ソリッドワイヤおよびその製造方法
【課題】アーク溶接時のスパッタの発生を低減でき、優れた溶接作業性を有する溶接用ワイヤとしてのソリッドワイヤおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】ソリッドワイヤ１は、鋼合金製の素線１ａ、１ｂからなり、素線中の表面近傍に２種類以上のアルカリ金属が含浸したアルカリ金属含浸部３を有し、アルカリ金属含浸部３におけるアルカリ金属の合計濃度が、ソリッドワイヤ１の全質量に対して１．５質量ｐｐｍ以上であることを特徴とする。また、ソリッドワイヤ１の製造方法は、素線作製工程と、塗布工程と、焼鈍工程と、伸線加工工程とを含み、塗布工程におけるアルカリ金属炭酸塩の混合物の融点が、焼鈍工程における焼鈍温度未満であることを特徴とする。
【解決手段】ソリッドワイヤ１は、鋼合金製の素線１ａ、１ｂからなり、素線中の表面近傍に２種類以上のアルカリ金属が含浸したアルカリ金属含浸部３を有し、アルカリ金属含浸部３におけるアルカリ金属の合計濃度が、ソリッドワイヤ１の全質量に対して１．５質量ｐｐｍ以上であることを特徴とする。また、ソリッドワイヤ１の製造方法は、素線作製工程と、塗布工程と、焼鈍工程と、伸線加工工程とを含み、塗布工程におけるアルカリ金属炭酸塩の混合物の融点が、焼鈍工程における焼鈍温度未満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、自動車部品等のアーク溶接に使用されるソリッドワイヤおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ソリッドワイヤ（溶接用ワイヤ）を用いたアーク溶接においては、スパッタの発生によって溶接作業性が悪化するという問題がある。そして、アルカリ金属がスパッタの発生を低減させるのに有効であることが明らかとなり、ワイヤ中にアルカリ金属を含有させた種々の構成の溶接用ワイヤが検討されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、アルカリ金属（ＮａおよびＫのうちの１種または２種）を鋳包み延伸片にしてワイヤ中に添加した溶接用ワイヤが記載されている。特許文献２または特許文献３には、ワイヤ表面に溝または亀裂を作り、溝または亀裂内にアルカリ金属（Ｋ化合物、または、Ｋを含む潤滑剤）を保持した溶接用ワイヤが記載されている。特許文献４には、ワイヤ表面に施される銅めっき中にアルカリ金属（Ｎａ）を保持した溶接用ワイヤが記載されている。特許文献５または特許文献６には、ワイヤ表面にアルカリ金属（Ｋ）を含有した表面潤滑剤、または、アルカリ金属化合物を含有した表面処理油を塗布した溶接用ワイヤが記載されている。特許文献７または特許文献８には、鋼素線にカリウム塩（水溶液）を塗布し、その後、焼鈍、伸線加工を行うことによって、鋼素線中に所定量のカリウムを含浸させた溶接用ワイヤが記載されている。なお、特許文献７では、カリウム塩として、炭酸カリウム、水酸化カリウムが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−１１８１９５号公報
【特許文献２】特開平７−２２３０８７号公報
【特許文献３】特開平７−４７４９０号公報
【特許文献４】特開２００６−３２６６８０号公報
【特許文献５】特開２００６−１０２７９９号公報
【特許文献６】特開２００６−１５４０３号公報
【特許文献７】特開２０００−２４６４８５号公報
【特許文献８】特開２００４−１９５５４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の溶接用ワイヤにおいては、工業的に大型の溶解炉を用いた場合には、添加される延伸片（アルカリ金属）の歩留まり管理ができないことから、アルカリ金属濃度の管理が不可能である。また、アルカリ金属は非常に高い活性を有するため、溶解の際に延伸片（アルカル金属）が酸化され、ワイヤ中に添加されるアルカリ金属の添加量が僅かなものとなり、ワイヤ中に十分量のアルカリ金属を添加することが工業的に困難である。したがって、特許文献１の溶接用ワイヤでは、アーク溶接において、スパッタの発生を低減できず、溶接作業性が悪化するという問題が解決できない。
【０００６】
特許文献２または特許文献３の溶接用ワイヤにおいては、ワイヤ送給の際に、溝内または亀裂内に保持したアルカリ金属化合物が脱落して、溶接電極チップ、コンジットチューブ等の内部での詰りの原因となる。また、アルカリ金属化合物の脱落によって、ワイヤ表面に十分量のアルカリ金属を保持することができない。したがって、特許文献２または特許文献３の溶接用ワイヤでは、アーク溶接において、スパッタの発生を低減できず、溶接作業性が悪化するという問題が解決できない。
【０００７】
特許文献４の溶接用ワイヤにおいては、十分量のアルカリ金属を安定して添加するには、めっき浴の管理が非常に煩雑となるため、工業的には実施が困難である。したがって、特許文献４の溶接用ワイヤでは、アーク溶接において、スパッタの発生を低減できず、溶接作業性が悪化する問題が解決できない。
【０００８】
特許文献５または特許文献６の溶接用ワイヤにおいては、ワイヤ送給の際に、表面潤滑剤または表面処理油が脱落して、溶接チップ、コンジットチューブ等の内部での詰まりの原因となる。また、表面潤滑剤または表面処理油の脱落によって、ワイヤ表面に十分量のアルカリ金属を保持することができない。したがって、特許文献５または特許文献６の溶接用ワイヤでは、アーク溶接において、スパッタの発生を低減できず、溶接作業性が悪化するという問題が解決できない。
【０００９】
特許文献７または特許文献８の溶接用ワイヤにおいては、以下に示す問題がある。なお、図５は従来の溶接用ワイヤ（ソリッドワイヤ）の製造において、アルカリ金属含浸部が形成される過程を模式的に示す説明図、図６は従来のソリッドワイヤの断面組織を示すＳＥＭ写真である。
【００１０】
図５に示すように、鋼素線１１ａの表面に塗布されたカリウム塩（水溶液）は、焼鈍の際の熱で分解し、細かい固体状態のカリウム塩１２（例えば、炭酸カリウムＫ２ＣＯ３）となる。そして、細かい固体状態のカリウム塩１２と鋼素線１１ａの表面との接触は部分的である（接触面積が小さい）ため、鋼素線１１ａ中に形成されるアルカリ金属含浸部１３も小さくなる。その結果、ワイヤ１１中にアルカリ金属（Ｋ）を高濃度に保持せることが困難になる。
【００１１】
また、カリウム塩１２と鋼素線１１ａとの接触が部分的になるため、焼鈍時の雰囲気ガス（Ｏ２）と鋼素線が直接接触（反応）し、カリウム含浸時に鋼素線１１ａの表面近傍で過剰な粒界酸化が生じる（図６参照）。そして、粒界酸化された結晶粒は、ワイヤ送給の際に脱落して、溶接電極チップ、コンジットチューブ等（図示せず）の内部での詰まりの原因となると共に、ワイヤの表面に被覆されるＣｕ等のめっき密着性にも悪影響を及ぼす。さらに、結晶粒の脱落によって、ワイヤ１１中に保持されるカリウム量も少なくなる。
したがって、特許文献７または特許文献８の溶接用ワイヤでは、アーク溶接において、スパッタの発生を低減できず、溶接作業性が悪化するという問題が解決できない。
【００１２】
なお、水酸化カリウムは、炭酸カリウムと比較して融点が低く、焼鈍過程で分解することはない。しかしながら、水酸化カリウムは、強アルカリであるためその扱いが煩雑であり、焼鈍設備への腐食等の悪影響が生じる。
【００１３】
そこで、本発明は、このような問題を解決すべく創案されたもので、その目的は、アーク溶接時のスパッタの発生を低減でき、優れた溶接作業性を有する溶接用ワイヤとしてのソリッドワイヤおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するために、請求項１に係るソリッドワイヤは、鋼合金製の素線からなり、前記素線中の表面近傍に２種類以上のアルカリ金属が含浸したアルカリ金属含浸部を有するソリッドワイヤであって、前記アルカリ金属含浸部におけるアルカリ金属の合計濃度が、前記ソリッドワイヤの全質量に対して１．５質量ｐｐｍ以上であることを特徴とする。
【００１５】
前記構成によれば、アルカリ金属含浸部に含浸したアルカリ金属が２種類以上であることによって、素線中へのアルカリ金属の含浸が、素線の表面に濡れ広がった低融点のアルカリ金属塩混合物の溶融塩層（液体状態）によって行われることとなる。それにより、アルカリ金属と素線表面との接触面積が増加し、素線中に含浸するアルカリ金属量が増加し、アーク溶接時のスパッタの発生を抑制するのに十分な１．５質量ｐｐｍ以上という高濃度のアルカリ金属が素線（ソリッドワイヤ）中に含浸、保持される。また、含浸された１．５質量ｐｐｍ以上のアルカリ金属は、素線の表面酸化物を還元して、素線の最表面に鉄単独層を形成させる。この鉄単独層は、めっき前のワイヤ表面が金属のみからなる状態にできるもので、従来のワイヤにおいては認められないものである。そして、この鉄単独層の形成によって、めっき密着性の確保や過剰な粒界酸化が抑制され、アルカリ金属を含む結晶粒の脱落を防止でき、安定したアルカリ金属の含浸が得られる。
【００１６】
請求項２に係るソリッドワイヤの製造方法は、鋼合金材から作製された素線を用いて、前記素線の表面に２種類以上のアルカリ金属炭酸塩の混合物を塗布する塗布工程と、前記混合物が塗布された素線に６３０〜１０００℃の焼鈍温度で軟化焼鈍を施す焼鈍工程と、前記焼鈍工程で軟化焼鈍された素線に１回以上の伸線加工を施してワイヤを作製する伸線加工工程とを含み、かつ、前記塗布工程における混合物の融点が、前記焼鈍工程における焼鈍温度未満であること特徴とする。
【００１７】
前記手順によれば、塗布工程を含み、その塗布工程において、素線の表面に２種類以上のアルカリ金属炭酸塩の混合物を塗布することによって、その混合物の融点が低いものとなる。そして、焼鈍工程を含み、前記混合物の融点を焼鈍工程の焼鈍温度未満とすることによって、焼鈍工程において、素線の表面に塗布された混合物が、焼鈍工程の軟化焼鈍によって溶融し、液体状態の溶融塩層を形成する。そして、液体状態の溶融塩層の形成によって、アルカリ金属と素線表面との接触面積が増加し、素線中に含浸するアルカリ金属量が増加する。その結果、スパッタの発生を抑制するのに十分量のアルカリ金属が素線中に保持される。また、溶融塩層は、素線の表面と雰囲気ガス（Ｏ２）との直接接触を遮断するため、過剰な粒界酸化を抑制し、結晶粒の脱落を防止し、素線中に保持されたアルカリ金属の脱落（低減）を防止する。さらに、素線中に保持された十分量のアルカリ金属は、素線の表面酸化物を還元して、素線の最表面に鉄単独層を形成させる。
【００１８】
請求項３に係るソリッドワイヤの製造方法は、鋼合金材から作製された素線を用いて、前記素線に１回以上の伸線加工を施して所定径の素線を作製する第１伸線加工工程と、前記第１伸線加工工程で作製された素線の表面に２種類以上のアルカリ金属炭酸塩の混合物を塗布する塗布工程と、前記混合物が塗布された素線に６３０〜１０００℃の焼鈍温度で軟化焼鈍を施す焼鈍工程と、前記焼鈍工程で軟化焼鈍された素線に１回以上の伸線加工を施してワイヤを作製する第２伸線加工工程とを含み、かつ、前記塗布工程における混合物の融点が、前記焼鈍工程における焼鈍温度未満であることを特徴とする。
【００１９】
前記手順によれば、第１伸線加工工程と、第２伸線加工工程とを含むことによって、素線を縮径する伸線加工が施される伸線加工工程が２工程で行われることとなり、素線からワイヤへの縮径が効率よく行われる。また、塗布工程および焼鈍工程の作用については、請求項２の製造方法と同様である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るソリッドワイヤによれば、アルカリ金属含浸部に含浸したアルカリ金属が２種類以上であることによって、素線中へのアルカリ金属の含浸量が増加し、ワイヤ中に１．５質量ｐｐｍ以上のアルカリ金属を含浸、保持できるため、アーク溶接時のスパッタの発生を低減でき、優れた溶接作業性を有する。また、ワイヤ表面にめっき層を設けた際、素線最表面の鉄単独層によって、優れためっき密着性を有する。
【００２１】
本発明に係るソリッドワイヤの製造方法によれば、アルカリ金属の接触面積を増加させると共に、過剰の粒界酸化を抑制し、ワイヤ中に十分量のアルカリ金属を含浸できるため、アーク溶接時のスパッタの発生を低減でき、優れた溶接作業性を有するソリッドワイヤを製造できる。また、素線最表面に鉄単独層が形成されることによって、優れためっき密着性を有するソリッドワイヤを製造できる。さらに、ソリッドワイヤを容易に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明に係るソリッドワイヤについて、図１、図２を参照して詳細に説明する。なお、図１はソリッドワイヤの構成を示すもので、（ａ）は軸方向に沿った断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、図２はソリッドワイヤの断面組織を示すＳＥＭ写真である。
【００２３】
＜ソリッドワイヤ＞
図１、図２に示すように、ソリッドワイヤ（以下、ワイヤと称することがある）１は、素線１ａ、１ｂからなり、素線１ａ、１ｂ中の表面近傍にアルカリ金属（例えば、Ｋ＋Ｎａ＋Ｌｉ）が含浸したアルカリ金属含浸部３を有する。なお、図示しないが、ワイヤ１は、その最表面、すなわち、アルカリ金属含浸部３の上にＣｕ等からなるめっき層を有してもよい。
【００２４】
（素線）
素線１ａ、１ｂは、鋼合金からなるものであれば、その組成は特に限定されないが、Ｃ：０．０１〜０．１２質量％、Ｓｉ：０．２〜１．２質量％、Ｍｎ：０．５〜２．５質量％、Ｐ：０．０３質量％以下、Ｓ：０．００１〜０．０３質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物であることが好ましい。
【００２５】
前記Ｃ、Ｓｉ、ＭｎまたはＳは、アーク溶接におけるスパッタの発生をより一層低減する目的で添加されるものである。そして、前記Ｃ、Ｓｉ、ＭｎまたはＳの数値範囲の限定理由は、以下のとおりである。Ｃ、Ｓｉ、ＭｎまたはＳの含有量が下限値未満であると、溶滴の表面張力が小さくなり、スパッタの発生を低減する効果が小さくなりやすい。また、Ｃ、Ｓｉ、ＭｎまたはＳの含有量が上限値を超えるものであると、溶滴の表面張力が大きくなり、ワイヤ先端の溶滴がアーク力によって反発され、スパッタが飛散しやすくなり、スパッタの発生が増加しやすくなる。また、Ｐの含有量が上限値を超えると、溶接部（溶接金属）の耐割れ性が劣化しやすくなる。なお、Ｓの含有量が上限値を超えると、スパッタの発生が増加しやすくなると共に、Ｐと同様に耐割れ性が劣化しやすくなる。
【００２６】
不可避的不純物としては、Ｏ、Ｎ等を含有することが考えられるが、本発明の効果を妨げない範囲においてこれらを含有することが許容され、Ｏ：０．０２質量％以下、Ｎ：０．０１質量％以下が好ましい。
【００２７】
また、素線１ａ、１ｂは、前記組成に加えて、Ｔｉ：０．３０質量％以下を含有するものがさらに好ましい。そして、Ｔｉは、アーク溶接におけるスパッタの発生をより一層低減させる目的で添加されるもので、その含有量が０．３０質量％を超えると、溶滴の表面張力が大きくなり、ワイヤ先端の溶滴がアーク力によって反発され、スパッタが飛散しやすくなり、スパッタの発生が増加しやすくなる。また、Ｔｉは、低スパッタと共に、幅広い電流域（２００〜３５０Ａ）でアークを安定化する効果を有する。
【００２８】
（アルカリ金属含浸部）
アルカリ金属含浸部３は、素線１ａ、１ｂ中の表面近傍に形成された、２種類以上のアルカリ金属が含浸した領域である。ここで、アルカリ金属としては、素線１ａ、１ｂへの含浸速度が速い点、または、工業的に安価である点を考慮して、Ｋ、ＮａまたはＬｉが好ましい。また、アルカリ金属含浸部３の深さは、ワイヤ径（素線径）にもよるが、例えば、５〜３０μｍである。
【００２９】
ここで、アルカリ金属含浸部３に含浸されたアルカリ金属が２種類以上であることによって、後記するワイヤ１の製造において、素線１ａ、１ｂ中へのアルカリ金属の含浸が、素線１ａ、１ｂの表面に濡れ広がった低融点のアルカリ金属塩混合物の溶融塩層２（液体状態）によって行われることとなる（図４参照）。それにより、アルカリ金属と素線１ａ、１ｂ表面との接触面積が増加し、素線１ａ、１ｂ中に含浸するアルカリ金属量が増加し、アーク溶接時のスパッタの発生を抑制するのに十分な高濃度のアルカリ金属が素線１ａ、１ｂ（ワイヤ１）中に含浸、保持される。
【００３０】
アルカリ金属含浸部３におけるアルカリ金属の合計濃度は、ワイヤ１の全質量に対して１．５質量ｐｐｍ以上である必要がある。好ましくは５質量ｐｐｍ以上、さらに好ましくは１０質量ｐｐｍ以上である。合計濃度が１．５質量ｐｐｍ未満であると、スパッタの発生を低減することができない。また、アルカリ金属の合計濃度は、ワイヤ１を矯正加工した後に測定した濃度であることが好ましい。すなわち、アルカリ金属の合計濃度の測定を、コンジットチューブ（図示せず）の内部へのワイヤ送給に相当する矯正加工を行った後に行うことにより、ワイヤ送給の際に脱落せずにワイヤ中に保持されるアルカリ金属の合計濃度を正確に測定することができる。
【００３１】
また、図２に示すように、アルカリ金属の合計濃度が１．５質量ｐｐｍ以上であることによって、素線１ａ、１ｂの表面酸化物が還元されて、素線１ａ、１ｂの最表面に鉄単独層が形成される。この鉄単独層は、素線１ａ、１ｂ（ワイヤ１）にＣｕ等からなるめっき層を設けた際に、表面酸化物に起因するめっき層の密着性の劣化を抑制することができる。
【００３２】
＜ソリッドワイヤの製造方法＞
次に、本発明に係るソリッドワイヤの製造方法について、図３（ａ）、（ｂ）、図４を参照して詳細に説明する。図３（ａ）、（ｂ）はソリッドワイヤの製造方法を示す工程図、図４は、ソリッドワイヤの製造において、アルカリ金属含浸部が形成される過程を模式的に示す説明図である。なお、ワイヤの構成については、図１（ａ）、（ｂ）、図２を参照して説明する。
【００３３】
図３（ａ）に示すように、ソリッドワイヤ１の第１の製造方法は、塗布工程Ｓ１と、焼鈍工程Ｓ２と、伸線加工工程Ｓ３とを含むものである。以下、各工程について説明する。
【００３４】
（塗布工程：Ｓ１）
塗布工程Ｓ１は、鋼合金材から作製された素線１ａを用いて、素線１ａの表面に２種類以上のアルカリ金属炭酸塩の混合物を塗布する工程である。
【００３５】
また、鋼合金材はビレット等の形状を有し、前記組成の溶鋼を転炉、電気炉等を使用して通常の溶製方法で溶製し、その溶鋼を鋳造することによって作製される。そして、鋼合金材に、熱間圧延、その後、必要に応じて冷間圧延を施すことによって、所定径（例えば、５〜９ｍｍ）の素線１ａが作製される。また、必要に応じて、所定径の素線１ａを購入等により調達してもよい。
【００３６】
さらに、混合物の融点が次工程（焼鈍工程Ｓ２）の焼鈍温度未満となるように、２種類以上のアルカリ金属炭酸塩を混合する。融点が焼鈍温度以上であると、焼鈍工程Ｓ２において、素線１ａの表面に混合物の溶融塩層２（図４参照）が形成されず、従来のワイヤのように固体状態のアルカリ金属炭酸塩（例えば、カリウム塩１２、図５参照）が形成されるため、素線１ａ中へのアルカリ金属の含浸量が少なくなる。
【００３７】
また、アルカリ金属炭酸塩の混合物の塗布は、従来公知のハケ塗り、スプレー塗布、浸漬塗布等で行う。なお、本発明の混合物には、２種類以上のアルカリ炭酸塩を直接混合したものの他に、アルカリ金属炭酸塩の水溶液としたものも含まれる。
【００３８】
（焼鈍工程：Ｓ２）
焼鈍工程Ｓ２は、前記塗布工程Ｓ１において、２種類以上のアルカリ金属炭酸塩の混合物が塗布された素線１ａに６３０〜１０００℃の焼鈍温度で軟化焼鈍を施す工程である。ここで、焼鈍温度が６３０℃未満であると、素線１ａが軟化せず、次工程（伸線加工工程Ｓ３）における伸線加工が困難となる。また、焼鈍温度が１０００℃を超えると、軟化状態が飽和すると共に、経済的とはいえなくなる。また、焼鈍時間については、素線１ａが十分に軟化するのに必要な時間を、焼鈍温度に応じて、適宜設定し、例えば、焼鈍温度が８３０℃のとき、焼鈍時間は３０分である。
【００３９】
焼鈍工程Ｓ２では、図４に示すように、２種類以上のアルカリ金属炭酸塩の混合物が溶融し、液体状態である溶融塩層２（例えば、Ｋ２ＣＯ３＋Ｎａ２ＣＯ３＋Ｌｉ２ＣＯ３）を形成し、素線１ａの表面を濡れ広がる。それにより、アルカリ金属塩と素線１ａの表面との広い接触面積が確保される。そして、アルカリ金属が効果的に素線１ａ中に含浸し、広いアルカリ金属含浸部３が形成され、ワイヤ１（素線１ａ）中に高濃度のアルカリ金属（例えば、Ｋ＋Ｎａ＋Ｌｉ）を保持することができる。また、濡れ広がった溶融塩層２は、雰囲気ガス（Ｏ２）と素線１ａとの接触を遮断することで、従来のワイヤで発生していた過剰な粒界酸化（図６参照）を抑制し、表面近傍結晶粒の脱落が発生しないため、高濃度に含浸したアルカリ金属の脱落（低減）が防止できる。その結果、アーク溶接において、ワイヤ送給後も高濃度のアルカリ金属をワイヤ中に保持できるため、スパッタの発生が低減でき、溶接作業性を向上させることができる。
【００４０】
また、アルカリ金属含浸部３に保持された高濃度のアルカリ金属は、図２に示すように、素線１ａに形成される表面酸化物を還元して、素線１ａの最表面に鉄単独層を形成する。この鉄単独層の形成によって、ワイヤ（素線１ａ）表面にＣｕ等からなるめっき層（図示せず）を設けた際、このめっき層の密着性を向上させることができる。
【００４１】
（伸線加工工程：Ｓ３）
伸線加工工程Ｓ３は、前記焼鈍工程Ｓ２で軟化焼鈍された素線１ａに１回以上の伸線加工を施してワイヤ１を作製する工程である。すなわち、素線径（５〜９ｍｍ）を所定のワイヤ径（１〜８ｍｍ）まで縮径する工程である。また、伸線加工の回数は、素線径とワイヤ径とによって、適宜設定する。なお、伸線加工は、乾式または湿式孔ダイス等を用いた従来公知の加工方法で行う。
【００４２】
図３（ｂ）に示すように、本発明に係るソリッドワイヤの第２の製造方法は、第１伸線加工工程Ｓ１ａと、塗布工程Ｓ２ａと、焼鈍工程Ｓ３ａと、第２伸線加工工程Ｓ４ａとを含むものである。そして、前記第１の製造方法が、伸線加工工程Ｓ３の前に、塗布工程Ｓ１および焼鈍工程Ｓ２を含むのに対して、第２の製造方法は、２回の伸線加工工程（第１伸線加工工程Ｓ１ａ、第２伸線加工工程Ｓ４ａ）の間に、塗布工程Ｓ２ａおよび焼鈍工程Ｓ３ａを含むものである。
【００４３】
（第１伸線加工工程：Ｓ１ａ）
第１伸線加工工程Ｓ１ａは、鋼合金材から作製された素線１ａに１回以上の伸線加工を施して所定径の素線１ｂを作製する工程である。すなわち、素線径を、例えば、５〜９ｍｍから２〜３ｍｍまで縮径する工程である。また、縮径率、および、伸線加工の回数については、ワイヤ１の製造における作業効率を考慮して適宜設定する。なお、伸線加工は、乾式または湿式孔ダイス等を用いた従来公知の加工方法で行う。また、素線１ａの作製方法は前記第１の製造方法と同様である。
【００４４】
（塗布工程：Ｓ２ａ）、（焼鈍工程Ｓ３ａ）
塗布工程Ｓ２ａにおいて、アルカリ金属炭酸塩の混合物を塗布する素線として、前記第１伸線加工工程Ｓ１ａで作製された素線１ｂを使用すること、焼鈍工程Ｓ３ａにおいて、混合物が塗布された素線として、素線１ｂを使用すること以外は、前記第１の製造方法（塗布工程Ｓ１、焼鈍工程Ｓ２）と同様であるので、説明を省略する。
【００４５】
（第２伸線加工工程：Ｓ４ａ）
前記焼鈍工程Ｓ３ａで軟化焼鈍された素線１ｂに１回以上の伸線加工を施してワイヤ１を作製する工程である。すなわち、素線径（２〜３ｍｍ）を所定のワイヤ径（１〜２ｍｍ）まで縮径する工程である。また、伸線加工の回数については、素線径とワイヤ径とによって、適宜設定する。なお、伸線加工は、乾式または湿式孔ダイス等を用いた従来公知の加工方法で行う。
【実施例】
【００４６】
次に、本発明の実施例について説明する。
（実施例（Ｎｏ．１〜１２））
鋼合金（Ｃ：０．０４質量％、Ｓｉ：０．８質量％、Ｍｎ：１．２質量％、Ｐ：０．０１０質量％、Ｓ：０．０１０質量％、Ｔｉ：０．２４質量％、残部がＦｅおよび不可避的不純物）を用いて、溶解、鋳造、熱間圧延にてφ５．５ｍｍのソリッドワイヤ用の素線を作製した。そして、素線を乾式孔ダイスでφ２．４ｍｍまで伸線加工した（伸線加工工程）。次に、この伸線加工された素線に、表１に示す混合量で混合された２種類以上のアルカル金属炭酸塩の混合物を塗布した（塗布工程）。そして、混合物が塗布された素線に、８３０℃×３０分の軟化焼鈍を施した（焼鈍工程）。次に、軟化焼鈍された素線を乾式孔ダイスでφ１．２ｍｍまで伸線加工して、ソリッドワイヤを作製した（伸線加工工程）。
【００４７】
ここで、アルカリ金属炭酸塩の混合状態としては、２種類以上のアルカリ金属炭酸塩を固体状態で直接混合した場合（実施例（Ｎｏ．１、３、５、７、９、１１））、および、２種類以上のアルカリ金属炭酸塩を約５質量％の水溶液状態で混合した場合（実施例（Ｎｏ．２、４、６、８、１０、１２））の２つの状態で行った。また、塗布方法としては、アルカリ金属炭酸塩を固体状態で直接混合した場合には、加熱して溶融塩とし、この溶融塩に素線を浸漬した。アルカリ金属炭酸塩を水溶液状態で混合した場合には、この水溶液に素線を浸漬した。
【００４８】
（比較例（Ｎｏ．１３〜１８））
比較例（Ｎｏ．１３〜１６）は、１種類のアルカリ金属炭酸塩を使用すること以外は実施例（Ｎｏ．１またはＮｏ．２）と同様にして、ソリッドワイヤを作製した。また、比較例（Ｎｏ．１７〜１８）は、６００℃×３０分の軟化焼鈍を施すこと以外は実施例（Ｎｏ．７またはＮｏ．８）と同様にして、ソリッドワイヤを作製した。
【００４９】
作製されたソリッドワイヤ（実施例（Ｎｏ．１〜１２）、比較例（Ｎｏ．１３〜１８））について、以下の条件で矯正加工を行い、その後、アルカリ金属濃度の化学分析を行った。その結果を表１に示す。なお、アルカリ金属濃度は、ソリッドワイヤの質量全体に対するアルカリ金属の質量濃度として算出した。その結果を表１に示す。
【００５０】
（矯正加工条件）
ソリッドワイヤを半径３０ｍｍのローラに沿う形で曲げ、その後、戻す加工（曲げ戻し加工）を４回繰り返し行った。
【００５１】
また、矯正加工後のソリッドワイヤ（実施例（Ｎｏ．１〜１２）、比較例（Ｎｏ．１３〜１８）について、断面ＳＥＭ観察を行い、アルカリ金属の含浸状況の確認を行った。なお、実施例（Ｎｏ．１）については、ＳＥＭ写真を図２に示す。
【００５２】
次に、矯正加工後のソリッドワイヤ（実施例（Ｎｏ．１〜１２）、比較例（Ｎｏ．１３〜１８））について、以下の溶接条件でアーク溶接を行い、スパッタの発生量について評価した。評価方法としては、アーク点の周りに飛散するスパッタを肉眼で観察し、その発生量を官能評価した。その結果を表１に示す。表１において、スパッタの発生量が少ないものを（○）で良好、スパッタの発生量が多いものを（×）で不良とした。
【００５３】
（溶接条件）
・供試鋼板：ＪＩＳ Ｇ ３１０６ ＳＭ４９０Ｂ
・シールドガス：１００％ＣＯ２（流量２０リットル／ｍｉｎ）
・溶接電流：２８０Ａ
・溶接電圧：３２Ｖ
・溶接速度：４０ｃｍ／ｍｉｎ
・ワイヤ突き出し長さ：２５ｍｍ
・溶接極性：ＤＣＥＰ
・溶接姿勢：下向きビードオンプレート溶接
【００５４】
【表１】
【００５５】
以上の結果から、実施例（Ｎｏ．１〜１２）のソリッドワイヤは、２種類以上アルカリ金属炭酸塩の混合物を用いたため、混合物の融点が焼鈍温度未満となり、ＳＥＭ写真によって、ソリッドワイヤの表面近傍にアルカリ金属含浸部が確認され、そのアルカリ金属含浸部のアルカリ金属の合計濃度が１．５質量ｐｐｍ以上となった。その結果、実施例（Ｎｏ．１〜１２）のソリッドワイヤを用いてアーク溶接を行った時、スパッタの発生量が少なかった。
【００５６】
具体的には、実施例（Ｎｏ．１〜８）のソリッドワイヤは、アルカリ金属の合計濃度が１０質量ｐｐｍ以上であるため、５分以上の溶接を行っても大粒のスパッタは全く発生しなかった。実施例（Ｎｏ．９〜１０）のソリッドワイヤは、アルカリ金属の合計濃度が５質量ｐｐｍ以上１０質量ｐｐｍ未満であるため、５分の溶接で３粒以下の大粒のスパッタの発生にとどまった。実施例（Ｎｏ．１１〜１２）のソリッドワイヤは、アルカリ金属の合計濃度が１．５質量ｐｐｍ以上５質量ｐｐｍ未満であるため、５分の溶接で３粒を超え５粒以下の大粒のスパッタの発生にとどまった。
【００５７】
これに対し、比較例（Ｎｏ．１３〜１６）のソリッドワイヤは、１種類のアルカリ金属炭酸塩を用いたため、アルカリ金属炭酸塩の融点が焼鈍温度以上となり、ＳＥＭ写真によって、ソリッドワイヤの表面近傍にアルカリ金属含浸部が確認されたが、アルカリ金属の濃度が１．５質量ｐｐｍ未満となった。その結果、比較例（Ｎｏ．１３〜１６）のソリッドワイヤは、１分のアーク溶接で１０粒以上の大粒のスパッタが発生した。なお、比較例（Ｎｏ．１３〜１６）のソリッドワイヤは、実施例に比べ過剰な粒界酸化が生じ、矯正加工によってアルカリ金属を含む表面結晶粒が脱落したため、アルカリ金属の合計濃度が低くなった。
【００５８】
また、比較例（Ｎｏ．１７〜１８）のソリッドワイヤは、２種類のアルカリ金属炭酸塩の混合物を用いたが、焼鈍温度を下限値未満としたため、混合物の融点が焼鈍温度以上となり、ＳＥＭ写真によって、ソリッドワイヤの表面近傍にアルカリ金属含浸部が確認されたが、アルカリ金属の濃度が１．５質量ｐｐｍ未満となった。その結果、比較例（Ｎｏ．１７〜１８）のソリッドワイヤは、１分のアーク溶接で１０粒以上の大粒のスパッタが発生した。また、比較例（Ｎｏ．１７〜１８）のソリッドワイヤは、焼鈍温度が低いため、伸線加工の途中でワイヤの一部が断線した。前記アーク溶接は、断線を生じなかった部分で行ったものである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係るソリッドワイヤの構成を示すもので、（ａ）は軸方向に沿った断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図２】本発明に係るソリッドワイヤの断面組織を示すＳＥＭ写真である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、本発明に係るソリッドワイヤの製造方法を示す工程図である。
【図４】本発明に係るソリッドワイヤの製造において、アルカリ金属含浸部が形成される過程を模式的に示す説明図である。
【図５】従来の溶接用ワイヤ（ソリッドワイヤ）の製造において、アルカリ金属含浸部が形成される過程を模式的に示す説明図である。
【図６】従来のソリッドワイヤの断面組織を示すＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００６０】
１ ソリッドワイヤ（ワイヤ）
１ａ、１ｂ 素線
２ 溶融塩層
３ アルカリ金属含浸部
Ｓ１ 塗布工程
Ｓ２ 焼鈍工程
Ｓ３ 伸線加工工程
Ｓ１ａ 第１伸線加工工程
Ｓ２ａ 塗布工程
Ｓ３ａ 焼鈍工程
Ｓ４ａ 第２伸線加工工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車部品等のアーク溶接に使用されるソリッドワイヤおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ソリッドワイヤ（溶接用ワイヤ）を用いたアーク溶接においては、スパッタの発生によって溶接作業性が悪化するという問題がある。そして、アルカリ金属がスパッタの発生を低減させるのに有効であることが明らかとなり、ワイヤ中にアルカリ金属を含有させた種々の構成の溶接用ワイヤが検討されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、アルカリ金属（ＮａおよびＫのうちの１種または２種）を鋳包み延伸片にしてワイヤ中に添加した溶接用ワイヤが記載されている。特許文献２または特許文献３には、ワイヤ表面に溝または亀裂を作り、溝または亀裂内にアルカリ金属（Ｋ化合物、または、Ｋを含む潤滑剤）を保持した溶接用ワイヤが記載されている。特許文献４には、ワイヤ表面に施される銅めっき中にアルカリ金属（Ｎａ）を保持した溶接用ワイヤが記載されている。特許文献５または特許文献６には、ワイヤ表面にアルカリ金属（Ｋ）を含有した表面潤滑剤、または、アルカリ金属化合物を含有した表面処理油を塗布した溶接用ワイヤが記載されている。特許文献７または特許文献８には、鋼素線にカリウム塩（水溶液）を塗布し、その後、焼鈍、伸線加工を行うことによって、鋼素線中に所定量のカリウムを含浸させた溶接用ワイヤが記載されている。なお、特許文献７では、カリウム塩として、炭酸カリウム、水酸化カリウムが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−１１８１９５号公報
【特許文献２】特開平７−２２３０８７号公報
【特許文献３】特開平７−４７４９０号公報
【特許文献４】特開２００６−３２６６８０号公報
【特許文献５】特開２００６−１０２７９９号公報
【特許文献６】特開２００６−１５４０３号公報
【特許文献７】特開２０００−２４６４８５号公報
【特許文献８】特開２００４−１９５５４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の溶接用ワイヤにおいては、工業的に大型の溶解炉を用いた場合には、添加される延伸片（アルカリ金属）の歩留まり管理ができないことから、アルカリ金属濃度の管理が不可能である。また、アルカリ金属は非常に高い活性を有するため、溶解の際に延伸片（アルカル金属）が酸化され、ワイヤ中に添加されるアルカリ金属の添加量が僅かなものとなり、ワイヤ中に十分量のアルカリ金属を添加することが工業的に困難である。したがって、特許文献１の溶接用ワイヤでは、アーク溶接において、スパッタの発生を低減できず、溶接作業性が悪化するという問題が解決できない。
【０００６】
特許文献２または特許文献３の溶接用ワイヤにおいては、ワイヤ送給の際に、溝内または亀裂内に保持したアルカリ金属化合物が脱落して、溶接電極チップ、コンジットチューブ等の内部での詰りの原因となる。また、アルカリ金属化合物の脱落によって、ワイヤ表面に十分量のアルカリ金属を保持することができない。したがって、特許文献２または特許文献３の溶接用ワイヤでは、アーク溶接において、スパッタの発生を低減できず、溶接作業性が悪化するという問題が解決できない。
【０００７】
特許文献４の溶接用ワイヤにおいては、十分量のアルカリ金属を安定して添加するには、めっき浴の管理が非常に煩雑となるため、工業的には実施が困難である。したがって、特許文献４の溶接用ワイヤでは、アーク溶接において、スパッタの発生を低減できず、溶接作業性が悪化する問題が解決できない。
【０００８】
特許文献５または特許文献６の溶接用ワイヤにおいては、ワイヤ送給の際に、表面潤滑剤または表面処理油が脱落して、溶接チップ、コンジットチューブ等の内部での詰まりの原因となる。また、表面潤滑剤または表面処理油の脱落によって、ワイヤ表面に十分量のアルカリ金属を保持することができない。したがって、特許文献５または特許文献６の溶接用ワイヤでは、アーク溶接において、スパッタの発生を低減できず、溶接作業性が悪化するという問題が解決できない。
【０００９】
特許文献７または特許文献８の溶接用ワイヤにおいては、以下に示す問題がある。なお、図５は従来の溶接用ワイヤ（ソリッドワイヤ）の製造において、アルカリ金属含浸部が形成される過程を模式的に示す説明図、図６は従来のソリッドワイヤの断面組織を示すＳＥＭ写真である。
【００１０】
図５に示すように、鋼素線１１ａの表面に塗布されたカリウム塩（水溶液）は、焼鈍の際の熱で分解し、細かい固体状態のカリウム塩１２（例えば、炭酸カリウムＫ２ＣＯ３）となる。そして、細かい固体状態のカリウム塩１２と鋼素線１１ａの表面との接触は部分的である（接触面積が小さい）ため、鋼素線１１ａ中に形成されるアルカリ金属含浸部１３も小さくなる。その結果、ワイヤ１１中にアルカリ金属（Ｋ）を高濃度に保持せることが困難になる。
【００１１】
また、カリウム塩１２と鋼素線１１ａとの接触が部分的になるため、焼鈍時の雰囲気ガス（Ｏ２）と鋼素線が直接接触（反応）し、カリウム含浸時に鋼素線１１ａの表面近傍で過剰な粒界酸化が生じる（図６参照）。そして、粒界酸化された結晶粒は、ワイヤ送給の際に脱落して、溶接電極チップ、コンジットチューブ等（図示せず）の内部での詰まりの原因となると共に、ワイヤの表面に被覆されるＣｕ等のめっき密着性にも悪影響を及ぼす。さらに、結晶粒の脱落によって、ワイヤ１１中に保持されるカリウム量も少なくなる。
したがって、特許文献７または特許文献８の溶接用ワイヤでは、アーク溶接において、スパッタの発生を低減できず、溶接作業性が悪化するという問題が解決できない。
【００１２】
なお、水酸化カリウムは、炭酸カリウムと比較して融点が低く、焼鈍過程で分解することはない。しかしながら、水酸化カリウムは、強アルカリであるためその扱いが煩雑であり、焼鈍設備への腐食等の悪影響が生じる。
【００１３】
そこで、本発明は、このような問題を解決すべく創案されたもので、その目的は、アーク溶接時のスパッタの発生を低減でき、優れた溶接作業性を有する溶接用ワイヤとしてのソリッドワイヤおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するために、請求項１に係るソリッドワイヤは、鋼合金製の素線からなり、前記素線中の表面近傍に２種類以上のアルカリ金属が含浸したアルカリ金属含浸部を有するソリッドワイヤであって、前記アルカリ金属含浸部におけるアルカリ金属の合計濃度が、前記ソリッドワイヤの全質量に対して１．５質量ｐｐｍ以上であることを特徴とする。
【００１５】
前記構成によれば、アルカリ金属含浸部に含浸したアルカリ金属が２種類以上であることによって、素線中へのアルカリ金属の含浸が、素線の表面に濡れ広がった低融点のアルカリ金属塩混合物の溶融塩層（液体状態）によって行われることとなる。それにより、アルカリ金属と素線表面との接触面積が増加し、素線中に含浸するアルカリ金属量が増加し、アーク溶接時のスパッタの発生を抑制するのに十分な１．５質量ｐｐｍ以上という高濃度のアルカリ金属が素線（ソリッドワイヤ）中に含浸、保持される。また、含浸された１．５質量ｐｐｍ以上のアルカリ金属は、素線の表面酸化物を還元して、素線の最表面に鉄単独層を形成させる。この鉄単独層は、めっき前のワイヤ表面が金属のみからなる状態にできるもので、従来のワイヤにおいては認められないものである。そして、この鉄単独層の形成によって、めっき密着性の確保や過剰な粒界酸化が抑制され、アルカリ金属を含む結晶粒の脱落を防止でき、安定したアルカリ金属の含浸が得られる。
【００１６】
請求項２に係るソリッドワイヤの製造方法は、鋼合金材から作製された素線を用いて、前記素線の表面に２種類以上のアルカリ金属炭酸塩の混合物を塗布する塗布工程と、前記混合物が塗布された素線に６３０〜１０００℃の焼鈍温度で軟化焼鈍を施す焼鈍工程と、前記焼鈍工程で軟化焼鈍された素線に１回以上の伸線加工を施してワイヤを作製する伸線加工工程とを含み、かつ、前記塗布工程における混合物の融点が、前記焼鈍工程における焼鈍温度未満であること特徴とする。
【００１７】
前記手順によれば、塗布工程を含み、その塗布工程において、素線の表面に２種類以上のアルカリ金属炭酸塩の混合物を塗布することによって、その混合物の融点が低いものとなる。そして、焼鈍工程を含み、前記混合物の融点を焼鈍工程の焼鈍温度未満とすることによって、焼鈍工程において、素線の表面に塗布された混合物が、焼鈍工程の軟化焼鈍によって溶融し、液体状態の溶融塩層を形成する。そして、液体状態の溶融塩層の形成によって、アルカリ金属と素線表面との接触面積が増加し、素線中に含浸するアルカリ金属量が増加する。その結果、スパッタの発生を抑制するのに十分量のアルカリ金属が素線中に保持される。また、溶融塩層は、素線の表面と雰囲気ガス（Ｏ２）との直接接触を遮断するため、過剰な粒界酸化を抑制し、結晶粒の脱落を防止し、素線中に保持されたアルカリ金属の脱落（低減）を防止する。さらに、素線中に保持された十分量のアルカリ金属は、素線の表面酸化物を還元して、素線の最表面に鉄単独層を形成させる。
【００１８】
請求項３に係るソリッドワイヤの製造方法は、鋼合金材から作製された素線を用いて、前記素線に１回以上の伸線加工を施して所定径の素線を作製する第１伸線加工工程と、前記第１伸線加工工程で作製された素線の表面に２種類以上のアルカリ金属炭酸塩の混合物を塗布する塗布工程と、前記混合物が塗布された素線に６３０〜１０００℃の焼鈍温度で軟化焼鈍を施す焼鈍工程と、前記焼鈍工程で軟化焼鈍された素線に１回以上の伸線加工を施してワイヤを作製する第２伸線加工工程とを含み、かつ、前記塗布工程における混合物の融点が、前記焼鈍工程における焼鈍温度未満であることを特徴とする。
【００１９】
前記手順によれば、第１伸線加工工程と、第２伸線加工工程とを含むことによって、素線を縮径する伸線加工が施される伸線加工工程が２工程で行われることとなり、素線からワイヤへの縮径が効率よく行われる。また、塗布工程および焼鈍工程の作用については、請求項２の製造方法と同様である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るソリッドワイヤによれば、アルカリ金属含浸部に含浸したアルカリ金属が２種類以上であることによって、素線中へのアルカリ金属の含浸量が増加し、ワイヤ中に１．５質量ｐｐｍ以上のアルカリ金属を含浸、保持できるため、アーク溶接時のスパッタの発生を低減でき、優れた溶接作業性を有する。また、ワイヤ表面にめっき層を設けた際、素線最表面の鉄単独層によって、優れためっき密着性を有する。
【００２１】
本発明に係るソリッドワイヤの製造方法によれば、アルカリ金属の接触面積を増加させると共に、過剰の粒界酸化を抑制し、ワイヤ中に十分量のアルカリ金属を含浸できるため、アーク溶接時のスパッタの発生を低減でき、優れた溶接作業性を有するソリッドワイヤを製造できる。また、素線最表面に鉄単独層が形成されることによって、優れためっき密着性を有するソリッドワイヤを製造できる。さらに、ソリッドワイヤを容易に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明に係るソリッドワイヤについて、図１、図２を参照して詳細に説明する。なお、図１はソリッドワイヤの構成を示すもので、（ａ）は軸方向に沿った断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、図２はソリッドワイヤの断面組織を示すＳＥＭ写真である。
【００２３】
＜ソリッドワイヤ＞
図１、図２に示すように、ソリッドワイヤ（以下、ワイヤと称することがある）１は、素線１ａ、１ｂからなり、素線１ａ、１ｂ中の表面近傍にアルカリ金属（例えば、Ｋ＋Ｎａ＋Ｌｉ）が含浸したアルカリ金属含浸部３を有する。なお、図示しないが、ワイヤ１は、その最表面、すなわち、アルカリ金属含浸部３の上にＣｕ等からなるめっき層を有してもよい。
【００２４】
（素線）
素線１ａ、１ｂは、鋼合金からなるものであれば、その組成は特に限定されないが、Ｃ：０．０１〜０．１２質量％、Ｓｉ：０．２〜１．２質量％、Ｍｎ：０．５〜２．５質量％、Ｐ：０．０３質量％以下、Ｓ：０．００１〜０．０３質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物であることが好ましい。
【００２５】
前記Ｃ、Ｓｉ、ＭｎまたはＳは、アーク溶接におけるスパッタの発生をより一層低減する目的で添加されるものである。そして、前記Ｃ、Ｓｉ、ＭｎまたはＳの数値範囲の限定理由は、以下のとおりである。Ｃ、Ｓｉ、ＭｎまたはＳの含有量が下限値未満であると、溶滴の表面張力が小さくなり、スパッタの発生を低減する効果が小さくなりやすい。また、Ｃ、Ｓｉ、ＭｎまたはＳの含有量が上限値を超えるものであると、溶滴の表面張力が大きくなり、ワイヤ先端の溶滴がアーク力によって反発され、スパッタが飛散しやすくなり、スパッタの発生が増加しやすくなる。また、Ｐの含有量が上限値を超えると、溶接部（溶接金属）の耐割れ性が劣化しやすくなる。なお、Ｓの含有量が上限値を超えると、スパッタの発生が増加しやすくなると共に、Ｐと同様に耐割れ性が劣化しやすくなる。
【００２６】
不可避的不純物としては、Ｏ、Ｎ等を含有することが考えられるが、本発明の効果を妨げない範囲においてこれらを含有することが許容され、Ｏ：０．０２質量％以下、Ｎ：０．０１質量％以下が好ましい。
【００２７】
また、素線１ａ、１ｂは、前記組成に加えて、Ｔｉ：０．３０質量％以下を含有するものがさらに好ましい。そして、Ｔｉは、アーク溶接におけるスパッタの発生をより一層低減させる目的で添加されるもので、その含有量が０．３０質量％を超えると、溶滴の表面張力が大きくなり、ワイヤ先端の溶滴がアーク力によって反発され、スパッタが飛散しやすくなり、スパッタの発生が増加しやすくなる。また、Ｔｉは、低スパッタと共に、幅広い電流域（２００〜３５０Ａ）でアークを安定化する効果を有する。
【００２８】
（アルカリ金属含浸部）
アルカリ金属含浸部３は、素線１ａ、１ｂ中の表面近傍に形成された、２種類以上のアルカリ金属が含浸した領域である。ここで、アルカリ金属としては、素線１ａ、１ｂへの含浸速度が速い点、または、工業的に安価である点を考慮して、Ｋ、ＮａまたはＬｉが好ましい。また、アルカリ金属含浸部３の深さは、ワイヤ径（素線径）にもよるが、例えば、５〜３０μｍである。
【００２９】
ここで、アルカリ金属含浸部３に含浸されたアルカリ金属が２種類以上であることによって、後記するワイヤ１の製造において、素線１ａ、１ｂ中へのアルカリ金属の含浸が、素線１ａ、１ｂの表面に濡れ広がった低融点のアルカリ金属塩混合物の溶融塩層２（液体状態）によって行われることとなる（図４参照）。それにより、アルカリ金属と素線１ａ、１ｂ表面との接触面積が増加し、素線１ａ、１ｂ中に含浸するアルカリ金属量が増加し、アーク溶接時のスパッタの発生を抑制するのに十分な高濃度のアルカリ金属が素線１ａ、１ｂ（ワイヤ１）中に含浸、保持される。
【００３０】
アルカリ金属含浸部３におけるアルカリ金属の合計濃度は、ワイヤ１の全質量に対して１．５質量ｐｐｍ以上である必要がある。好ましくは５質量ｐｐｍ以上、さらに好ましくは１０質量ｐｐｍ以上である。合計濃度が１．５質量ｐｐｍ未満であると、スパッタの発生を低減することができない。また、アルカリ金属の合計濃度は、ワイヤ１を矯正加工した後に測定した濃度であることが好ましい。すなわち、アルカリ金属の合計濃度の測定を、コンジットチューブ（図示せず）の内部へのワイヤ送給に相当する矯正加工を行った後に行うことにより、ワイヤ送給の際に脱落せずにワイヤ中に保持されるアルカリ金属の合計濃度を正確に測定することができる。
【００３１】
また、図２に示すように、アルカリ金属の合計濃度が１．５質量ｐｐｍ以上であることによって、素線１ａ、１ｂの表面酸化物が還元されて、素線１ａ、１ｂの最表面に鉄単独層が形成される。この鉄単独層は、素線１ａ、１ｂ（ワイヤ１）にＣｕ等からなるめっき層を設けた際に、表面酸化物に起因するめっき層の密着性の劣化を抑制することができる。
【００３２】
＜ソリッドワイヤの製造方法＞
次に、本発明に係るソリッドワイヤの製造方法について、図３（ａ）、（ｂ）、図４を参照して詳細に説明する。図３（ａ）、（ｂ）はソリッドワイヤの製造方法を示す工程図、図４は、ソリッドワイヤの製造において、アルカリ金属含浸部が形成される過程を模式的に示す説明図である。なお、ワイヤの構成については、図１（ａ）、（ｂ）、図２を参照して説明する。
【００３３】
図３（ａ）に示すように、ソリッドワイヤ１の第１の製造方法は、塗布工程Ｓ１と、焼鈍工程Ｓ２と、伸線加工工程Ｓ３とを含むものである。以下、各工程について説明する。
【００３４】
（塗布工程：Ｓ１）
塗布工程Ｓ１は、鋼合金材から作製された素線１ａを用いて、素線１ａの表面に２種類以上のアルカリ金属炭酸塩の混合物を塗布する工程である。
【００３５】
また、鋼合金材はビレット等の形状を有し、前記組成の溶鋼を転炉、電気炉等を使用して通常の溶製方法で溶製し、その溶鋼を鋳造することによって作製される。そして、鋼合金材に、熱間圧延、その後、必要に応じて冷間圧延を施すことによって、所定径（例えば、５〜９ｍｍ）の素線１ａが作製される。また、必要に応じて、所定径の素線１ａを購入等により調達してもよい。
【００３６】
さらに、混合物の融点が次工程（焼鈍工程Ｓ２）の焼鈍温度未満となるように、２種類以上のアルカリ金属炭酸塩を混合する。融点が焼鈍温度以上であると、焼鈍工程Ｓ２において、素線１ａの表面に混合物の溶融塩層２（図４参照）が形成されず、従来のワイヤのように固体状態のアルカリ金属炭酸塩（例えば、カリウム塩１２、図５参照）が形成されるため、素線１ａ中へのアルカリ金属の含浸量が少なくなる。
【００３７】
また、アルカリ金属炭酸塩の混合物の塗布は、従来公知のハケ塗り、スプレー塗布、浸漬塗布等で行う。なお、本発明の混合物には、２種類以上のアルカリ炭酸塩を直接混合したものの他に、アルカリ金属炭酸塩の水溶液としたものも含まれる。
【００３８】
（焼鈍工程：Ｓ２）
焼鈍工程Ｓ２は、前記塗布工程Ｓ１において、２種類以上のアルカリ金属炭酸塩の混合物が塗布された素線１ａに６３０〜１０００℃の焼鈍温度で軟化焼鈍を施す工程である。ここで、焼鈍温度が６３０℃未満であると、素線１ａが軟化せず、次工程（伸線加工工程Ｓ３）における伸線加工が困難となる。また、焼鈍温度が１０００℃を超えると、軟化状態が飽和すると共に、経済的とはいえなくなる。また、焼鈍時間については、素線１ａが十分に軟化するのに必要な時間を、焼鈍温度に応じて、適宜設定し、例えば、焼鈍温度が８３０℃のとき、焼鈍時間は３０分である。
【００３９】
焼鈍工程Ｓ２では、図４に示すように、２種類以上のアルカリ金属炭酸塩の混合物が溶融し、液体状態である溶融塩層２（例えば、Ｋ２ＣＯ３＋Ｎａ２ＣＯ３＋Ｌｉ２ＣＯ３）を形成し、素線１ａの表面を濡れ広がる。それにより、アルカリ金属塩と素線１ａの表面との広い接触面積が確保される。そして、アルカリ金属が効果的に素線１ａ中に含浸し、広いアルカリ金属含浸部３が形成され、ワイヤ１（素線１ａ）中に高濃度のアルカリ金属（例えば、Ｋ＋Ｎａ＋Ｌｉ）を保持することができる。また、濡れ広がった溶融塩層２は、雰囲気ガス（Ｏ２）と素線１ａとの接触を遮断することで、従来のワイヤで発生していた過剰な粒界酸化（図６参照）を抑制し、表面近傍結晶粒の脱落が発生しないため、高濃度に含浸したアルカリ金属の脱落（低減）が防止できる。その結果、アーク溶接において、ワイヤ送給後も高濃度のアルカリ金属をワイヤ中に保持できるため、スパッタの発生が低減でき、溶接作業性を向上させることができる。
【００４０】
また、アルカリ金属含浸部３に保持された高濃度のアルカリ金属は、図２に示すように、素線１ａに形成される表面酸化物を還元して、素線１ａの最表面に鉄単独層を形成する。この鉄単独層の形成によって、ワイヤ（素線１ａ）表面にＣｕ等からなるめっき層（図示せず）を設けた際、このめっき層の密着性を向上させることができる。
【００４１】
（伸線加工工程：Ｓ３）
伸線加工工程Ｓ３は、前記焼鈍工程Ｓ２で軟化焼鈍された素線１ａに１回以上の伸線加工を施してワイヤ１を作製する工程である。すなわち、素線径（５〜９ｍｍ）を所定のワイヤ径（１〜８ｍｍ）まで縮径する工程である。また、伸線加工の回数は、素線径とワイヤ径とによって、適宜設定する。なお、伸線加工は、乾式または湿式孔ダイス等を用いた従来公知の加工方法で行う。
【００４２】
図３（ｂ）に示すように、本発明に係るソリッドワイヤの第２の製造方法は、第１伸線加工工程Ｓ１ａと、塗布工程Ｓ２ａと、焼鈍工程Ｓ３ａと、第２伸線加工工程Ｓ４ａとを含むものである。そして、前記第１の製造方法が、伸線加工工程Ｓ３の前に、塗布工程Ｓ１および焼鈍工程Ｓ２を含むのに対して、第２の製造方法は、２回の伸線加工工程（第１伸線加工工程Ｓ１ａ、第２伸線加工工程Ｓ４ａ）の間に、塗布工程Ｓ２ａおよび焼鈍工程Ｓ３ａを含むものである。
【００４３】
（第１伸線加工工程：Ｓ１ａ）
第１伸線加工工程Ｓ１ａは、鋼合金材から作製された素線１ａに１回以上の伸線加工を施して所定径の素線１ｂを作製する工程である。すなわち、素線径を、例えば、５〜９ｍｍから２〜３ｍｍまで縮径する工程である。また、縮径率、および、伸線加工の回数については、ワイヤ１の製造における作業効率を考慮して適宜設定する。なお、伸線加工は、乾式または湿式孔ダイス等を用いた従来公知の加工方法で行う。また、素線１ａの作製方法は前記第１の製造方法と同様である。
【００４４】
（塗布工程：Ｓ２ａ）、（焼鈍工程Ｓ３ａ）
塗布工程Ｓ２ａにおいて、アルカリ金属炭酸塩の混合物を塗布する素線として、前記第１伸線加工工程Ｓ１ａで作製された素線１ｂを使用すること、焼鈍工程Ｓ３ａにおいて、混合物が塗布された素線として、素線１ｂを使用すること以外は、前記第１の製造方法（塗布工程Ｓ１、焼鈍工程Ｓ２）と同様であるので、説明を省略する。
【００４５】
（第２伸線加工工程：Ｓ４ａ）
前記焼鈍工程Ｓ３ａで軟化焼鈍された素線１ｂに１回以上の伸線加工を施してワイヤ１を作製する工程である。すなわち、素線径（２〜３ｍｍ）を所定のワイヤ径（１〜２ｍｍ）まで縮径する工程である。また、伸線加工の回数については、素線径とワイヤ径とによって、適宜設定する。なお、伸線加工は、乾式または湿式孔ダイス等を用いた従来公知の加工方法で行う。
【実施例】
【００４６】
次に、本発明の実施例について説明する。
（実施例（Ｎｏ．１〜１２））
鋼合金（Ｃ：０．０４質量％、Ｓｉ：０．８質量％、Ｍｎ：１．２質量％、Ｐ：０．０１０質量％、Ｓ：０．０１０質量％、Ｔｉ：０．２４質量％、残部がＦｅおよび不可避的不純物）を用いて、溶解、鋳造、熱間圧延にてφ５．５ｍｍのソリッドワイヤ用の素線を作製した。そして、素線を乾式孔ダイスでφ２．４ｍｍまで伸線加工した（伸線加工工程）。次に、この伸線加工された素線に、表１に示す混合量で混合された２種類以上のアルカル金属炭酸塩の混合物を塗布した（塗布工程）。そして、混合物が塗布された素線に、８３０℃×３０分の軟化焼鈍を施した（焼鈍工程）。次に、軟化焼鈍された素線を乾式孔ダイスでφ１．２ｍｍまで伸線加工して、ソリッドワイヤを作製した（伸線加工工程）。
【００４７】
ここで、アルカリ金属炭酸塩の混合状態としては、２種類以上のアルカリ金属炭酸塩を固体状態で直接混合した場合（実施例（Ｎｏ．１、３、５、７、９、１１））、および、２種類以上のアルカリ金属炭酸塩を約５質量％の水溶液状態で混合した場合（実施例（Ｎｏ．２、４、６、８、１０、１２））の２つの状態で行った。また、塗布方法としては、アルカリ金属炭酸塩を固体状態で直接混合した場合には、加熱して溶融塩とし、この溶融塩に素線を浸漬した。アルカリ金属炭酸塩を水溶液状態で混合した場合には、この水溶液に素線を浸漬した。
【００４８】
（比較例（Ｎｏ．１３〜１８））
比較例（Ｎｏ．１３〜１６）は、１種類のアルカリ金属炭酸塩を使用すること以外は実施例（Ｎｏ．１またはＮｏ．２）と同様にして、ソリッドワイヤを作製した。また、比較例（Ｎｏ．１７〜１８）は、６００℃×３０分の軟化焼鈍を施すこと以外は実施例（Ｎｏ．７またはＮｏ．８）と同様にして、ソリッドワイヤを作製した。
【００４９】
作製されたソリッドワイヤ（実施例（Ｎｏ．１〜１２）、比較例（Ｎｏ．１３〜１８））について、以下の条件で矯正加工を行い、その後、アルカリ金属濃度の化学分析を行った。その結果を表１に示す。なお、アルカリ金属濃度は、ソリッドワイヤの質量全体に対するアルカリ金属の質量濃度として算出した。その結果を表１に示す。
【００５０】
（矯正加工条件）
ソリッドワイヤを半径３０ｍｍのローラに沿う形で曲げ、その後、戻す加工（曲げ戻し加工）を４回繰り返し行った。
【００５１】
また、矯正加工後のソリッドワイヤ（実施例（Ｎｏ．１〜１２）、比較例（Ｎｏ．１３〜１８）について、断面ＳＥＭ観察を行い、アルカリ金属の含浸状況の確認を行った。なお、実施例（Ｎｏ．１）については、ＳＥＭ写真を図２に示す。
【００５２】
次に、矯正加工後のソリッドワイヤ（実施例（Ｎｏ．１〜１２）、比較例（Ｎｏ．１３〜１８））について、以下の溶接条件でアーク溶接を行い、スパッタの発生量について評価した。評価方法としては、アーク点の周りに飛散するスパッタを肉眼で観察し、その発生量を官能評価した。その結果を表１に示す。表１において、スパッタの発生量が少ないものを（○）で良好、スパッタの発生量が多いものを（×）で不良とした。
【００５３】
（溶接条件）
・供試鋼板：ＪＩＳ Ｇ ３１０６ ＳＭ４９０Ｂ
・シールドガス：１００％ＣＯ２（流量２０リットル／ｍｉｎ）
・溶接電流：２８０Ａ
・溶接電圧：３２Ｖ
・溶接速度：４０ｃｍ／ｍｉｎ
・ワイヤ突き出し長さ：２５ｍｍ
・溶接極性：ＤＣＥＰ
・溶接姿勢：下向きビードオンプレート溶接
【００５４】
【表１】
【００５５】
以上の結果から、実施例（Ｎｏ．１〜１２）のソリッドワイヤは、２種類以上アルカリ金属炭酸塩の混合物を用いたため、混合物の融点が焼鈍温度未満となり、ＳＥＭ写真によって、ソリッドワイヤの表面近傍にアルカリ金属含浸部が確認され、そのアルカリ金属含浸部のアルカリ金属の合計濃度が１．５質量ｐｐｍ以上となった。その結果、実施例（Ｎｏ．１〜１２）のソリッドワイヤを用いてアーク溶接を行った時、スパッタの発生量が少なかった。
【００５６】
具体的には、実施例（Ｎｏ．１〜８）のソリッドワイヤは、アルカリ金属の合計濃度が１０質量ｐｐｍ以上であるため、５分以上の溶接を行っても大粒のスパッタは全く発生しなかった。実施例（Ｎｏ．９〜１０）のソリッドワイヤは、アルカリ金属の合計濃度が５質量ｐｐｍ以上１０質量ｐｐｍ未満であるため、５分の溶接で３粒以下の大粒のスパッタの発生にとどまった。実施例（Ｎｏ．１１〜１２）のソリッドワイヤは、アルカリ金属の合計濃度が１．５質量ｐｐｍ以上５質量ｐｐｍ未満であるため、５分の溶接で３粒を超え５粒以下の大粒のスパッタの発生にとどまった。
【００５７】
これに対し、比較例（Ｎｏ．１３〜１６）のソリッドワイヤは、１種類のアルカリ金属炭酸塩を用いたため、アルカリ金属炭酸塩の融点が焼鈍温度以上となり、ＳＥＭ写真によって、ソリッドワイヤの表面近傍にアルカリ金属含浸部が確認されたが、アルカリ金属の濃度が１．５質量ｐｐｍ未満となった。その結果、比較例（Ｎｏ．１３〜１６）のソリッドワイヤは、１分のアーク溶接で１０粒以上の大粒のスパッタが発生した。なお、比較例（Ｎｏ．１３〜１６）のソリッドワイヤは、実施例に比べ過剰な粒界酸化が生じ、矯正加工によってアルカリ金属を含む表面結晶粒が脱落したため、アルカリ金属の合計濃度が低くなった。
【００５８】
また、比較例（Ｎｏ．１７〜１８）のソリッドワイヤは、２種類のアルカリ金属炭酸塩の混合物を用いたが、焼鈍温度を下限値未満としたため、混合物の融点が焼鈍温度以上となり、ＳＥＭ写真によって、ソリッドワイヤの表面近傍にアルカリ金属含浸部が確認されたが、アルカリ金属の濃度が１．５質量ｐｐｍ未満となった。その結果、比較例（Ｎｏ．１７〜１８）のソリッドワイヤは、１分のアーク溶接で１０粒以上の大粒のスパッタが発生した。また、比較例（Ｎｏ．１７〜１８）のソリッドワイヤは、焼鈍温度が低いため、伸線加工の途中でワイヤの一部が断線した。前記アーク溶接は、断線を生じなかった部分で行ったものである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係るソリッドワイヤの構成を示すもので、（ａ）は軸方向に沿った断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図２】本発明に係るソリッドワイヤの断面組織を示すＳＥＭ写真である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、本発明に係るソリッドワイヤの製造方法を示す工程図である。
【図４】本発明に係るソリッドワイヤの製造において、アルカリ金属含浸部が形成される過程を模式的に示す説明図である。
【図５】従来の溶接用ワイヤ（ソリッドワイヤ）の製造において、アルカリ金属含浸部が形成される過程を模式的に示す説明図である。
【図６】従来のソリッドワイヤの断面組織を示すＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００６０】
１ ソリッドワイヤ（ワイヤ）
１ａ、１ｂ 素線
２ 溶融塩層
３ アルカリ金属含浸部
Ｓ１ 塗布工程
Ｓ２ 焼鈍工程
Ｓ３ 伸線加工工程
Ｓ１ａ 第１伸線加工工程
Ｓ２ａ 塗布工程
Ｓ３ａ 焼鈍工程
Ｓ４ａ 第２伸線加工工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼合金製の素線からなり、前記素線中の表面近傍に２種類以上のアルカリ金属が含浸したアルカリ金属含浸部を有するソリッドワイヤであって、
前記アルカリ金属含浸部におけるアルカリ金属の合計濃度が、前記ソリッドワイヤの全質量に対して１．５質量ｐｐｍ以上であることを特徴とするソリッドワイヤ。
【請求項２】
鋼合金材から作製された素線を用いて、前記素線の表面に２種類以上のアルカリ金属炭酸塩の混合物を塗布する塗布工程と、
前記混合物が塗布された素線に６３０〜１０００℃の焼鈍温度で軟化焼鈍を施す焼鈍工程と、
前記焼鈍工程で軟化焼鈍された素線に１回以上の伸線加工を施してワイヤを作製する伸線加工工程とを含み、かつ、
前記塗布工程における混合物の融点が、前記焼鈍工程における焼鈍温度未満であること特徴とするソリッドワイヤの製造方法。
【請求項３】
鋼合金材から作製された素線を用いて、前記素線に１回以上の伸線加工を施して所定径の素線を作製する第１伸線加工工程と、
前記第１伸線加工工程で作製された素線の表面に２種類以上のアルカリ金属炭酸塩の混合物を塗布する塗布工程と、
前記混合物が塗布された素線に６３０〜１０００℃の焼鈍温度で軟化焼鈍を施す焼鈍工程と、
前記焼鈍工程で軟化焼鈍された素線に１回以上の伸線加工を施してワイヤを作製する第２伸線加工工程とを含み、かつ、
前記塗布工程における混合物の融点が、前記焼鈍工程における焼鈍温度未満であることを特徴とするソリッドワイヤの製造方法。
【請求項１】
鋼合金製の素線からなり、前記素線中の表面近傍に２種類以上のアルカリ金属が含浸したアルカリ金属含浸部を有するソリッドワイヤであって、
前記アルカリ金属含浸部におけるアルカリ金属の合計濃度が、前記ソリッドワイヤの全質量に対して１．５質量ｐｐｍ以上であることを特徴とするソリッドワイヤ。
【請求項２】
鋼合金材から作製された素線を用いて、前記素線の表面に２種類以上のアルカリ金属炭酸塩の混合物を塗布する塗布工程と、
前記混合物が塗布された素線に６３０〜１０００℃の焼鈍温度で軟化焼鈍を施す焼鈍工程と、
前記焼鈍工程で軟化焼鈍された素線に１回以上の伸線加工を施してワイヤを作製する伸線加工工程とを含み、かつ、
前記塗布工程における混合物の融点が、前記焼鈍工程における焼鈍温度未満であること特徴とするソリッドワイヤの製造方法。
【請求項３】
鋼合金材から作製された素線を用いて、前記素線に１回以上の伸線加工を施して所定径の素線を作製する第１伸線加工工程と、
前記第１伸線加工工程で作製された素線の表面に２種類以上のアルカリ金属炭酸塩の混合物を塗布する塗布工程と、
前記混合物が塗布された素線に６３０〜１０００℃の焼鈍温度で軟化焼鈍を施す焼鈍工程と、
前記焼鈍工程で軟化焼鈍された素線に１回以上の伸線加工を施してワイヤを作製する第２伸線加工工程とを含み、かつ、
前記塗布工程における混合物の融点が、前記焼鈍工程における焼鈍温度未満であることを特徴とするソリッドワイヤの製造方法。
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図６】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２５５１４２（Ｐ２００９−２５５１４２Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０８８２０（Ｐ２００８−１０８８２０）
【出願日】平成２０年４月１８日（２００８．４．１８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１８日（２００８．４．１８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
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