ガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤ
【課題】 大入熱および高パス間温度の溶接施工条件で連続多層盛溶接を長時間する場合においても、ワイヤ送給性が良好で、かつ、チップの摩耗が少なくアークが安定で、スラグ剥離性が良好で、かつ溶接金属の機械的性質が優れたガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤを提供する。
【解決手段】 ガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤにおいて、ワイヤ成分としてＣ：０．０２〜０．０８質量％、Ｓｉ：０．６０〜１．００質量％、Ｍｎ：１．５０〜２．２０質量％、Ｓ：０．００７〜０．０２０質量％、Ｃｕ：０．１５〜０．４０質量％、Ｔｉ：０．１０〜０．３０質量％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、かつ、ワイヤ表面にワイヤ１０ｋｇ当たり常温で液体の潤滑油を０．３〜１．５ｇ有し、金属粉の付着量が０．２５ｇ以下、金属粉以外の固形分の付着量が０．１０ｇ以下であ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銅めっきワイヤにおいて、ワイヤ成分としてＣ：０．０２〜０．０８質量％、Ｓｉ：０．６０〜１．００質量％、Ｍｎ：１．５０〜２．２０質量％、Ｓ：０．００７〜０．０２０質量％、Ｃｕ：０．１５〜０．４０質量％、Ｔｉ：０．１０〜０．３０質量％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、かつ、ワイヤ表面にワイヤ１０ｋｇ当たり常温で液体の潤滑油を０．３〜１．５ｇ有し、金属粉の付着量が０．２５ｇ以下、金属粉以外の固形分の付着量が０．１０ｇ以下であ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、ガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤに関し、特に大入熱および高パス間温度の溶接施工条件で連続多層盛溶接を長時間する場合においても、ワイヤ送給性が良好で、かつ、チップの摩耗が少なくアークが安定で、生成したスラグの剥離性が良好で、かつ溶接金属の機械的性質が優れたガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤに係るものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、建築分野において、溶接施工のさらなる能率向上を図るため、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件に対応するガスシールドアーク溶接用ワイヤが開発され、ＪＩＳ Ｚ３３１２ ＹＧＷ１８に規定されている。このガスシールドアーク溶接用ワイヤを使用すると４９０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼に対して、最大入熱を４０ｋＪ／ｃｍでは最高パス間温度を３５０℃の溶接施工条件が許容される。また５２０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼に対して、最大入熱を３０ｋＪ／ｃｍでは最高パス間温度を２５０℃の溶接施工条件が許容される。急速に普及している５４０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼に対しても、大入熱・高パス間温度の溶接施工条件が許容される。
【０００３】
従来、大入熱・高パス間温度対応のガスシールドアーク溶接用ワイヤは、所定の機械的性質を有する溶着金属を得るために、相対的に多量の合金元素が添加されている。例えば、特開平１０−２３０３８７号公報（特許文献１）、特開平１１−９０６７８号公報（特許文献２）、特開平１１−１０４８８６号公報（特許文献３）、特開平１１−２３９８９２号公報（特許文献４）および特開２００１−２８７０８６号公報（特許文献５）に記載のガスシールドアーク溶接用ワイヤは、Ｓｉ、ＭｎやＴｉの脱酸成分を従来のガスシールドアーク溶接用ワイヤより多く含有し、またＭｏ、Ｂ、Ｃｒなどを必要に応じて積極的に添加しているのが特徴である。
【０００４】
しかしながら、これら大入熱・高パス間温度溶接施工条件対応のガスシールドアーク溶接用ワイヤは、スラグ生成元素であるＳｉ、ＭｎやＴｉの脱酸成分やＭｏ、Ｂなどを多く含有しているため、スラグ生成量が多く、かつスラグが溶着金属から剥離しにくいという欠点がある。このようなガスシールドアーク溶接用ワイヤを使用してロボットによる全自動溶接を行い、溶着金属を積層していくと、溶着金属の上にスラグが堆積する。この堆積したスラグ上で、溶着金属の積層のために再アークスタートを行った場合、ガスシールドアーク溶接用ワイヤの先端と溶着金属との間での通電がスラグにより阻害され、アークスタートができないとロボットがエラーと判定するため、溶接作業停止の原因となる。また、半自動溶接法にて連続多層盛溶接を行った場合においても、スラグの除去作業に時間が割かれて溶接能率の妨げとなっていた。
【０００５】
一方、ガスシールドアーク溶接用ワイヤを用いたアーク溶接作業は、ワイヤ供給装置の送給ローラにより、コンジットケーブル内部に内包された螺旋状に形成されたコンジットチューブとそれにつながる溶接トーチのチップから連続的にワイヤを送り出しながらシールドガスの雰囲気でアーク溶解する方法で使用される。半自動溶接の場合、コンジットケーブルは溶接作業を容易にするために６ｍ以上の長尺でかつ軟質の物が用いられ、ワイヤ供給装置から溶接部までの距離の調整や狭隘部の溶接をするために上下あるいは左右に曲げられたり、ループ状に巻きつけて長さを調整して使用されることが多い。
【０００６】
このような状況で使用された場合、ワイヤは螺旋状のコンジットチューブ内の表面と接触摩擦部が増えて送給抵抗が増し送給抵抗が大きくなり、ワイヤを円滑に送給することが困難となる。そのため、例えば特開平５−２３７３１号公報（特許文献６）に、ポリ四弗化エチレン、二硫化モリブデン、グラファイト、マイカ、セリサイトおよびタルクを適量含む固体潤滑剤で乾式伸線してワイヤ表面に前記潤滑剤を適量付着するフラックス入りワイヤが開示されている。また、特開２０００−３１７６７９号公報（特許文献７）には、絶縁無機質粉末及び／または導電性無機質粉末が水溶性高分子と共に付着した技術の開示がある。
【０００７】
これらのガスシールドアーク溶接用ワイヤを用いて溶接した場合、短期間の溶接においてはワイヤ送給性が優れ、アークも安定するが、大入熱・高パス間温度の溶接施工条件で長期間溶接をすると、これらのワイヤはワイヤ表面に銅めっきが施されてないので、チップがワイヤとの摩擦で消耗してアークが不安定になるとともに、ワイヤとコンジットチューブとの摩擦で固体潤滑剤および削られたコンジットチューブの金属粉がコンジットチューブ内に蓄積されワイヤの送給抵抗が大きくなり、ワイヤ送給性が悪くなってアークが不安定になる。
【０００８】
一方、ワイヤ表面に銅めっきが施されているとチップ摩耗が少なくなりアークは安定する。さらに、ワイヤ送給性を改善する技術として、例えば特開平２−２８４７９２号公報（特許文献８）には、ワイヤ表面にカリ石鹸、ソーダ石鹸および油性潤滑剤を塗布したガスシールドアーク溶接用ワイヤの提案がある。また、特開２００３−２２５７９４号公報（特許文献９）には、ワイヤ表面下層部にＭｏＳ2、ＢＮ、ワックス、Ｋ化鉱物および銅粉からなる固形潤滑剤、ワイヤ表面上層部に潤滑油を塗布したガスシールドアーク溶接用ワイヤの提案がある。
【０００９】
しかし、前述の銅めっきワイヤを用いて大入熱・高パス間温度の溶接施工条件で長時間溶接した場合、ワイヤとコンジットチューブ内の摩擦によってワイヤ表面の潤滑剤およびワイヤ製造時に付着した銅粉や鉄粉がコンジットチューブ内に蓄積され送給抵抗が非常に大きくなり、アークが不安定になるって、ついにはアーク切れするという問題が生じて満足できるものではない。
【特許文献１】特開平１０−２３０３８７号公報
【特許文献２】特開平１１−９０６７８号公報
【特許文献３】特開平１１−１０４８８６号公報
【特許文献４】特開平１１−２３９８９２号公報
【特許文献５】特開２００１−２８７０８６号公報
【特許文献６】特開平５−２３７３１号公報
【特許文献７】特開２０００−３１７６７９号公報
【特許文献８】特開平２−２８４７９２号公報
【特許文献９】特開２００３−２２５７９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件で連続多層盛溶接を長時間する場合においても、ワイヤ送給性が良好で、かつ、チップの摩耗が少なくアークが安定で、スラグ剥離性が良好で、かつ溶接金属の機械的性質が優れたガスシールドアーク溶接用銅めっき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】
【００１１】
本発明の要旨は、
（１）ガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤにおいて、ワイヤ成分としてＣ：０．０２〜０．０８質量％、Ｓｉ：０．６０〜１．００質量％、Ｍｎ：１．５０〜２．２０質量％、Ｓ：０．００７〜０．０２０質量％、Ｃｕ：０．１５〜０．４０質量％、Ｔｉ：０．１０〜０．３０質量％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、かつ、ワイヤ表面にワイヤ１０ｋｇ当たり常温で液体の潤滑油を０．３〜１．５g有し、金属粉の付着量が０．２５ｇ以下、金属粉以外の固形分の付着量が０．１０ｇ以下であることを特徴とする。
【００１２】
（２）ワイヤ表面に二硫化モリブデンを０．００５〜０．２５ｇ、リン脂質を０．００８〜０．１０ｇさらに含むことを特徴とする前記（１）記載のガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤ。
（３）ワイヤ成分としてＭｏ：０．１０〜０．３０質量％さらに含むことを特徴とする前記（１）または（２）記載のガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤ。
（４）ワイヤ表面にＢ：０．００１０〜０．００６０質量％をさらに含有することも特徴とする前記（１）ないし（３）記載のガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤにある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤによれば、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件で連続多層盛溶接を長時間する場合においても、ワイヤ送給性が良好で、かつ、チップの摩耗が少なくアークが安定で、生成したスラグの剥離性が良好で、かつ溶接金属の機械的性質が優れるので、溶接の高能率化および品質向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明者らは、前記課題を解決するために、種々のワイヤ成分を変化させたガスシールドアーク溶接用ワイヤの表面に塗布する送給潤滑剤について種々検討した。その結果、高入熱・高パス間温度の溶接施工条件におけるスラグ剥離性はワイヤ成分中Ｔｉ、ＳおよびＭｏ量の調整、機械的性能はＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＭｏおよびＢの添加および調整により効果を得た。また、ワイヤ表面に銅めっきを施し浄化したワイヤ表面に均一に液体である潤滑油および二硫化モリブデンを適量塗布することによって、ワイヤ送給性が良好で、チップ摩耗も極めて少なくなり安定したアークが得られることを見出した。
【００１５】
以下、本発明のガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤに含まれる成分組成およびワイヤ表面に塗布する送給潤滑剤組成の限定理由について説明する。
Ｃ：０．０２〜０．０８質量％
Ｃは、溶着金属の焼入れ性を高め、強度および靭性を確保する上で重要な元素である。Ｃが０．０２質量％（以下、％という。）未満であると、必要な強度と靭性が得られない。一方、Ｃが０．０８%を超えると溶着金属の割れ感受性が高くなる。したがって、Ｃは０．０２〜０．０８％とする。
【００１６】
Ｓｉ：０．６０〜１．０％
Ｓｉは、主要な脱酸元素であり、溶着金属の酸素量を低下させて靭性の向上に重要な元素である。しかしながら、多くなりすぎると大入熱・高パス間温度での溶接施工条件では溶着金属を脆化させる。また、大入熱・高パス間温度での溶接施工条件ではＳｉの消耗が多いが、それ以外のＳｉは溶着金属中に歩留まって強度を確保する上で必要である。Ｓｉが０．６０％未満では所定の強度が得られず靭性も低下する。したがって、Ｓｉは０．６０〜１．０％とする。
【００１７】
Ｍｎ：１．５０〜２．２０％
Ｍｎは、脱酸元素であり靭性向上に重要な元素である。また、強度の改善にも有効な元素である。さらに、高融点のＭｎＳを形成して溶着金属の割れを抑制する。反面、多くなりすぎると大入熱・高パス間温度での溶接施工条件では、Ｓｉと同様に溶着金属を脆化させる。Ｍｎが１．５０％未満では所定の強度と靱性が得られない。一方、Ｍｎが２．２０％を超えると溶着金属の靭性が低下する。したがって、Ｍｎは１．５０〜２．２０％とする。
【００１８】
Ｓ：０．００７〜０．０２０％
Ｓは、スラグをガラス質として溶着金属からのスラグ剥離を促進する作用があり、スラグ剥離性を向上させる元素である。Ｓが０．００７％未満ではその効果は不十分である。しかしながら、０．０２０％を超えると溶着金属に割れが発生し、また機械的性質を劣化させる傾向がある。したがって、Ｓは０．００７〜０．０２０％とする。
【００１９】
Ｃｕ：０．１５〜０．４０％
Ｃｕは、鋼中に不可避的不純物として０．０２％程度含有されることがあるが、本発明のＣｕは主としてワイヤ表面に施した銅めっきをいう。ワイヤ表面の銅めっきは、チップ先端での通電性を良好にしアークを安定させる。さらに、大入熱・高パス間温度の溶接施工条件で長時間溶接してもチップ摩耗が極めて少なく安定したアークを持続させるとともに防錆性向上の効果も有する。Ｃｕが０．１５％未満であると、チップが摩耗してアークが不安定となる。一方、Ｃｕが０．４０％を超えて添加した場合は、溶接割れ感受性が高くなる。したがって、Ｃｕは０．１５〜０．４０％とする。
【００２０】
Ｔｉ：０．１０〜０．３０％
Ｔｉは、高電流域でのアーク状態を向上させる効果があり、Ｔｉが０．１０％未満では、スラグの粘性が高まることおよび表面張力が大きくなることから、スラグが局部的に厚くなるため、連続多層盛溶接ではスラグの再溶融が完全にできないことなどが原因で、アークが不安定でスパッタ発生量が多く、スラグ剥離性も悪くスラグ巻込みの欠陥を発生させることもある。さらに、溶接金属の靭性も低下する。一方、Ｔｉは、強力な脱酸元素として作用し、かつその酸化物が溶着金属中に含有することで組織改善に効果がある。強力な脱酸元素であるがゆえに、ほとんどのＴｉがＴｉＯ2としてスラグの主成分となる。Ｔｉが０．３０％を超えるとスラグが結晶化するとともに厚くなりスラグ剥離性が低下する。したがって、Ｔｉは０．１０〜０．３０％とする。
【００２１】
Ｍｏ：０．１０〜０．３０％
Ｍｏは、溶着金属の焼入れ性を高める元素である。特に大入熱・高パス間温度での溶接施工条件では、溶着金属の焼入れ性が不足するので、強度を確保する上で主要な元素である。Ｍｏが０．１０％未満であると、必要な強度が得られない。一方、Ｍｏが０．３０％を超えて添加した場合はスラグが硬くなりスラグ剥離性が悪くなる。また溶接金属の強度が高くなりすぎて靭性が低下する。したがって、Ｍｏは０．１０〜０．３０％とする。
【００２２】
Ｂ：０．００１０〜０．００６０％
Ｂは、Ｔｉとの相乗効果により大入熱・高パス間温度での溶接施工条件での溶着金属の組織を改善して靭性向上に効果がある。Ｂが０．００１０％未満ではその効果は不十分である。一方、０．００６０％を超えると、大入熱・高パス間温度の溶接施工条件での溶接割れ感受性が高くなる。また、Ｂにはスラグを結晶化させてスラグ剥離性を低下させる。したがって、Ｂは０．００１０〜０．００６０％とする。
上記成分の残部はＦｅおよび不可避不純物であるが、他の成分としてＡｌを０．１０％以下、ＮｂおよびＶをそれぞれ０．０５％以下含有することができる。
【００２３】
ワイヤ１０ｋｇ当り常温で液体である潤滑油：０．３〜１．５ｇ
常温で液体である潤滑油は、ワイヤ表面に皮膜を有し、ワイヤ送給性を向上させる。常温で液体である潤滑油はワイヤ１０ｋｇ当り０．３〜１．５ｇ（以下、ｇ／１０ｋｇＷという。）とする。潤滑油が０．３ｇ／１０ｋｇＷ未満であると、コンジットチューブ内で送給抵抗が大きくなりワイヤ送給性が不良となる。逆に、１．５ｇ／１０ｋｇＷを超えると、送給ローラ部でワイヤがスリップしてアークが不安定になる。
【００２４】
潤滑油は、動植物油、鉱物油あるいは合成油の何れでもよい。動植物油としてはパーム油、菜種油、ひまし油、豚油、牛油、魚油等を、鉱物油としてはマシン油、タービン油、スピンドル油等を用いることができる。合成油としては炭化水素系、エステル系、ポリグリコール系、ポリフェノール系、シリコーン系、フロロカーボン系を用いることができる。
【００２５】
金属粉付着量：０．２５ｇ／１０ｋｇＷ以下
ワイヤ表面の銅めっきは、前述のようにチップ先端での通電性を良好にし、チップ摩耗が少なく、さらに防錆性向上という効果がある。しかし、ワイヤ表面への銅めっきはワイヤ素線径（２．５〜３．５ｍｍ程度）で施された後に仕上げ伸線で製品径まで縮径されるが、この過程で銅めっきが剥がれワイヤ表面に多量付着する。また、同時にワイヤ表層部の鉄も削られてワイヤ表面に付着する。これらワイヤ表面に付着した金属粉は、コンジットチューブ内に蓄積されて長時間溶接していると送給抵抗が非常に大きくなりアークが不安定となって、ついにはアーク切れが生じるようになる。しかし、ワイヤ表面の金属粉付着量が０．２５ｇ／１０ｋｇＷ以下であると、コンジットチューブ内への蓄積量が少なくなると共に、前記常温で液体の潤滑油および後述の二硫化モリブデンの送給抵抗を小さくする働きを阻害することがない。
【００２６】
金属粉以外の固形分の付着量：０．１０ｇ／１０ｋｇＷ以下
金属粉および後述の二硫化モリブデン以外に、ワイヤ表面には残留した固形伸線潤滑剤や湿式伸線潤滑剤中の汚れ、ほこり等が付着してコンジットチューブ内に蓄積されて長時間溶接していると、金属粉とともに蓄積されて送給抵抗が大きくなりアークが不安定となる。しかし、金属粉および二硫化モリブデン以外の固形分（以下、固形不純物という。）の付着量が０．１０ｇ／１０ｋｇＷ以下であると、コンジットチューブ内への蓄積量が少なくなるとともに、前記常温で液体の潤滑油および後述の二硫化モリブデンの送給抵抗を小さくする働きを阻害することがない。
【００２７】
二硫化モリブデン：０．００５〜０．２５ｇ／１０ｋｇＷ
二硫化モリブデンは、コンジットチューブ内で送給抵抗を抑制してワイヤ送給性を良好にする。二硫化モリブデンが０．００５ｇ／１０ｋｇＷ未満であると、コンジットチューブ内で送給抵抗が大きくなりワイヤ送給性が不良となる。逆に、二硫化モリブデンが０．２５ｇ／１０ｋｇＷを超えると、アークが不安定になってスパッタ発生量が多くなる。
【００２８】
なお、二硫化モリブデンはコンジットチューブとの接触により長時間溶接しているとコンジットチューブ内に少量蓄積されるが、この蓄積された二硫化モリブデンは送給抵抗を小さくする働きをする。また、二硫化モリブデンの粒径は１．０μｍ以下であることが送給抵抗を低減してワイヤ送給性を良好にするので好ましい。
【００２９】
リン脂質：０．００８〜０．１０ｇ／１０ｋｇＷ
リン脂質をワイヤ表面に有することによって、常温で液体である潤滑油と共存してワイヤ表面の二硫化モリブデンを均一に分散させる作用を有する。リン脂質が０．００８ｇ／１０ｋｇＷ未満であると、ワイヤ表面の二硫化モリブデンが均一に付着せず、コンジットチューブ内で送給抵抗が大きくなる部分がありワイヤ送給性が不良になる。逆に、リン脂質が０．１０ｇ／１０ｋｇＷを超えると、スパッタ発生量が多くなる。
【００３０】
本発明にいうリン脂質とは、レシチン（フォスファチジルコン）、フォスファチジルエタノールアミン、フォスファジルイニシトールなどのリン酸脂質を９５％程度含有する粉末状のもの、リン酸脂質を約６５％および大豆油などの植物油を３５％程度含有するペースト状のものなどあり、いずれも使用することができ、中でも大豆油から得られるレシチンが好ましい。
【００３１】
本発明のガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤの製造方法は、前述のワイヤ成分組成に溶解したソリッドワイヤ素線のワイヤ表面に銅めっきを施したのち、製品径まで仕上げ伸線して、ワイヤ表面を例えば洗浄や機械的に浄化し、常温で液体である潤滑油、さらに二硫化モリブデンおよびリン脂質をワイヤ表面に塗布してスプール巻きまたはペールパック入りワイヤとする。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。
表１に示すワイヤ径１．４ｍｍの銅めっきをワイヤ表面に施した各種成分のワイヤ表面を浄化の程度および潤滑剤の塗布量を変えて試作してスプール巻きワイヤとした。なお、二硫化モリブデンの粒径は０．６μｍ以下のものを用いた。
各試作ワイヤにつきワイヤ送給性、チップ摩耗量、スパッタ発生量、アーク状態、コンジットチューブ内の蓄積量、溶接金属の高温割れの有無、スラグ剥離性、溶着金属の引張強さおよび靭性の調査をした。
【００３３】
【表１】
ワイヤ送給性およびチップ摩耗量の評価は、図１に示す装置を用いて行った。図１において送給機１にセットされたスプール巻きワイヤ２は、送給ローラ３により引き出され、コンジットケーブル４に内包されたコンジットチューブを経てその先端のトーチ５からチップ６まで送給される。そしてチップ６と鋼板７と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４は６ｍ長さで、送給抵抗を与えるために１５０ｍｍ径のループを形成した屈曲８を設けた。送給機１には送給ローラの周速度Ｖｒ（設定ワイヤ速度）の検知器（図示せず）およびワイヤの実速度Ｖｗ検出器９を備えている。
【００３４】
ワイヤ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、送給ローラ部分に設けられたロードセル１０によりワイヤ送給時にワイヤがコンジットチューブから受ける反力を送給抵抗Ｒとして検出した。溶接は試作ワイヤ毎に新しいコンジットチューブを用いて表２に示す溶接条件で１００分溶接し、溶接開始後８０分から溶接終了までの２０分間スリップ率ＳＬと送給抵抗Ｒを測定して平均値を求めた。スリップ率ＳＬが１０％以下で送給抵抗Ｒが８ｋｇｆ以下の場合にワイヤ送給性良好と判定した。また、チップの摩耗量は、試作ワイヤ毎に新しいチップ（内径１．６ｍｍ）を用いて溶接終了後最も摩耗の大き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０．１５ｍｍ以下を良好として評価した。
【００３５】
【表２】
スパッタ発生量は、上記ワイヤ送給性およびチップ摩耗性の試験終了後、コンジットチューブおよびチップを交換せずに銅製の捕集箱を用いて、ビードオンプレート溶接により表２に示す溶接条件で５回溶接（１回の溶接時間１．５ｍｉｎ）して捕集したスパッタを１分間の発生量に換算した。スパッタ発生量は２ｇ／ｍｉｎ以下でアークが安定して作業性が良好である。
【００３６】
また、スパッタ発生量測定後、コンジットチューブのループ部を切断して、潤滑剤、金属粉および固形不純物の蓄積状態を観察した。
溶接割れ試験は、図２に示す試験鋼板（ＳＭ４９０Ｂ鋼）に溶接による熱変形を防ぐための拘束板を取付けて表２に示す溶接条件で、１層目終了後アークを切ることなく２層目を折返して溶接した。２層目溶接終了後に、溶接試験体を空冷し室温に低下したところで、１層目と２層目の折返し溶接部を浸透探傷試験で溶接割れの有無を確認した。
【００３７】
溶着金属試験は、図２に示す試験鋼板に表２に示す溶接条件で予熱温度２５０℃、パス間温度３５０℃で溶接を行った。溶接中に生成したスラグはすべての溶接が終了するまで、スラグ除去作業を実施しないで溶接を行った。なお、図２中、１１および１２は鋼板、１３は裏当金、１４はエンドタブ、１５は溶着金属試験時のパス間温度測定位置を示す。
【００３８】
スラグ剥離性は、溶接後のスラグの自然剥離状況から評価した。溶接終了後、溶接試験体を１時間空冷し、スラグが自己崩壊を起こし、自然に剥離したスラグの質量とスラグの全発生量との割合を調べ、剥離したスラグの割合が３０％以上の良好な場合を○、３０％未満を×と評価した。
【００３９】
溶着金属の機械的性質は、引張試験片（ＪＩＳ Ｚ２２０１ Ａ１号）およびシャルピー衝撃試験片（ＪＩＳ Ｚ２２０２ ４号）を鋼板表面から１０ｍｍを中心に採取して評価した。引張強さは５４０Ｎ／ｍｍ2以上、シャルピー衝撃試験は試験温度０℃で吸収エネルギーの３本の平均値が１００Ｊ以上を合格とした。それらの結果を表３にまとめて示す。
【００４０】
【表３】
表１および表３中、ワイヤＮo.１〜１４が本発明例、ワイヤＮo.１５〜２５は比較例である。本発明例であるワイヤＮo.１〜１４は、ワイヤ成分範囲が適正で、ワイヤ表面の常温で液体である潤滑油量が適正で、金属粉の付着量および金属粉以外の固形分の付着量が少ないので、スリップ率ＳＬおよび送給抵抗Ｒが低くワイヤ送給性が良好で、チップ摩耗およびスパッタ発生量が少なく、アーク状態が良好でコンジットチューブ内の潤滑剤、金属粉および固形不純物の蓄積が少なく、さらに溶接金属に割れの発生がなく、スラグ剥離性、溶着金属の引張強さおよび吸収エネルギーが良好など極めて満足な結果であった。
【００４１】
なお、ワイヤＮo.１は、ワイヤ表面に二硫化モリブデンおよびリン脂質が付着していないのでワイヤ送給抵抗Ｒが若干高くなった。また、ワイヤ成分にＭｏおよびＢを含まないので引張強さおよび吸収エネルギーが目標値ぎりぎりであった。
ワイヤＮo.２は、ワイヤ成分にＭｏおよびＢを含まないので引張強さおよび吸収エネルギーが目標値ぎりぎりであった。
【００４２】
ワイヤＮo.３は、ワイヤ成分にＢを含まないので吸収エネルギーが目標値ぎりぎりであった。ワイヤＮo.４は、ワイヤ成分にＭｏを含まないので引張強さが目標値ぎりぎりであった。ワイヤＮo.５は、ワイヤ表面に二硫化モリブデンが付着していないのでワイヤ送給抵抗Ｒが若干高くなった。
【００４３】
比較例中ワイヤＮo.１５は、ワイヤ表面の金属粉付着量が多いのでコンジットチューブ内の蓄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。また、ワイヤ成分のＣが高いので高温割れが生じた。さらに、ワイヤ成分のＴｉが高いのでスラグ剥離性も不良であった。ワイヤＮo.１６は、ワイヤ表面の二硫化モリブデンの付着量が多いのでアークが不安定でスパッタ発生量も多くなった。また、ワイヤ成分のＣが低いので引張強さが低く吸収エネルギーも低値であった。
【００４４】
ワイヤＮo.１７は、ワイヤ表面に二硫化モリブデンを含まないのでアークがやや不安定で送給抵抗Ｒも高くなった。また、ワイヤ成分のＳｉが高いので吸収エネルギーが低値であった。ワイヤＮo.１８は、ワイヤ表面のリン脂質付着量が多いのでスパッタ発生量が多かった。また、ワイヤ成分のＳｉが低いので引張強さが低く吸収エネルギーも低値であった。
【００４５】
ワイヤＮo.１９は、ワイヤ表面のリン脂質付着量が少ないのでアークがやや不安定で送給抵抗Ｒが高くなった。また、ワイヤ成分のＭｎが高いので吸収エネルギーが低値であった。ワイヤＮo.２０は、ワイヤ表面の潤滑油付着量が多いのでアークがやや不安定でスリップ率ＳＬが高くなった。また、ワイヤ成分のＭｎが低いので引張強さが低く吸収エネルギーも低値であった。
【００４６】
ワイヤＮo.２１は、ワイヤ成分のＳが高いので割れが生じた。また、Ｍｏが高いのでスラグ剥離性が不良であった。ワイヤＮo.２２は、ワイヤ表面の固形不純物が多いのでコンジットチューブ内の蓄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。ワイヤ成分のＳが低いのでスラグ剥離性が不良であった。さらに、Ｂが低いので吸収エネルギーも低値であった。
【００４７】
ワイヤＮo.２３は、ワイヤ成分のＣｕが高いので割れが生じた。また、Ｔｉが低いのでアークが不安定でスパッタ発生量も多くなった。ワイヤＮo.２４は、ワイヤ成分のＣｕが低い（Ｃｕめっきが薄い）のでチップの摩耗量が多くアークが不安定となった。また、Ｍｏが低いので引張強さが低くなった。ワイヤＮo.２５は、ワイヤ表面の潤滑油付着量が少ないのでアークがやや不安定で送給抵抗Ｒが高くなった。また、ワイヤ成分のＢが高いので割れが生じ、スラグ剥離性も不良であった。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施例におけるワイヤ送給性試験の装置を示す図である。
【図２】本発明の実施例に用いた溶着金属試験および溶接割れ試験の試験鋼板の開先形状を示した（ａ）正面図、（ｂ）平面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 送給機
２ スプール巻きワイヤ
３ 送給ローラ
４ コンジットケーブル
５ トーチ
６ チップ
７ 鋼板
８ コンジットケーブルの屈曲部
９ ワイヤの実速度検出器
１０ ロードセル
１１ 鋼板
１２ 鋼板
１３ 裏当金
１４ エンドタブ
１５ パス間温度測定位置
特許出願人 日鐵住金溶接工業株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊 他１
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤに関し、特に大入熱および高パス間温度の溶接施工条件で連続多層盛溶接を長時間する場合においても、ワイヤ送給性が良好で、かつ、チップの摩耗が少なくアークが安定で、生成したスラグの剥離性が良好で、かつ溶接金属の機械的性質が優れたガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤに係るものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、建築分野において、溶接施工のさらなる能率向上を図るため、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件に対応するガスシールドアーク溶接用ワイヤが開発され、ＪＩＳ Ｚ３３１２ ＹＧＷ１８に規定されている。このガスシールドアーク溶接用ワイヤを使用すると４９０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼に対して、最大入熱を４０ｋＪ／ｃｍでは最高パス間温度を３５０℃の溶接施工条件が許容される。また５２０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼に対して、最大入熱を３０ｋＪ／ｃｍでは最高パス間温度を２５０℃の溶接施工条件が許容される。急速に普及している５４０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼に対しても、大入熱・高パス間温度の溶接施工条件が許容される。
【０００３】
従来、大入熱・高パス間温度対応のガスシールドアーク溶接用ワイヤは、所定の機械的性質を有する溶着金属を得るために、相対的に多量の合金元素が添加されている。例えば、特開平１０−２３０３８７号公報（特許文献１）、特開平１１−９０６７８号公報（特許文献２）、特開平１１−１０４８８６号公報（特許文献３）、特開平１１−２３９８９２号公報（特許文献４）および特開２００１−２８７０８６号公報（特許文献５）に記載のガスシールドアーク溶接用ワイヤは、Ｓｉ、ＭｎやＴｉの脱酸成分を従来のガスシールドアーク溶接用ワイヤより多く含有し、またＭｏ、Ｂ、Ｃｒなどを必要に応じて積極的に添加しているのが特徴である。
【０００４】
しかしながら、これら大入熱・高パス間温度溶接施工条件対応のガスシールドアーク溶接用ワイヤは、スラグ生成元素であるＳｉ、ＭｎやＴｉの脱酸成分やＭｏ、Ｂなどを多く含有しているため、スラグ生成量が多く、かつスラグが溶着金属から剥離しにくいという欠点がある。このようなガスシールドアーク溶接用ワイヤを使用してロボットによる全自動溶接を行い、溶着金属を積層していくと、溶着金属の上にスラグが堆積する。この堆積したスラグ上で、溶着金属の積層のために再アークスタートを行った場合、ガスシールドアーク溶接用ワイヤの先端と溶着金属との間での通電がスラグにより阻害され、アークスタートができないとロボットがエラーと判定するため、溶接作業停止の原因となる。また、半自動溶接法にて連続多層盛溶接を行った場合においても、スラグの除去作業に時間が割かれて溶接能率の妨げとなっていた。
【０００５】
一方、ガスシールドアーク溶接用ワイヤを用いたアーク溶接作業は、ワイヤ供給装置の送給ローラにより、コンジットケーブル内部に内包された螺旋状に形成されたコンジットチューブとそれにつながる溶接トーチのチップから連続的にワイヤを送り出しながらシールドガスの雰囲気でアーク溶解する方法で使用される。半自動溶接の場合、コンジットケーブルは溶接作業を容易にするために６ｍ以上の長尺でかつ軟質の物が用いられ、ワイヤ供給装置から溶接部までの距離の調整や狭隘部の溶接をするために上下あるいは左右に曲げられたり、ループ状に巻きつけて長さを調整して使用されることが多い。
【０００６】
このような状況で使用された場合、ワイヤは螺旋状のコンジットチューブ内の表面と接触摩擦部が増えて送給抵抗が増し送給抵抗が大きくなり、ワイヤを円滑に送給することが困難となる。そのため、例えば特開平５−２３７３１号公報（特許文献６）に、ポリ四弗化エチレン、二硫化モリブデン、グラファイト、マイカ、セリサイトおよびタルクを適量含む固体潤滑剤で乾式伸線してワイヤ表面に前記潤滑剤を適量付着するフラックス入りワイヤが開示されている。また、特開２０００−３１７６７９号公報（特許文献７）には、絶縁無機質粉末及び／または導電性無機質粉末が水溶性高分子と共に付着した技術の開示がある。
【０００７】
これらのガスシールドアーク溶接用ワイヤを用いて溶接した場合、短期間の溶接においてはワイヤ送給性が優れ、アークも安定するが、大入熱・高パス間温度の溶接施工条件で長期間溶接をすると、これらのワイヤはワイヤ表面に銅めっきが施されてないので、チップがワイヤとの摩擦で消耗してアークが不安定になるとともに、ワイヤとコンジットチューブとの摩擦で固体潤滑剤および削られたコンジットチューブの金属粉がコンジットチューブ内に蓄積されワイヤの送給抵抗が大きくなり、ワイヤ送給性が悪くなってアークが不安定になる。
【０００８】
一方、ワイヤ表面に銅めっきが施されているとチップ摩耗が少なくなりアークは安定する。さらに、ワイヤ送給性を改善する技術として、例えば特開平２−２８４７９２号公報（特許文献８）には、ワイヤ表面にカリ石鹸、ソーダ石鹸および油性潤滑剤を塗布したガスシールドアーク溶接用ワイヤの提案がある。また、特開２００３−２２５７９４号公報（特許文献９）には、ワイヤ表面下層部にＭｏＳ2、ＢＮ、ワックス、Ｋ化鉱物および銅粉からなる固形潤滑剤、ワイヤ表面上層部に潤滑油を塗布したガスシールドアーク溶接用ワイヤの提案がある。
【０００９】
しかし、前述の銅めっきワイヤを用いて大入熱・高パス間温度の溶接施工条件で長時間溶接した場合、ワイヤとコンジットチューブ内の摩擦によってワイヤ表面の潤滑剤およびワイヤ製造時に付着した銅粉や鉄粉がコンジットチューブ内に蓄積され送給抵抗が非常に大きくなり、アークが不安定になるって、ついにはアーク切れするという問題が生じて満足できるものではない。
【特許文献１】特開平１０−２３０３８７号公報
【特許文献２】特開平１１−９０６７８号公報
【特許文献３】特開平１１−１０４８８６号公報
【特許文献４】特開平１１−２３９８９２号公報
【特許文献５】特開２００１−２８７０８６号公報
【特許文献６】特開平５−２３７３１号公報
【特許文献７】特開２０００−３１７６７９号公報
【特許文献８】特開平２−２８４７９２号公報
【特許文献９】特開２００３−２２５７９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件で連続多層盛溶接を長時間する場合においても、ワイヤ送給性が良好で、かつ、チップの摩耗が少なくアークが安定で、スラグ剥離性が良好で、かつ溶接金属の機械的性質が優れたガスシールドアーク溶接用銅めっき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】
【００１１】
本発明の要旨は、
（１）ガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤにおいて、ワイヤ成分としてＣ：０．０２〜０．０８質量％、Ｓｉ：０．６０〜１．００質量％、Ｍｎ：１．５０〜２．２０質量％、Ｓ：０．００７〜０．０２０質量％、Ｃｕ：０．１５〜０．４０質量％、Ｔｉ：０．１０〜０．３０質量％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、かつ、ワイヤ表面にワイヤ１０ｋｇ当たり常温で液体の潤滑油を０．３〜１．５g有し、金属粉の付着量が０．２５ｇ以下、金属粉以外の固形分の付着量が０．１０ｇ以下であることを特徴とする。
【００１２】
（２）ワイヤ表面に二硫化モリブデンを０．００５〜０．２５ｇ、リン脂質を０．００８〜０．１０ｇさらに含むことを特徴とする前記（１）記載のガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤ。
（３）ワイヤ成分としてＭｏ：０．１０〜０．３０質量％さらに含むことを特徴とする前記（１）または（２）記載のガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤ。
（４）ワイヤ表面にＢ：０．００１０〜０．００６０質量％をさらに含有することも特徴とする前記（１）ないし（３）記載のガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤにある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤによれば、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件で連続多層盛溶接を長時間する場合においても、ワイヤ送給性が良好で、かつ、チップの摩耗が少なくアークが安定で、生成したスラグの剥離性が良好で、かつ溶接金属の機械的性質が優れるので、溶接の高能率化および品質向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明者らは、前記課題を解決するために、種々のワイヤ成分を変化させたガスシールドアーク溶接用ワイヤの表面に塗布する送給潤滑剤について種々検討した。その結果、高入熱・高パス間温度の溶接施工条件におけるスラグ剥離性はワイヤ成分中Ｔｉ、ＳおよびＭｏ量の調整、機械的性能はＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＭｏおよびＢの添加および調整により効果を得た。また、ワイヤ表面に銅めっきを施し浄化したワイヤ表面に均一に液体である潤滑油および二硫化モリブデンを適量塗布することによって、ワイヤ送給性が良好で、チップ摩耗も極めて少なくなり安定したアークが得られることを見出した。
【００１５】
以下、本発明のガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤに含まれる成分組成およびワイヤ表面に塗布する送給潤滑剤組成の限定理由について説明する。
Ｃ：０．０２〜０．０８質量％
Ｃは、溶着金属の焼入れ性を高め、強度および靭性を確保する上で重要な元素である。Ｃが０．０２質量％（以下、％という。）未満であると、必要な強度と靭性が得られない。一方、Ｃが０．０８%を超えると溶着金属の割れ感受性が高くなる。したがって、Ｃは０．０２〜０．０８％とする。
【００１６】
Ｓｉ：０．６０〜１．０％
Ｓｉは、主要な脱酸元素であり、溶着金属の酸素量を低下させて靭性の向上に重要な元素である。しかしながら、多くなりすぎると大入熱・高パス間温度での溶接施工条件では溶着金属を脆化させる。また、大入熱・高パス間温度での溶接施工条件ではＳｉの消耗が多いが、それ以外のＳｉは溶着金属中に歩留まって強度を確保する上で必要である。Ｓｉが０．６０％未満では所定の強度が得られず靭性も低下する。したがって、Ｓｉは０．６０〜１．０％とする。
【００１７】
Ｍｎ：１．５０〜２．２０％
Ｍｎは、脱酸元素であり靭性向上に重要な元素である。また、強度の改善にも有効な元素である。さらに、高融点のＭｎＳを形成して溶着金属の割れを抑制する。反面、多くなりすぎると大入熱・高パス間温度での溶接施工条件では、Ｓｉと同様に溶着金属を脆化させる。Ｍｎが１．５０％未満では所定の強度と靱性が得られない。一方、Ｍｎが２．２０％を超えると溶着金属の靭性が低下する。したがって、Ｍｎは１．５０〜２．２０％とする。
【００１８】
Ｓ：０．００７〜０．０２０％
Ｓは、スラグをガラス質として溶着金属からのスラグ剥離を促進する作用があり、スラグ剥離性を向上させる元素である。Ｓが０．００７％未満ではその効果は不十分である。しかしながら、０．０２０％を超えると溶着金属に割れが発生し、また機械的性質を劣化させる傾向がある。したがって、Ｓは０．００７〜０．０２０％とする。
【００１９】
Ｃｕ：０．１５〜０．４０％
Ｃｕは、鋼中に不可避的不純物として０．０２％程度含有されることがあるが、本発明のＣｕは主としてワイヤ表面に施した銅めっきをいう。ワイヤ表面の銅めっきは、チップ先端での通電性を良好にしアークを安定させる。さらに、大入熱・高パス間温度の溶接施工条件で長時間溶接してもチップ摩耗が極めて少なく安定したアークを持続させるとともに防錆性向上の効果も有する。Ｃｕが０．１５％未満であると、チップが摩耗してアークが不安定となる。一方、Ｃｕが０．４０％を超えて添加した場合は、溶接割れ感受性が高くなる。したがって、Ｃｕは０．１５〜０．４０％とする。
【００２０】
Ｔｉ：０．１０〜０．３０％
Ｔｉは、高電流域でのアーク状態を向上させる効果があり、Ｔｉが０．１０％未満では、スラグの粘性が高まることおよび表面張力が大きくなることから、スラグが局部的に厚くなるため、連続多層盛溶接ではスラグの再溶融が完全にできないことなどが原因で、アークが不安定でスパッタ発生量が多く、スラグ剥離性も悪くスラグ巻込みの欠陥を発生させることもある。さらに、溶接金属の靭性も低下する。一方、Ｔｉは、強力な脱酸元素として作用し、かつその酸化物が溶着金属中に含有することで組織改善に効果がある。強力な脱酸元素であるがゆえに、ほとんどのＴｉがＴｉＯ2としてスラグの主成分となる。Ｔｉが０．３０％を超えるとスラグが結晶化するとともに厚くなりスラグ剥離性が低下する。したがって、Ｔｉは０．１０〜０．３０％とする。
【００２１】
Ｍｏ：０．１０〜０．３０％
Ｍｏは、溶着金属の焼入れ性を高める元素である。特に大入熱・高パス間温度での溶接施工条件では、溶着金属の焼入れ性が不足するので、強度を確保する上で主要な元素である。Ｍｏが０．１０％未満であると、必要な強度が得られない。一方、Ｍｏが０．３０％を超えて添加した場合はスラグが硬くなりスラグ剥離性が悪くなる。また溶接金属の強度が高くなりすぎて靭性が低下する。したがって、Ｍｏは０．１０〜０．３０％とする。
【００２２】
Ｂ：０．００１０〜０．００６０％
Ｂは、Ｔｉとの相乗効果により大入熱・高パス間温度での溶接施工条件での溶着金属の組織を改善して靭性向上に効果がある。Ｂが０．００１０％未満ではその効果は不十分である。一方、０．００６０％を超えると、大入熱・高パス間温度の溶接施工条件での溶接割れ感受性が高くなる。また、Ｂにはスラグを結晶化させてスラグ剥離性を低下させる。したがって、Ｂは０．００１０〜０．００６０％とする。
上記成分の残部はＦｅおよび不可避不純物であるが、他の成分としてＡｌを０．１０％以下、ＮｂおよびＶをそれぞれ０．０５％以下含有することができる。
【００２３】
ワイヤ１０ｋｇ当り常温で液体である潤滑油：０．３〜１．５ｇ
常温で液体である潤滑油は、ワイヤ表面に皮膜を有し、ワイヤ送給性を向上させる。常温で液体である潤滑油はワイヤ１０ｋｇ当り０．３〜１．５ｇ（以下、ｇ／１０ｋｇＷという。）とする。潤滑油が０．３ｇ／１０ｋｇＷ未満であると、コンジットチューブ内で送給抵抗が大きくなりワイヤ送給性が不良となる。逆に、１．５ｇ／１０ｋｇＷを超えると、送給ローラ部でワイヤがスリップしてアークが不安定になる。
【００２４】
潤滑油は、動植物油、鉱物油あるいは合成油の何れでもよい。動植物油としてはパーム油、菜種油、ひまし油、豚油、牛油、魚油等を、鉱物油としてはマシン油、タービン油、スピンドル油等を用いることができる。合成油としては炭化水素系、エステル系、ポリグリコール系、ポリフェノール系、シリコーン系、フロロカーボン系を用いることができる。
【００２５】
金属粉付着量：０．２５ｇ／１０ｋｇＷ以下
ワイヤ表面の銅めっきは、前述のようにチップ先端での通電性を良好にし、チップ摩耗が少なく、さらに防錆性向上という効果がある。しかし、ワイヤ表面への銅めっきはワイヤ素線径（２．５〜３．５ｍｍ程度）で施された後に仕上げ伸線で製品径まで縮径されるが、この過程で銅めっきが剥がれワイヤ表面に多量付着する。また、同時にワイヤ表層部の鉄も削られてワイヤ表面に付着する。これらワイヤ表面に付着した金属粉は、コンジットチューブ内に蓄積されて長時間溶接していると送給抵抗が非常に大きくなりアークが不安定となって、ついにはアーク切れが生じるようになる。しかし、ワイヤ表面の金属粉付着量が０．２５ｇ／１０ｋｇＷ以下であると、コンジットチューブ内への蓄積量が少なくなると共に、前記常温で液体の潤滑油および後述の二硫化モリブデンの送給抵抗を小さくする働きを阻害することがない。
【００２６】
金属粉以外の固形分の付着量：０．１０ｇ／１０ｋｇＷ以下
金属粉および後述の二硫化モリブデン以外に、ワイヤ表面には残留した固形伸線潤滑剤や湿式伸線潤滑剤中の汚れ、ほこり等が付着してコンジットチューブ内に蓄積されて長時間溶接していると、金属粉とともに蓄積されて送給抵抗が大きくなりアークが不安定となる。しかし、金属粉および二硫化モリブデン以外の固形分（以下、固形不純物という。）の付着量が０．１０ｇ／１０ｋｇＷ以下であると、コンジットチューブ内への蓄積量が少なくなるとともに、前記常温で液体の潤滑油および後述の二硫化モリブデンの送給抵抗を小さくする働きを阻害することがない。
【００２７】
二硫化モリブデン：０．００５〜０．２５ｇ／１０ｋｇＷ
二硫化モリブデンは、コンジットチューブ内で送給抵抗を抑制してワイヤ送給性を良好にする。二硫化モリブデンが０．００５ｇ／１０ｋｇＷ未満であると、コンジットチューブ内で送給抵抗が大きくなりワイヤ送給性が不良となる。逆に、二硫化モリブデンが０．２５ｇ／１０ｋｇＷを超えると、アークが不安定になってスパッタ発生量が多くなる。
【００２８】
なお、二硫化モリブデンはコンジットチューブとの接触により長時間溶接しているとコンジットチューブ内に少量蓄積されるが、この蓄積された二硫化モリブデンは送給抵抗を小さくする働きをする。また、二硫化モリブデンの粒径は１．０μｍ以下であることが送給抵抗を低減してワイヤ送給性を良好にするので好ましい。
【００２９】
リン脂質：０．００８〜０．１０ｇ／１０ｋｇＷ
リン脂質をワイヤ表面に有することによって、常温で液体である潤滑油と共存してワイヤ表面の二硫化モリブデンを均一に分散させる作用を有する。リン脂質が０．００８ｇ／１０ｋｇＷ未満であると、ワイヤ表面の二硫化モリブデンが均一に付着せず、コンジットチューブ内で送給抵抗が大きくなる部分がありワイヤ送給性が不良になる。逆に、リン脂質が０．１０ｇ／１０ｋｇＷを超えると、スパッタ発生量が多くなる。
【００３０】
本発明にいうリン脂質とは、レシチン（フォスファチジルコン）、フォスファチジルエタノールアミン、フォスファジルイニシトールなどのリン酸脂質を９５％程度含有する粉末状のもの、リン酸脂質を約６５％および大豆油などの植物油を３５％程度含有するペースト状のものなどあり、いずれも使用することができ、中でも大豆油から得られるレシチンが好ましい。
【００３１】
本発明のガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤの製造方法は、前述のワイヤ成分組成に溶解したソリッドワイヤ素線のワイヤ表面に銅めっきを施したのち、製品径まで仕上げ伸線して、ワイヤ表面を例えば洗浄や機械的に浄化し、常温で液体である潤滑油、さらに二硫化モリブデンおよびリン脂質をワイヤ表面に塗布してスプール巻きまたはペールパック入りワイヤとする。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。
表１に示すワイヤ径１．４ｍｍの銅めっきをワイヤ表面に施した各種成分のワイヤ表面を浄化の程度および潤滑剤の塗布量を変えて試作してスプール巻きワイヤとした。なお、二硫化モリブデンの粒径は０．６μｍ以下のものを用いた。
各試作ワイヤにつきワイヤ送給性、チップ摩耗量、スパッタ発生量、アーク状態、コンジットチューブ内の蓄積量、溶接金属の高温割れの有無、スラグ剥離性、溶着金属の引張強さおよび靭性の調査をした。
【００３３】
【表１】
ワイヤ送給性およびチップ摩耗量の評価は、図１に示す装置を用いて行った。図１において送給機１にセットされたスプール巻きワイヤ２は、送給ローラ３により引き出され、コンジットケーブル４に内包されたコンジットチューブを経てその先端のトーチ５からチップ６まで送給される。そしてチップ６と鋼板７と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４は６ｍ長さで、送給抵抗を与えるために１５０ｍｍ径のループを形成した屈曲８を設けた。送給機１には送給ローラの周速度Ｖｒ（設定ワイヤ速度）の検知器（図示せず）およびワイヤの実速度Ｖｗ検出器９を備えている。
【００３４】
ワイヤ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、送給ローラ部分に設けられたロードセル１０によりワイヤ送給時にワイヤがコンジットチューブから受ける反力を送給抵抗Ｒとして検出した。溶接は試作ワイヤ毎に新しいコンジットチューブを用いて表２に示す溶接条件で１００分溶接し、溶接開始後８０分から溶接終了までの２０分間スリップ率ＳＬと送給抵抗Ｒを測定して平均値を求めた。スリップ率ＳＬが１０％以下で送給抵抗Ｒが８ｋｇｆ以下の場合にワイヤ送給性良好と判定した。また、チップの摩耗量は、試作ワイヤ毎に新しいチップ（内径１．６ｍｍ）を用いて溶接終了後最も摩耗の大き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０．１５ｍｍ以下を良好として評価した。
【００３５】
【表２】
スパッタ発生量は、上記ワイヤ送給性およびチップ摩耗性の試験終了後、コンジットチューブおよびチップを交換せずに銅製の捕集箱を用いて、ビードオンプレート溶接により表２に示す溶接条件で５回溶接（１回の溶接時間１．５ｍｉｎ）して捕集したスパッタを１分間の発生量に換算した。スパッタ発生量は２ｇ／ｍｉｎ以下でアークが安定して作業性が良好である。
【００３６】
また、スパッタ発生量測定後、コンジットチューブのループ部を切断して、潤滑剤、金属粉および固形不純物の蓄積状態を観察した。
溶接割れ試験は、図２に示す試験鋼板（ＳＭ４９０Ｂ鋼）に溶接による熱変形を防ぐための拘束板を取付けて表２に示す溶接条件で、１層目終了後アークを切ることなく２層目を折返して溶接した。２層目溶接終了後に、溶接試験体を空冷し室温に低下したところで、１層目と２層目の折返し溶接部を浸透探傷試験で溶接割れの有無を確認した。
【００３７】
溶着金属試験は、図２に示す試験鋼板に表２に示す溶接条件で予熱温度２５０℃、パス間温度３５０℃で溶接を行った。溶接中に生成したスラグはすべての溶接が終了するまで、スラグ除去作業を実施しないで溶接を行った。なお、図２中、１１および１２は鋼板、１３は裏当金、１４はエンドタブ、１５は溶着金属試験時のパス間温度測定位置を示す。
【００３８】
スラグ剥離性は、溶接後のスラグの自然剥離状況から評価した。溶接終了後、溶接試験体を１時間空冷し、スラグが自己崩壊を起こし、自然に剥離したスラグの質量とスラグの全発生量との割合を調べ、剥離したスラグの割合が３０％以上の良好な場合を○、３０％未満を×と評価した。
【００３９】
溶着金属の機械的性質は、引張試験片（ＪＩＳ Ｚ２２０１ Ａ１号）およびシャルピー衝撃試験片（ＪＩＳ Ｚ２２０２ ４号）を鋼板表面から１０ｍｍを中心に採取して評価した。引張強さは５４０Ｎ／ｍｍ2以上、シャルピー衝撃試験は試験温度０℃で吸収エネルギーの３本の平均値が１００Ｊ以上を合格とした。それらの結果を表３にまとめて示す。
【００４０】
【表３】
表１および表３中、ワイヤＮo.１〜１４が本発明例、ワイヤＮo.１５〜２５は比較例である。本発明例であるワイヤＮo.１〜１４は、ワイヤ成分範囲が適正で、ワイヤ表面の常温で液体である潤滑油量が適正で、金属粉の付着量および金属粉以外の固形分の付着量が少ないので、スリップ率ＳＬおよび送給抵抗Ｒが低くワイヤ送給性が良好で、チップ摩耗およびスパッタ発生量が少なく、アーク状態が良好でコンジットチューブ内の潤滑剤、金属粉および固形不純物の蓄積が少なく、さらに溶接金属に割れの発生がなく、スラグ剥離性、溶着金属の引張強さおよび吸収エネルギーが良好など極めて満足な結果であった。
【００４１】
なお、ワイヤＮo.１は、ワイヤ表面に二硫化モリブデンおよびリン脂質が付着していないのでワイヤ送給抵抗Ｒが若干高くなった。また、ワイヤ成分にＭｏおよびＢを含まないので引張強さおよび吸収エネルギーが目標値ぎりぎりであった。
ワイヤＮo.２は、ワイヤ成分にＭｏおよびＢを含まないので引張強さおよび吸収エネルギーが目標値ぎりぎりであった。
【００４２】
ワイヤＮo.３は、ワイヤ成分にＢを含まないので吸収エネルギーが目標値ぎりぎりであった。ワイヤＮo.４は、ワイヤ成分にＭｏを含まないので引張強さが目標値ぎりぎりであった。ワイヤＮo.５は、ワイヤ表面に二硫化モリブデンが付着していないのでワイヤ送給抵抗Ｒが若干高くなった。
【００４３】
比較例中ワイヤＮo.１５は、ワイヤ表面の金属粉付着量が多いのでコンジットチューブ内の蓄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。また、ワイヤ成分のＣが高いので高温割れが生じた。さらに、ワイヤ成分のＴｉが高いのでスラグ剥離性も不良であった。ワイヤＮo.１６は、ワイヤ表面の二硫化モリブデンの付着量が多いのでアークが不安定でスパッタ発生量も多くなった。また、ワイヤ成分のＣが低いので引張強さが低く吸収エネルギーも低値であった。
【００４４】
ワイヤＮo.１７は、ワイヤ表面に二硫化モリブデンを含まないのでアークがやや不安定で送給抵抗Ｒも高くなった。また、ワイヤ成分のＳｉが高いので吸収エネルギーが低値であった。ワイヤＮo.１８は、ワイヤ表面のリン脂質付着量が多いのでスパッタ発生量が多かった。また、ワイヤ成分のＳｉが低いので引張強さが低く吸収エネルギーも低値であった。
【００４５】
ワイヤＮo.１９は、ワイヤ表面のリン脂質付着量が少ないのでアークがやや不安定で送給抵抗Ｒが高くなった。また、ワイヤ成分のＭｎが高いので吸収エネルギーが低値であった。ワイヤＮo.２０は、ワイヤ表面の潤滑油付着量が多いのでアークがやや不安定でスリップ率ＳＬが高くなった。また、ワイヤ成分のＭｎが低いので引張強さが低く吸収エネルギーも低値であった。
【００４６】
ワイヤＮo.２１は、ワイヤ成分のＳが高いので割れが生じた。また、Ｍｏが高いのでスラグ剥離性が不良であった。ワイヤＮo.２２は、ワイヤ表面の固形不純物が多いのでコンジットチューブ内の蓄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。ワイヤ成分のＳが低いのでスラグ剥離性が不良であった。さらに、Ｂが低いので吸収エネルギーも低値であった。
【００４７】
ワイヤＮo.２３は、ワイヤ成分のＣｕが高いので割れが生じた。また、Ｔｉが低いのでアークが不安定でスパッタ発生量も多くなった。ワイヤＮo.２４は、ワイヤ成分のＣｕが低い（Ｃｕめっきが薄い）のでチップの摩耗量が多くアークが不安定となった。また、Ｍｏが低いので引張強さが低くなった。ワイヤＮo.２５は、ワイヤ表面の潤滑油付着量が少ないのでアークがやや不安定で送給抵抗Ｒが高くなった。また、ワイヤ成分のＢが高いので割れが生じ、スラグ剥離性も不良であった。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施例におけるワイヤ送給性試験の装置を示す図である。
【図２】本発明の実施例に用いた溶着金属試験および溶接割れ試験の試験鋼板の開先形状を示した（ａ）正面図、（ｂ）平面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 送給機
２ スプール巻きワイヤ
３ 送給ローラ
４ コンジットケーブル
５ トーチ
６ チップ
７ 鋼板
８ コンジットケーブルの屈曲部
９ ワイヤの実速度検出器
１０ ロードセル
１１ 鋼板
１２ 鋼板
１３ 裏当金
１４ エンドタブ
１５ パス間温度測定位置
特許出願人 日鐵住金溶接工業株式会社
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銅めっきワイヤにおいて、ワイヤ成分としてＣ：０．０２〜０．０８質量％、Ｓｉ：０．６０〜１．００質量％、Ｍｎ：１．５０〜２．２０質量％、Ｓ：０．００７〜０．０２０質量％、Ｃｕ：０．１５〜０．４０質量％、Ｔｉ：０．１０〜０．３０質量％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、かつ、ワイヤ表面にワイヤ１０ｋｇ当たり常温で液体の潤滑油を０．３〜１．５ｇ有し、金属粉の付着量が０．２５ｇ以下、金属粉以外の固形分の付着量が０．１０ｇ以下であることを特徴とするガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤ。
【請求項２】
ワイヤ表面に二硫化モリブデンを０．００５〜０．２５ｇ、リン脂質を０．００８〜０．１０ｇさらに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銅めっきワイヤ。
【請求項３】
ワイヤ成分としてＭｏ:０．１０〜０．３０質量％をさらに含有することを特徴とする請求項１または２に記載のガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤ。
【請求項４】
ワイヤ成分としてＢ：０．００１０〜０．００６０質量％をさらに含有することを特徴とする請求項１ないし３に記載のガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤ。
【請求項１】
ガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤにおいて、ワイヤ成分としてＣ：０．０２〜０．０８質量％、Ｓｉ：０．６０〜１．００質量％、Ｍｎ：１．５０〜２．２０質量％、Ｓ：０．００７〜０．０２０質量％、Ｃｕ：０．１５〜０．４０質量％、Ｔｉ：０．１０〜０．３０質量％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、かつ、ワイヤ表面にワイヤ１０ｋｇ当たり常温で液体の潤滑油を０．３〜１．５ｇ有し、金属粉の付着量が０．２５ｇ以下、金属粉以外の固形分の付着量が０．１０ｇ以下であることを特徴とするガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤ。
【請求項２】
ワイヤ表面に二硫化モリブデンを０．００５〜０．２５ｇ、リン脂質を０．００８〜０．１０ｇさらに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銅めっきワイヤ。
【請求項３】
ワイヤ成分としてＭｏ:０．１０〜０．３０質量％をさらに含有することを特徴とする請求項１または２に記載のガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤ。
【請求項４】
ワイヤ成分としてＢ：０．００１０〜０．００６０質量％をさらに含有することを特徴とする請求項１ないし３に記載のガスシールドアーク溶接用銅めっきワイヤ。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−３３１００６（Ｐ２００７−３３１００６Ａ）
【公開日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１６６９０８（Ｐ２００６−１６６９０８）
【出願日】平成１８年６月１６日（２００６．６．１６）
【出願人】（３０２０４０１３５）日鐵住金溶接工業株式会社 (172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月１６日（２００６．６．１６）
【出願人】（３０２０４０１３５）日鐵住金溶接工業株式会社 (172)
【Ｆターム（参考）】
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