ガスシールドアーク溶接用ワイヤ
【課題】 長尺のライナを使用し、かつ屈曲箇所の多い場合においても短時間から長時間の溶接に至るまで良好なワイヤ送給性およびアークが安定した溶接を行うことができるガスシールドアーク溶接用ワイヤを提供する。
【解決手段】 ガスシールドアーク溶接用ワイヤ表面長手方向に不連続な長溝をワイヤ円周方向に複数有し、該長溝に二硫化モリブデンがワイヤ１０ｋｇ当り０．００５〜０．２０ｇ固着されており、さらに油脂またはエステルの１種以上の基油に硫黄含有量が５〜２０質量％の硫化油脂、硫化エステル、硫化脂肪酸または硫化オレフィンの１種または２種以上を１１〜８０質量％含有し、その他不可避不純物からなる送給潤滑剤がワイヤ１０ｋｇ当たり０．５〜３．０ｇ付着していることを特徴とする。
【解決手段】 ガスシールドアーク溶接用ワイヤ表面長手方向に不連続な長溝をワイヤ円周方向に複数有し、該長溝に二硫化モリブデンがワイヤ１０ｋｇ当り０．００５〜０．２０ｇ固着されており、さらに油脂またはエステルの１種以上の基油に硫黄含有量が５〜２０質量％の硫化油脂、硫化エステル、硫化脂肪酸または硫化オレフィンの１種または２種以上を１１〜８０質量％含有し、その他不可避不純物からなる送給潤滑剤がワイヤ１０ｋｇ当たり０．５〜３．０ｇ付着していることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤ送給性およびアーク安定性に優れた全自動および半自動溶接用のガスシールドアーク溶接用ワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にガスシールドアーク溶接には、細径（０．８〜１．６ｍｍ）の溶接用ワイヤが使用される。ガスシールドアーク溶接用ワイヤはスプールに巻かれた、あるいはペールパックに装填された形態で溶接に供せられる。このガスシールドアーク溶接用ワイヤの使用に際しては、送給機の送給ローラによりスプールあるいはペールパックからワイヤを引き出すとともに後続するコンジットケーブルに内包されたコンジットライナ（以下、ライナという。）内に押し込み、このライナを経由して、コンジットケーブル先端に取り付けられた溶接トーチ内の給電チップまで送給する方式が採用されている。ワイヤはこの給電チップと被溶接材間で電圧を印加されてアーク溶接が行われる。
【０００３】
ここで使用されるライナは鋼線をスパイラル状にして形成したフレキシブルなガイド管であり、その長さは通常３〜６ｍ程度であるが広域の溶接を行う場合には１０〜２０ｍの長尺なものとなり、溶接個所までの距離に合わせて選択使用される。この方式によれば、造船現場等の溶接個所が狭隘な、あるいは高低差がある場所でも、コンジットケーブル（ライナ）を沿わすことにより比較的容易に溶接が行える利点がある。
【０００４】
ところが、使用時に次のような問題が生じることがあり、その解決を求められている。安定した溶接を行うためには、ガスシールドアーク溶接用ワイヤを決められた一定の速度で溶接部に供給すること、つまりワイヤ送給性が良好であることが必要となる。ワイヤは送給ローラの送給力によってライナ内に押し込まれ、一方、ライナ内面からは接触摩擦による送給抵抗を受ける。このとき、ライナが直線状態に近い比較的優しい使用環境化の場合には、送給抵抗はそれほど大きくならず、ワイヤ送給性に問題は生じないが屈曲個所が多く、屈曲半径（曲率半径）が小さく、あるいはライナが長尺化した場合等の過酷な使用環境下の場合には、送給抵抗が増加し送給力とのバランスが崩れ、ワイヤ送給性が悪化する。
【０００５】
ガスシールドアーク溶接用ワイヤの送給性を向上させる方法としては、ワイヤ表面に滑り性が良好な潤滑剤を塗布することが重要である。その潤滑剤として、特開平７−９７５８３号公報（特許文献１）および特開平８−１５５６７１号公報（特許文献２）に記載されているように炭化水素系鉱物油、動物油および植物油をワイヤ表面に塗布してワイヤ送給性を向上した技術の開示がある。しかし、これらの潤滑油を塗布したワイヤでは、長尺のライナを使用し屈曲箇所の多い場合の溶接においては送給抵抗が大きく、ワイヤ送給性が不良でアークが非常に不安定であった。
【０００６】
また、特開２００４−３４１３１号公報（特許文献３）には、植物油、動物油、鉱物油および合成油からなる群から選択された１種以上で構成される基油に、ＭｏＳ2、ＷＳ2、黒鉛、ＰＴＦＥの単体あるいは１種以上の混合物を主成分とする固体潤滑剤を複合させた送給潤滑剤をワイヤ長手および周方向に均一塗布したガスシールドアーク溶接用ワイヤが、特開２００３−２２５７９４号公報（特許文献４）には、ワイヤ表面下層部にＭｏＳ2、ＢＮ、ワックス、Ｋ化合物および銅粉を有し、上層部に脂肪酸エステルおよび／または潤滑剤を有するガスシールドアーク溶接用ワイヤが開示されている。
【０００７】
これら固体潤滑剤を含む溶接用ワイヤは、特にライナ内入口側でのライナとの接触によりワイヤ表面から脱落しやすく、長尺のライナの場合溶接トーチ近傍においてワイヤ表面の潤滑剤付着量が少なくなって送給抵抗が大きくなる。さらに脱落した固体潤滑剤、ライナとの摩擦によって削られた銅めっき粉、Ｆｅ粉およびワイヤとの摩擦によって削られたライナ表面のＺｎ粉、Ｆｅ粉などがライナ内で堆積するため、長期間溶接すると徐々にワイヤ送給性が劣化し、アークが不安定になるという問題もある。
【０００８】
一方、ワイヤ表面に銅めっきが施されていないワイヤは、上記のめっき剥離の問題とともに、ワイヤ製造時に工程を省略できること、およびめっき廃液の取扱が不要になるなどの利点から従来から種々の研究がされ実用化されている。例えば、特開平１１−１４７１９５号公報（特許文献５）には、ワイヤ表面に環状構造を有する炭化水素化合物を存在させて、潤滑物質の剥離を抑制して良好なワイヤ送給性を得るというめっきなし鋼ワイヤが開示されている。さらに、特開２００５−１６９４１５号公報（特許文献６）には、高級脂肪酸、アルカリ石鹸、金属石鹸、ＭｏＳ2、黒鉛、ＢＮ、フッ化物、タルクおよびマイカのうちの１種以上からなる固形潤滑剤皮膜と、その外周に脂肪酸エステルおよび潤滑油の１種以上の液体潤滑油を塗布し、スパッタ発生量の抑制とワイヤ送給性に優れためっきなし鋼ワイヤが開示されている。
【０００９】
しかし、ワイヤ表面に潤滑剤を塗布しためっきなし鋼ワイヤは、特にライナ内入口側でのライナとの接触により潤滑剤がワイヤ表面から脱落しやすく、長尺のライナの場合溶接トーチ近傍においてワイヤ表面の潤滑剤付着量が少なくなって送給抵抗が大きくなる。さらに脱落した潤滑剤、ライナとの摩擦によって削られたＦｅ粉およびワイヤとの摩擦によって削られたライナ表面のＺｎ粉、Ｆｅ粉などがライナ内で堆積するため、長期間溶接すると徐々にワイヤ送給性が劣化し、アークが不安定になる。さらに、チップも摩擦によって摩耗して、アークが不安定になるという問題が生じて満足できるものではない。
【００１０】
上記ワイヤ送給性の向上は、特に半自動で全姿勢溶接において溶接作業性が優れ高能率な溶接が可能なめっき有りおよびめっきなしのフラックス入りワイヤにおいて改善を強く要求されている。
【特許文献１】特開平７−９７５８３号公報
【特許文献２】特開平８−１５５６７１号公報
【特許文献３】特開２００４−３４１３１号公報
【特許文献４】特開２００３−２２５７９４号公報
【特許文献５】特開平１１−１４７１９５号公報
【特許文献６】特開２００５−１６９４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、長尺のライナを使用し、かつ屈曲箇所の多い場合においても短時間から長時間の溶接に至るまでワイヤ送給性が良好でチップ摩耗が少なく、アークが安定した溶接を行うことができる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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の要旨とするところは、ガスシールドアーク溶接用ワイヤ表面長手方向に不連続な長溝をワイヤ円周方向に複数有し、該長溝に二硫化モリブデンがワイヤ１０ｋｇ当り０．００５〜０．２０ｇ固着されており、さらに油脂またはエステルの１種以上の基油に硫黄含有量が５〜２０質量％の硫化油脂、硫化エステル、硫化脂肪酸または硫化オレフィンの１種または２種以上を１１〜８０質量％含有し、その他不可避不純物からなる送給潤滑剤がワイヤ１０ｋｇ当たり０．５〜３．０ｇ付着していることを特徴とする。
【００１３】
また、送給潤滑剤に二硫化モリブデンを８〜３０質量％、油溶性高分子化合物の1種以上を５〜１５質量％含むことを特徴とする。さらに、送給潤滑剤にリン酸エステル、アルキルホスホン酸誘導体またはレシチンの１種または２種以上を１〜１０質量％含むことも特徴とするガスシールドアーク溶接用ワイヤにある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のガスシールドアーク溶接用ワイヤによれば、長尺のライナを使用し、かつ屈曲箇所の多い場合の溶接においても給電チップでの通電が安定し、さらに短時間から長時間に至る溶接でも良好なワイヤ送給性およびアークが安定した溶接が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明者らは、前記課題を解決するためにガスシールドアーク溶接用ワイヤ表面状態および塗布する送給潤滑剤について種々検討した。その結果、ワイヤ表面長手方向に不連続な長溝をワイヤ円周方向に複数有する長溝に二硫化モリブデンを固着させ、その上部に油脂またはエステルの１種以上の基油に硫黄を適量含んだ硫化油脂、硫化エステル、硫化脂肪酸または硫化オレフィンの１種以上の送給潤滑剤を塗布することにより、ライナの長さおよび屈曲に関係なく、短時間から長時間に至る溶接においても良好なワイヤ送給性およびアークが安定した溶接ができることを見出した。
【００１６】
また、前記送給潤滑剤に二硫化モリブデンおよび油溶性高分子化合物、さらにリン酸エステル、アルキルホスホン酸誘導体またはレシチンの1種以上を適量含んだ送給潤滑剤を塗布することにより、さらに良好なワイヤ送給性およびアーク安定性を発揮できることも見出した。以下、本発明の内容を詳細に説明する。
【００１７】
図１に、本発明のガスシールドアーク溶接用ワイヤ表面の模式図を示す。ワイヤ表面１長手方向２に不連続な長溝３をワイヤ円周方向４に複数有している。図２および図３に、図１のＡ−Ａ断面図を模式的に示す。長溝３の溝内には二硫化モリブデンが固着されているので長尺のライナを用いて長時間溶接してもワイヤ表面１がコンジットライナと接触して送給潤滑剤５の皮膜が削り取られても長溝３内に固着された二硫化モリブデンが摩擦抵抗を下げてワイヤ送給抵抗が増加することはない。また、めっきなしワイヤにおいてもチップ摩耗が極めて少なくなる。なお、図中６はめっき層または鋼素地、７は送給潤滑剤の二硫化モリブデンを示す。
【００１８】
長溝内の二硫化モリブデン固着量がワイヤ１０ｋｇ当り０．０００５ｇ（以下、ｇ／ワ１０ｋｇＷという。）未満であると、長尺のライナを使用した場合摩擦抵抗が大きくなり、十分なワイヤ送給性改善効果が得られない。また、めっきなしワイヤの場合はチップ摩耗量が大きくなってアークが不安定となる。一方、長溝内の二硫化モリブデン固着量が０．２０ｇ／１０ｋｇＷを超えると、ワイヤ送給ローラ部でワイヤがスリップしてワイヤの送給が困難となる。
【００１９】
ワイヤ表面の送給潤滑剤は、油脂またはエステルの１種以上の基油に硫黄含有量が５〜２０質量％の硫化油脂、硫化エステル、硫化脂肪酸または硫化オレフィンの１種または２種以上を含有させて塗布することにより、これらの硫黄成分がワイヤ表面に化学吸着して潤滑膜を形成する。化学吸着した潤滑膜は、ワイヤ表面との化学結合で形成されており、ファンデルワールス力で形成される動植物油および鉱物油での物理吸着よりも結合力が強く、特に長時間溶接した場合のライナが高温になるほど結合力が強くなってワイヤ表面とライナとの摩擦係数を低くしてワイヤ送給性が良好となる。
【００２０】
硫化油脂、硫化エステル、硫化脂肪酸または硫化オレフィンの硫黄含有量が５質量％未満の場合、送給潤滑剤のワイヤ表面への吸着力が弱く送給抵抗の増加抑制効果が認められず、ワイヤ送給性改善は望めない。一方、２０質量％を超えると、めっき有りワイヤの場合ワイヤ表面の銅めっきと硫黄が反応して硫化銅を生成してワイヤ表面が変色すると共にチップ部での通電性が不良となってアークが不安定になる。また、めっきなしワイヤの場合ワイヤ表面の鉄素地と硫黄が反応して硫化鉄を生成してワイヤ表面が変色すると共にチップ部での通電性が不良となってアークが不安定になる。さらに、溶接金属に硫黄が歩留り高温割れ性や衝撃靭性を劣化させる。
【００２１】
また、硫化油脂、硫化エステル、硫化脂肪酸または硫化オレフィンの1種または2種以上の前記基油への含有量が１５質量％未満の場合、ライナとワイヤ間での摩擦係数が高くなり、送給抵抗が増大してワイヤ送給性が不良となる。一方、８０質量％超では、めっき有りワイヤの場合ワイヤ表面の銅めっきと硫黄が反応して硫化銅を生成してワイヤ表面が変色すると共にチップ部での通電性が不良となってアークが不安定になる。また、めっきなしワイヤの場合ワイヤ表面の鉄素地と硫黄が反応して硫化鉄を生成してワイヤ表面が変色すると共にチップ部での通電性が不良となってアークが不安定になる。さらに、長時間溶接ではライナ内に送給潤滑剤が堆積されてワイヤ送給性が不良となる。
【００２２】
ワイヤ表面の送給潤滑剤付着量は、０．５〜３．０ｇ／１０ｋｇＷとする。ワイヤ表面の送給潤滑剤付着量が０．５ｇ／１０ｋｇＷ未満では、潤滑性能不足によりワイヤ表面とライナとの摩擦係数が増大し、送給抵抗の増加抑制効果は期待できずワイヤ送給性が不良となる。一方、３．０ｇ／１０ｋｇWを超えると、過剰付着により送給ローラがスリップするため、ワイヤの安定送給が困難となる。また、長時間の溶接ではライナ内に送給潤滑剤が堆積しワイヤ送給性が不良となる。さらに、潤滑油成分は、Ｃ−Ｈ結合で構成されているため、溶接時に多量の水素が混入し、溶接金属部にピットやブローホールが生じやすくなる。
【００２３】
また、送給潤滑剤に含有させる二硫化モリブデンは、ライナとの摩擦抵抗を小さくしてワイヤ送給性を良好にする。また、ライナとの接触によって少しずつ脱落した二硫化モリブデンは、長時間溶接によってライナ内に堆積されるが、堆積した二硫化モリブデンはライナとワイヤとの摩擦抵抗をさらに小さくする。したがって、長時間溶接する場合においてもワイヤ送給性が良好で、安定した溶接が可能となる。送給潤滑剤中の二硫化モリブデンが８質量％未満であると、特に長時間溶接した場合にワイヤ送給性が不良となる。一方、二硫化モリブデンが３０質量％を超えると、ワイヤ送給ローラ部でワイヤがスリップしてワイヤの送給が困難となる。
【００２４】
送給潤滑剤の油溶性高分子化合物の１種以上は、前記二硫化モリブデンをワイヤ表面に均一に分散させるとともにワイヤ表面に二硫化モリブデンを強固に付着させる作用がありライナ内への脱落を防止する。油溶性高分子化合物としてはポリブテン、ポリイソブチレン、ポリアクリル酸エステル、ポリメタアクリレート、ポリアクリル酸、マレイン化ポリブテン、ポリエチレン及びポリプロピレン等の平均分子量が６００から５０万の高分子化合物が挙げられる。
【００２５】
油溶性高分子化合物の１種以上が５質量％未満であると、二硫化モリブデンを均一に分散できず、部分的にワイヤ送給抵抗が大きくなったり、送給ローラ部でワイヤがスリップする。また、長時間溶接ではライナ内に送給潤滑剤が堆積されてワイヤ送給性が不良となる。一方、油溶性高分子化合物の１種以上が１５質量％を超えると、チップ部での通電性が不良となってアークが不安定になる。
【００２６】
さらに、送給潤滑剤のリン酸エステル、アルキルホスホン酸誘導体またはレシチンの１種または２種以上は、各潤滑成分を均一に分散させてワイヤ表面に均一に塗布するとともに、潤滑剤の通電性を向上させる。リン酸エステル、アルキルホスホン酸誘導体またはレシチンの１種または２種以上が１質量％未満では、各潤滑成分がワイヤ表面で偏析しやすくなり、ワイヤ送給性が安定しない部分が生じる。一方、１０質量％を超えるとスパッタ発生量が多くなり溶接作業性が劣化する。
【００２７】
本発明で用いられる基油は、油脂とエステルとする。ここで油脂とは牛脂、ラード、パーム油、ヤシ油、ナタネ油または大豆油等をいう。エステルは、脂肪酸とアルコールから合成されるエステルであり、脂肪酸としては炭素数１２〜３６の一塩基酸または二塩基酸であり、アルコールとしては炭素数１〜１８の一価または多価アルコールが挙げられる。具体例としてはパルミチン酸エチルヘキシルエステル、オレイン酸ブチルエステル、イソステアリン酸ブチルカルビトールエステル、ベヘニン酸ラウリルエステル、ネオペンチルグリコールオレイン酸エステル、トリメチロールプロパンイソステアリン酸エステル、ペンタエリスリトールオレイン酸エステル、トリメチロールプロパンダイマー酸エステル等をいう。前記油脂またはエステルの1種以上の基油は、ワイヤ表面との物理吸着により潤滑膜を形成する。
【００２８】
本発明のガスシールドアーク溶接用ワイヤの製造方法は、ワイヤ表面に銅めっきを施した、または銅めっきなしのワイヤ径２〜４ｍｍの素線表面に二硫化モリブデンまたはキャリア材を含むに二硫化モリブデンを付着させローラダイスまたは孔ダイスで製品径まで伸線して、ワイヤ表面長手方向に不連続な長溝をワイヤ円周方向に複数設けて長溝内に二硫化モリブデンを固着させる。次いで送給潤滑剤を塗布して製品とする。長溝の大きさおよび長溝内の二硫化モリブデンの固着量は、ワイヤ素線径、二硫化モリブデンの粒径および縮径量などを変えて調整する。
【００２９】
なお、二硫化モリブデンの固着量の測定は、ワイヤ表面をトルエンまたはヘキサンで洗浄した後、銅めっき有りワイヤはアンモニア水に過硫酸アンモニア水を加えた溶液でワイヤ表面の銅めっきを溶解してその溶液中の二硫化モリブデンを分析し、めっきなしワイヤは塩酸水溶液でワイヤ表面を溶解してその溶液中の二硫化モリブデンを分析して求める。
【００３０】
本発明の対象とするガスシールドアーク溶接用ワイヤは、図４（ａ）、（ｂ）に示すように鋼製外皮８内にフラックス９を充填し、合せ目１０を有する断面構造のシームタイプのめっきなしフラックス入りワイヤ、図４（ｃ）に示す断面構造のシームレスタイプのめっきなしおよび銅めっき有りのフラックス入りワイヤおよびめっきなしおよび銅めっき有りのソリッドワイヤを対象とする。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。
図４の（ａ）のシームタイプ（めっきなし）と図４の（ｃ）のシームレスタイプ（めっき有りおよびめっきなし）のフラックス入りワイヤ（ＪＩＳ Ｚ ３３１３ ＹＦＷ−Ｃ５０ＤＲ）およびソリッドワイヤ（ＪＩＳ Ｚ ３３１２ ＹＧＷ１２）の銅めっき有りおよびめっきなし素線（３〜４ｍｍ径）に各種粒径（３０μｍ以下）の二硫化モリブデン単体または二硫化モリブデンに無機化合物のキャリア材を混合したものをワイヤ素線に付着させて伸線してワイヤ表面長手方向に不連続な長溝を付して二硫化モリブデンを固着したのちに各種送給潤滑剤を塗布して表１に示すワイヤ径１．４ｍｍのスプール巻きワイヤとした。なお、送給潤滑剤の基油のエステルは表２に示すものを用いた。また、硫化油脂、硫化エステル、硫化脂肪酸または硫化オレフィンの１種または２種以上は、表３に示すものを用いた。また、各試作ワイヤの送給潤滑剤の付着量は温トルエン抽出法により測定した。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
【表３】
各試作ワイヤを１５０℃の恒温炉に６０日間保管して、ワイヤ表面状態を観察した後ワイヤ送給性および溶接後のライナ内への潤滑剤、他の堆積量を調べた。
【００３５】
ワイヤ送給性評価試験は、図５に示す装置を用いて行った。図５において送給機１１にセットされたスプール巻きワイヤ１２は、送給ローラ１３により引き出され、コンジットケーブル１４に内包したライナを経てその先端のトーチ１５まで送給される。そして給電チップと鋼板１７の間でビードオンプレート溶接を行う。コンジットケーブル１４は６ｍ長で、ワイヤに送給抵抗を与えるために、トーチ手元のコンジットケーブル屈曲をＳ字にした。また、１５０ｍｍ径のループを２つ形成した屈曲部１６を設けた。送給機には送給ローラの周速度Ｖｒ（＝設定ワイヤ速度）の検出器、ワイヤの実速度（Ｖｗ）検出器１８を備えている。送給性評価指標のスリップ率ＳＬはＳＬ＝（Ｖｒ−Ｖｗ）／Ｖｒ×１００％で表される。また、送給ローラ部に設けられたロードセル１９により送給時にワイヤがライナから受ける反力を送給抵抗Rとして検出した。
【００３６】
短時間送給性試験は、表４に示す溶接条件で２分間溶接して送給抵抗Ｒとスリップ率ＳＬを測定し、平均値を求めた。送給抵抗Ｒが４ｋｇｆ以下、スリップ率ＳＬが２％以下の場合に送給性良好と判定した。また、通電不良による瞬間的な送給抵抗Ｒおよびスリップ率ＳＬの最大値を測定し、送給抵抗Ｒ：５ｋｇｆ以下、スリップ率ＳＬ：３％以下を送給性良好と判定した。
【００３７】
【表４】
長時間溶接試験は、表４に示す溶接条件で図５に示すコンジットケーブルの手元Ｓ字屈曲と１５０ｍｍ径のループ１つの屈曲条件として、１０分溶接後５分休憩を１０回繰り返し合計１００分溶接し、１０分毎の送給抵抗Ｒとスリップ率ＳＬを測定し、平均値を求めた。各溶接時間で送給抵抗Ｒが５ｋｇｆ以下、スリップ率ＳＬが３％以下の場合に送給性良好と判定した。
【００３８】
また、１００分間溶接後のライナ内の堆積量を調査した。堆積量は、ライナを５０ｃｍ間隔で切断し、温トルエン抽出法により全ての堆積物の重量を測定した。堆積量がライナ長さ１００ｃｍ当たり５０ｍｇ以下を良好と判定した。アークの安定性は、アーク状態を観察して評価した。スパッタ発生状態の評価は、小粒で少ないものを○、小粒または大粒で多いものを×として評価した。また、チップの摩耗量は、試験毎に新しい市販のチップ（内径１．５ｍｍ）を用いて、長期溶接試験終了後最も摩耗量の多い箇所の内径を測定した。チップ摩耗量の評価は、摩耗量が０．１ｍｍ以下を良好と評価した。それらの結果を表５にまとめて示す。
【００３９】
【表５】
表１および表５中、ワイヤＮｏ．１〜１０が本発明例、ワイヤＮｏ．１１〜２０は比較例である。
【００４０】
本発明例であるワイヤＮｏ．１〜１０は、ワイヤ表面長手方向の不連続な長溝に二硫化モリブデンを適量固着し、送給潤滑剤の油脂またはエステルの基油に硫黄含有量が適量な硫化油脂、硫化エステル、硫化脂肪酸または硫化オレフィンの１種または２種以上を適量含む送給潤滑剤が適量塗布されているので、ワイヤ表面の変色がなく短時間溶接試験および長時間溶接試験とも送給抵抗Ｒおよびスリップ率ＳＬが低くアークが安定し、ライナ内の堆積量も少ないなど極めて満足な結果であった。
【００４１】
なお、ワイヤＮｏ．１、６およびＮｏ．１０は、送給潤滑剤に二硫化モリブデン、ポリブテンまたはポリメタアクリレートの油溶性高分子化合物１種以上を含有せず、さらにリン酸エステル、アルキルホスホン酸誘導体またはレシチンの１種または２種以上も含んでいないので、短時間溶接試験および長時間溶接試験とも送給抵抗Ｒおよびスリップ率ＳＬがやや高くなったがワイヤ送給性は良好であった。また、試験Ｎｏ．３およびＮｏ．７は、送給潤滑剤にリン酸エステル、アルキルホスホン酸誘導体またはレシチンの１種または２種以上を含んでいないので、短時間溶接試験および長時間溶接試験とも送給抵抗Ｒがやや高くなったがワイヤ送給性は良好であった。
【００４２】
比較例中ワイヤＮｏ．１１は、ワイヤ表面長手方向の不連続な長溝がなく二硫化モリブデンが固着されていないので、短時間溶接試験および長時間溶接試験とも送給抵抗Ｒが高くアークが不安定であった。また、長時間溶接試験においてチップ摩耗量が大きくアークが非常に不安定でスパッタ発生用も多かった。試験Ｎｏ．１２は、ワイヤ表面長手方向の不連続な長溝に二硫化モリブデンが多く固着されているので、短時間溶接試験および長時間溶接試験ともスリップ率ＳＬが高くアークが不安定であった。
【００４３】
ワイヤＮｏ．１３は、送給潤滑剤中の硫化エステルの硫黄含有量が少ないので、短時間溶接試験および長時間溶接試験とも送給抵抗Ｒが高くなった。また、送給潤滑剤の二硫化モリブデンが多いので短時間溶接試験および長時間溶接試験ともスリップ率ＳＬが高くアークが不安定であった。ワイヤＮｏ．１４は、送給潤滑剤中の硫化油脂と硫化オレフィンの硫黄含有量が多いので、ワイヤ表面が変色し、チップ部での通電性が不良となってアークがやや不安定であった。また、送給潤滑剤の二硫化モリブデンが少ないので、長時間溶接試験では送給抵抗Ｒが高くアークが不安定であった。
【００４４】
ワイヤＮｏ．１５は、送給潤滑剤中の硫化脂肪酸が少ないので、短時間溶接試験および長時間溶接試験とも送給抵抗Ｒが高くアークが不安定であった。また、送給潤滑剤に油溶性高分子化合物を含まないので、短期溶接試験ではスリップ率ＳＬの最高値が高く、長期溶接試験ではライナ内の堆積量が多くなって送給抵抗Ｒが高くアークが非常に不安定でスパッタ発生量も多かった。
【００４５】
ワイヤＮｏ．１６は、送給潤滑剤中の硫化脂肪酸が多いので、ワイヤ表面が変色し、特に短期溶接試験ではチップ部での通電性が不良になるとともに送給抵抗Ｒの最高値が高くなってアークがやや不安定であった。また、長時間溶接試験ではライナ内の堆積量が多くなって送給抵抗Ｒが高くアークが不安定であった。ワイヤＮｏ．１７は、ワイヤ表面の送給潤滑剤量が少ないので、短時間溶接試験および長時間溶接試験とも送給抵抗Ｒが高くアークが不安定であった。また、送給潤滑剤のリン酸エステル、アルキルホスホン酸誘導体およびレシチンの合計量が多いので、スパッタ発生量が多かった。
【００４６】
ワイヤＮｏ．１８は、ワイヤ表面の送給潤滑剤量が多いので、短時間溶接試験および長時間溶接試験ともスリップ率ＳＬが高く、短期溶接試験ではアークがやや不安定であった。また、長期溶接試験ではライナ内の堆積量が多くなって送給抵抗Ｒが高くアークが不安定であった。ワイヤＮｏ．１９は、ワイヤ表面長手方向の不連続な長溝に二硫化モリブデンが多く固着されているので、短時間溶接試験および長時間溶接試験ともスリップ率ＳＬが高く、また、送給潤滑剤のポリブテンおよびポリメタアクリレートの合計量が多いのでアークが不安定であった。
【００４７】
ワイヤＮｏ．２０は、送給潤滑剤中の硫化油脂と硫化オレフィンの硫黄含有量が多いので、ワイヤ表面が変色し、チップ部での通電性が不良で、また、リン酸エステル、アルキルホスホン酸誘導体およびレシチンを含んでいないので短期溶接試験では送給抵抗Ｒおよびスリップ率ＳＬの最高値が高く、長期溶接試験では送給抵抗Ｒおよびスリップ率ＳＬともにやや高くアークが不安定であった。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明のガスシールドアーク溶接用ワイヤ表面の模式図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】フラックス入りワイヤの断面構造例を示した模式図である。
【図５】本発明の実施例におけるワイヤ送給試験の装置を示す図面である。
【符号の説明】
【００４９】
１ ワイヤ表面
２ ワイヤ長手方向
３ 長溝
４ ワイヤ円周方向
５ 送給潤滑剤
６ めっき層または鋼素地
７ 送給潤滑剤の二硫化モリブデン
８ 鋼製外皮
９ フラックス
１０ 合せ目
１１ 送給機
１２ スプール巻きワイヤ
１３ 送給ローラ
１４ コンジットケーブル
１５ トーチ
１６ コンジットケーブル屈曲部
１７ 鋼板
１８ ワイヤ実速度検出器
１９ ロードセル
特許出願人 日鐵住金溶接工業株式会社 他１名
代理人 弁理士 椎 名 彊 他１
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤ送給性およびアーク安定性に優れた全自動および半自動溶接用のガスシールドアーク溶接用ワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にガスシールドアーク溶接には、細径（０．８〜１．６ｍｍ）の溶接用ワイヤが使用される。ガスシールドアーク溶接用ワイヤはスプールに巻かれた、あるいはペールパックに装填された形態で溶接に供せられる。このガスシールドアーク溶接用ワイヤの使用に際しては、送給機の送給ローラによりスプールあるいはペールパックからワイヤを引き出すとともに後続するコンジットケーブルに内包されたコンジットライナ（以下、ライナという。）内に押し込み、このライナを経由して、コンジットケーブル先端に取り付けられた溶接トーチ内の給電チップまで送給する方式が採用されている。ワイヤはこの給電チップと被溶接材間で電圧を印加されてアーク溶接が行われる。
【０００３】
ここで使用されるライナは鋼線をスパイラル状にして形成したフレキシブルなガイド管であり、その長さは通常３〜６ｍ程度であるが広域の溶接を行う場合には１０〜２０ｍの長尺なものとなり、溶接個所までの距離に合わせて選択使用される。この方式によれば、造船現場等の溶接個所が狭隘な、あるいは高低差がある場所でも、コンジットケーブル（ライナ）を沿わすことにより比較的容易に溶接が行える利点がある。
【０００４】
ところが、使用時に次のような問題が生じることがあり、その解決を求められている。安定した溶接を行うためには、ガスシールドアーク溶接用ワイヤを決められた一定の速度で溶接部に供給すること、つまりワイヤ送給性が良好であることが必要となる。ワイヤは送給ローラの送給力によってライナ内に押し込まれ、一方、ライナ内面からは接触摩擦による送給抵抗を受ける。このとき、ライナが直線状態に近い比較的優しい使用環境化の場合には、送給抵抗はそれほど大きくならず、ワイヤ送給性に問題は生じないが屈曲個所が多く、屈曲半径（曲率半径）が小さく、あるいはライナが長尺化した場合等の過酷な使用環境下の場合には、送給抵抗が増加し送給力とのバランスが崩れ、ワイヤ送給性が悪化する。
【０００５】
ガスシールドアーク溶接用ワイヤの送給性を向上させる方法としては、ワイヤ表面に滑り性が良好な潤滑剤を塗布することが重要である。その潤滑剤として、特開平７−９７５８３号公報（特許文献１）および特開平８−１５５６７１号公報（特許文献２）に記載されているように炭化水素系鉱物油、動物油および植物油をワイヤ表面に塗布してワイヤ送給性を向上した技術の開示がある。しかし、これらの潤滑油を塗布したワイヤでは、長尺のライナを使用し屈曲箇所の多い場合の溶接においては送給抵抗が大きく、ワイヤ送給性が不良でアークが非常に不安定であった。
【０００６】
また、特開２００４−３４１３１号公報（特許文献３）には、植物油、動物油、鉱物油および合成油からなる群から選択された１種以上で構成される基油に、ＭｏＳ2、ＷＳ2、黒鉛、ＰＴＦＥの単体あるいは１種以上の混合物を主成分とする固体潤滑剤を複合させた送給潤滑剤をワイヤ長手および周方向に均一塗布したガスシールドアーク溶接用ワイヤが、特開２００３−２２５７９４号公報（特許文献４）には、ワイヤ表面下層部にＭｏＳ2、ＢＮ、ワックス、Ｋ化合物および銅粉を有し、上層部に脂肪酸エステルおよび／または潤滑剤を有するガスシールドアーク溶接用ワイヤが開示されている。
【０００７】
これら固体潤滑剤を含む溶接用ワイヤは、特にライナ内入口側でのライナとの接触によりワイヤ表面から脱落しやすく、長尺のライナの場合溶接トーチ近傍においてワイヤ表面の潤滑剤付着量が少なくなって送給抵抗が大きくなる。さらに脱落した固体潤滑剤、ライナとの摩擦によって削られた銅めっき粉、Ｆｅ粉およびワイヤとの摩擦によって削られたライナ表面のＺｎ粉、Ｆｅ粉などがライナ内で堆積するため、長期間溶接すると徐々にワイヤ送給性が劣化し、アークが不安定になるという問題もある。
【０００８】
一方、ワイヤ表面に銅めっきが施されていないワイヤは、上記のめっき剥離の問題とともに、ワイヤ製造時に工程を省略できること、およびめっき廃液の取扱が不要になるなどの利点から従来から種々の研究がされ実用化されている。例えば、特開平１１−１４７１９５号公報（特許文献５）には、ワイヤ表面に環状構造を有する炭化水素化合物を存在させて、潤滑物質の剥離を抑制して良好なワイヤ送給性を得るというめっきなし鋼ワイヤが開示されている。さらに、特開２００５−１６９４１５号公報（特許文献６）には、高級脂肪酸、アルカリ石鹸、金属石鹸、ＭｏＳ2、黒鉛、ＢＮ、フッ化物、タルクおよびマイカのうちの１種以上からなる固形潤滑剤皮膜と、その外周に脂肪酸エステルおよび潤滑油の１種以上の液体潤滑油を塗布し、スパッタ発生量の抑制とワイヤ送給性に優れためっきなし鋼ワイヤが開示されている。
【０００９】
しかし、ワイヤ表面に潤滑剤を塗布しためっきなし鋼ワイヤは、特にライナ内入口側でのライナとの接触により潤滑剤がワイヤ表面から脱落しやすく、長尺のライナの場合溶接トーチ近傍においてワイヤ表面の潤滑剤付着量が少なくなって送給抵抗が大きくなる。さらに脱落した潤滑剤、ライナとの摩擦によって削られたＦｅ粉およびワイヤとの摩擦によって削られたライナ表面のＺｎ粉、Ｆｅ粉などがライナ内で堆積するため、長期間溶接すると徐々にワイヤ送給性が劣化し、アークが不安定になる。さらに、チップも摩擦によって摩耗して、アークが不安定になるという問題が生じて満足できるものではない。
【００１０】
上記ワイヤ送給性の向上は、特に半自動で全姿勢溶接において溶接作業性が優れ高能率な溶接が可能なめっき有りおよびめっきなしのフラックス入りワイヤにおいて改善を強く要求されている。
【特許文献１】特開平７−９７５８３号公報
【特許文献２】特開平８−１５５６７１号公報
【特許文献３】特開２００４−３４１３１号公報
【特許文献４】特開２００３−２２５７９４号公報
【特許文献５】特開平１１−１４７１９５号公報
【特許文献６】特開２００５−１６９４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、長尺のライナを使用し、かつ屈曲箇所の多い場合においても短時間から長時間の溶接に至るまでワイヤ送給性が良好でチップ摩耗が少なく、アークが安定した溶接を行うことができる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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の要旨とするところは、ガスシールドアーク溶接用ワイヤ表面長手方向に不連続な長溝をワイヤ円周方向に複数有し、該長溝に二硫化モリブデンがワイヤ１０ｋｇ当り０．００５〜０．２０ｇ固着されており、さらに油脂またはエステルの１種以上の基油に硫黄含有量が５〜２０質量％の硫化油脂、硫化エステル、硫化脂肪酸または硫化オレフィンの１種または２種以上を１１〜８０質量％含有し、その他不可避不純物からなる送給潤滑剤がワイヤ１０ｋｇ当たり０．５〜３．０ｇ付着していることを特徴とする。
【００１３】
また、送給潤滑剤に二硫化モリブデンを８〜３０質量％、油溶性高分子化合物の1種以上を５〜１５質量％含むことを特徴とする。さらに、送給潤滑剤にリン酸エステル、アルキルホスホン酸誘導体またはレシチンの１種または２種以上を１〜１０質量％含むことも特徴とするガスシールドアーク溶接用ワイヤにある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のガスシールドアーク溶接用ワイヤによれば、長尺のライナを使用し、かつ屈曲箇所の多い場合の溶接においても給電チップでの通電が安定し、さらに短時間から長時間に至る溶接でも良好なワイヤ送給性およびアークが安定した溶接が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明者らは、前記課題を解決するためにガスシールドアーク溶接用ワイヤ表面状態および塗布する送給潤滑剤について種々検討した。その結果、ワイヤ表面長手方向に不連続な長溝をワイヤ円周方向に複数有する長溝に二硫化モリブデンを固着させ、その上部に油脂またはエステルの１種以上の基油に硫黄を適量含んだ硫化油脂、硫化エステル、硫化脂肪酸または硫化オレフィンの１種以上の送給潤滑剤を塗布することにより、ライナの長さおよび屈曲に関係なく、短時間から長時間に至る溶接においても良好なワイヤ送給性およびアークが安定した溶接ができることを見出した。
【００１６】
また、前記送給潤滑剤に二硫化モリブデンおよび油溶性高分子化合物、さらにリン酸エステル、アルキルホスホン酸誘導体またはレシチンの1種以上を適量含んだ送給潤滑剤を塗布することにより、さらに良好なワイヤ送給性およびアーク安定性を発揮できることも見出した。以下、本発明の内容を詳細に説明する。
【００１７】
図１に、本発明のガスシールドアーク溶接用ワイヤ表面の模式図を示す。ワイヤ表面１長手方向２に不連続な長溝３をワイヤ円周方向４に複数有している。図２および図３に、図１のＡ−Ａ断面図を模式的に示す。長溝３の溝内には二硫化モリブデンが固着されているので長尺のライナを用いて長時間溶接してもワイヤ表面１がコンジットライナと接触して送給潤滑剤５の皮膜が削り取られても長溝３内に固着された二硫化モリブデンが摩擦抵抗を下げてワイヤ送給抵抗が増加することはない。また、めっきなしワイヤにおいてもチップ摩耗が極めて少なくなる。なお、図中６はめっき層または鋼素地、７は送給潤滑剤の二硫化モリブデンを示す。
【００１８】
長溝内の二硫化モリブデン固着量がワイヤ１０ｋｇ当り０．０００５ｇ（以下、ｇ／ワ１０ｋｇＷという。）未満であると、長尺のライナを使用した場合摩擦抵抗が大きくなり、十分なワイヤ送給性改善効果が得られない。また、めっきなしワイヤの場合はチップ摩耗量が大きくなってアークが不安定となる。一方、長溝内の二硫化モリブデン固着量が０．２０ｇ／１０ｋｇＷを超えると、ワイヤ送給ローラ部でワイヤがスリップしてワイヤの送給が困難となる。
【００１９】
ワイヤ表面の送給潤滑剤は、油脂またはエステルの１種以上の基油に硫黄含有量が５〜２０質量％の硫化油脂、硫化エステル、硫化脂肪酸または硫化オレフィンの１種または２種以上を含有させて塗布することにより、これらの硫黄成分がワイヤ表面に化学吸着して潤滑膜を形成する。化学吸着した潤滑膜は、ワイヤ表面との化学結合で形成されており、ファンデルワールス力で形成される動植物油および鉱物油での物理吸着よりも結合力が強く、特に長時間溶接した場合のライナが高温になるほど結合力が強くなってワイヤ表面とライナとの摩擦係数を低くしてワイヤ送給性が良好となる。
【００２０】
硫化油脂、硫化エステル、硫化脂肪酸または硫化オレフィンの硫黄含有量が５質量％未満の場合、送給潤滑剤のワイヤ表面への吸着力が弱く送給抵抗の増加抑制効果が認められず、ワイヤ送給性改善は望めない。一方、２０質量％を超えると、めっき有りワイヤの場合ワイヤ表面の銅めっきと硫黄が反応して硫化銅を生成してワイヤ表面が変色すると共にチップ部での通電性が不良となってアークが不安定になる。また、めっきなしワイヤの場合ワイヤ表面の鉄素地と硫黄が反応して硫化鉄を生成してワイヤ表面が変色すると共にチップ部での通電性が不良となってアークが不安定になる。さらに、溶接金属に硫黄が歩留り高温割れ性や衝撃靭性を劣化させる。
【００２１】
また、硫化油脂、硫化エステル、硫化脂肪酸または硫化オレフィンの1種または2種以上の前記基油への含有量が１５質量％未満の場合、ライナとワイヤ間での摩擦係数が高くなり、送給抵抗が増大してワイヤ送給性が不良となる。一方、８０質量％超では、めっき有りワイヤの場合ワイヤ表面の銅めっきと硫黄が反応して硫化銅を生成してワイヤ表面が変色すると共にチップ部での通電性が不良となってアークが不安定になる。また、めっきなしワイヤの場合ワイヤ表面の鉄素地と硫黄が反応して硫化鉄を生成してワイヤ表面が変色すると共にチップ部での通電性が不良となってアークが不安定になる。さらに、長時間溶接ではライナ内に送給潤滑剤が堆積されてワイヤ送給性が不良となる。
【００２２】
ワイヤ表面の送給潤滑剤付着量は、０．５〜３．０ｇ／１０ｋｇＷとする。ワイヤ表面の送給潤滑剤付着量が０．５ｇ／１０ｋｇＷ未満では、潤滑性能不足によりワイヤ表面とライナとの摩擦係数が増大し、送給抵抗の増加抑制効果は期待できずワイヤ送給性が不良となる。一方、３．０ｇ／１０ｋｇWを超えると、過剰付着により送給ローラがスリップするため、ワイヤの安定送給が困難となる。また、長時間の溶接ではライナ内に送給潤滑剤が堆積しワイヤ送給性が不良となる。さらに、潤滑油成分は、Ｃ−Ｈ結合で構成されているため、溶接時に多量の水素が混入し、溶接金属部にピットやブローホールが生じやすくなる。
【００２３】
また、送給潤滑剤に含有させる二硫化モリブデンは、ライナとの摩擦抵抗を小さくしてワイヤ送給性を良好にする。また、ライナとの接触によって少しずつ脱落した二硫化モリブデンは、長時間溶接によってライナ内に堆積されるが、堆積した二硫化モリブデンはライナとワイヤとの摩擦抵抗をさらに小さくする。したがって、長時間溶接する場合においてもワイヤ送給性が良好で、安定した溶接が可能となる。送給潤滑剤中の二硫化モリブデンが８質量％未満であると、特に長時間溶接した場合にワイヤ送給性が不良となる。一方、二硫化モリブデンが３０質量％を超えると、ワイヤ送給ローラ部でワイヤがスリップしてワイヤの送給が困難となる。
【００２４】
送給潤滑剤の油溶性高分子化合物の１種以上は、前記二硫化モリブデンをワイヤ表面に均一に分散させるとともにワイヤ表面に二硫化モリブデンを強固に付着させる作用がありライナ内への脱落を防止する。油溶性高分子化合物としてはポリブテン、ポリイソブチレン、ポリアクリル酸エステル、ポリメタアクリレート、ポリアクリル酸、マレイン化ポリブテン、ポリエチレン及びポリプロピレン等の平均分子量が６００から５０万の高分子化合物が挙げられる。
【００２５】
油溶性高分子化合物の１種以上が５質量％未満であると、二硫化モリブデンを均一に分散できず、部分的にワイヤ送給抵抗が大きくなったり、送給ローラ部でワイヤがスリップする。また、長時間溶接ではライナ内に送給潤滑剤が堆積されてワイヤ送給性が不良となる。一方、油溶性高分子化合物の１種以上が１５質量％を超えると、チップ部での通電性が不良となってアークが不安定になる。
【００２６】
さらに、送給潤滑剤のリン酸エステル、アルキルホスホン酸誘導体またはレシチンの１種または２種以上は、各潤滑成分を均一に分散させてワイヤ表面に均一に塗布するとともに、潤滑剤の通電性を向上させる。リン酸エステル、アルキルホスホン酸誘導体またはレシチンの１種または２種以上が１質量％未満では、各潤滑成分がワイヤ表面で偏析しやすくなり、ワイヤ送給性が安定しない部分が生じる。一方、１０質量％を超えるとスパッタ発生量が多くなり溶接作業性が劣化する。
【００２７】
本発明で用いられる基油は、油脂とエステルとする。ここで油脂とは牛脂、ラード、パーム油、ヤシ油、ナタネ油または大豆油等をいう。エステルは、脂肪酸とアルコールから合成されるエステルであり、脂肪酸としては炭素数１２〜３６の一塩基酸または二塩基酸であり、アルコールとしては炭素数１〜１８の一価または多価アルコールが挙げられる。具体例としてはパルミチン酸エチルヘキシルエステル、オレイン酸ブチルエステル、イソステアリン酸ブチルカルビトールエステル、ベヘニン酸ラウリルエステル、ネオペンチルグリコールオレイン酸エステル、トリメチロールプロパンイソステアリン酸エステル、ペンタエリスリトールオレイン酸エステル、トリメチロールプロパンダイマー酸エステル等をいう。前記油脂またはエステルの1種以上の基油は、ワイヤ表面との物理吸着により潤滑膜を形成する。
【００２８】
本発明のガスシールドアーク溶接用ワイヤの製造方法は、ワイヤ表面に銅めっきを施した、または銅めっきなしのワイヤ径２〜４ｍｍの素線表面に二硫化モリブデンまたはキャリア材を含むに二硫化モリブデンを付着させローラダイスまたは孔ダイスで製品径まで伸線して、ワイヤ表面長手方向に不連続な長溝をワイヤ円周方向に複数設けて長溝内に二硫化モリブデンを固着させる。次いで送給潤滑剤を塗布して製品とする。長溝の大きさおよび長溝内の二硫化モリブデンの固着量は、ワイヤ素線径、二硫化モリブデンの粒径および縮径量などを変えて調整する。
【００２９】
なお、二硫化モリブデンの固着量の測定は、ワイヤ表面をトルエンまたはヘキサンで洗浄した後、銅めっき有りワイヤはアンモニア水に過硫酸アンモニア水を加えた溶液でワイヤ表面の銅めっきを溶解してその溶液中の二硫化モリブデンを分析し、めっきなしワイヤは塩酸水溶液でワイヤ表面を溶解してその溶液中の二硫化モリブデンを分析して求める。
【００３０】
本発明の対象とするガスシールドアーク溶接用ワイヤは、図４（ａ）、（ｂ）に示すように鋼製外皮８内にフラックス９を充填し、合せ目１０を有する断面構造のシームタイプのめっきなしフラックス入りワイヤ、図４（ｃ）に示す断面構造のシームレスタイプのめっきなしおよび銅めっき有りのフラックス入りワイヤおよびめっきなしおよび銅めっき有りのソリッドワイヤを対象とする。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。
図４の（ａ）のシームタイプ（めっきなし）と図４の（ｃ）のシームレスタイプ（めっき有りおよびめっきなし）のフラックス入りワイヤ（ＪＩＳ Ｚ ３３１３ ＹＦＷ−Ｃ５０ＤＲ）およびソリッドワイヤ（ＪＩＳ Ｚ ３３１２ ＹＧＷ１２）の銅めっき有りおよびめっきなし素線（３〜４ｍｍ径）に各種粒径（３０μｍ以下）の二硫化モリブデン単体または二硫化モリブデンに無機化合物のキャリア材を混合したものをワイヤ素線に付着させて伸線してワイヤ表面長手方向に不連続な長溝を付して二硫化モリブデンを固着したのちに各種送給潤滑剤を塗布して表１に示すワイヤ径１．４ｍｍのスプール巻きワイヤとした。なお、送給潤滑剤の基油のエステルは表２に示すものを用いた。また、硫化油脂、硫化エステル、硫化脂肪酸または硫化オレフィンの１種または２種以上は、表３に示すものを用いた。また、各試作ワイヤの送給潤滑剤の付着量は温トルエン抽出法により測定した。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
【表３】
各試作ワイヤを１５０℃の恒温炉に６０日間保管して、ワイヤ表面状態を観察した後ワイヤ送給性および溶接後のライナ内への潤滑剤、他の堆積量を調べた。
【００３５】
ワイヤ送給性評価試験は、図５に示す装置を用いて行った。図５において送給機１１にセットされたスプール巻きワイヤ１２は、送給ローラ１３により引き出され、コンジットケーブル１４に内包したライナを経てその先端のトーチ１５まで送給される。そして給電チップと鋼板１７の間でビードオンプレート溶接を行う。コンジットケーブル１４は６ｍ長で、ワイヤに送給抵抗を与えるために、トーチ手元のコンジットケーブル屈曲をＳ字にした。また、１５０ｍｍ径のループを２つ形成した屈曲部１６を設けた。送給機には送給ローラの周速度Ｖｒ（＝設定ワイヤ速度）の検出器、ワイヤの実速度（Ｖｗ）検出器１８を備えている。送給性評価指標のスリップ率ＳＬはＳＬ＝（Ｖｒ−Ｖｗ）／Ｖｒ×１００％で表される。また、送給ローラ部に設けられたロードセル１９により送給時にワイヤがライナから受ける反力を送給抵抗Rとして検出した。
【００３６】
短時間送給性試験は、表４に示す溶接条件で２分間溶接して送給抵抗Ｒとスリップ率ＳＬを測定し、平均値を求めた。送給抵抗Ｒが４ｋｇｆ以下、スリップ率ＳＬが２％以下の場合に送給性良好と判定した。また、通電不良による瞬間的な送給抵抗Ｒおよびスリップ率ＳＬの最大値を測定し、送給抵抗Ｒ：５ｋｇｆ以下、スリップ率ＳＬ：３％以下を送給性良好と判定した。
【００３７】
【表４】
長時間溶接試験は、表４に示す溶接条件で図５に示すコンジットケーブルの手元Ｓ字屈曲と１５０ｍｍ径のループ１つの屈曲条件として、１０分溶接後５分休憩を１０回繰り返し合計１００分溶接し、１０分毎の送給抵抗Ｒとスリップ率ＳＬを測定し、平均値を求めた。各溶接時間で送給抵抗Ｒが５ｋｇｆ以下、スリップ率ＳＬが３％以下の場合に送給性良好と判定した。
【００３８】
また、１００分間溶接後のライナ内の堆積量を調査した。堆積量は、ライナを５０ｃｍ間隔で切断し、温トルエン抽出法により全ての堆積物の重量を測定した。堆積量がライナ長さ１００ｃｍ当たり５０ｍｇ以下を良好と判定した。アークの安定性は、アーク状態を観察して評価した。スパッタ発生状態の評価は、小粒で少ないものを○、小粒または大粒で多いものを×として評価した。また、チップの摩耗量は、試験毎に新しい市販のチップ（内径１．５ｍｍ）を用いて、長期溶接試験終了後最も摩耗量の多い箇所の内径を測定した。チップ摩耗量の評価は、摩耗量が０．１ｍｍ以下を良好と評価した。それらの結果を表５にまとめて示す。
【００３９】
【表５】
表１および表５中、ワイヤＮｏ．１〜１０が本発明例、ワイヤＮｏ．１１〜２０は比較例である。
【００４０】
本発明例であるワイヤＮｏ．１〜１０は、ワイヤ表面長手方向の不連続な長溝に二硫化モリブデンを適量固着し、送給潤滑剤の油脂またはエステルの基油に硫黄含有量が適量な硫化油脂、硫化エステル、硫化脂肪酸または硫化オレフィンの１種または２種以上を適量含む送給潤滑剤が適量塗布されているので、ワイヤ表面の変色がなく短時間溶接試験および長時間溶接試験とも送給抵抗Ｒおよびスリップ率ＳＬが低くアークが安定し、ライナ内の堆積量も少ないなど極めて満足な結果であった。
【００４１】
なお、ワイヤＮｏ．１、６およびＮｏ．１０は、送給潤滑剤に二硫化モリブデン、ポリブテンまたはポリメタアクリレートの油溶性高分子化合物１種以上を含有せず、さらにリン酸エステル、アルキルホスホン酸誘導体またはレシチンの１種または２種以上も含んでいないので、短時間溶接試験および長時間溶接試験とも送給抵抗Ｒおよびスリップ率ＳＬがやや高くなったがワイヤ送給性は良好であった。また、試験Ｎｏ．３およびＮｏ．７は、送給潤滑剤にリン酸エステル、アルキルホスホン酸誘導体またはレシチンの１種または２種以上を含んでいないので、短時間溶接試験および長時間溶接試験とも送給抵抗Ｒがやや高くなったがワイヤ送給性は良好であった。
【００４２】
比較例中ワイヤＮｏ．１１は、ワイヤ表面長手方向の不連続な長溝がなく二硫化モリブデンが固着されていないので、短時間溶接試験および長時間溶接試験とも送給抵抗Ｒが高くアークが不安定であった。また、長時間溶接試験においてチップ摩耗量が大きくアークが非常に不安定でスパッタ発生用も多かった。試験Ｎｏ．１２は、ワイヤ表面長手方向の不連続な長溝に二硫化モリブデンが多く固着されているので、短時間溶接試験および長時間溶接試験ともスリップ率ＳＬが高くアークが不安定であった。
【００４３】
ワイヤＮｏ．１３は、送給潤滑剤中の硫化エステルの硫黄含有量が少ないので、短時間溶接試験および長時間溶接試験とも送給抵抗Ｒが高くなった。また、送給潤滑剤の二硫化モリブデンが多いので短時間溶接試験および長時間溶接試験ともスリップ率ＳＬが高くアークが不安定であった。ワイヤＮｏ．１４は、送給潤滑剤中の硫化油脂と硫化オレフィンの硫黄含有量が多いので、ワイヤ表面が変色し、チップ部での通電性が不良となってアークがやや不安定であった。また、送給潤滑剤の二硫化モリブデンが少ないので、長時間溶接試験では送給抵抗Ｒが高くアークが不安定であった。
【００４４】
ワイヤＮｏ．１５は、送給潤滑剤中の硫化脂肪酸が少ないので、短時間溶接試験および長時間溶接試験とも送給抵抗Ｒが高くアークが不安定であった。また、送給潤滑剤に油溶性高分子化合物を含まないので、短期溶接試験ではスリップ率ＳＬの最高値が高く、長期溶接試験ではライナ内の堆積量が多くなって送給抵抗Ｒが高くアークが非常に不安定でスパッタ発生量も多かった。
【００４５】
ワイヤＮｏ．１６は、送給潤滑剤中の硫化脂肪酸が多いので、ワイヤ表面が変色し、特に短期溶接試験ではチップ部での通電性が不良になるとともに送給抵抗Ｒの最高値が高くなってアークがやや不安定であった。また、長時間溶接試験ではライナ内の堆積量が多くなって送給抵抗Ｒが高くアークが不安定であった。ワイヤＮｏ．１７は、ワイヤ表面の送給潤滑剤量が少ないので、短時間溶接試験および長時間溶接試験とも送給抵抗Ｒが高くアークが不安定であった。また、送給潤滑剤のリン酸エステル、アルキルホスホン酸誘導体およびレシチンの合計量が多いので、スパッタ発生量が多かった。
【００４６】
ワイヤＮｏ．１８は、ワイヤ表面の送給潤滑剤量が多いので、短時間溶接試験および長時間溶接試験ともスリップ率ＳＬが高く、短期溶接試験ではアークがやや不安定であった。また、長期溶接試験ではライナ内の堆積量が多くなって送給抵抗Ｒが高くアークが不安定であった。ワイヤＮｏ．１９は、ワイヤ表面長手方向の不連続な長溝に二硫化モリブデンが多く固着されているので、短時間溶接試験および長時間溶接試験ともスリップ率ＳＬが高く、また、送給潤滑剤のポリブテンおよびポリメタアクリレートの合計量が多いのでアークが不安定であった。
【００４７】
ワイヤＮｏ．２０は、送給潤滑剤中の硫化油脂と硫化オレフィンの硫黄含有量が多いので、ワイヤ表面が変色し、チップ部での通電性が不良で、また、リン酸エステル、アルキルホスホン酸誘導体およびレシチンを含んでいないので短期溶接試験では送給抵抗Ｒおよびスリップ率ＳＬの最高値が高く、長期溶接試験では送給抵抗Ｒおよびスリップ率ＳＬともにやや高くアークが不安定であった。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明のガスシールドアーク溶接用ワイヤ表面の模式図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】フラックス入りワイヤの断面構造例を示した模式図である。
【図５】本発明の実施例におけるワイヤ送給試験の装置を示す図面である。
【符号の説明】
【００４９】
１ ワイヤ表面
２ ワイヤ長手方向
３ 長溝
４ ワイヤ円周方向
５ 送給潤滑剤
６ めっき層または鋼素地
７ 送給潤滑剤の二硫化モリブデン
８ 鋼製外皮
９ フラックス
１０ 合せ目
１１ 送給機
１２ スプール巻きワイヤ
１３ 送給ローラ
１４ コンジットケーブル
１５ トーチ
１６ コンジットケーブル屈曲部
１７ 鋼板
１８ ワイヤ実速度検出器
１９ ロードセル
特許出願人 日鐵住金溶接工業株式会社 他１名
代理人 弁理士 椎 名 彊 他１
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスシールドアーク溶接用ワイヤ表面長手方向に不連続な長溝をワイヤ円周方向に複数有し、該長溝に二硫化モリブデンがワイヤ１０ｋｇ当り０．００５〜０．２０ｇ固着されており、さらに油脂またはエステルの１種以上の基油に硫黄含有量が５〜２０質量％の硫化油脂、硫化エステル、硫化脂肪酸または硫化オレフィンの１種または２種以上を１５〜８０質量％含有し、その他不可避不純物からなる送給潤滑剤がワイヤ１０ｋｇ当たり０．５〜３．０ｇ付着していることを特徴とするガスシールドアーク溶接用ワイヤ。
【請求項２】
送給潤滑剤に二硫化モリブデンを８〜３０質量％、油溶性高分子化合物の1種以上を５〜１５質量％含む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ワイヤ。
【請求項３】
送給潤滑剤にリン酸エステル、アルキルホスホン酸誘導体またはレシチンの１種または２種以上を１〜１０質量％含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスシールドアーク溶接用ワイヤ。
【請求項１】
ガスシールドアーク溶接用ワイヤ表面長手方向に不連続な長溝をワイヤ円周方向に複数有し、該長溝に二硫化モリブデンがワイヤ１０ｋｇ当り０．００５〜０．２０ｇ固着されており、さらに油脂またはエステルの１種以上の基油に硫黄含有量が５〜２０質量％の硫化油脂、硫化エステル、硫化脂肪酸または硫化オレフィンの１種または２種以上を１５〜８０質量％含有し、その他不可避不純物からなる送給潤滑剤がワイヤ１０ｋｇ当たり０．５〜３．０ｇ付着していることを特徴とするガスシールドアーク溶接用ワイヤ。
【請求項２】
送給潤滑剤に二硫化モリブデンを８〜３０質量％、油溶性高分子化合物の1種以上を５〜１５質量％含む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ワイヤ。
【請求項３】
送給潤滑剤にリン酸エステル、アルキルホスホン酸誘導体またはレシチンの１種または２種以上を１〜１０質量％含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスシールドアーク溶接用ワイヤ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２２０１６２（Ｐ２００９−２２０１６２Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６９０６５（Ｐ２００８−６９０６５）
【出願日】平成２０年３月１８日（２００８．３．１８）
【出願人】（３０２０４０１３５）日鐵住金溶接工業株式会社 (172)
【出願人】（０００２０７３９９）大同化学工業株式会社 (22)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１８日（２００８．３．１８）
【出願人】（３０２０４０１３５）日鐵住金溶接工業株式会社 (172)
【出願人】（０００２０７３９９）大同化学工業株式会社 (22)
【Ｆターム（参考）】
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