ガスシールドアーク溶接用無メッキワイヤ
【手段】
本発明は半自動溶接または自動溶接用無メッキワイヤに関する。
本発明に係るガスシールドアーク溶接用無メッキワイヤは、ワイヤの表面が平坦な加工面と、この加工面を基準にして負の方向(ワイヤの中心方向)の凹部形状を円周方向に有し、見かけ円弧長さ(di)に対する実際の円弧長さ(dr)の比(dr／di)が1.015〜1.515の範囲にあること特徴とする。
【課題】
ワイヤの表面に銅メッキ層がなくても、コンタクトチップとの安定的な接触を可能にすることにより、長時間の溶接時にも、コンジットケーブル及びコンタクトチップの内部に粉末が集積されないようにし、アークを安定化させてスパッタの発生量が減少し、送給性を安定化したガスシールドアーク溶接用無メッキワイヤを得ることができる。
本発明は半自動溶接または自動溶接用無メッキワイヤに関する。
本発明に係るガスシールドアーク溶接用無メッキワイヤは、ワイヤの表面が平坦な加工面と、この加工面を基準にして負の方向(ワイヤの中心方向)の凹部形状を円周方向に有し、見かけ円弧長さ(di)に対する実際の円弧長さ(dr)の比(dr／di)が1.015〜1.515の範囲にあること特徴とする。
【課題】
ワイヤの表面に銅メッキ層がなくても、コンタクトチップとの安定的な接触を可能にすることにより、長時間の溶接時にも、コンジットケーブル及びコンタクトチップの内部に粉末が集積されないようにし、アークを安定化させてスパッタの発生量が減少し、送給性を安定化したガスシールドアーク溶接用無メッキワイヤを得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスシールドアーク溶接用無メッキワイヤに関し、より詳しくは、半自動溶接または自動溶接時にアークが安定化され、スパッタの発生量が少なく、送給性が良好なガスシールドアーク溶接用無メッキワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、溶接の自動化が進行するに従って、ガスアーク溶接用ワイヤの使用が飛躍的に増大し、特に、自動車、造船、建築業界で幅広く使用されている。このように、多量に消費されている溶接用ワイヤは、通電性、送給性、及び耐錆性などの確保のために、表面に銅メッキを施すことが一般的である。ワイヤの表面に銅がメッキされた場合、均一なメッキ層を形成してこそ通電性、送給性及び防錆性が確保できるようになる。メッキ層が不均一の場合、実際の溶接時にコンタクトチップ(Contact tip)内でワイヤとコンタクトチップ間の摩擦により微小銅(Cu)成分が脱落し、この脱落した微小銅粉がコンタクトチップ内に集まり、チップの詰まり現象(clogging)を誘発させる。このような現象は、送給不安定及びアークの不安定に繋がり、スパッタの発生量を増加させる。また、メッキワイヤの場合、上記の問題点だけでなく、メッキ工程でのメッキ廃液を発生させ、環境破壊を加重させることもある。
【０００３】
このような環境上の問題点を含む上記問題を解消するために、メッキしていない溶接用ワイヤ、即ち無メッキワイヤが開発された。メッキワイヤの場合、薄膜の銅メッキ層が存在することにより、コンタクトチップと安定的な接触が可能であり、比較的に安定したアーク特性を有するが、無メッキワイヤの場合、コンタクトチップとの安定的な接触のために、銅メッキ層に代えられるワイヤ表面層の特別な特性が求められるようになった。
【０００４】
この発明の先行技術文献としては次のものがある。
【特許文献１】特開2003-191092号公報
【特許文献２】特開2003-225793号公報
【特許文献３】特開2003-170293号公報
【特許文献４】特開2004-001061号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの従来技術はすべてワイヤの表面に開口部を有するが、開口部よりも内部が広いボトルネック(bottleneck)状及び／又は内部に垂れたケーブ(cave)状の凹部、即ち仮想の外部入射光から照射されない部分を含む洞窟型ピット形状を有する。これらピットの役割は、アーク安定性及び送給性の確保のために、粉末形態の機能性塗布剤がワイヤの表面に存在するようにしなければならないが、これをより安定的に保持(anchoring)するためである。また、機能性塗布剤を安定的に保持する補助的な役割として、ポリイソブテンオイルを同時に使用している。
【０００６】
本発明者等は、これらの従来技術に対する実験研究を遂行し、その結果、ボトルネック状またはケーブ状のピット(凹部)の大きさ、即ち凹部形状内部の体積を均一に調整することが事実上不可能であるため、従来技術に開示されているように、ボトルネック状またはケーブ状のピットの形状及び仮想の外部入射光が照射されない部分の長さ比率だけでは、機能性塗布剤をワイヤ断面の表面上、即ち360°円周方向に均一に存在させる(塗布する)ことが不可能であることを見い出すことができた。そのため、これらの従来技術の場合、長時間の溶接時、コンジットケーブル(conduit cable)及びコンタクトチップの内部に粉末形態の機能性塗布剤が集積(clogged)されて送給不安を起こし、またコンタクトチップとワイヤ間の安定的な接触を妨害するようになってアーク不安定をもたらし、これは結果的にスパッタの発生量を増加させるものとなった。特に、コンタクトチップの先端には、溶接時に抵抗熱と輻射熱により機能性塗布剤が溶融され、付着したりまたはこの副産物が集積される現象が発生した。また、従来技術のようなボトルネック状またはケーブ状のピット(凹部)は、最終伸線後、脱脂工程での脱脂が困難であり、潤滑剤の残留量が増加されるようになる。
【０００７】
本発明はこのような従来技術の問題点を解消するためのもので、ワイヤの表面に銅メッキ層がなくてもコンタクトチップとの安定的な接触が可能であるように、ワイヤの表面層に特別な特性を付与することにより、長時間の溶接時にもコンジットケーブル及びコンタクトチップの内部に粉末が集積されないようにしてアークを安定化させ、スパッタの発生量が減少され、送給性が安定化された、ガスシールドアーク溶接用無メッキワイヤを提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために、ワイヤの表面が平坦な加工面と、この加工面を基準にして負の方向(ワイヤの中心方向)の凹部形状を円周方向に有するが、見かけ円弧長さ(di)に対する実際の円弧長さ(dr)の比(dr／di)が1.015〜1.515の範囲にあることを特徴とするガスシールドアーク溶接用無メッキワイヤを提供する（請求項１）。
【０００９】
この時、上記ワイヤの表面部に存在する潤滑剤の残留量が、ワイヤ1kg当り0.50g以下であることを特徴とする（請求項２）。
【００１０】
また、上記ワイヤの表面に1kg当り0.03〜0.70gの表面処理剤を塗布させたことを特徴とし、表面処理剤は流体状オイル形態の動物油、植物油、鉱物油、混合油及び合成油のうち少なくとも1種から構成されることが好ましい（請求項３，４）。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、ワイヤの表面に銅メッキ層を設けなくてもコンタクトチップとの安定的な接触を可能とすることにより、長時間の溶接時にもコンジットケーブル及びコンタクトチップの内部に粉末が集積されないようにしてアークを安定化させスパッタの発生量を減少し、送給性が安定化されたガスシールドアーク溶接用無メッキワイヤを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明について添付の図面に基づき詳細に説明する。
【００１３】
既に説明したように、メッキワイヤに比べて無メッキワイヤは、コンタクトチップとの安定的な接触のために銅メッキ層に代替できるよう、ワイヤの表面に特別な特性を付与しなければならないが、これまではワイヤ表面部の表面粗度、比表面積などを一定の範囲内に調整するレベルであって、このような方法ではコンタクトチップとワイヤ間の安定的な接触が得られなかった。
本発明者等は、ワイヤの表面に銅メッキ層に代えられる特別な特性を付与するために、様々な実験を繰り返す過程で、ワイヤの表面形態を3つの分類、すなわち加工面のみから形成された平坦形状表面(ここで加工面とは、ワイヤの長さ方向に対して直交方向の断面を走査電子顕微鏡で1000倍拡大したイメージにおいて、伸線時にダイスの加工を受けて形成されたワイヤ円周方向の平坦部をいう)、加工面が存在しない不定形の凹凸形状を成す表面、及び加工面と、この加工面を基準にして負の方向(ワイヤの中心方向)の凹部形状が、円周方向に存在する混合形状の表面に分類することができ、ワイヤの表面が混合形状の表面を有するが、見かけ円弧長さ(di)に対する実際の円弧長さ(dr)の比(dr／di)が1.015〜1.515の範囲にある場合に、アーク安定性及び溶接性に優れており、潤滑剤の残留量も減少させることができることを見いだし、本発明を完成するに至った。ここで、実際の円弧長さは、ワイヤの長さ方向に対して直交方向の断面を走査電子顕微鏡で1000倍拡大したイメージにおいて、測定領域に該当する実際の円弧長さ(すなわち、ワイヤの表面に存在する凹部の縁部長さと加工面の長さの和)を映像分析システムを利用して測定した値であり、見かけ円弧長さは上記のイメージにおいて、測定領域に該当する円弧長さを、ワイヤの実線径を利用して理論上で計算した値を意味し、その計算方法は後述する。
【００１４】
凹部形状の表面は、図1及び図2に示したように、加工面が存在しない表面形態をいう。既に言及した先行技術文献１〜４の従来技術は、すべてワイヤの表面に開口部を有し、開口部よりも内部が広いボトルネック状またはケーブ状のピットが、ワイヤ断面の表面に存在するようにする形状を開示しているが、本発明が分類している基準によると、凹凸形状の表面に該当する。
【００１５】
このような凹凸形状の表面は、表面処理剤または機能性塗布剤の保有能力には優れているものの、加工面が存在しないため、コンタクトチップとワイヤ間の安定した接触が確保されないだけでなく、溶接時の送給ケーブル内で摩擦による送給負荷が増加し、送給性が悪くなる。また、最終伸線の後、脱脂工程で脱脂が困難であり、潤滑剤の残留量が増加される。
【００１６】
平坦形状の表面は、図3と図4に示すように、加工面のみから形成されているため、コンタクトチップとワイヤ間の安定した接触は確保されるが、表面処理剤または機能性塗布剤の保有能力が劣るため、充分な潤滑性が確保できずに送給性が悪くなる。
【００１７】
一方、本発明に該当する混合形状の表面は、図5と図6に示すように、ワイヤの長さ方向に対して直交方向の断面状の表面部が凹凸または凸形状を有せず、円周方向に平坦な加工面と、この加工面を基準にして負の方向(ワイヤの中心方向)の凹部形状を有する。ワイヤの表面がこのような表面形状を有する場合、溶接時にコンタクトチップとワイヤの間に安定した接触がなされ、任意の円周方向から測定長さに対する加工面の総長さ比率を適正範囲にする場合、アークが安定し、これによりスパッタの発生量も減少することができる。
しかし、加工面の総長さ比率を適正範囲にすることだけでは、溶接時のスパッタの発生量を効率的に下げることに限界がある。すなわち、残留潤滑剤の量が増加するほど、溶接時のスパッタの発生量が増加するが、加工面の総長さ比率を適正範囲にすることだけでは、凹部部分の深さ、体積及び形状に起因する残留潤滑剤の量から生じる問題点を解決することができない。
【００１８】
従って、本発明においては、ワイヤの表面形状が加工面と、この加工面を基準にして負の方向(ワイヤの中心方向)の凹部形状が、円周方向に存在する混合形状の表面を有するが、見かけ円弧長さ(di)に対する実際の円弧長さ(dr)の比(dr／di)を1.015〜1.515の範囲に限定する。
【００１９】
見かけ円弧長さ対比の実際の円弧長さの比(dr／di)が1.015未満の場合は、実際の製造過程で達成することが不可能であり、平坦形状の表面部のようにほとんど加工面のみから形成される。このような場合には、コンタクトチップとワイヤの間に安定した接触は確保されるが、表面処理剤または機能性塗布剤の保有能力が劣るため、十分な潤滑性の確保が難しく、送給性が悪くなる。見かけ円弧長さ対比の実際の円弧長さの比(dr／di)が1.515を超える場合は、ワイヤ断面上の表面部が粗くなり、表面処理剤の保有能力には優れているものの、加工面が十分に存在することができずに、溶接時にコンタクトチップとワイヤの間に安定した接触が確保できないだけでなく、溶接時に送給ケーブル内で摩擦による送給負荷が増加し、送給性が悪くなる。しかし、本発明によれば、見かけ円弧長さ対比の実際の円弧長さの比(dr／di)が1.015〜1.515とした場合、ワイヤ断面上の表面部が平滑になり、十分な加工面の確保が可能になり、ボトルネックやケーブ部分に該当する凹部の体積が減り、潤滑剤の残留量が減少する。従って、溶接時にコンタクトチップとワイヤの間に安定した接触を確保することができ、残留潤滑剤の量が減少してスパッタの発生量を大きく減少することができる。
【００２０】
本発明では潤滑剤の残留量を0.50g/W.kg以下に限定する。これは潤滑剤の残留量が本発明の範囲である0.50g/W.kgを超える場合、溶接時のスパッタの発生量を増加させ、アークの安定性を悪くするためである。
【００２１】
伸線時に使用される潤滑剤は、最終伸線の後には完全に除去されることが好ましく、脱脂手段には一般的に機械的脱脂、アルカリ溶液脱脂、電解脱脂などが多く利用される。潤滑剤の残留量は脱脂方法だけでなく、ワイヤ表面の凹部形状などにも影響を受け、特に凹部の深さが深かったり、形状がボトルネックまたはケーブ形状の場合、潤滑剤の除去が非常に困難である。
【００２２】
本発明により、見かけ円弧長さ対比の実際の円弧長さの比(dr／di)を1.015〜1.515の範囲にした場合、潤滑剤の残留量も本発明の範囲である0.50g/W.kg以下に維持することができるが、dr／diの比が1.515を超える場合、電解脱脂を実施してもインライン(In-line)システムでは潤滑剤の残留量を0.50g/W.kg以下に下げることが困難である。
【００２３】
また、本発明ではワイヤの表面にワイヤ１kg当り0.03〜0.70gの表面処理剤を塗布した。表面処理剤はワイヤに安定した送給性を付与し、アーク安定性をより向上させる役割をする。
【００２４】
表面処理剤量が0.03g／ワイヤ１kg未満の場合、表面処理剤量が少なすぎて十分な潤滑性を確保できずに送給性が悪くなり、0.70g／ワイヤ１kgを超える場合、溶接時のフィーダー(feeder)部のスリップ(Slip)が発生し、やはり送給性が確保できない。
【００２５】
本発明で表面処理剤は、オイル形態の動物油、植物油、鉱物油、混合油、及び合成油のうち少なくとも1種から構成されることが好ましい。これは、粉末形態の表面処理剤を使用する場合、長時間の溶接時、コンジットケーブル及びコンタクトチップの内部に粉末が集積されるが、オイル形態を使用する場合、このような現象を避けることができるため、アークがより安定化され、スパッタの発生量の減少にさらに効果的であるためである。
【００２６】
以下では、ワイヤの長さ方向に対して直交方向の断面上の表面部が、凹凸または凸形状を有するものではなく、円周方向に平坦な加工面と、この加工面を基準にして負の方向(ワイヤの中心方向)の凹部形状を有するが、見かけ円弧長さ(di)に対する実際の円弧長さ(dr)の比(dr／di)を1.015〜1.515の範囲とする手段について説明する。
【００２７】
まず、本発明で記述している加工面の形状及びdr／diの比を確保するためには、伸線前の粗度、即ち伸線工程に投入される原線(rod)の粗度を0.40μm(Ra基準)以下になるように調整する。これは塩酸、硫酸などの酸洗方式または機械的脱スケールの後、研磨工程を通して上記の範囲内とすることが可能である。
【００２８】
次に、伸線方式及び伸線速度を適切に組み合さなければならない。伸線方式では、全面的な乾式伸線(all dry drawing；以下DDという)、全面的なカセットローラーダイ(all cassette roller die)による伸線(以下CRDという)、CRD＋DD組合方式の連続伸線方式(in-line)を適用したり、DD(1次伸線)−スキンパス(skin pass)(2次伸線；以下SPという)、DD(1次伸線)−湿式伸線(wet drawing)(2次伸線；以下WDという)、CRD(1次伸線)−SP(2次伸線)、CRD(1次伸線)−WD(2次伸線)の2段階伸線方式を適用することが可能である。
【００２９】
伸線速度は連続伸線方式の場合、伸線速度が1000m／minを超えないようにし、2段階伸線方式の場合、1次伸線速度が高いほど2次伸線速度を低く調整する。
【００３０】
最終的には、原線の粗度、伸線方式と伸線速度を適切に調整することにより、最終線径の粗度を0.10〜0.25μm(Ra基準)の範囲になるように調整しなければならない。
【実施例】
【００３１】
以下、実施例について本発明を説明する。
【００３２】
表1は原線の粗度、伸線方式と伸線速度により得られる最終線径の粗度を示したものである。この時、伸線方式でCRD以外にはホール(hole)ダイスを使用した。最終線径の粗度を0.10〜0.25μm(Ra基準)の範囲になるようにするためには、原線の粗度を0.40μm(Ra基準)以下にしなければならず、連続伸線方式の場合は、DD、CRDまたはこれらの組合に関係なく、伸線速度が1000 m/minを超えないようにしなければならない。2段階伸線方式の場合は、1次伸線速度が1000〜1500 m/minの範囲では、2次伸線速度を400 m/min以下に、1次伸線速度が500〜1000 m/minの範囲では2次伸線速度を600 m/min以下にするなど、1次伸線速度が高いほど2次伸線速度を低く調整しなければならないことが判る。但し、比較例18から見られるように、1次伸線速度が500 m/min以下であり、2次伸線速度が200 m/minと低すぎる場合は、伸線後の粗度が0.10μm(Ra基準)以下となるため、適切な伸線速度の選択が必要である。
【００３３】
【表１】
【００３４】
表2は表1から得られたワイヤに対してワイヤ断面の表面形状、見かけ円弧長さ(di)に対する実際の円弧長さ(dr)の比(dr／di)、潤滑剤の残留量、使用された表面処理剤の量、各ワイヤに対する送給性とアーク安定性を測定した結果を表したものである。
【００３５】
【表２】
【００３６】
ワイヤ断面の表面形状は、ワイヤの長さ方向に対して直交方向の断面を走査電子顕微鏡で1000倍に拡大したイメージから判断したものであって、「凹凸」の表示は加工面が存在しない凹凸形状の表面、「凹」の表示は加工面と、この加工面を基準にして負の方向(ワイヤの中心方向)の凹部形状が円周方向に存在する、本発明に係る混合形状の表面、「平坦面」は加工面のみから形成された平坦形状の表面を意味する。表2から判るように、表1から得られたワイヤの中から、最終線径の粗度が0.10〜0.25μm(Ra基準)の範囲にあるとき、本発明に係る混合形状の表面が得られることが判る。
【００３７】
見かけ円弧長さ(di)に対する実際の円弧長さ(dr)の比(dr／di)は次のように求めた。まず、映像分析システム(Image Analyzing system ／ Image-pro plus 4.5, Media cybernetics)を使用して、倍率1000倍で測定しようとするワイヤの実際の円弧長さ(dr)を測定する。この時、映像分析システムが求めた実際の円弧長さは、ワイヤの表面に存在する凹部の縁部長さと加工面の長さの和に該当する。図9及び図10は、映像分析システムを使用して実際の円弧長さを測定する前のイメージと、測定後のイメージを示す写真である。次に、見かけ円弧長さ(di)を計算するために、映像分析システムを利用してやはり倍率1000倍でワイヤの測定区間の弦の長さ(ｌ)を測定する。図7は、見かけ円弧長さ(di)を計算するための弦の長さ測定用イメージを示す写真である。弦の長さが得られると、図8に示すように、三角関数を利用してワイヤの半径(r)が弦の長さとなす円の内角(θ；ラジアン値)を求めることができ、この内角を利用すると見かけ円弧長さ(di)はワイヤの半径(r)×円の内角(θ)になる。従って、ワイヤの実線径を測定して半径(r)を求めると、見かけ円弧長さ(di)を計算することができる。
【００３８】
映像分析システムを利用した実質的な測定は、次のような方法で実施した。まず、製品のワイヤを採取した後、有機溶媒中で超音波洗浄をして表面上の汚染物を除去する。その後、前記ワイヤを400℃で2〜3時間加熱して酸化皮膜を形成する。次に、前記ワイヤを熱硬化性樹脂でワイヤの長さ方向に直交断面方向でマウンティングした後、熱硬化樹脂と共にワイヤを研磨する。次いで、上記の研磨された横断面を電子顕微鏡(SEM)の後方散乱電子を利用してワイヤ断面上の表面部の形状を観察し、映像分析システムを利用して見かけ円弧長さ、実際の円弧長さを求めてdr／di値を計算した。この時、倍率を1000倍にした。
【００３９】
本発明の表面処理剤の塗油量測定方法は、次の通りである。
【００４０】
1. 前記ワイヤを6〜8cmの長さに切り、50〜80g程度になるように準備する。
2. ビーカーに溶媒としてCCl41000 mlを準備する。
3. 1g／10000天秤に準備された前記ワイヤを載せて、脱脂前の重量(Wb)を測定する。
4. 準備された前記ワイヤをCCl4が入っているビーカーに入れて、2〜3回撹拌しながら表面処理油を10分間脱脂する。
5. 脱脂された前記ワイヤをドライオーブンに入れて10分間乾燥した後、デシケーターで常温に冷却させる。
6. 脱脂，乾燥されたワイヤを1g／10000天秤に載せて後、重量(Wa)を測定する。
7. 測定されたWb値とWa値に基づき、次式のように表面処理剤の塗油量を計算する。
表面処理剤の塗油量(g/W.kg) = {(Wb-Wa)／Wa}×1000
【００４１】
ワイヤ表面の潤滑剤の残留量は、次のように測定した。
【００４２】
1〜6. 上記表面処理剤の塗油量の測定方法の1〜6項と同一の過程で行う。
7. 6項のWaの重量を脱脂前の重量(Wb’)とする。
8. 準備された前記ワイヤを70℃に維持された5%無水クロム酸(Cro3)溶液に20分間沈積させる。
9. 脱脂された前記ワイヤを湯洗した後、アルコールで洗浄する。
10. アルコールで洗浄されたワイヤをドライオーブンに入れて10分間乾燥した後、デシケーターで常温に冷却させる。
11. 脱脂され乾燥した前記ワイヤを1g／10000天秤に載せて、重量(Wa’)を測定する。
12. 測定されたWb’値とWa’値に基づき、次式のように潤滑剤の残留量を計算する。
潤滑剤の残留量(g/W.kg) = {(Wb'-Wa')／Wa'}×1000
【００４３】
次に、アーク安定性の評価及び送給性の評価方法を説明する。
【００４４】
表3はアーク安定性を評価するための溶接条件であって、アーク安定性の評価は、長さ3mの送給ケーブルを直線状態にし、表3のような溶接条件で評価した。
【００４５】
【表３】
【００４６】
アーク安定性の判断は1mm以上のスパッタ量が0.2gを超えたり、あるいは総スパッタ量が2gを超える場合には、アーク安定性が不良なものと取り扱って表２において×と表記し、上記の数値内である場合は、アーク安定性に優れたものと取り扱って○と表記した。ワイヤはJIS Z 3312 YGW12(AWS A5.18 ER70S-6)1.2Φを使用した。
【００４７】
表4は送給性評価のための溶接条件であって、送給性の評価は新規の長さ5mの送給ケーブルを、直径300mmで2回巻いた状態(コイル状)で、表4のような溶接条件で評価した。
【００４８】
【表４】
【００４９】
送給性の評価は、持続的な溶接時間が80sec未満で、送給が円滑でなくて溶接が不可能な場合には、送給性が不良なものと取り扱って表２において×と表記し、100sec以上持続的な溶接が可能な場合には、送給性を○と表記し、80〜100secの範囲は普通の送給性と判断して△と表記した。前記ワイヤは、JIS Z 3312 YGW12(AWS A5.18 ER70S-6) 1.2 Φを使用した。
【００５０】
本発明の実施例に使用されたワイヤは、JIS Z 3312 YGW12(AWS A5.18 ER70S-6)を基準にしたが、JIS YGW 11、14、15、16、18、21タイプも同一な結果を表した。
【００５１】
表2から判るように、比較例1〜3、4、10、11、14、15、16、17(2次伸線の高速伸線条件を含む)は、高速伸線によるワイヤ断面上の表面部の形状が凹凸形状を有することにより、表面処理剤が本発明の範囲内にあるが、送給性及びアーク安定性が良くなかった。また、dr／diの比が本発明の範囲を超えることにより、潤滑剤の残留量も本発明の範囲を超えてスパッタの発生量が多くなった。即ち、アークが不安定であった。比較例5、7、12、13は、安定的な伸線条件によるワイヤ断面上の表面部の形状が凹形状を有するとともに、表面処理剤量も本発明の範囲内であって、送給性はある程度確保されるものの、dr／diの比が本発明の範囲を超えることにより、加工面より加工面以外の比率が高くなるため、溶接時にコンタクトチップとワイヤの間の接触が不安定になるとともに、伸線時に使用する潤滑剤の残留量が多くなり、スパッタの発生量が多くなった。特に、比較例5、7、12、13は伸線前または伸線後の粗度が本発明の範囲内に確保されても、伸線速度の調整ができず、dr／diの比が本発明の範囲から外れていることが判る。比較例6、8は高速伸線によるワイヤ断面上の表面部の形状が凹凸形状を有すると共に、表面処理剤が本発明の範囲から外されることにより、送給性及びアーク安定性が悪く、またdr／diの比が本発明の範囲を超えることにより、潤滑剤の残留量も本発明の範囲を超えてスパッタの発生量が多くなった。比較例9は安定的な伸線条件によるワイヤ断面上の表面部の形状が凹形状を有すると共に、dr／diの比及び潤滑剤の残留量が本発明の範囲内にあるため、アーク安定性は良好であるものの、表面処理剤量が本発明の範囲を超えるため、溶接時にフィーダー部のスリップが発生し、送給性が確保できなかった。比較例18はワイヤ断面上の表面部の形状が平坦形状を有することにより、溶接時にコンタクトチップとワイヤの間に接触が安定的でアーク安定性は確保されるが、表面処理剤量が本発明の範囲であるにも拘らず、ワイヤ断面上の表面部の形状が平坦形状を有することにより、溶接時にフィーダー部のスリップが発生して送給性が確保されなかった。
【００５２】
一方、実施例1〜20は伸線前の粗度、伸線方式、伸線速度、伸線後の粗度を、本発明範囲内の最適の状態に調整して製造することにより、ワイヤ断面上の表面部の形状が加工面を基準にして負(−)の方向(ワイヤの中心方向)に凹形状を有することが可能であって、見かけ円弧長さに対する実際の円弧長さの比(dr／di)値が、本発明の範囲内になるようにすることができ、潤滑剤の残留量もやはり本発明の範囲内にあるため、スパッタ発生量の減少が可能であった。また、表面処理剤量が0.03〜0.70g／W.kgの範囲になるように調整して製造することにより、はじめて送給性及びアーク安定性共に満足できる結果を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】加工面が存在しないワイヤの表面形態を示すSEM写真。
【図２】加工面が存在しないワイヤの他の表面形態を示すSEM写真。
【図３】加工面のみから形成されたワイヤの表面形態を示すSEM写真。
【図４】加工面のみから形成されたワイヤの他の表面形態を示すSEM写真。
【図５】加工面と、この加工面を基準にして負の方向(ワイヤの中心方向)の凹部形状を有する、本発明に係るワイヤの表面形態を示すSEM写真。
【図６】加工面と、この加工面を基準にして負の方向(ワイヤの中心方向)の凹部形状を有する、本発明に係る他のワイヤの表面形態を示すSEM写真。
【図７】見かけ円弧長さ(di)を計算するための弦の長さ測定用イメージを示すSEM写真。
【図８】弦の長さ、ワイヤの半径(r)、円の内角(θ)、及び見かけ円弧長さ(di)間の関係を示す図。
【図９】映像分析システムを使用して実際の円弧長さを測定する前のイメージと、測定後のイメージを示すSEM写真。
【図１０】映像分析システムを使用して実際の円弧長さを測定する前のイメージと、測定後のイメージを示す他のSEM写真。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスシールドアーク溶接用無メッキワイヤに関し、より詳しくは、半自動溶接または自動溶接時にアークが安定化され、スパッタの発生量が少なく、送給性が良好なガスシールドアーク溶接用無メッキワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、溶接の自動化が進行するに従って、ガスアーク溶接用ワイヤの使用が飛躍的に増大し、特に、自動車、造船、建築業界で幅広く使用されている。このように、多量に消費されている溶接用ワイヤは、通電性、送給性、及び耐錆性などの確保のために、表面に銅メッキを施すことが一般的である。ワイヤの表面に銅がメッキされた場合、均一なメッキ層を形成してこそ通電性、送給性及び防錆性が確保できるようになる。メッキ層が不均一の場合、実際の溶接時にコンタクトチップ(Contact tip)内でワイヤとコンタクトチップ間の摩擦により微小銅(Cu)成分が脱落し、この脱落した微小銅粉がコンタクトチップ内に集まり、チップの詰まり現象(clogging)を誘発させる。このような現象は、送給不安定及びアークの不安定に繋がり、スパッタの発生量を増加させる。また、メッキワイヤの場合、上記の問題点だけでなく、メッキ工程でのメッキ廃液を発生させ、環境破壊を加重させることもある。
【０００３】
このような環境上の問題点を含む上記問題を解消するために、メッキしていない溶接用ワイヤ、即ち無メッキワイヤが開発された。メッキワイヤの場合、薄膜の銅メッキ層が存在することにより、コンタクトチップと安定的な接触が可能であり、比較的に安定したアーク特性を有するが、無メッキワイヤの場合、コンタクトチップとの安定的な接触のために、銅メッキ層に代えられるワイヤ表面層の特別な特性が求められるようになった。
【０００４】
この発明の先行技術文献としては次のものがある。
【特許文献１】特開2003-191092号公報
【特許文献２】特開2003-225793号公報
【特許文献３】特開2003-170293号公報
【特許文献４】特開2004-001061号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの従来技術はすべてワイヤの表面に開口部を有するが、開口部よりも内部が広いボトルネック(bottleneck)状及び／又は内部に垂れたケーブ(cave)状の凹部、即ち仮想の外部入射光から照射されない部分を含む洞窟型ピット形状を有する。これらピットの役割は、アーク安定性及び送給性の確保のために、粉末形態の機能性塗布剤がワイヤの表面に存在するようにしなければならないが、これをより安定的に保持(anchoring)するためである。また、機能性塗布剤を安定的に保持する補助的な役割として、ポリイソブテンオイルを同時に使用している。
【０００６】
本発明者等は、これらの従来技術に対する実験研究を遂行し、その結果、ボトルネック状またはケーブ状のピット(凹部)の大きさ、即ち凹部形状内部の体積を均一に調整することが事実上不可能であるため、従来技術に開示されているように、ボトルネック状またはケーブ状のピットの形状及び仮想の外部入射光が照射されない部分の長さ比率だけでは、機能性塗布剤をワイヤ断面の表面上、即ち360°円周方向に均一に存在させる(塗布する)ことが不可能であることを見い出すことができた。そのため、これらの従来技術の場合、長時間の溶接時、コンジットケーブル(conduit cable)及びコンタクトチップの内部に粉末形態の機能性塗布剤が集積(clogged)されて送給不安を起こし、またコンタクトチップとワイヤ間の安定的な接触を妨害するようになってアーク不安定をもたらし、これは結果的にスパッタの発生量を増加させるものとなった。特に、コンタクトチップの先端には、溶接時に抵抗熱と輻射熱により機能性塗布剤が溶融され、付着したりまたはこの副産物が集積される現象が発生した。また、従来技術のようなボトルネック状またはケーブ状のピット(凹部)は、最終伸線後、脱脂工程での脱脂が困難であり、潤滑剤の残留量が増加されるようになる。
【０００７】
本発明はこのような従来技術の問題点を解消するためのもので、ワイヤの表面に銅メッキ層がなくてもコンタクトチップとの安定的な接触が可能であるように、ワイヤの表面層に特別な特性を付与することにより、長時間の溶接時にもコンジットケーブル及びコンタクトチップの内部に粉末が集積されないようにしてアークを安定化させ、スパッタの発生量が減少され、送給性が安定化された、ガスシールドアーク溶接用無メッキワイヤを提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために、ワイヤの表面が平坦な加工面と、この加工面を基準にして負の方向(ワイヤの中心方向)の凹部形状を円周方向に有するが、見かけ円弧長さ(di)に対する実際の円弧長さ(dr)の比(dr／di)が1.015〜1.515の範囲にあることを特徴とするガスシールドアーク溶接用無メッキワイヤを提供する（請求項１）。
【０００９】
この時、上記ワイヤの表面部に存在する潤滑剤の残留量が、ワイヤ1kg当り0.50g以下であることを特徴とする（請求項２）。
【００１０】
また、上記ワイヤの表面に1kg当り0.03〜0.70gの表面処理剤を塗布させたことを特徴とし、表面処理剤は流体状オイル形態の動物油、植物油、鉱物油、混合油及び合成油のうち少なくとも1種から構成されることが好ましい（請求項３，４）。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、ワイヤの表面に銅メッキ層を設けなくてもコンタクトチップとの安定的な接触を可能とすることにより、長時間の溶接時にもコンジットケーブル及びコンタクトチップの内部に粉末が集積されないようにしてアークを安定化させスパッタの発生量を減少し、送給性が安定化されたガスシールドアーク溶接用無メッキワイヤを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明について添付の図面に基づき詳細に説明する。
【００１３】
既に説明したように、メッキワイヤに比べて無メッキワイヤは、コンタクトチップとの安定的な接触のために銅メッキ層に代替できるよう、ワイヤの表面に特別な特性を付与しなければならないが、これまではワイヤ表面部の表面粗度、比表面積などを一定の範囲内に調整するレベルであって、このような方法ではコンタクトチップとワイヤ間の安定的な接触が得られなかった。
本発明者等は、ワイヤの表面に銅メッキ層に代えられる特別な特性を付与するために、様々な実験を繰り返す過程で、ワイヤの表面形態を3つの分類、すなわち加工面のみから形成された平坦形状表面(ここで加工面とは、ワイヤの長さ方向に対して直交方向の断面を走査電子顕微鏡で1000倍拡大したイメージにおいて、伸線時にダイスの加工を受けて形成されたワイヤ円周方向の平坦部をいう)、加工面が存在しない不定形の凹凸形状を成す表面、及び加工面と、この加工面を基準にして負の方向(ワイヤの中心方向)の凹部形状が、円周方向に存在する混合形状の表面に分類することができ、ワイヤの表面が混合形状の表面を有するが、見かけ円弧長さ(di)に対する実際の円弧長さ(dr)の比(dr／di)が1.015〜1.515の範囲にある場合に、アーク安定性及び溶接性に優れており、潤滑剤の残留量も減少させることができることを見いだし、本発明を完成するに至った。ここで、実際の円弧長さは、ワイヤの長さ方向に対して直交方向の断面を走査電子顕微鏡で1000倍拡大したイメージにおいて、測定領域に該当する実際の円弧長さ(すなわち、ワイヤの表面に存在する凹部の縁部長さと加工面の長さの和)を映像分析システムを利用して測定した値であり、見かけ円弧長さは上記のイメージにおいて、測定領域に該当する円弧長さを、ワイヤの実線径を利用して理論上で計算した値を意味し、その計算方法は後述する。
【００１４】
凹部形状の表面は、図1及び図2に示したように、加工面が存在しない表面形態をいう。既に言及した先行技術文献１〜４の従来技術は、すべてワイヤの表面に開口部を有し、開口部よりも内部が広いボトルネック状またはケーブ状のピットが、ワイヤ断面の表面に存在するようにする形状を開示しているが、本発明が分類している基準によると、凹凸形状の表面に該当する。
【００１５】
このような凹凸形状の表面は、表面処理剤または機能性塗布剤の保有能力には優れているものの、加工面が存在しないため、コンタクトチップとワイヤ間の安定した接触が確保されないだけでなく、溶接時の送給ケーブル内で摩擦による送給負荷が増加し、送給性が悪くなる。また、最終伸線の後、脱脂工程で脱脂が困難であり、潤滑剤の残留量が増加される。
【００１６】
平坦形状の表面は、図3と図4に示すように、加工面のみから形成されているため、コンタクトチップとワイヤ間の安定した接触は確保されるが、表面処理剤または機能性塗布剤の保有能力が劣るため、充分な潤滑性が確保できずに送給性が悪くなる。
【００１７】
一方、本発明に該当する混合形状の表面は、図5と図6に示すように、ワイヤの長さ方向に対して直交方向の断面状の表面部が凹凸または凸形状を有せず、円周方向に平坦な加工面と、この加工面を基準にして負の方向(ワイヤの中心方向)の凹部形状を有する。ワイヤの表面がこのような表面形状を有する場合、溶接時にコンタクトチップとワイヤの間に安定した接触がなされ、任意の円周方向から測定長さに対する加工面の総長さ比率を適正範囲にする場合、アークが安定し、これによりスパッタの発生量も減少することができる。
しかし、加工面の総長さ比率を適正範囲にすることだけでは、溶接時のスパッタの発生量を効率的に下げることに限界がある。すなわち、残留潤滑剤の量が増加するほど、溶接時のスパッタの発生量が増加するが、加工面の総長さ比率を適正範囲にすることだけでは、凹部部分の深さ、体積及び形状に起因する残留潤滑剤の量から生じる問題点を解決することができない。
【００１８】
従って、本発明においては、ワイヤの表面形状が加工面と、この加工面を基準にして負の方向(ワイヤの中心方向)の凹部形状が、円周方向に存在する混合形状の表面を有するが、見かけ円弧長さ(di)に対する実際の円弧長さ(dr)の比(dr／di)を1.015〜1.515の範囲に限定する。
【００１９】
見かけ円弧長さ対比の実際の円弧長さの比(dr／di)が1.015未満の場合は、実際の製造過程で達成することが不可能であり、平坦形状の表面部のようにほとんど加工面のみから形成される。このような場合には、コンタクトチップとワイヤの間に安定した接触は確保されるが、表面処理剤または機能性塗布剤の保有能力が劣るため、十分な潤滑性の確保が難しく、送給性が悪くなる。見かけ円弧長さ対比の実際の円弧長さの比(dr／di)が1.515を超える場合は、ワイヤ断面上の表面部が粗くなり、表面処理剤の保有能力には優れているものの、加工面が十分に存在することができずに、溶接時にコンタクトチップとワイヤの間に安定した接触が確保できないだけでなく、溶接時に送給ケーブル内で摩擦による送給負荷が増加し、送給性が悪くなる。しかし、本発明によれば、見かけ円弧長さ対比の実際の円弧長さの比(dr／di)が1.015〜1.515とした場合、ワイヤ断面上の表面部が平滑になり、十分な加工面の確保が可能になり、ボトルネックやケーブ部分に該当する凹部の体積が減り、潤滑剤の残留量が減少する。従って、溶接時にコンタクトチップとワイヤの間に安定した接触を確保することができ、残留潤滑剤の量が減少してスパッタの発生量を大きく減少することができる。
【００２０】
本発明では潤滑剤の残留量を0.50g/W.kg以下に限定する。これは潤滑剤の残留量が本発明の範囲である0.50g/W.kgを超える場合、溶接時のスパッタの発生量を増加させ、アークの安定性を悪くするためである。
【００２１】
伸線時に使用される潤滑剤は、最終伸線の後には完全に除去されることが好ましく、脱脂手段には一般的に機械的脱脂、アルカリ溶液脱脂、電解脱脂などが多く利用される。潤滑剤の残留量は脱脂方法だけでなく、ワイヤ表面の凹部形状などにも影響を受け、特に凹部の深さが深かったり、形状がボトルネックまたはケーブ形状の場合、潤滑剤の除去が非常に困難である。
【００２２】
本発明により、見かけ円弧長さ対比の実際の円弧長さの比(dr／di)を1.015〜1.515の範囲にした場合、潤滑剤の残留量も本発明の範囲である0.50g/W.kg以下に維持することができるが、dr／diの比が1.515を超える場合、電解脱脂を実施してもインライン(In-line)システムでは潤滑剤の残留量を0.50g/W.kg以下に下げることが困難である。
【００２３】
また、本発明ではワイヤの表面にワイヤ１kg当り0.03〜0.70gの表面処理剤を塗布した。表面処理剤はワイヤに安定した送給性を付与し、アーク安定性をより向上させる役割をする。
【００２４】
表面処理剤量が0.03g／ワイヤ１kg未満の場合、表面処理剤量が少なすぎて十分な潤滑性を確保できずに送給性が悪くなり、0.70g／ワイヤ１kgを超える場合、溶接時のフィーダー(feeder)部のスリップ(Slip)が発生し、やはり送給性が確保できない。
【００２５】
本発明で表面処理剤は、オイル形態の動物油、植物油、鉱物油、混合油、及び合成油のうち少なくとも1種から構成されることが好ましい。これは、粉末形態の表面処理剤を使用する場合、長時間の溶接時、コンジットケーブル及びコンタクトチップの内部に粉末が集積されるが、オイル形態を使用する場合、このような現象を避けることができるため、アークがより安定化され、スパッタの発生量の減少にさらに効果的であるためである。
【００２６】
以下では、ワイヤの長さ方向に対して直交方向の断面上の表面部が、凹凸または凸形状を有するものではなく、円周方向に平坦な加工面と、この加工面を基準にして負の方向(ワイヤの中心方向)の凹部形状を有するが、見かけ円弧長さ(di)に対する実際の円弧長さ(dr)の比(dr／di)を1.015〜1.515の範囲とする手段について説明する。
【００２７】
まず、本発明で記述している加工面の形状及びdr／diの比を確保するためには、伸線前の粗度、即ち伸線工程に投入される原線(rod)の粗度を0.40μm(Ra基準)以下になるように調整する。これは塩酸、硫酸などの酸洗方式または機械的脱スケールの後、研磨工程を通して上記の範囲内とすることが可能である。
【００２８】
次に、伸線方式及び伸線速度を適切に組み合さなければならない。伸線方式では、全面的な乾式伸線(all dry drawing；以下DDという)、全面的なカセットローラーダイ(all cassette roller die)による伸線(以下CRDという)、CRD＋DD組合方式の連続伸線方式(in-line)を適用したり、DD(1次伸線)−スキンパス(skin pass)(2次伸線；以下SPという)、DD(1次伸線)−湿式伸線(wet drawing)(2次伸線；以下WDという)、CRD(1次伸線)−SP(2次伸線)、CRD(1次伸線)−WD(2次伸線)の2段階伸線方式を適用することが可能である。
【００２９】
伸線速度は連続伸線方式の場合、伸線速度が1000m／minを超えないようにし、2段階伸線方式の場合、1次伸線速度が高いほど2次伸線速度を低く調整する。
【００３０】
最終的には、原線の粗度、伸線方式と伸線速度を適切に調整することにより、最終線径の粗度を0.10〜0.25μm(Ra基準)の範囲になるように調整しなければならない。
【実施例】
【００３１】
以下、実施例について本発明を説明する。
【００３２】
表1は原線の粗度、伸線方式と伸線速度により得られる最終線径の粗度を示したものである。この時、伸線方式でCRD以外にはホール(hole)ダイスを使用した。最終線径の粗度を0.10〜0.25μm(Ra基準)の範囲になるようにするためには、原線の粗度を0.40μm(Ra基準)以下にしなければならず、連続伸線方式の場合は、DD、CRDまたはこれらの組合に関係なく、伸線速度が1000 m/minを超えないようにしなければならない。2段階伸線方式の場合は、1次伸線速度が1000〜1500 m/minの範囲では、2次伸線速度を400 m/min以下に、1次伸線速度が500〜1000 m/minの範囲では2次伸線速度を600 m/min以下にするなど、1次伸線速度が高いほど2次伸線速度を低く調整しなければならないことが判る。但し、比較例18から見られるように、1次伸線速度が500 m/min以下であり、2次伸線速度が200 m/minと低すぎる場合は、伸線後の粗度が0.10μm(Ra基準)以下となるため、適切な伸線速度の選択が必要である。
【００３３】
【表１】
【００３４】
表2は表1から得られたワイヤに対してワイヤ断面の表面形状、見かけ円弧長さ(di)に対する実際の円弧長さ(dr)の比(dr／di)、潤滑剤の残留量、使用された表面処理剤の量、各ワイヤに対する送給性とアーク安定性を測定した結果を表したものである。
【００３５】
【表２】
【００３６】
ワイヤ断面の表面形状は、ワイヤの長さ方向に対して直交方向の断面を走査電子顕微鏡で1000倍に拡大したイメージから判断したものであって、「凹凸」の表示は加工面が存在しない凹凸形状の表面、「凹」の表示は加工面と、この加工面を基準にして負の方向(ワイヤの中心方向)の凹部形状が円周方向に存在する、本発明に係る混合形状の表面、「平坦面」は加工面のみから形成された平坦形状の表面を意味する。表2から判るように、表1から得られたワイヤの中から、最終線径の粗度が0.10〜0.25μm(Ra基準)の範囲にあるとき、本発明に係る混合形状の表面が得られることが判る。
【００３７】
見かけ円弧長さ(di)に対する実際の円弧長さ(dr)の比(dr／di)は次のように求めた。まず、映像分析システム(Image Analyzing system ／ Image-pro plus 4.5, Media cybernetics)を使用して、倍率1000倍で測定しようとするワイヤの実際の円弧長さ(dr)を測定する。この時、映像分析システムが求めた実際の円弧長さは、ワイヤの表面に存在する凹部の縁部長さと加工面の長さの和に該当する。図9及び図10は、映像分析システムを使用して実際の円弧長さを測定する前のイメージと、測定後のイメージを示す写真である。次に、見かけ円弧長さ(di)を計算するために、映像分析システムを利用してやはり倍率1000倍でワイヤの測定区間の弦の長さ(ｌ)を測定する。図7は、見かけ円弧長さ(di)を計算するための弦の長さ測定用イメージを示す写真である。弦の長さが得られると、図8に示すように、三角関数を利用してワイヤの半径(r)が弦の長さとなす円の内角(θ；ラジアン値)を求めることができ、この内角を利用すると見かけ円弧長さ(di)はワイヤの半径(r)×円の内角(θ)になる。従って、ワイヤの実線径を測定して半径(r)を求めると、見かけ円弧長さ(di)を計算することができる。
【００３８】
映像分析システムを利用した実質的な測定は、次のような方法で実施した。まず、製品のワイヤを採取した後、有機溶媒中で超音波洗浄をして表面上の汚染物を除去する。その後、前記ワイヤを400℃で2〜3時間加熱して酸化皮膜を形成する。次に、前記ワイヤを熱硬化性樹脂でワイヤの長さ方向に直交断面方向でマウンティングした後、熱硬化樹脂と共にワイヤを研磨する。次いで、上記の研磨された横断面を電子顕微鏡(SEM)の後方散乱電子を利用してワイヤ断面上の表面部の形状を観察し、映像分析システムを利用して見かけ円弧長さ、実際の円弧長さを求めてdr／di値を計算した。この時、倍率を1000倍にした。
【００３９】
本発明の表面処理剤の塗油量測定方法は、次の通りである。
【００４０】
1. 前記ワイヤを6〜8cmの長さに切り、50〜80g程度になるように準備する。
2. ビーカーに溶媒としてCCl41000 mlを準備する。
3. 1g／10000天秤に準備された前記ワイヤを載せて、脱脂前の重量(Wb)を測定する。
4. 準備された前記ワイヤをCCl4が入っているビーカーに入れて、2〜3回撹拌しながら表面処理油を10分間脱脂する。
5. 脱脂された前記ワイヤをドライオーブンに入れて10分間乾燥した後、デシケーターで常温に冷却させる。
6. 脱脂，乾燥されたワイヤを1g／10000天秤に載せて後、重量(Wa)を測定する。
7. 測定されたWb値とWa値に基づき、次式のように表面処理剤の塗油量を計算する。
表面処理剤の塗油量(g/W.kg) = {(Wb-Wa)／Wa}×1000
【００４１】
ワイヤ表面の潤滑剤の残留量は、次のように測定した。
【００４２】
1〜6. 上記表面処理剤の塗油量の測定方法の1〜6項と同一の過程で行う。
7. 6項のWaの重量を脱脂前の重量(Wb’)とする。
8. 準備された前記ワイヤを70℃に維持された5%無水クロム酸(Cro3)溶液に20分間沈積させる。
9. 脱脂された前記ワイヤを湯洗した後、アルコールで洗浄する。
10. アルコールで洗浄されたワイヤをドライオーブンに入れて10分間乾燥した後、デシケーターで常温に冷却させる。
11. 脱脂され乾燥した前記ワイヤを1g／10000天秤に載せて、重量(Wa’)を測定する。
12. 測定されたWb’値とWa’値に基づき、次式のように潤滑剤の残留量を計算する。
潤滑剤の残留量(g/W.kg) = {(Wb'-Wa')／Wa'}×1000
【００４３】
次に、アーク安定性の評価及び送給性の評価方法を説明する。
【００４４】
表3はアーク安定性を評価するための溶接条件であって、アーク安定性の評価は、長さ3mの送給ケーブルを直線状態にし、表3のような溶接条件で評価した。
【００４５】
【表３】
【００４６】
アーク安定性の判断は1mm以上のスパッタ量が0.2gを超えたり、あるいは総スパッタ量が2gを超える場合には、アーク安定性が不良なものと取り扱って表２において×と表記し、上記の数値内である場合は、アーク安定性に優れたものと取り扱って○と表記した。ワイヤはJIS Z 3312 YGW12(AWS A5.18 ER70S-6)1.2Φを使用した。
【００４７】
表4は送給性評価のための溶接条件であって、送給性の評価は新規の長さ5mの送給ケーブルを、直径300mmで2回巻いた状態(コイル状)で、表4のような溶接条件で評価した。
【００４８】
【表４】
【００４９】
送給性の評価は、持続的な溶接時間が80sec未満で、送給が円滑でなくて溶接が不可能な場合には、送給性が不良なものと取り扱って表２において×と表記し、100sec以上持続的な溶接が可能な場合には、送給性を○と表記し、80〜100secの範囲は普通の送給性と判断して△と表記した。前記ワイヤは、JIS Z 3312 YGW12(AWS A5.18 ER70S-6) 1.2 Φを使用した。
【００５０】
本発明の実施例に使用されたワイヤは、JIS Z 3312 YGW12(AWS A5.18 ER70S-6)を基準にしたが、JIS YGW 11、14、15、16、18、21タイプも同一な結果を表した。
【００５１】
表2から判るように、比較例1〜3、4、10、11、14、15、16、17(2次伸線の高速伸線条件を含む)は、高速伸線によるワイヤ断面上の表面部の形状が凹凸形状を有することにより、表面処理剤が本発明の範囲内にあるが、送給性及びアーク安定性が良くなかった。また、dr／diの比が本発明の範囲を超えることにより、潤滑剤の残留量も本発明の範囲を超えてスパッタの発生量が多くなった。即ち、アークが不安定であった。比較例5、7、12、13は、安定的な伸線条件によるワイヤ断面上の表面部の形状が凹形状を有するとともに、表面処理剤量も本発明の範囲内であって、送給性はある程度確保されるものの、dr／diの比が本発明の範囲を超えることにより、加工面より加工面以外の比率が高くなるため、溶接時にコンタクトチップとワイヤの間の接触が不安定になるとともに、伸線時に使用する潤滑剤の残留量が多くなり、スパッタの発生量が多くなった。特に、比較例5、7、12、13は伸線前または伸線後の粗度が本発明の範囲内に確保されても、伸線速度の調整ができず、dr／diの比が本発明の範囲から外れていることが判る。比較例6、8は高速伸線によるワイヤ断面上の表面部の形状が凹凸形状を有すると共に、表面処理剤が本発明の範囲から外されることにより、送給性及びアーク安定性が悪く、またdr／diの比が本発明の範囲を超えることにより、潤滑剤の残留量も本発明の範囲を超えてスパッタの発生量が多くなった。比較例9は安定的な伸線条件によるワイヤ断面上の表面部の形状が凹形状を有すると共に、dr／diの比及び潤滑剤の残留量が本発明の範囲内にあるため、アーク安定性は良好であるものの、表面処理剤量が本発明の範囲を超えるため、溶接時にフィーダー部のスリップが発生し、送給性が確保できなかった。比較例18はワイヤ断面上の表面部の形状が平坦形状を有することにより、溶接時にコンタクトチップとワイヤの間に接触が安定的でアーク安定性は確保されるが、表面処理剤量が本発明の範囲であるにも拘らず、ワイヤ断面上の表面部の形状が平坦形状を有することにより、溶接時にフィーダー部のスリップが発生して送給性が確保されなかった。
【００５２】
一方、実施例1〜20は伸線前の粗度、伸線方式、伸線速度、伸線後の粗度を、本発明範囲内の最適の状態に調整して製造することにより、ワイヤ断面上の表面部の形状が加工面を基準にして負(−)の方向(ワイヤの中心方向)に凹形状を有することが可能であって、見かけ円弧長さに対する実際の円弧長さの比(dr／di)値が、本発明の範囲内になるようにすることができ、潤滑剤の残留量もやはり本発明の範囲内にあるため、スパッタ発生量の減少が可能であった。また、表面処理剤量が0.03〜0.70g／W.kgの範囲になるように調整して製造することにより、はじめて送給性及びアーク安定性共に満足できる結果を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】加工面が存在しないワイヤの表面形態を示すSEM写真。
【図２】加工面が存在しないワイヤの他の表面形態を示すSEM写真。
【図３】加工面のみから形成されたワイヤの表面形態を示すSEM写真。
【図４】加工面のみから形成されたワイヤの他の表面形態を示すSEM写真。
【図５】加工面と、この加工面を基準にして負の方向(ワイヤの中心方向)の凹部形状を有する、本発明に係るワイヤの表面形態を示すSEM写真。
【図６】加工面と、この加工面を基準にして負の方向(ワイヤの中心方向)の凹部形状を有する、本発明に係る他のワイヤの表面形態を示すSEM写真。
【図７】見かけ円弧長さ(di)を計算するための弦の長さ測定用イメージを示すSEM写真。
【図８】弦の長さ、ワイヤの半径(r)、円の内角(θ)、及び見かけ円弧長さ(di)間の関係を示す図。
【図９】映像分析システムを使用して実際の円弧長さを測定する前のイメージと、測定後のイメージを示すSEM写真。
【図１０】映像分析システムを使用して実際の円弧長さを測定する前のイメージと、測定後のイメージを示す他のSEM写真。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤの表面が平坦な加工面と、前記加工面を基準にして負の方向(ワイヤの中心方向)の凹部形状を円周方向に有し、見かけ円弧長さ(di)に対する実際の円弧長さ(dr)の比(dr／di)が1.015〜1.515の範囲にあることを特徴とするガスシールドアーク溶接用無メッキワイヤ。
【請求項２】
前記ワイヤの表面部に、残留量ワイヤ1kg当り0.50g以下の潤滑剤を有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無メッキワイヤ。
【請求項３】
ワイヤの表面にワイヤ1kg当り0.03〜0.70gの表面処理剤を塗布したことを特徴とする請求項1又は2記載のガスシールドアーク溶接用無メッキワイヤ。
【請求項４】
前記表面処理剤が動物油、植物油、鉱物油、混合油及び合成油のうち少なくとも1種から構成されることを特徴とする請求項3記載のガスシールドアーク溶接用無メッキワイヤ。
【請求項１】
ワイヤの表面が平坦な加工面と、前記加工面を基準にして負の方向(ワイヤの中心方向)の凹部形状を円周方向に有し、見かけ円弧長さ(di)に対する実際の円弧長さ(dr)の比(dr／di)が1.015〜1.515の範囲にあることを特徴とするガスシールドアーク溶接用無メッキワイヤ。
【請求項２】
前記ワイヤの表面部に、残留量ワイヤ1kg当り0.50g以下の潤滑剤を有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無メッキワイヤ。
【請求項３】
ワイヤの表面にワイヤ1kg当り0.03〜0.70gの表面処理剤を塗布したことを特徴とする請求項1又は2記載のガスシールドアーク溶接用無メッキワイヤ。
【請求項４】
前記表面処理剤が動物油、植物油、鉱物油、混合油及び合成油のうち少なくとも1種から構成されることを特徴とする請求項3記載のガスシールドアーク溶接用無メッキワイヤ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−１５９２８７（Ｐ２００６−１５９２８７Ａ）
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２６５４７２（Ｐ２００５−２６５４７２）
【出願日】平成１７年９月１３日（２００５．９．１３）
【出願人】（５０３３７５３３７）株式会社キスウェル (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月１３日（２００５．９．１３）
【出願人】（５０３３７５３３７）株式会社キスウェル (11)
【Ｆターム（参考）】
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