ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ
【課題】メッキ密着性を阻害せずに、ワイヤ表面にスパッタ低減に有効な形態の酸素を富化させる。
【解決手段】ワイヤは、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．４０〜１．１０％、Ｍｎ：０．８０〜２．５０％、表面酸素量｛（表面酸素量）＝（全酸素量）−（原線酸素量）｝：２０〜８０ｐｐｍを含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物からなり、内部酸化層の最大深さをｄ１、このｄ１からワイヤ周方向に９０°離れた位置の内部酸化層深さをｄ２としたとき、ワイヤ表面に形成された酸化層の深さの比Ａ＝ｄ２／ｄｌが、０．１５≦Ａ≦０．５０である。更に、Ｔｉ：０．０２〜０．５０％、Ｃｒ：０．０５〜０．５０％、及びＡｌ：０．０２〜０．３０のいずれか１種以上を、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌの合計が１．０％以下となるように含有してもよい。
【解決手段】ワイヤは、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．４０〜１．１０％、Ｍｎ：０．８０〜２．５０％、表面酸素量｛（表面酸素量）＝（全酸素量）−（原線酸素量）｝：２０〜８０ｐｐｍを含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物からなり、内部酸化層の最大深さをｄ１、このｄ１からワイヤ周方向に９０°離れた位置の内部酸化層深さをｄ２としたとき、ワイヤ表面に形成された酸化層の深さの比Ａ＝ｄ２／ｄｌが、０．１５≦Ａ≦０．５０である。更に、Ｔｉ：０．０２〜０．５０％、Ｃｒ：０．０５〜０．５０％、及びＡｌ：０．０２〜０．３０のいずれか１種以上を、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌの合計が１．０％以下となるように含有してもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表層部に酸素を富化させ、酸素濃化層の厚さを制御したガスシールドアーク溶接用リソッドワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ガスシールドアーク溶接には、銅メッキを施した直径が０．８乃至２．４ｍｍの溶接ワイヤが使用されている。この溶接ワイヤはスプールに巻装された状態で、又は円筒状のペールパックに落し込まれた状態で使用される。ワイヤが使用される際には、上述の状態の溶接ワイヤを溶接機の迭給装置に取り付け、スプール又はペールパックから引出され、矯正ローラ及び送給ローラを経て、コンジットチューブ内を通過し、その先端に配置された溶接トーチ内の給電チップにより給電される。そして、給電された溶接ワイヤの先端と母材との間にはアークが発生し、母材はアークにより溶融され、ワイヤは大気と遮断されたガスシールド中を溶滴となって母材に移行して、溶接部が形成される。
【０００３】
シールドガスには、Ａｒ、ＣＯ２、若しくはＨｅ等の単独ガス、又はＡｒ−Ｃ０２、Ａｒ−０２、若しくはＡｒ−Ｈｅ−Ｃ０２−０２等の混合ガスが使用される。
【０００４】
ところで、良好な溶接部を得る上で、ガスシールドアーク溶接では以下に述べるような困難さがある。
【０００５】
即ち、１点目はシールドガスにＣ０２などを用いた場合に、特に２５０Ａ以上の大電流でスパッタが発生しやすく、溶着効率の低下、ガスノズルにスパッタが付着することによるガスシールド性の阻害などから、溶接欠陥が発生し、更にはスパッタの除去に労力を要する等の問題点がある。２点目は、ワイヤの送給経路であるコンジットチューブの内面とワイヤ表面との間の摩擦及びトーチ屈曲部での通過抵抗によって、ワイヤの送給が阻害された結果、ワイヤの送給速度が変動し、アーク安定性及びビード形状が劣化するという問題点がある。
【０００６】
これらのシールドガスを用いたガスシールドアーク溶接において、溶接中に発生するスパッタを低減するために、ワイヤの表層部に酸化物からなる酸素富化層を形成する技術が、多数提案されている。
【０００７】
ワイヤ表層部に存在する酸化物は、溶接時における溶滴の表面張力を低下させ、溶滴を微細化する。また、酸化物は酸素自身によるアーク安定化作用により母材への溶滴の移行をスムーズにし、スパッタ発生量を低減する作用がある。
【０００８】
また、送給性を改善する方法としては、ワイヤ表面に送給抵抗を減じるための潤滑油又は固形潤滑剤を塗布することが一般的である。前述のワイヤ表層に酸化物を富化させたワイヤをメッキ後に伸線し、表面に微細な亀裂を生成させることで、酸素富化によるスパッタ低減作用に加えて、亀裂に送給油を保持させ、更に一層の送給性の向上を図った技術も提案されている。
【０００９】
酸素富化の方法及び形態としては、次の技術が開示されている。
（ａ）特許文献１には、粒界酸化物又は粒内酸化物で与えられたワイヤ表面の酸素量を規定し、ワイヤ表面に亀裂を形成したワイヤが開示されている。
（ｂ）特許文献２には、ワイヤ表層部の粒界酸化層の厚さと結晶粒径の比を規定したワイヤが開示されている。
（ｃ）特許文献３には、粒内酸化物の厚さと個数を規定したワイヤが開示されている。
（ｄ）特許文献４には、粒状の内部酸化物を細かいピッチで析出させたワイヤが開示されている。
（ｅ）特許文献５、特許文献６、特許文献７には、金属炭酸塩、クエン酸塩、シュウ酸塩を塗布した後に焼鈍し、表層部に酸素を富化させる方法が開示されている。
【００１０】
【特許文献１】特公平４−５１２７４号
【特許文献２】特公平５−２１６７４号
【特許文献３】特許第２９２９５１５号
【特許文献４】特許第２９５０３９０号
【特許文献５】特許第２７２０９２５号
【特許文献６】特公平３−６０５９９号
【特許文献７】特開２０００−２８００８８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
而して、近時、溶接作業の高速化・複雑化・省人化に伴い、溶接作業の現場にも、自動機及び溶接ロボットが多数導入されており、ペールバックに収められた２００〜５００ｋｇ入りの大容量製品と組み合わせて、大電流で長時間の連続溶接を行うケースが増えている。
【００１２】
コンジットチューブの内面、送給ローラの周辺、及び溶接トーチ内部等、ワイヤ送給経路の清掃は、通常、溶接ワイヤの交換時に行うことが多く、使用中のワイヤを取り外して清掃を行うケースは極めて少ない。上述の大容量のペールパック製品を使用する場合、スプール巻きワイヤを使用する場合に比べて、送給経路の清掃頻度は著しく少なくなっている。ペールパック入りワイヤを使用する場合には、最低でも製品の単位重量である２００〜５００ｋｇものワイヤを送給する間、送給経路の清掃は実施されない。そのため、短時間溶接時の送給性には問題がないワイヤでも、大量のペールバック容器に収納して使用した場合、ワイヤがコンジットチューブの内面及びトーチ内部と摺動したときに、ワイヤ表面の銅メッキ粉が剥離して堆積し、ワイヤの送給が停止するという問題点がある。
【００１３】
前述の従来技術である（ａ）及び（ｂ）のワイヤでは、粒界酸化物を起点としたメッキの亀裂に多量の送給潤滑油を保持させており、コンジットチューブとワイヤとの摩擦抵抗が小さく、スプール巻ワイヤのような小容量製品を、短い清掃頻度で溶接する場合には優れた送給性を示す。しかし、大容量製品を使用する場合には、メッキ亀裂が起点となり、下地の鉄と共に容易に銅メッキが剥離するため、メッキ粉の堆積量の低減要求に応えることが困難であった。
【００１４】
一方、（ｃ）、（ｄ）の方法では、粒内酸化物で酸素を付加しており、積極的に亀裂を生成させたワイヤではなく、比較的メッキは剥離しにくいと考えられるが、高度な焼鈍条件制御が必要である。粒内酸化物の生成量が少ない場合には、スパッタ低減効果が不十分となる。粒内酸化物の量が過剰な場合には、伸線時又は屈曲した配置のコンジットチューブ内をワイヤが通過するときに、メッキ下地の粒内酸化物を起点として割れ、鉄下地と一緒に銅めっきが剥落する。したがって、炉内雰囲気ガスの酸素分圧などの条件を狭い範囲でコントロールする必要があり、生産性の低下及び雰囲気ガスコストの上昇など、経済性を損ねる可能性がある。
【００１５】
また、（ｅ）の方法では、粒内酸化物を形成するため、金属塩を塗布後に焼鈍することが特徴であるが、長時間溶接時のめっき粉剥離及び堆積を防止することはできない。
【００１６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、メッキ密着性を阻害せずに、ワイヤ表面にスパッタ低減に有効な形態の酸素を富化させることにより、スパッタ発生量、メッキ粉堆積量を低減することができ、溶接金属のクレータ割れを防止し、靭性を向上させることができるガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ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】
【００１７】
本発明に係るガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、Ｃ：０．０２乃至０．１５質量％、Ｓｉ：０．４０乃至１．１０質量％、Ｍｎ：０．８０乃至２．５０質量％、表面酸素量｛（表面酸素量）＝（全酸素量）−（原線酸素量）｝：２０乃至８０ｐｐｍを含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物からなり、内部酸化層の最大深さをｄ１、このｄ１からワイヤ周方向に９０°離れた位置の内部酸化層深さをｄ２としたとき、ワイヤ表面に形成された酸化層の深さの比Ａ＝ｄ２／ｄｌが、０．１５≦Ａ≦０．５０であることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係るソリッドワイヤにおいて、更に、Ｔｉ：０．０２乃至０．５０質量％、Ｃｒ：０．０５乃至０．５０質量％、及びＡｌ：０．０２乃至０．３０のいずれか１種以上を、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌの合計が１．０質量％以下となるように含有することもできる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、メッキ密着性を阻害せずに、ワイヤ表面にスパッタ低減に有効な形態の酸素を富化させることにより、スパッタ発生量、メッキ粉堆積量を低減することができ、溶接金属のクレータ割れを防止し、靭性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明者等は、ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤにおける前述の課題を解決するために、鋭意研究を行った結果、以下の事実を見出した。
【００２１】
通常、炭素鋼ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤの溶接アークは軸対称性を有し、ＣＯ２シールドで大電流溶接を行った場合には、激しく振動しながら溶滴が成長し、大粒の溶滴が不規則な周期で離脱を繰り返す。その過程で、一部の溶滴が飛散して大粒のスパッタとなる。
【００２２】
一方、内部酸化層の厚さをワイヤ周方向で変化させた場合、溶接アークの軸対称性が崩れ、非対称となるために、溶滴の振動状態が偏り、溶滴が大きく成長する前に、溶滴がワイヤ先端から離脱することを見出した。
【００２３】
この離脱した溶滴は、特定の頻度でスパッタとなるが、大きく成長する前に離脱するために、スパッタ発生量は低減される。このようなメカ二ズムにより、内部酸化層の厚さを周方向で変化させることによってメッキ粉の剥離を招くほどの多量の酸素を導入せずに、より少量の酸化物層の形成でスパッタ発生量を低減できる。本発明はこのような知見に基づいて完成されたものである。
【００２４】
即ち、本発明に係るガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、Ｃ：０．０２乃至０．１５質量％、Ｓｉ：０．４０乃至１．１０質量％、Ｍｎ：０．８０乃至２．５０質量％を含有し、更に表面酸素量を、（表面酸素量）＝（全酸素量）−（原線酸素量）と定義したとき、この表面酸素量を２０乃至８０ｐｐｍ含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物からなるものである。そして、以下のようにワイヤ表面の酸化層の深さを規定する。
【００２５】
図１は本発明のソリッドワイヤの横断面を示す。ワイヤ１の表面に内部酸化層２が形成されている。このとき、内部酸化層の最大深さをｄ１、このｄ１からワイヤ周方向に９０°離れた位置の内部酸化層深さをｄ２（ｄ２Ｒ、ｄ２Ｌ）としたとき、ワイヤ表面に形成された酸化層の深さの比Ａ＝ｄ２／ｄｌが、０．１５≦Ａ≦０．５０である。但し、ｄ１からワイヤ周方向に時計回りに９０°の位置の内部酸化層２の深さをｄ２Ｌ、反時計周りに９０°の位置の内部酸化層２の深さをｄ２Ｒとし、ｄ２はこのｄ２Ｌとｄ２Ｒの平均値により求める。
【００２６】
この本発明に係るソリッドワイヤにおいて、更に、Ｔｉ：０．０２乃至０．５０質量％、Ｃｒ：０．０５乃至０．５０質量％、及びＡｌ：０．０２乃至０．３０のいずれか１種以上を、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌの合計が１．０質量％以下となるように含有することもできる。
【００２７】
但し、粒内酸化物とは粒界酸化物及び粒内酸化物のことをいい、潤滑剤に混入させた酸化物又はＣｕメッキ中に導入した酸化物を意味するものではない。また、内部酸化物としては粒界酸化物よりも粒内酸化物の形で導入することが望ましい。
【００２８】
次に、本発明の組成及び各数値条件について説明する。
【００２９】
［０．１５≦Ａ≦０．５０］
溶接アークを非対称にして、溶滴の振動状態を変化させるには、Ａ値を０．１５以上とする必要がある。しかし、Ａが０．５０を超える場合には、内部酸化層の最大深さｄ１部分に形成される内部酸化物が、粒界酸化物主体となり、めっき粉の剥離量が増大する。よって、Ａは０．１５乃至０．５０にする。
【００３０】
［表面酸素量：２０乃至８０ｐｐｍ］
ワイヤ表面の酸素の存在は、溶滴の表面張力を下げ、溶滴の離脱性を向上させるため、スパッタ発生量の低減に有効である。しかし、表面酸素量が２０ｐｐｍ以下ではその作用が十分でなく、逆に表面酸素量が８０ｐｐｍを超えると、粒界酸化物の生成が増大して、めっきが剥離しやすくなる。
【００３１】
［Ｃ：０．０２乃至０．１５質量％］
ソリッドワイヤに含有されるＣが０．０２質量％未満の場合、内部酸化物に占める粒界酸化の比率が高まり、コンジットチューブ内へのメッキ粉の堆積量が増大する。また、Ｃが０．１５質量％を超える場合には、結晶粒が小さくなるために、内部酸化物の晶出間隔が短くなり、メッキ後の伸線加工で内部酸化物を起点とする割れが連結しやすくなる。このため、同様にメッキ粉堆積量が増大する。従って、Ｃは０．０２乃至０．１５質量％にする。
【００３２】
［Ｓｉ：０．４０乃至１．１０質量％］
Ｓｉは脱酸及び高靭性を得るために不可欠の元素で、Ｓｉが０．４０質量％未満の場合、溶融金属中の脱酸が不十分となり、逆にＳｉが１．１０質量％を超える場合にも、靭性が極端に低下する。このため、Ｓｉは０．４０乃至１．１０質量％とする。
【００３３】
［Ｍｎ：０．８０乃至２．５０質量％］
Ｍｎは脱酸と高温割れ防止を目的に添加する。Ｍｎが０．８０質量％未満では、酸素（０）及び硫黄（Ｓ）による高温割れを生じやすく、一方、Ｍｎが２．５質量％を超えると靱性と冷間加工性の劣化を招く。このため、Ｍｎは０．８０乃至２．５０質量％とする。
【００３４】
［好ましくは、Ｔｉ：０．０２乃至０．５０質量％、Ｃｒ：０．０５乃至０．５０質量％、Ａｌ：０．０２乃至０．３０質量のいずれか１種以上を、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌの合計で１．０質量％以下含有すること］
Ｔｉ、Ｃｒ、ＡｌはＦｅよりも酸素（Ｏ）との親和力が強い元素であり、これらの元素を特定量添加することにより、焼鈍時に内部酸化層を安定的に生成することができる。
【００３５】
Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌは夫々この範囲未満では内部酸化層の形成が不十分であり、スパッタを低減する効果が認められない。逆に、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌが上記範囲の上限を超えると、内部酸化が過剰に進行し、伸線加工及び溶接中に屈曲した配置のコンジットライナーを通過する際に、メッキ剥離が生じやすくなる。
【００３６】
本発明の溶接用ワイヤは、炭酸塩の付着状況を図３に示すようにすることが好ましい。即ち、アルカリ金属炭酸塩をワイヤに塗布した後、強制的に塗布層の厚さが不均一になるようにする。このための方法としては、（１）重力を利用する、（２）空気を利用する、（３）液体の性質を利用する、（４）これらの方法を組み合わせる等がある。
（１）の重力の利用については、図２において、ダウンコイラー１３にてワイヤをコイル状にし、コイルを水平状態でコンベアに載置した状態でアルカリ金属炭酸塩水溶液の浸漬槽１４に供給する。ワイヤは図３に示すように、重力によりワイヤ断面の下側が厚くなるように炭酸塩が付着する。
【００３７】
但し、このままでは、ワイヤへの炭酸塩水溶液の付着量が多すぎるので、液切りノズルよりワイヤにエアを吹き付けて、ある程度炭酸塩水溶液を除去する。その際、前記（２）のエアを利用し、エアをワイヤ断面に対して上方向から吹き付けることにより、ワイヤ断面上部の水溶液をより多く吹き飛ばすと共に、ワイヤ上部の水溶液をワイヤ下部に移動させることにより、円周方向における水溶液付着量をより不均一にすることができる。その場合、吹き付けるエアの圧力が高すぎると、ワイヤの上側だけでなく、下側の水溶液も吹き飛ばしてしまうので、吹き付けるエアの圧力が強すぎないように調整する必要がある。
【００３８】
また、エアの吹き付け力は、エアが噴出されるノズルの吹き出し口（スリット）のサイズにも影響されるので、吹き付け力が大きすぎる場合は、スリットサイズを大きくするように調整すれば良い。
【００３９】
（３）の液体の性質の利用については、炭酸塩水溶液中に増粘剤を添加する方法を採用することができる。ワイヤ表面に炭酸塩水溶液の付着量が少なすぎると、前記（１）、（２）の方法を用いても、ワイヤ円周方向の付着量を不均一に調整することが困難となる。付着量（絶対量）を増やすには、増粘剤の添加が有効である。
【００４０】
また、図２において、ワイヤは各線輪が水平の状態でコンベア上に載置されて搬送されるが、隣り合う線輪の間隔を狭くすることにより、隣り合う線輪に付着している炭酸塩水溶液が連結し、ワイヤ円周方向で付着量が不均一な状態となる。上記（１）乃至（３）を必要に応じて適宜組み合わせることにより、本発明のワイヤを製造することができる。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明の範囲に入る実施例と、本発明の範囲から外れる比較例とを比較して、本発明の効果について説明する。
【００４２】
先ず、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌが、下記表１及び表２に示す組成のＮｏ．Ａ〜ＡＡの試料を溶製し、押出加工、及び伸線加工の工程を経て、直径が２．４ｍｍのソリッドワイヤに仕上げた。次に、このソリッドワイヤに対し、アルカリ金属の炭酸塩を塗布した後に、熱処理を施した。
【００４３】
実施例のワイヤは、図２に示す装置により製造した。即ち、先ず、ソリッドワイヤをそのサプライスタンド１０から、引取機１２により引き出し、ダウンコイラー１３を経てアルカリ金属の炭酸塩水溶液の浸漬槽１４に供給する。この浸漬槽１４には、アルカリ金属の炭酸塩水溶液中にキサンタンガムなどの増粘剤を添加した液が貯留されており、ワイヤをこの液中に浸漬させる。その後、液切りノズル１５によりワイヤ表面の水溶液を除去し、ワイヤをループロ式焼鈍炉１６に通過させて焼鈍し、更に冷却帯１７を通過させて冷却し、巻取機１８により巻き取る。このとき、線輪のピッチ、液切りノズルに通じるエア圧、ノズルのスリットサイズなどを調整することによって、図３に示すように、アルカリ金属の炭酸塩２１の付着厚さをワイヤ２０の周方向で変化させた。
【００４４】
また、比較のために、図４に示すように、アルカリ金属の炭酸塩水溶液の浸漬槽１４と液切りノズル１５の間に縦型ダンサー１９を配置し、浸漬槽１４の炭酸塩水溶液中に界面活性剤を添加し、線輪のピッチ、液切りノズルに通じるエア圧、ノズルのスリットサイズなどを調整することによって、図５に示したように、炭酸塩２１の付着厚さが、ワイヤ周方向で均一となるようにした。
【００４５】
アルカリ金属炭酸塩は、焼鈍炉中で容易に分解し、アルカリ金属が鉄地中に拡散し、内部で酸素と結合するために内部酸化を助長する。このため、炭酸塩の付着状態を制御することによって焼鈍後の内部酸化層の厚さを周方向で変化させることが可能である。
【００４６】
アルカリ金属の供給源としては、他にアルカリ金属のシュウ酸塩、クエン酸塩、酒石酸塩、リン酸化合物、ハロゲン化物など、焼鈍雰囲気で容易に分解する化合物を用いることができる。
【００４７】
また、ワイヤ表面にアルカリ金属化合物を付着させる方法としては、伸線潤滑剤に混入させて中間伸線を行い、周方向に均一にアルカリ金属化合物を付着させた後に、研摩などで周方向の付着量を変化させても良い。
【００４８】
熱処理は、直径が２．４ｍｍのワイヤを、Ｎ２雰囲気のループロ式焼鈍炉で４５０〜８２０℃に、０．５時間加熱することにより、加熱処理を行った。
【００４９】
炉内には、内部酸化を起こさせるために、水蒸気を０．０１〜１．５質量％含むＮ２ガスを毎分５０〜１００リットル供給した。
【００５０】
図６は焼鈍後のワイヤ断面の一例を示す金属顕微鏡写真である。図６はワイヤ断面を研磨した後、エッチングせずに研磨面を５０００倍の倍率でＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）観察したものである。このように、本発明の実施例の場合は、ｄ１とｄ２とで内部酸化層の厚さが異なるのに対し、比較例の場合は、ｄ１とｄ２とで内部酸化層の厚さはほぼ同一である。
【００５１】
焼鈍後の線材に対して、酸洗及びＣｕメッキを行い、最後に仕上げ伸線を行い、直径が１．２ｍｍのソリッドワイヤを得た。
【００５２】
得られたワイヤのＣｕメッキの上に、Ｎｉ保護メッキを行った後に、研摩を施し、ワイヤ断面を電子顕微鏡にて観察し、内部酸化層厚さを計測した。内部酸化層の厚さの計測は、先ず、最深部ｄ１を測定した後、次いで周方向で時計回りに９０°離れた箇所を測定し、更にｄ１から反時計回りに９０°離れた箇所の酸化層厚さを測定する手順で実施し、２箇所のｄ２Ｒ及びｄ２Ｌ値の平均値としてｄ２を求め、更に、Ａ値を算出した。その結果を下記表５に示す。表５において、実施例１〜１４はワイヤ（素線）Ｎｏ．Ａ〜Ｎを使用し、実施例３５〜４１はワイヤ（素線）Ｎｏ．Ｕ〜ＡＡを使用した。比較例１５〜３４はワイヤ（素線）Ｎｏ．Ａ〜Ｔを使用した。
【００５３】
次に、作製したワイヤを用いて、ＣＯ２シールドにて、下記表３に示す条件で、図７に示す送給系配置を使用して溶接を行った。図７に示すように、ワイヤ送給装置３４から繰り出されたワイヤは、長さが６ｍのコンジットチューブ３１内を通過し、ローラ３２，３３により曲がり癖が矯正された後、トーチ３５に供給される。このトーチ３５により給電されたワイヤは、走行台車３０上の被溶接物に向けて供給され、アーク溶接が行われる。
【００５４】
このとき、スパッタ補集箱を用いて全スパッタを捕集し、単位時間あたりのスパッタ発生量を測定した。スパッタ発生量は、２．０ｍｇ／分以下を目標値とした。
【００５５】
メッキ粉堆積量の測定は次のような手順で行った。先ず、図７の配置の長さ６ｍのコンジットチューブ３１にワイヤを１００ｋｇ送給し、送給後のコンジットチューブ３１をアセトンで洗浄した。次に、この洗浄液を孔径１μｍのメンブレンフィルターでろ過して、残渣を十分に乾燥した後に、残渣が付着しフィルターの重量を測定し、ろ過前後のフィルターの重量変化より、メッキ粉の堆積量を得た。なお、コンジットチューブ３１の内面に詰った堆積物を導電性テープ上に展延し、Ｘ線マイクロアナライザー付の電子顕微鏡で観察したところ、いずれのワイヤにおいてもＦｅ下地と共に剥落したＣｕメッキ粉末が観察された。メッキ粉堆積量は、０．７５ｇ／ワイヤ１００ｋｇ以下を目標値とした。
【００５６】
また、下記表４に示す条件にて、溶着金属を作成し、ＪＩＳ Ｚ３１１１−１９８６に準じて衝撃試験を行った。その評価結果を下記表６に示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
【表２】
【００５９】
【表３】
【００６０】
【表４】
【００６１】
【表５】
【００６２】
【表６】
【００６３】
この表６から明らかなように、本発明の実施例１〜１４は、スパッタ発生量及びメッキ粉堆積量がいずれも目標値を満足しており、良好な衝撃値とクレータ割れの無い健全な溶接金属が得られている。また、本発明の実施例３５〜４１は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｌの含有量が好ましい範囲から若干外れているため、実施例１〜１４に比べてスパッタ発生量及びメッキ粉堆積量のいずれかが若干劣っているが、比較例１５〜３４よりも良好な値となっている。
【００６４】
これに対して、比較例１５及び１７では、表面酸素量が２０ｐｐｍ未満、比較例１８〜２３ではＡ値が０．１５未満であるために、スパッタ発生量が目標値を満足していない。
【００６５】
また、比較例１６及び１８では、表面酸素量が８０ｐｐｍを超えており、比較例２４〜２８ではＡ値が０．５０を超えているために、メッキ粉堆積量が目標値を満足していない。
【００６６】
また、素線のＳｉ，Ｍｎが特許請求の範囲を満足しない比較例３１，３２，及び３４では、十分な衝撃値が得られておらず、Ｍｎ添加量が少ない比較例３３ではクレータ割れが発生した。なお、素線のＣ量が下限値及び上限値から外れている比較例２９，３０はいずれもメッキ粉堆積量が目標値を大きく超えている。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施形態のソリッドワイヤの断面形状を模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施例のワイヤ製造装置を示す模式図である。
【図３】本発明の実施例のワイヤの炭酸塩の付着状態を示す図である。
【図４】本発明の比較例のワイヤ製造装置を示す模式図である。
【図５】本発明の比較例のワイヤの炭酸塩の付着状態を示す図である。
【図６】本発明の実施例・比較例の表面の内部酸化層を示す金属顕微鏡写真である。
【図７】溶接方法を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１ ワイヤ
２ 内部酸化層
１０ サプライスタンド
１２ 引取機
１３ ダウンコイラー
１４ 炭酸塩水溶液浸漬槽
１５ 油切りノズル
１６ 焼鈍炉
１７ 冷却帯
１８ 巻取機
１９ ダンサー
２０ ワイヤ
２１ 炭酸塩
３０ 台車
３１ コンジットチューブ
３４ 装置
３２，３３ ローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表層部に酸素を富化させ、酸素濃化層の厚さを制御したガスシールドアーク溶接用リソッドワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ガスシールドアーク溶接には、銅メッキを施した直径が０．８乃至２．４ｍｍの溶接ワイヤが使用されている。この溶接ワイヤはスプールに巻装された状態で、又は円筒状のペールパックに落し込まれた状態で使用される。ワイヤが使用される際には、上述の状態の溶接ワイヤを溶接機の迭給装置に取り付け、スプール又はペールパックから引出され、矯正ローラ及び送給ローラを経て、コンジットチューブ内を通過し、その先端に配置された溶接トーチ内の給電チップにより給電される。そして、給電された溶接ワイヤの先端と母材との間にはアークが発生し、母材はアークにより溶融され、ワイヤは大気と遮断されたガスシールド中を溶滴となって母材に移行して、溶接部が形成される。
【０００３】
シールドガスには、Ａｒ、ＣＯ２、若しくはＨｅ等の単独ガス、又はＡｒ−Ｃ０２、Ａｒ−０２、若しくはＡｒ−Ｈｅ−Ｃ０２−０２等の混合ガスが使用される。
【０００４】
ところで、良好な溶接部を得る上で、ガスシールドアーク溶接では以下に述べるような困難さがある。
【０００５】
即ち、１点目はシールドガスにＣ０２などを用いた場合に、特に２５０Ａ以上の大電流でスパッタが発生しやすく、溶着効率の低下、ガスノズルにスパッタが付着することによるガスシールド性の阻害などから、溶接欠陥が発生し、更にはスパッタの除去に労力を要する等の問題点がある。２点目は、ワイヤの送給経路であるコンジットチューブの内面とワイヤ表面との間の摩擦及びトーチ屈曲部での通過抵抗によって、ワイヤの送給が阻害された結果、ワイヤの送給速度が変動し、アーク安定性及びビード形状が劣化するという問題点がある。
【０００６】
これらのシールドガスを用いたガスシールドアーク溶接において、溶接中に発生するスパッタを低減するために、ワイヤの表層部に酸化物からなる酸素富化層を形成する技術が、多数提案されている。
【０００７】
ワイヤ表層部に存在する酸化物は、溶接時における溶滴の表面張力を低下させ、溶滴を微細化する。また、酸化物は酸素自身によるアーク安定化作用により母材への溶滴の移行をスムーズにし、スパッタ発生量を低減する作用がある。
【０００８】
また、送給性を改善する方法としては、ワイヤ表面に送給抵抗を減じるための潤滑油又は固形潤滑剤を塗布することが一般的である。前述のワイヤ表層に酸化物を富化させたワイヤをメッキ後に伸線し、表面に微細な亀裂を生成させることで、酸素富化によるスパッタ低減作用に加えて、亀裂に送給油を保持させ、更に一層の送給性の向上を図った技術も提案されている。
【０００９】
酸素富化の方法及び形態としては、次の技術が開示されている。
（ａ）特許文献１には、粒界酸化物又は粒内酸化物で与えられたワイヤ表面の酸素量を規定し、ワイヤ表面に亀裂を形成したワイヤが開示されている。
（ｂ）特許文献２には、ワイヤ表層部の粒界酸化層の厚さと結晶粒径の比を規定したワイヤが開示されている。
（ｃ）特許文献３には、粒内酸化物の厚さと個数を規定したワイヤが開示されている。
（ｄ）特許文献４には、粒状の内部酸化物を細かいピッチで析出させたワイヤが開示されている。
（ｅ）特許文献５、特許文献６、特許文献７には、金属炭酸塩、クエン酸塩、シュウ酸塩を塗布した後に焼鈍し、表層部に酸素を富化させる方法が開示されている。
【００１０】
【特許文献１】特公平４−５１２７４号
【特許文献２】特公平５−２１６７４号
【特許文献３】特許第２９２９５１５号
【特許文献４】特許第２９５０３９０号
【特許文献５】特許第２７２０９２５号
【特許文献６】特公平３−６０５９９号
【特許文献７】特開２０００−２８００８８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
而して、近時、溶接作業の高速化・複雑化・省人化に伴い、溶接作業の現場にも、自動機及び溶接ロボットが多数導入されており、ペールバックに収められた２００〜５００ｋｇ入りの大容量製品と組み合わせて、大電流で長時間の連続溶接を行うケースが増えている。
【００１２】
コンジットチューブの内面、送給ローラの周辺、及び溶接トーチ内部等、ワイヤ送給経路の清掃は、通常、溶接ワイヤの交換時に行うことが多く、使用中のワイヤを取り外して清掃を行うケースは極めて少ない。上述の大容量のペールパック製品を使用する場合、スプール巻きワイヤを使用する場合に比べて、送給経路の清掃頻度は著しく少なくなっている。ペールパック入りワイヤを使用する場合には、最低でも製品の単位重量である２００〜５００ｋｇものワイヤを送給する間、送給経路の清掃は実施されない。そのため、短時間溶接時の送給性には問題がないワイヤでも、大量のペールバック容器に収納して使用した場合、ワイヤがコンジットチューブの内面及びトーチ内部と摺動したときに、ワイヤ表面の銅メッキ粉が剥離して堆積し、ワイヤの送給が停止するという問題点がある。
【００１３】
前述の従来技術である（ａ）及び（ｂ）のワイヤでは、粒界酸化物を起点としたメッキの亀裂に多量の送給潤滑油を保持させており、コンジットチューブとワイヤとの摩擦抵抗が小さく、スプール巻ワイヤのような小容量製品を、短い清掃頻度で溶接する場合には優れた送給性を示す。しかし、大容量製品を使用する場合には、メッキ亀裂が起点となり、下地の鉄と共に容易に銅メッキが剥離するため、メッキ粉の堆積量の低減要求に応えることが困難であった。
【００１４】
一方、（ｃ）、（ｄ）の方法では、粒内酸化物で酸素を付加しており、積極的に亀裂を生成させたワイヤではなく、比較的メッキは剥離しにくいと考えられるが、高度な焼鈍条件制御が必要である。粒内酸化物の生成量が少ない場合には、スパッタ低減効果が不十分となる。粒内酸化物の量が過剰な場合には、伸線時又は屈曲した配置のコンジットチューブ内をワイヤが通過するときに、メッキ下地の粒内酸化物を起点として割れ、鉄下地と一緒に銅めっきが剥落する。したがって、炉内雰囲気ガスの酸素分圧などの条件を狭い範囲でコントロールする必要があり、生産性の低下及び雰囲気ガスコストの上昇など、経済性を損ねる可能性がある。
【００１５】
また、（ｅ）の方法では、粒内酸化物を形成するため、金属塩を塗布後に焼鈍することが特徴であるが、長時間溶接時のめっき粉剥離及び堆積を防止することはできない。
【００１６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、メッキ密着性を阻害せずに、ワイヤ表面にスパッタ低減に有効な形態の酸素を富化させることにより、スパッタ発生量、メッキ粉堆積量を低減することができ、溶接金属のクレータ割れを防止し、靭性を向上させることができるガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ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】
【００１７】
本発明に係るガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、Ｃ：０．０２乃至０．１５質量％、Ｓｉ：０．４０乃至１．１０質量％、Ｍｎ：０．８０乃至２．５０質量％、表面酸素量｛（表面酸素量）＝（全酸素量）−（原線酸素量）｝：２０乃至８０ｐｐｍを含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物からなり、内部酸化層の最大深さをｄ１、このｄ１からワイヤ周方向に９０°離れた位置の内部酸化層深さをｄ２としたとき、ワイヤ表面に形成された酸化層の深さの比Ａ＝ｄ２／ｄｌが、０．１５≦Ａ≦０．５０であることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係るソリッドワイヤにおいて、更に、Ｔｉ：０．０２乃至０．５０質量％、Ｃｒ：０．０５乃至０．５０質量％、及びＡｌ：０．０２乃至０．３０のいずれか１種以上を、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌの合計が１．０質量％以下となるように含有することもできる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、メッキ密着性を阻害せずに、ワイヤ表面にスパッタ低減に有効な形態の酸素を富化させることにより、スパッタ発生量、メッキ粉堆積量を低減することができ、溶接金属のクレータ割れを防止し、靭性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明者等は、ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤにおける前述の課題を解決するために、鋭意研究を行った結果、以下の事実を見出した。
【００２１】
通常、炭素鋼ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤの溶接アークは軸対称性を有し、ＣＯ２シールドで大電流溶接を行った場合には、激しく振動しながら溶滴が成長し、大粒の溶滴が不規則な周期で離脱を繰り返す。その過程で、一部の溶滴が飛散して大粒のスパッタとなる。
【００２２】
一方、内部酸化層の厚さをワイヤ周方向で変化させた場合、溶接アークの軸対称性が崩れ、非対称となるために、溶滴の振動状態が偏り、溶滴が大きく成長する前に、溶滴がワイヤ先端から離脱することを見出した。
【００２３】
この離脱した溶滴は、特定の頻度でスパッタとなるが、大きく成長する前に離脱するために、スパッタ発生量は低減される。このようなメカ二ズムにより、内部酸化層の厚さを周方向で変化させることによってメッキ粉の剥離を招くほどの多量の酸素を導入せずに、より少量の酸化物層の形成でスパッタ発生量を低減できる。本発明はこのような知見に基づいて完成されたものである。
【００２４】
即ち、本発明に係るガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、Ｃ：０．０２乃至０．１５質量％、Ｓｉ：０．４０乃至１．１０質量％、Ｍｎ：０．８０乃至２．５０質量％を含有し、更に表面酸素量を、（表面酸素量）＝（全酸素量）−（原線酸素量）と定義したとき、この表面酸素量を２０乃至８０ｐｐｍ含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物からなるものである。そして、以下のようにワイヤ表面の酸化層の深さを規定する。
【００２５】
図１は本発明のソリッドワイヤの横断面を示す。ワイヤ１の表面に内部酸化層２が形成されている。このとき、内部酸化層の最大深さをｄ１、このｄ１からワイヤ周方向に９０°離れた位置の内部酸化層深さをｄ２（ｄ２Ｒ、ｄ２Ｌ）としたとき、ワイヤ表面に形成された酸化層の深さの比Ａ＝ｄ２／ｄｌが、０．１５≦Ａ≦０．５０である。但し、ｄ１からワイヤ周方向に時計回りに９０°の位置の内部酸化層２の深さをｄ２Ｌ、反時計周りに９０°の位置の内部酸化層２の深さをｄ２Ｒとし、ｄ２はこのｄ２Ｌとｄ２Ｒの平均値により求める。
【００２６】
この本発明に係るソリッドワイヤにおいて、更に、Ｔｉ：０．０２乃至０．５０質量％、Ｃｒ：０．０５乃至０．５０質量％、及びＡｌ：０．０２乃至０．３０のいずれか１種以上を、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌの合計が１．０質量％以下となるように含有することもできる。
【００２７】
但し、粒内酸化物とは粒界酸化物及び粒内酸化物のことをいい、潤滑剤に混入させた酸化物又はＣｕメッキ中に導入した酸化物を意味するものではない。また、内部酸化物としては粒界酸化物よりも粒内酸化物の形で導入することが望ましい。
【００２８】
次に、本発明の組成及び各数値条件について説明する。
【００２９】
［０．１５≦Ａ≦０．５０］
溶接アークを非対称にして、溶滴の振動状態を変化させるには、Ａ値を０．１５以上とする必要がある。しかし、Ａが０．５０を超える場合には、内部酸化層の最大深さｄ１部分に形成される内部酸化物が、粒界酸化物主体となり、めっき粉の剥離量が増大する。よって、Ａは０．１５乃至０．５０にする。
【００３０】
［表面酸素量：２０乃至８０ｐｐｍ］
ワイヤ表面の酸素の存在は、溶滴の表面張力を下げ、溶滴の離脱性を向上させるため、スパッタ発生量の低減に有効である。しかし、表面酸素量が２０ｐｐｍ以下ではその作用が十分でなく、逆に表面酸素量が８０ｐｐｍを超えると、粒界酸化物の生成が増大して、めっきが剥離しやすくなる。
【００３１】
［Ｃ：０．０２乃至０．１５質量％］
ソリッドワイヤに含有されるＣが０．０２質量％未満の場合、内部酸化物に占める粒界酸化の比率が高まり、コンジットチューブ内へのメッキ粉の堆積量が増大する。また、Ｃが０．１５質量％を超える場合には、結晶粒が小さくなるために、内部酸化物の晶出間隔が短くなり、メッキ後の伸線加工で内部酸化物を起点とする割れが連結しやすくなる。このため、同様にメッキ粉堆積量が増大する。従って、Ｃは０．０２乃至０．１５質量％にする。
【００３２】
［Ｓｉ：０．４０乃至１．１０質量％］
Ｓｉは脱酸及び高靭性を得るために不可欠の元素で、Ｓｉが０．４０質量％未満の場合、溶融金属中の脱酸が不十分となり、逆にＳｉが１．１０質量％を超える場合にも、靭性が極端に低下する。このため、Ｓｉは０．４０乃至１．１０質量％とする。
【００３３】
［Ｍｎ：０．８０乃至２．５０質量％］
Ｍｎは脱酸と高温割れ防止を目的に添加する。Ｍｎが０．８０質量％未満では、酸素（０）及び硫黄（Ｓ）による高温割れを生じやすく、一方、Ｍｎが２．５質量％を超えると靱性と冷間加工性の劣化を招く。このため、Ｍｎは０．８０乃至２．５０質量％とする。
【００３４】
［好ましくは、Ｔｉ：０．０２乃至０．５０質量％、Ｃｒ：０．０５乃至０．５０質量％、Ａｌ：０．０２乃至０．３０質量のいずれか１種以上を、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌの合計で１．０質量％以下含有すること］
Ｔｉ、Ｃｒ、ＡｌはＦｅよりも酸素（Ｏ）との親和力が強い元素であり、これらの元素を特定量添加することにより、焼鈍時に内部酸化層を安定的に生成することができる。
【００３５】
Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌは夫々この範囲未満では内部酸化層の形成が不十分であり、スパッタを低減する効果が認められない。逆に、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌが上記範囲の上限を超えると、内部酸化が過剰に進行し、伸線加工及び溶接中に屈曲した配置のコンジットライナーを通過する際に、メッキ剥離が生じやすくなる。
【００３６】
本発明の溶接用ワイヤは、炭酸塩の付着状況を図３に示すようにすることが好ましい。即ち、アルカリ金属炭酸塩をワイヤに塗布した後、強制的に塗布層の厚さが不均一になるようにする。このための方法としては、（１）重力を利用する、（２）空気を利用する、（３）液体の性質を利用する、（４）これらの方法を組み合わせる等がある。
（１）の重力の利用については、図２において、ダウンコイラー１３にてワイヤをコイル状にし、コイルを水平状態でコンベアに載置した状態でアルカリ金属炭酸塩水溶液の浸漬槽１４に供給する。ワイヤは図３に示すように、重力によりワイヤ断面の下側が厚くなるように炭酸塩が付着する。
【００３７】
但し、このままでは、ワイヤへの炭酸塩水溶液の付着量が多すぎるので、液切りノズルよりワイヤにエアを吹き付けて、ある程度炭酸塩水溶液を除去する。その際、前記（２）のエアを利用し、エアをワイヤ断面に対して上方向から吹き付けることにより、ワイヤ断面上部の水溶液をより多く吹き飛ばすと共に、ワイヤ上部の水溶液をワイヤ下部に移動させることにより、円周方向における水溶液付着量をより不均一にすることができる。その場合、吹き付けるエアの圧力が高すぎると、ワイヤの上側だけでなく、下側の水溶液も吹き飛ばしてしまうので、吹き付けるエアの圧力が強すぎないように調整する必要がある。
【００３８】
また、エアの吹き付け力は、エアが噴出されるノズルの吹き出し口（スリット）のサイズにも影響されるので、吹き付け力が大きすぎる場合は、スリットサイズを大きくするように調整すれば良い。
【００３９】
（３）の液体の性質の利用については、炭酸塩水溶液中に増粘剤を添加する方法を採用することができる。ワイヤ表面に炭酸塩水溶液の付着量が少なすぎると、前記（１）、（２）の方法を用いても、ワイヤ円周方向の付着量を不均一に調整することが困難となる。付着量（絶対量）を増やすには、増粘剤の添加が有効である。
【００４０】
また、図２において、ワイヤは各線輪が水平の状態でコンベア上に載置されて搬送されるが、隣り合う線輪の間隔を狭くすることにより、隣り合う線輪に付着している炭酸塩水溶液が連結し、ワイヤ円周方向で付着量が不均一な状態となる。上記（１）乃至（３）を必要に応じて適宜組み合わせることにより、本発明のワイヤを製造することができる。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明の範囲に入る実施例と、本発明の範囲から外れる比較例とを比較して、本発明の効果について説明する。
【００４２】
先ず、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌが、下記表１及び表２に示す組成のＮｏ．Ａ〜ＡＡの試料を溶製し、押出加工、及び伸線加工の工程を経て、直径が２．４ｍｍのソリッドワイヤに仕上げた。次に、このソリッドワイヤに対し、アルカリ金属の炭酸塩を塗布した後に、熱処理を施した。
【００４３】
実施例のワイヤは、図２に示す装置により製造した。即ち、先ず、ソリッドワイヤをそのサプライスタンド１０から、引取機１２により引き出し、ダウンコイラー１３を経てアルカリ金属の炭酸塩水溶液の浸漬槽１４に供給する。この浸漬槽１４には、アルカリ金属の炭酸塩水溶液中にキサンタンガムなどの増粘剤を添加した液が貯留されており、ワイヤをこの液中に浸漬させる。その後、液切りノズル１５によりワイヤ表面の水溶液を除去し、ワイヤをループロ式焼鈍炉１６に通過させて焼鈍し、更に冷却帯１７を通過させて冷却し、巻取機１８により巻き取る。このとき、線輪のピッチ、液切りノズルに通じるエア圧、ノズルのスリットサイズなどを調整することによって、図３に示すように、アルカリ金属の炭酸塩２１の付着厚さをワイヤ２０の周方向で変化させた。
【００４４】
また、比較のために、図４に示すように、アルカリ金属の炭酸塩水溶液の浸漬槽１４と液切りノズル１５の間に縦型ダンサー１９を配置し、浸漬槽１４の炭酸塩水溶液中に界面活性剤を添加し、線輪のピッチ、液切りノズルに通じるエア圧、ノズルのスリットサイズなどを調整することによって、図５に示したように、炭酸塩２１の付着厚さが、ワイヤ周方向で均一となるようにした。
【００４５】
アルカリ金属炭酸塩は、焼鈍炉中で容易に分解し、アルカリ金属が鉄地中に拡散し、内部で酸素と結合するために内部酸化を助長する。このため、炭酸塩の付着状態を制御することによって焼鈍後の内部酸化層の厚さを周方向で変化させることが可能である。
【００４６】
アルカリ金属の供給源としては、他にアルカリ金属のシュウ酸塩、クエン酸塩、酒石酸塩、リン酸化合物、ハロゲン化物など、焼鈍雰囲気で容易に分解する化合物を用いることができる。
【００４７】
また、ワイヤ表面にアルカリ金属化合物を付着させる方法としては、伸線潤滑剤に混入させて中間伸線を行い、周方向に均一にアルカリ金属化合物を付着させた後に、研摩などで周方向の付着量を変化させても良い。
【００４８】
熱処理は、直径が２．４ｍｍのワイヤを、Ｎ２雰囲気のループロ式焼鈍炉で４５０〜８２０℃に、０．５時間加熱することにより、加熱処理を行った。
【００４９】
炉内には、内部酸化を起こさせるために、水蒸気を０．０１〜１．５質量％含むＮ２ガスを毎分５０〜１００リットル供給した。
【００５０】
図６は焼鈍後のワイヤ断面の一例を示す金属顕微鏡写真である。図６はワイヤ断面を研磨した後、エッチングせずに研磨面を５０００倍の倍率でＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）観察したものである。このように、本発明の実施例の場合は、ｄ１とｄ２とで内部酸化層の厚さが異なるのに対し、比較例の場合は、ｄ１とｄ２とで内部酸化層の厚さはほぼ同一である。
【００５１】
焼鈍後の線材に対して、酸洗及びＣｕメッキを行い、最後に仕上げ伸線を行い、直径が１．２ｍｍのソリッドワイヤを得た。
【００５２】
得られたワイヤのＣｕメッキの上に、Ｎｉ保護メッキを行った後に、研摩を施し、ワイヤ断面を電子顕微鏡にて観察し、内部酸化層厚さを計測した。内部酸化層の厚さの計測は、先ず、最深部ｄ１を測定した後、次いで周方向で時計回りに９０°離れた箇所を測定し、更にｄ１から反時計回りに９０°離れた箇所の酸化層厚さを測定する手順で実施し、２箇所のｄ２Ｒ及びｄ２Ｌ値の平均値としてｄ２を求め、更に、Ａ値を算出した。その結果を下記表５に示す。表５において、実施例１〜１４はワイヤ（素線）Ｎｏ．Ａ〜Ｎを使用し、実施例３５〜４１はワイヤ（素線）Ｎｏ．Ｕ〜ＡＡを使用した。比較例１５〜３４はワイヤ（素線）Ｎｏ．Ａ〜Ｔを使用した。
【００５３】
次に、作製したワイヤを用いて、ＣＯ２シールドにて、下記表３に示す条件で、図７に示す送給系配置を使用して溶接を行った。図７に示すように、ワイヤ送給装置３４から繰り出されたワイヤは、長さが６ｍのコンジットチューブ３１内を通過し、ローラ３２，３３により曲がり癖が矯正された後、トーチ３５に供給される。このトーチ３５により給電されたワイヤは、走行台車３０上の被溶接物に向けて供給され、アーク溶接が行われる。
【００５４】
このとき、スパッタ補集箱を用いて全スパッタを捕集し、単位時間あたりのスパッタ発生量を測定した。スパッタ発生量は、２．０ｍｇ／分以下を目標値とした。
【００５５】
メッキ粉堆積量の測定は次のような手順で行った。先ず、図７の配置の長さ６ｍのコンジットチューブ３１にワイヤを１００ｋｇ送給し、送給後のコンジットチューブ３１をアセトンで洗浄した。次に、この洗浄液を孔径１μｍのメンブレンフィルターでろ過して、残渣を十分に乾燥した後に、残渣が付着しフィルターの重量を測定し、ろ過前後のフィルターの重量変化より、メッキ粉の堆積量を得た。なお、コンジットチューブ３１の内面に詰った堆積物を導電性テープ上に展延し、Ｘ線マイクロアナライザー付の電子顕微鏡で観察したところ、いずれのワイヤにおいてもＦｅ下地と共に剥落したＣｕメッキ粉末が観察された。メッキ粉堆積量は、０．７５ｇ／ワイヤ１００ｋｇ以下を目標値とした。
【００５６】
また、下記表４に示す条件にて、溶着金属を作成し、ＪＩＳ Ｚ３１１１−１９８６に準じて衝撃試験を行った。その評価結果を下記表６に示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
【表２】
【００５９】
【表３】
【００６０】
【表４】
【００６１】
【表５】
【００６２】
【表６】
【００６３】
この表６から明らかなように、本発明の実施例１〜１４は、スパッタ発生量及びメッキ粉堆積量がいずれも目標値を満足しており、良好な衝撃値とクレータ割れの無い健全な溶接金属が得られている。また、本発明の実施例３５〜４１は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｌの含有量が好ましい範囲から若干外れているため、実施例１〜１４に比べてスパッタ発生量及びメッキ粉堆積量のいずれかが若干劣っているが、比較例１５〜３４よりも良好な値となっている。
【００６４】
これに対して、比較例１５及び１７では、表面酸素量が２０ｐｐｍ未満、比較例１８〜２３ではＡ値が０．１５未満であるために、スパッタ発生量が目標値を満足していない。
【００６５】
また、比較例１６及び１８では、表面酸素量が８０ｐｐｍを超えており、比較例２４〜２８ではＡ値が０．５０を超えているために、メッキ粉堆積量が目標値を満足していない。
【００６６】
また、素線のＳｉ，Ｍｎが特許請求の範囲を満足しない比較例３１，３２，及び３４では、十分な衝撃値が得られておらず、Ｍｎ添加量が少ない比較例３３ではクレータ割れが発生した。なお、素線のＣ量が下限値及び上限値から外れている比較例２９，３０はいずれもメッキ粉堆積量が目標値を大きく超えている。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施形態のソリッドワイヤの断面形状を模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施例のワイヤ製造装置を示す模式図である。
【図３】本発明の実施例のワイヤの炭酸塩の付着状態を示す図である。
【図４】本発明の比較例のワイヤ製造装置を示す模式図である。
【図５】本発明の比較例のワイヤの炭酸塩の付着状態を示す図である。
【図６】本発明の実施例・比較例の表面の内部酸化層を示す金属顕微鏡写真である。
【図７】溶接方法を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１ ワイヤ
２ 内部酸化層
１０ サプライスタンド
１２ 引取機
１３ ダウンコイラー
１４ 炭酸塩水溶液浸漬槽
１５ 油切りノズル
１６ 焼鈍炉
１７ 冷却帯
１８ 巻取機
１９ ダンサー
２０ ワイヤ
２１ 炭酸塩
３０ 台車
３１ コンジットチューブ
３４ 装置
３２，３３ ローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．０２乃至０．１５質量％、Ｓｉ：０．４０乃至１．１０質量％、Ｍｎ：０．８０乃至２．５０質量％、表面酸素量｛（表面酸素量）＝（全酸素量）−（原線酸素量）｝：２０乃至８０ｐｐｍを含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物からなり、内部酸化層の最大深さをｄ１、このｄ１からワイヤ周方向に９０°離れた位置の内部酸化層深さをｄ２としたとき、ワイヤ表面に形成された酸化層の深さの比Ａ＝ｄ２／ｄｌが、０．１５≦Ａ≦０．５０であることを特徴とするガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項２】
Ｔｉ：０．０２乃至０．５０質量％、Ｃｒ：０．０５乃至０．５０質量％、及びＡｌ：０．０２乃至０．３０のいずれか１種以上を、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌの合計が１．０質量％以下となるように含有することを特徴とする請求項１に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項１】
Ｃ：０．０２乃至０．１５質量％、Ｓｉ：０．４０乃至１．１０質量％、Ｍｎ：０．８０乃至２．５０質量％、表面酸素量｛（表面酸素量）＝（全酸素量）−（原線酸素量）｝：２０乃至８０ｐｐｍを含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物からなり、内部酸化層の最大深さをｄ１、このｄ１からワイヤ周方向に９０°離れた位置の内部酸化層深さをｄ２としたとき、ワイヤ表面に形成された酸化層の深さの比Ａ＝ｄ２／ｄｌが、０．１５≦Ａ≦０．５０であることを特徴とするガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項２】
Ｔｉ：０．０２乃至０．５０質量％、Ｃｒ：０．０５乃至０．５０質量％、及びＡｌ：０．０２乃至０．３０のいずれか１種以上を、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌの合計が１．０質量％以下となるように含有することを特徴とする請求項１に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１０５０５７（Ｐ２００８−１０５０５７Ａ）
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２９０５６８（Ｐ２００６−２９０５６８）
【出願日】平成１８年１０月２５日（２００６．１０．２５）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月２５日（２００６．１０．２５）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
[ Back to top ]