JPS583797A - 混合ガスシ−ルドア−ク溶接用ワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガスシールドアーク溶接に用いる溶接用ワイ
ヤに関し、ガスシールドアーク溶接のなかでも特に、ア
ルゴンガスに二酸化炭素、あるいは少量の酸素を加えた
混合ガヌ雰囲気中で行う溶接（本明細書ではこれを混合
ガスシールドアーク溶接という）を対象とした溶接用ワ
イヤに関する。

ガスシールドアーク溶接として従来から多用されている
ものに炭酸ガスシールドアーク浴接がある。上記混合ガ
スシールドアーク浴接をこの炭酸ガスシールドアーク浴
接と比較した場合、スパッタの少ないことがよく知られ
ているが、その地山はＶ−μドガヌの相違に起因する溶
滴移行形式の違いにあると言われている。

すなわち、アーク溶接における溶滴の移行形式には、第
１口軽）に示す短絡移行、同（至）に示すグロビュール
移行、同（Ｃ）に示すスプレー移行の３種類があるが、
炭酸ガスシールドアーク溶接では小電流で短絡移行が起
り、大電流でもグロビュー〃移行にまでしか発展しない
のに対し、混合ガスシールドアーク溶接ではある電流以
上（一般に臨界電流と呼ばれる）で簡単にスプレー移行
が起り、これによってスパッターの発生を抑えるととも
に、アークの安定化やビード外観の美化といった効果も
合せて得ることができるのである。その結果、混合ガス
シールドアーク溶接では、溶接後の後処理に要する時間
が大巾に短縮され、最近はこの混合ガスシールドアーク
溶接を用いるところが急増している。

しかしながら、この混合ガスシールドアーク溶接をもっ
てしてもスパッタを完全に無くすることはできない。例
えば、溶接電流が３０ＯＡの条件下でシーμドガスが〔
ｌｏｏ％ｃＯコ〕の場合に２２以上あったスパッタ発生
率（ヌバッタ発生し／ｖイヤ熔融ｔ）が、〔♂θ％Ａｒ
＋２θ％Ｃｏコ〕のシーμドガスの使用により大巾に減
少することは事実であるが、弘％より小さくすることは
できなかった。

本発明の目的は、混合ガスシールドアーク溶接に使用し
てスパッタの発生を更に大巾に抑制し得る溶接用ワイヤ
を提供す−ることにある。また、いヵ為にスパッタの抑
止能力に優れたワイヤが開発されたとしても、それが高
価であったり他の溶接性（例えばワイヤ送給性など）を
低下させ交りしては製品価値の低いものとなる。本発明
の今一つの目的は、他に大きな犠牲を強いることなくワ
イヤのスパッタ抑止能力を高めることにある。以下、本
発明の詳細な説明する。

混合ガヌシールドアーク浴接Ｆｉ炭酸ガスシーｙドアー
ク溶接と較べてスパッタの発生が少ない。

これは上述したとおりもっばらシーμドガスの相違によ
る溶滴移行形式の違いに起因し、ワイヤについては炭酸
ガスシールドアーク溶接の場合と殆んど変らないものが
用いられている。つまり、混合ガスシールドアーク溶接
では、ワイヤ中の脱酸剤が溶着金属に残留しやすいため
、脱酸剤をやや控えた組成のワイヤを使用しているが、
ワイヤについてこれ以外相違するところは見られず、ス
パッタを減少させるための性質改良など殆ど行われてい
ないのが実状である。

本発明は新たに、ワイヤの性質という観点で１らスパッ
タの発生抑止に取り組んだもので、ワイヤの性質のなか
でも特に電気的特性を改善したものである。第２図（ａ
）（１）は混合ガスシールドアーク溶接の基本となる直
流アーク溶接におけるスプレー移行概念図で、（／ｌは
陽極である溶接用ワイヤ、（コｊは陰極である母材、（
３）はアーク、（グｊＩｆｉ溶滴、（５）は溶融池を表
わしている。

直流アーク溶接では、周知のように、ワイヤ（１）＼ は、母材（：１）との間の電圧が一定になるよう送給速
度が調整される結果、通常の状態では母材（：２）に対
して一定の位置関係を保ち、所定のアーク長（至）のも
とて安定なスプレー移行を行ｆｔ−ｂ　Ｉ、める（第２
図れ〕〕。ところが、溶接にはワイヤ（１）の送給不安
定、ｗｌ、源のＮ流など、いくつかの外乱要因があり、
このような外乱要因はしばしばアーク長（イ）を短かぐ
する。その結果、第２図（６）に示すように、ワイヤ（
１）の先端が溶融池Ｉｓ）に直接触れ、瞬間的に大電流
が通じて溶融金属を四方へ飛び散らせることになり、こ
れが混合ガスシールドアーク溶−接における最も大きい
ヌパッタ発生原因だと言われている。

そうだとすると、アーク長（イ）を何らかの形で大きく
することができたら、外乱が生じた場合の、スパッタが
発生する可能性を小でくすることができるはずである。

しかしながら、アーク長（乃は、前述したように、特定
の付加電圧に対して従動的に決まるものであるがら、単
に長いは５がよいからといって簡単に操作できるもので
はない。

本発明は、ワイヤの表面にリチウム（Ｌｉ）、　　ナト
リウム（Ｎａ）、カリヮムＯｔ）、／舞つム（Ｂａ）と
いった市ａ電圧の小さい元素の１種または２種以上を、
各元素について計算した なる値の合計が０．０１以上となるように付着させるこ
とにより、アーク長を他の因子に影響を及ぼすことなく
自然に大きくして、スパッタの発生を根本から大巾に抑
えるようにしたものである。

本発明のワイヤにおいて、スパッタの発生が抑制される
理由、有効元素として（ＬｉνＮａ、に、Ｂａ）を選ん
だ理由、これら元素の付着量を上記の如く限定した理由
および、本発明を実施するに際しての留意点ならびに実
施効果を以下、順を追って説明する。

〔スパッタの抑止理由〕

電離電圧はイオン化エネルギーとも呼ばれ、基底状態に
ある原子力）ら１個の電子を無限遠まで引き離して、ご
の原子をイオン化するのに必要な工ネルギーである。

一方、直流アーク溶接における電極間の電圧分布は、第
３図に実線で示すように、陽極（１）（溶接片ワイヤ）
と陰極（コｊ（母材）の近くでそれぞれ急激な電圧降下
を生じ、その間はアーク（３）に沿ってゆるやかな電圧
降下を生じるものとなる。これらの電圧降下はそれぞれ
陽極降下（ＶＡ）、＋！１１極降下（■に）、アーク柱
降下（Ｖｐ）と呼ばれ、王者の合計がアーク電圧（ｖａ
）である。

このうち陽極降下（ＶＡ）は、その大部分が、陰極（２
）からの熱電離電子が陽極（１）に衝突する際の衝突エ
ネルギーであるが、陽極（／］における中性原子のイオ
ン化に消費されるエネルギーも゛いぐらがあることが知
られている。したがって今、ＷＩｔｆＭＩｌ）の表面に
電離電圧の小さい元素を付着させておけば、上記のイオ
ン化が容易となり、これに消費されるエネルギーも小さ
くなり、この分、陽極降下（ＶＡ）を小さくすることが
でき家はずである。

前述したように、陽極（１）と陰極（：ｌ）との間に付
加される電圧、すなわちアーク電圧（Ｖａ）は常に一定
に保たれるのが原則であるから、陽極降下（Ｖａ　）が
小さくなれば、第３図に破線で示すように、陽極降下（
ＶＡ）の減小度（△ＶＡ）に応じてアーク長（２）か増
大し、しかも、その量（Ｍ）は（△■＾）に対して非常
に大きなものとなって現われる。

熱論、冥際上はこのアーク長（イ）の増大（Δｔ］は僅
刀）の寸法である上、他の因子による変化と重なるため
、目視ではっきり確認するまでには至らないが、本発明
者らは、本発明のワイヤの使用によりアーク長（４）が
増大傾向となることを写真撮影から確認している。

（Ｌｉ、　Ｎａ、　Ｋ、　Ｂａ）選択理由〕電離電圧の
点だけから言うなら、最外部電子の数が１個である周期
表の王族の元素（Ｈ＋　Ｌ’ｈ　、　Ｎａ　。

Ｋ、　Ｐｂ、　Ｃｓ　、　Ｆｒ　）は（Ｈ）を除イテ一
応全テ適当トいうことになる。しかし、元素の性質は「
族」からだけでは決まらず、「周期」によっても大きな
影響を受け、周期が大きくなるにつれて原子量が大きく
なる傾向を示す。そして、原子量の大きい元素は小ざい
元素より重い。

一方、本発明のワイヤにおいては、元素の付着を、後記
するように、炭酸塩などの化合物を付ける形で行うため
、実際の元素よりはるかに多電の物質がワイヤ表面に付
着される。ところが、ワイヤ表面に加工物を付けるとい
ってもその量に限りがあるばかりでなく、ワイヤ表ｒｔ
ｌＫ付着された化合物は一種の潤滑剤となってワイヤの
送給性能に影響を与える危険もあるので、化合物の付着
量はむしろ少なＡはうが望ましい。

したがって、付着元素としては、化合物の付着量を抑え
る意味から、原子量の小さい元素のほうが望ましく、こ
のことから１周期以降の元素（ｐ’ｂ。

Ｃｓ、Ｆｒ）は除外することとし、残りの（Ｌｉ、、Ｎ
ａ。

Ｋ〕を適当な元素として選んだ。

なお、〔シ、〕は族でいえば■族、周期でいえば２周期
に該当し、必ずしも上記の条件を満足するものではない
。しかし、電離電圧は〔Ｌ１〕よりむしろ小さく、コス
トも安い上、分子量の比較的小σい炭酸バリウムの形で
の使用が容易なため、適当元素として例外的に加えるこ
ととした。

〔元素付着量の限定理由〕

本発明のワイヤは、ワイヤ表面に電離電圧の小さい元素
を付着させ、中性原子の電離に消費されるエネルギーを
小さくして陽極降下の低下を図るものである。このこと
からすれば、スパッタの抑止効果は、付着元素のｌｉｔ
：＃を圧と付着量の積に依存するはずである。しかしな
がら、付着量は、上述したように、付着元素の原子量の
影響を受けたものである［相］ムら、付着元素の真の有
効性を判断するにあたっては、付着量を原子量で割って
おく必要がある。

以上のことから、本発明者らは、付着元素の有効性の判
断基準として、 なる値を導入し、そのスパッタの抑止効果に与える影響
を調査した。その結果、上記値が０．０１以上の場合に
、スパッタの抑止に顕著な効果の現われることが判明し
、これをもって付Ｍｔの下限とした。

上限については、ワイヤ表面に付着することが可能な前
記化合物の竜、あ蒜は、ワイヤ表面に付着された化合物
の、ワイヤ送給性能に与える影響などから適当に決定さ
れる。

〔留意点〕

（Ｌｉ、、　Ｎａ、　Ｋ、　Ｂａ　〕トいツタ元素は、
いずれもアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属である
ため、通常の雰囲気では単体で存在し得ない。したがっ
て、ワイヤ表面にこれらの元素を付着させるには、下記
するような化合物の形で付着させることが必要であり、
更に、化合物によっては溶剤を使うことも考えなければ
ならない。

炭Ｈ”Ｍ　　（ＬｉａＣＯＪ、Ｎａ、ａＣＯＪ、　　Ｋ
ａＣＯＪ、ＢａＣ０Ｊ　）、力ｙｖボ：’　ＷＩｊ’Ｊ
１　（ＣＨＪＣＯａＬ’Ｌ、　ＣＨ３ＣＯ，２Ｎａ、　
ＣＨＪＣＯＪＫ。

（ＣＨＪＣＯＪ　）ａＢａ　、　ＣＨＪ　（ＣＨＪ　）
＊ＣＯコＮａ　すど〕などの塩類や、　Ｃ７ｙＨｉｚＣ
ＯＪＬ１．　　ＣｔｔＨｉｚＣＯｓＮａ、Ｃ１７ＨＪｚ
Ｃ０，２Ｋ（Ｃ７ｙＨｉｚＣＯＪ　　）ａＴｋｔ’、Ｃ
ＨＪ　（ＣＨＪ　）７ＣＨ＝　ＣＨ（ＣＨＪ）７ＣＯＪ
Ｎａなどの金−石鹸など。

使用するワイヤについては、本発明はワイヤ表面に元素
を別途付着させる形をとるので、特に制限はない。すな
わち、軟鋼及びｊＯＨＴ鋼用ワイヤ（Ｓｌ−Ｍｎ系、Ｓ
ｉ　−Ｍｎ−Ｔｊ−系）、ｔＯＨＴ−７０ＨＴ−１ｒＯ
ＨＴ　ｍｍワイヤ、ステンレス鋼用ワイヤなどの一般の
混合ガスシールドアーク溶接に使用されるワイヤは全て
問題なく使用できる。

また、本発明は、付着元素の電離電圧の小ささを利用す
るもので、化学反応を期待するものでないから、（Ｌｉ
、、　Ｎａ、　Ｋ、　Ｂａ　）とイッタ元素を混合便用
することが可能である。熱論この場合に、各使用元素に
ついて計算した なる値の合計が０．０／以上となるようにしなければな
らないことは言うまでもない。

〔実施効果〕

直径が／、　２　ｆｉの軟鋼及び！　ＯＨＴ鋼用ワイヤ
（Ｓｉ、　−Ｍｎ−Ｔｉ、系〕に（Ｌｉ、　Ｎａ、　Ｋ
、　Ｂａ）を炭酸塩（ＬｉａＣＯＪ、　ＮａＪＣＣ）ｒ
　、　ＫＪＣＯＪ　、　ＢａＣ０Ｊ）　（７）形テ種々
の量付着でせ、これらワイヤを使用して混合ガスシール
ドアークにょるビード・オン・フ゛レート溶接を行い、
飛び散ったスパッタを集めてその重量とワイヤ溶融量と
の比（ヌバツタ発生率）を求めた。溶接条件は第１表に
示すとおりである。

第　　　ｌ　　　表 結果は、第７図に示すように、各元素で効果に差がある
ものの、各元素の付着によってスパッタの発生が確実に
減少し１．その度合は付着量の多い程、また、原子量の
小さい元素程、大きくなるものであった。

ちなみに、各元素の付着量（ｇ／ワイヤＩＯ＃〕の下限
は、（Ｌｉ、）５ｓＯ，Ｃ１３、〔ＮＦＬ）−ｆＪＥｏ
、００１１！。

（Ｋ、ｌが０．００５’　／、　（Ｂａ）　−ｆｉｒ　
Ｏ，Ｃ２１であフ、これ以上の元素を付着したワイヤは
、元素を付着しないものと較べて、スパッタの発生をハ
近く、あるいはそれ以下に激減せしめている。

以上の説−一１ら明らかなように、本発明の溶接用ワイ
ヤは、混合ガスシールアーク溶接に使用シて更に大巾な
スパッタ減少をもたらすばかりでなく、既存のワイヤ表
面に化合物を付着させるとい５４ｉりて簡単な手法で製
造でき、更に、付着元素の選択に当って原子量を考慮し
、付着性やワイヤ送給性に対して十分な注意をはらった
ものとなっているから、使用性、実用性に劣ることもな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）は溶滴移行形式の違いを示す模式
図、第２図（ａ）＠は直流アーク溶接の概念図、第３図
は直流アーク電極間の電位分布図、第ｖ図は本発明の実
施効果を示すグラフである。 図中、ｌ：溶接用ワイヤ（陽極）、コニ母材（陰ＦＭ）
、３：アーク、≠：ＷＪ滴、ｊ：溶融池。 第１図 （０）　　　（ｂ）　　　（Ｃ） 第２図 （ａ）　　　　　（ｂ） 第３図 １１４図 ４＋１量Ｃ’１ｌｖｌｖｌＯＫｊｔ） 自発手続補正書 昭和５６年１２月２２日 特許庁長官　島　１）春　樹　　殿 １、事件の表示 昭和５６年特許願第１０２６５２号 ２、　発明の名称 混合ガスンールドアーク溶接用ワイヤ ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　兵庫県尼崎市扶桑町２丁目１番地名称　　住金溶
接棒株式会社 代表者　小　１）向　輝 ４代理人 昭和　年　月　日 （書類発送日　昭和　　年　　月　　日）６　補正の対
象 明細書の「特許請求の範囲」の欄および１発明の詳細な
説明」の欄 ７、　補正の内容 ＋１＋　　明細書の「特許請求の範囲］を別紙のとｈ・
り補正し７ます。 （２）明細書の第６貞第５行から同第６行に力１しすて に補正します。 （３）　　明＃Ｉｔｌ書第１０頁第１４行から同第１５
行にかけてとあるのを に補正します。 （別　紙） 特許請求の範囲 （１）　　表面にリチウム、ナトリウム、カリウム、バ
リウムのうちの１種元素または２種元素以上を、各元素
について計算した なる値の合計が０．０１以上となるように付着せしめた
ことを特徴とする混合ガスシールドアーク溶接用ワイヤ
。 １制Ｂ５５８−３７９７　（６） ５７２−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面にリチウム、ナトリウム、カリウム、バリウ
   ムのうちの１種元素ま几は２種元素以上を、各元素につ
   いて計算Ｌ２ なる値の合計が０．０１以上となるように付着せしめた
   ことを特徴とする混合ガスシールドアーク溶接用ワイヤ
   。