された銅めっきとの間に介在するＣａ量および鉄酸化物量のＦｅＯ換算値が適量であるので、ワイヤ送給性が良好で電機子電流が低くアークが安定し、スパッタ発生量が少なく、さらにワイヤ表面素地へのめっき密着性が良好でコンジットチューブ内へのワイヤ表面から離脱した銅めっき蓄積量が少なく、極めて満足な結果であった。
【００２２】
比較例中試験Ｎｏ．５は、ワイヤ鋼素地とワイヤ鋼素地の表面に施された銅めっきとの間に介在するＣａ量が少ないので、ワイヤ先端部と溶融池との短絡が生じて電機子電流がやや高く、アークが不安定であった。
試験Ｎｏ．６は、ワイヤ鋼素地とワイヤ鋼素地の表面に施された銅めっきとの間に介在するＣａ量が多いので、アークが強くスパッタ発生量が多くなった。
試験Ｎｏ．７は、ワイヤ鋼素地とワイヤ鋼素地の表面に施された銅めっきとの間に介在する鉄酸化物量のＦｅＯ換算値が少ないので、溶滴が大きくなって溶滴移行性が不良で、電機子電流が高くなりアークが不安定になるとともにスパッタ発生量も多かった。
【００２３】
試験Ｎｏ．８は、ワイヤ鋼素地とワイヤ鋼素地の表面に施された銅めっきとの間に介在する鉄酸化物量のＦｅＯ換算値が多いので、ワイヤ表面素地への銅めっき密着性が悪くなり、溶接時にワイヤがコンジットチューブ内面に接触してワイヤ表面の銅めっきが離脱してコンジットチューブ内に蓄積され、ワイヤ送給抵抗が大きくなって電機子電流が高くなり、アークも不安定となった。
【００２４】
【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によれば、長時間溶接においてもワイヤ送給性が良好で、アークが安定し、さらにスパッタ発生量が極めて少ないなど優れた溶接作業性が得られ、溶接作業能率の向上とともに品質の良好な溶接部が得られるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ワイヤ送給の工程を示す説明図である。
【図２】コンジットチューブ内面をワイヤが送給される状態を示す断面図である。
【図３】銅めっきが離脱してコンジットチューブ内に蓄積された状態を示す断面図である。
【図４】ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ製造ラインの概要図である。
【図５】本発明の実施例に用いたコンジットチューブのループ部を示す図である。
【符号の説明】
１  ワイヤ
２  ワイヤ送給装置
３  コンジットチューブ
４  溶接トーチ
５  チップ
６  金属線
７  離脱した銅めっき
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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