JPS59104292A - 溶接用鋼ワイヤの製造方法 - 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】 本発明は送給性のすぐれた銅メツキ処理を行った全自動
および半自動溶接用鋼ワイヤの製造方法に関する。

一般にＣＯ２ガスシールド溶接、ＭＩＧ溶接等には０．
８〜２．４ｒｎｍφの銅メッキした溶接用鋼ワイヤが使
用されている。これらの溶接用ワイヤは通常スプールや
がビンに巻装された状態で、あるいはペイルツヤツクと
呼ばれる円筒容器に装填された状態で溶接に供せられる
。これらのワイヤが使用されるときは、溶接機の付属装
置である送給機に設置され、送給ローラを通り３〜２０
ｍにおよぶフレキシブルコンジットチューブ、溶接トー
チ、コンタクトチップを通じ、溶接が行われる例が多い
。

この他、走行台車にワイヤスプールなどを搭載し、コン
ジットチー−ブを使用しない装置も使用さ、れているが
、これは前記した設置形式のものに比べて、装置が複雑
でしかも大型化しかつ溶接領域が限定される等の欠点が
ちシ用途が限られている。

さてフレキシブルコンジットチューブを用いる溶接ワイ
ヤの送給方式としてはブツシュ式、ゾル式、グツシープ
ル式の３種類あるが、取扱いの簡便な、ブツシュ式の使
用比率が高い。しかしブツシュ式の送給機のコンジット
チューブは通常３　ｍ、広領域の溶接を行う場合には２
０ｎ１程度の長さのものが使用され、この時ワイヤ送給
性の問題が生じる。溶接ワイヤには一定速度で供給され
ることが求められるものである。しかしワイヤはフレキ
シブルコンジットの案内管であるライナー、トーチ、チ
ップとの間の接触抵抗およびフレキシブルコンジットチ
ー−ブの屈曲部とを通りぬけるだめの抵抗力などが作用
する。フレキシブルコンジットチューブが直線状態であ
る現場作業はほとんどなく、屈曲状態下で使用されるの
が普通であり、屈曲部が多いほどまた屈曲半径が小さい
ほど屈曲部通りぬけの抵抗力は大きい。しかして、前記
の如き溶接ワイヤとの接触抵抗力に打克つ力でワイヤは
押通せしめられ送給されるものであるが、接触抵抗が大
きくなると溶接ワイヤの送給速度が不均一になりついに
は送給停止の事態が生じるようになる。このため、溶接
アークの不安定、ビード形状の不揃、融合不良、アンダ
ーカットの発生など種々の溶接欠陥を生ずるようになる
。

最近、溶接作条の複雑化、高速化、広範囲化に伴ないフ
レキシブルコンソットライナーとの摩擦抵抗力が小さく
、送給が円滑でかつ安定し、常に定速送給されうる溶接
用ワイヤ、すなわち送給性が安定な溶接用ワイヤが強く
要求されるようになった０ 従来、ワイヤの送給性を改善するために、送給機の送給
パワーを高めるかあるいはワイヤ自体の送給性を向上さ
せることが行われてきた。例えば特公昭５０−３２５６
号公報に開示されたワイヤのようにワイヤ自体の送給性
の向上をはかるべく、表面が充分ミクロ的に緻密平滑な
ワイヤ表面に液状の潤滑油を塗布し、ワイヤ表面の潤滑
能を上げ、送給抵抗の軽減を計る方法が知られているが
必ずしも安定した送給性を示すものは得られなかった。

その理由はワイヤ表面が緻密平滑であることから液状の
潤滑剤をワイヤの表面に均一にかつ安定した状態で塗布
することは困碓であシ、所定の性能を得るため潤滑油を
多量に塗布せざるを得なかったからである。壕だ必要以
上に多量に塗布されたワイヤ表面の潤滑油は溶接部の材
質変化を生せしめたりあるいは溶接作業性に悪影響をお
よぼすのみであった。第１図は表面が緻密平滑な従来ワ
イヤの表面状態を示す金属顕微鏡写真（倍率ｘ４ｏＯ）
である。

この従来のワイヤは犬気焼鋪すなわち酸素の多い状態で
焼鈍するために、ワイヤ表面より数μｍ〜１０μｍ程度
の深さまで鉄酸化物（ＦｅＯ＊　Ｆｅ３Ｏ４＋Ｆｅ２Ｏ
３等）を主成分とする酸化被覆、いわゆる外部酸化層を
生成する。この外部酸化層はワイヤのめっき密着性に悪
影響を及ばずことから次工程のめっき前処理（酸洗）で
除去し、表面清浄なワイヤとしてその表面に銅めっき等
のめっきを施こす。

このときの鋼ワイヤは外周部に伸びのあるめっき層、内
部は軟化焼鈍された伸びのある２重描造のワイヤ断面で
あり、該ワイヤの伸線加工に際して、減面するワイヤに
ともなってめっき層が伸びるので第１図に示すような表
面が緻密平滑なワイヤとなる。

その他特開昭５４−１４１３４９号公報に開示されてい
るように、ワイヤの表面を強制的に加圧し、表面粗度を
変え接触抵抗を軽減する方法などもあるがその効果は前
記した潤滑油の塗布による送給性の改善の効果と大同小
異であり、未だ満足すべきものではない。

このような従来ワイヤの欠点を解消する溶接用鋼ワイヤ
として本出願人は特開昭５６−１４４８９２号公報に示
されたワイヤを開発した。即ち、原綜径５〜６闘φの熱
延＠線材を使用して溶接用鋼ワイヤを製造する場合、製
品の具備すべき適正な引張強さを得る意味で伸線加工に
より硬化した線材の応力除去を目的に伸線加工途中で雰
囲気ガス中でのパッチ式軟化焼鈍を行なう。例えば窒素
ガス雰囲気中で７００℃Ｘ　４　ｈｒのパッチ焼鈍を行
なう。

この焼鈍、によシ鋼ワイヤは所定の引張強さに下げられ
るとともに、鋼ワイヤの表面層は前工程よシワイヤ表面
に付着して焼鈍炉内に持込まれた水分、潤滑剤等によっ
て酸化されて深さ数μｍ　＝　１０μｍ程度の硬い内部
酸化層となる。次いでめっき前処理工程の酸洗処理でめ
っき密着性を悪くするワイヤ表面上層部を除去するとと
もに、最終の仕上伸線工程で亀甲状の溝が良好に形成さ
れるように前記硬い内部酸化層の厚さを調整した上で銅
めっき等のめっきを行なう。

かくして外周部に軟かく伸びのあるめっき層、中間部は
焼鈍で生成し調整された硬い内部酸化層、内部は軟化焼
鈍された伸びのある線材の３重構造のワイヤ断面を呈す
る線材が得られる。

こうして得られためっきされだ銀ワイヤを仕上伸線工程
で所望製品径まで伸線を行なう。仕上伸線工程で伸線す
ると、それぞれの層間の密着性が損われず、厚さ調整し
た中間の内部酸化層の最も薄く伸びの少ない箇所を基点
にして、横沿がワイヤ表面の円周方向に発達し、ワイヤ
表面に亀甲状の溝が生成する。

この製造方法はワイヤ表面に前工程にて付着した水分、
潤滑剤等の酸素源のみによシワイヤ表面層に内部酸化層
を生成せしめようとするいわば消極的な製造方法であっ
た。このだめ少なくとも２時間以上の長時間焼鈍を余儀
なくされ、各工程の連続化を困難なものにしていた。な
ぜならば伸縮。

めっき前処理、めっき処理等の各工程の所要時間は数分
以内であり、焼鈍のみ数時間を要した場合、連続化のだ
めには膨大な長さの焼鈍炉を設置しなければならないか
らである。そこで従来バッチ式の焼鈍炉が採用されてい
る。

第２図はこの溶接用鋼ワイヤの表面状態を示す金属顕微
鏡写真（倍率Ｘ４００）であシ、ワイヤ表面に亀甲状の
横溝が形成されていることがわかる。この横溝はワイヤ
の長手方向に対して３０〜１５０°の角度の範囲内で、
ワイヤ円周方向に形成された溝であり、この溝が全体と
して亀甲模様を呈する。このワイヤによればできるだけ
少ない液状潤滑剤を安定した状態でワイヤ長手方向に均
一に付着させることが可能となる。すなわちワイヤ表面
の亀裂内に液状潤滑剤を保持しワイヤの表面はミクロ的
な含油状態になるのでワイヤ表面の潤滑能が極めて良好
となシコンジットライナーとの接触抵抗が軽減される。

この結果送給抵抗そのものも低く、変動範囲が狭くなり
ワイヤ送給性が安定する。ワイヤ送給性の安定・均一化
によりアークは安定し、ビード形状の不揃、融合不良な
どの溶接欠陥が生じない。さらにメッキ亀裂内に液状潤
滑剤が安定した状態で保持されるため液状潤滑剤は最小
限のワイヤ付着量で安定した送給性が得られるので過剰
な潤滑剤によるビット、ブローホールなどの溶接欠陥の
発生がなく、すぐれた溶接作業性が達成される。

本発明はこのようにワイヤ表面に亀甲状の溝を形成した
送給性の良好な溶接用ワイヤの最も好ましい製造方法で
あって、短時間にかつ安定してワイヤ表面に亀甲状の溝
を有する溶接用鋼ワイヤを得ることのできる製造方法を
提供することを目的とする。

又本発明の他の目的は焼鈍−めつき−伸線等の各工程を
連続化しうる溶接用鋼ワイヤの製造方法を提供すること
を目的とする。

この目的を達成する本発明の要旨とするところは鋼ワイ
ヤ表面に炭酸塩を塗布してから窒素ガス雰囲気中で焼鈍
し、続いてめっき処理、伸縮加工を施こすことを特徴と
する溶接用鋼ワイヤの製造方法にめる。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明では酸素量が非常に少ない雰囲気、すなわち１０
０　ｐｐｍ以下の雰囲気で軟化焼鈍しワイヤに内部酸化
層を生成させる。焼鈍炉内の酸素量を少なくするために
は窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスあるいは一酸
化炭素と二酸化炭素の混合ガスを使用すればよいがラン
ニングコスト、安全性等を考慮して本発明では窒素ガス
を使用する。

又本発明ではワイヤに内部酸化層を生成させる時間を短
縮化するために焼鈍前のワイヤに炭酸塩を塗布しこれに
よシ内部酸化層生成を促進せしめる。

実際には炭酸塩の水溶液に鋼ワイヤを浸漬して乾燥して
から、窒素ガス雰囲気の焼鈍炉内で焼鈍温度６５０℃以
上で１分以上保持することで所望の内部酸化層を生成せ
しめる。ワイヤ表面に塗布した炭酸塩がワイヤの内部酸
化層の生成を促進するのは、炭酸塩として炭酸カリウム
を例にして説明すると、該炭酸カリウムが６５０℃以上
の高温で分解し、 Ｋ２ＣＯ３→に２０＋ＣＯ２ となって発生する酸化カリウムの触媒作用によりワイヤ
表面層に内部酸化が進むものと考えられる。

酸素の供給源は焼鈍に供されるワイヤに付着している水
分、伸線潤滑剤あるいは窒素ガス中の不純物であり、こ
れらの酸素の供給源からもたらされる酸素が高温状態で
鋼ワイヤ中の鉄よシも親和力の強いケイ素、マンガン等
の合金元素と炭酸塩の存在により良好に反応してワイヤ
表面からほぼ１０　ｆｉｍ以内にＦｅ２８１０４．　Ｆ
ｅＭｎＯ２等の酸化物からなる内部酸化層を生成する。

このとき窒素ガス雰囲気中の窒素およびワイヤに付着し
た潤滑剤中の炭素によシネ可避的に生成する若干の窒化
物、炭化物も内部酸化層中に含有される。又ワイヤ表面
に若干の鉄の酸化物（ＦｅＯｒ　Ｆｅ　Ｏ＋　Ｆｅ２Ｏ
３等）も４ 生成するが、炉内の酸素が非常に少ないので前記した鉄
の酸化被膜の状態、すなわち外部酸化の状態にはならな
い。

このようにしてワイヤ表面からほぼ１０μｍ以内に上記
の酸化物、窒化物、炭化物からなる硬い内部酸化層が生
成する。焼鈍工程に次いでめっき前処理の酸洗工程で、
焼鈍で生成しだめっき密着性を悪くする鉄酸化物等の表
面上層部を除去すると共に最終仕上伸線工程で亀甲模様
の溝が良好に形成されるように前記の硬い内部酸化層の
膜厚を調整したうえでめっきを行なう。かくして外周部
に軟かく伸びのあるめっき層、中間部は焼鈍で生成し調
整された硬い内部酸化層、内部は軟化焼鈍された伸びの
ある鋼ワイヤの３重構造のワイヤ断面を呈する線材が得
られる。

この３重構造のワイヤを仕上伸線工程で伸線するとそれ
ぞれの層間の密着性が損われず、硬い中間層の最も伸び
の少ない箇所を基点にして、亀甲模様の溝がワイヤ表面
の円周方向に発生する。

ここで好ましい焼鈍条件について説明する。前記したよ
うに炭酸塩を塗布した銅ワイヤを窒素ガス雰囲気中で焼
鈍する場合、焼鈍温度６５０℃以上で１分以上保持する
ことが必要である。すなわち、焼鈍温度の下限値６５０
℃は炭酸塩を分解させるに必要な温度である。他方、上
限値は特に限定しないがエネルギーコストを考えれば９
００℃以下が望ましい。

焼鈍時間は鏑ワイヤの温度６５０℃以上で１分間以上保
持すれば亀甲模様の溝を生成する目的において充分であ
る。焼鈍温度を１分間以上長く保持すれば内部酸化層の
厚さは焼鈍時間が長くなるのにつれて厚くなるが、この
内部酸化層の厚さは少々厚くなっても弊害はないことか
ら焼鈍時間の上限値は特に限定せず、エネルギーコスト
等から適宜決定すればよい。

このように所定温度、所定時間で加熱されて内部酸化層
が形成されかつ軟化された焼鈍ワイヤは冷却されて次工
程に供給される０ 製造された溶接用鋼ワイヤ表面にはワイヤ送給性、耐錆
性のだめの潤滑剤が付着されるが、この潤滑剤は油脂、
鉱物油、湿式伸線用側溝剤等の液状潤滑剤であり、これ
ら潤滑剤中に添加される界面活性剤を含むものである。

本発明の製造方法より製造された溶接用ワイヤが送給性
良好なワイヤになる理由は前記したようにワイヤ表面の
亀甲状の亀裂に伸線時の液状潤滑剤等の潤滑剤が入り込
み、ワイヤ表面がミクロ的給油状態になっているので溶
接時にコンジットライナー内壁等と、接触したとき、亀
裂内に存在する液状潤滑剤が排出され、これにより接危
虫抵抗の軽減が計れ、よシパラツキのない安定した送給
性が得られるものである〇 以下本発明の製造方法の実施例を述べる。

原線径５．５膿φ、化学成分ｃ：ｏ、ｏｓチ、ｓｔ：０
７５％、　Ｍｎ：　１．５６係の熱延銅線材を原線とし
て、製品径１．２膿φの溶接用鋼ワイヤを第１表に示す
工程を経て製造した。

第　　　１　　　表 第３図（、）は第１表に基づいて製造された溶接用鋼ワ
イヤの表面状態を示す金属顕微鏡写真（倍率Ｘ４００）
であり、この写真から明らかなように亀甲状の亀裂がワ
イヤ表面上に形成されている。

又第３図（ｂ）はワイヤを６度の傾斜で切断し、断面を
研磨後に金属顕微鏡で撮影した写真であシワイヤ表面か
ら内部に向って内部酸化層が認められる。

第４図は比較のために表面が緻密平滑な従来ワイヤにつ
いて第３図（ｂ）と同様に撮影した写真であシ、内部酸
化層は全く認められない。なお第２図と第３図（ａ＞は
同様にワイヤ表面に亀甲状の亀裂が形成されているが焼
鈍に要する時間が大幅に異なり、本発明では１分間に対
して第２図のワイヤの場合は４時間であシ、本発明に従
えば亀甲状の溝を有するワイヤ表面状態を得るのに極め
て短時間の軟化焼鈍でよい。従って本発明では工程の連
続化が可能となる。

第１表に示す本発明の製造方法の実施例では（、）伸線
工程から（ｆ）めっき工程までを連続工程とした。

すなわち（、）伸線後コイラーにょシワイヤを直径８０
０ｍφのループ状にしてコンベアで横置搬送して各工程
を通過させて連続処理を行なった。

第５図はワイヤ表面に付着した液状潤滑剤の付着量と送
給抵抗との関係を示す図である。なお送給性は第２表に
示す条件によシ行なった。

第　　　２　　　表 ワイヤの送給性は送給モータ電機子電流で等測的に示す
ことができ、この電機子電流値が大きい程送給抵抗が大
きくて送給性の悪いことを意味し、逆に値が小さい程送
給性は良好である。図から明らかなように表面が緻密平
滑な従来ワイヤ（Ｃ）に比べて表面に亀甲状の亀裂を有
するワイヤは、本発明の製造方法によるワイヤ（４）、
従来の製造方法によるワイヤ（Ｂ）ともに送給抵抗が低
く、ワイヤの送給性が良好である。

以上説明したように本発明によればワイヤ表面に亀甲状
の溝を形成した溶接用鋼ワイヤを短時間でかつ安定して
製造することができる。従って各工程の連続化が可能と
なり本発明の工業的価値は犬である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図（ａ）は溶接用鋼ワイヤの表面
状態を示す金属顕微鏡写真（倍率Ｘ４００）で第１図は
表面が緻密平滑な従来ワイヤ、第２図は表面に亀甲状の
亀裂を有するワイヤで従来の製造方法によるもの、第３
図（、）は本発明の製造方法によるワイヤである。第３
図（ｂ）、第４図はワイヤの断面状態を示す金属顕微鏡
写Ｘ（倍率Ｘ４００）で第３図（ｂ）は本発明の製造方
法によるワイヤ、第４図は表面が緻密平滑な従来ワイヤ
である。第５図は液状潤滑剤の付着量と送給抵抗との関
係を示す図である。 第５図において： Ａ：表面に亀甲状の亀裂を有するワイヤで本発明方法に
よるもの Ｂ二表面に亀甲状の亀裂を有するワイヤで従来の方法に
よるもの Ｃ：表面が緻密平滑な従来ワイヤ 第１図 第２図 第３図 （ａ　） ｌｂ） 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鋼ワイヤ表面に炭酸塩を塗布してから窒素ガス雰囲気中
   で焼鈍し、続いてめっき処理、伸線加工を施こすことを
   特徴とする溶接用鋼ワイヤの製造方法。