JP2008018469A

JP2008018469A - ガスシールドアーク溶接用メッキなしソリッドワイヤの組立体

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Publication number: JP2008018469A
Application number: JP2007152661A
Authority: JP
Inventors: Byung Ho Park; 炳浩朴
Original assignee: Kiswel Ltd
Current assignee: Kiswel Ltd
Priority date: 2006-07-13
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2008-01-31
Also published as: CN100556608C; KR20080006675A; US20080011721A1; CN101104227A; KR100798493B1; MY147037A

Abstract

【課題】スプール、コンタクトチップ及び該スプールに巻き取られたソリッドワイヤを含むメッキなしソリッドワイヤの組立体において、コンタクトチップの耐磨耗性を向上させるソリッドワイヤの組立体の提供。
【解決手段】ワイヤはワイヤの全重量を基準にＣ：０．０３〜０．１０％、Ｓｉ：０．４５〜１．０５％、Ｍｎ：０．９０〜１．９０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、残部がＦｅ及び不純物から構成され、下記の式で定義されるワイヤの消耗によるワイヤキャスト径の減少比が０．５５以下であるガスシールドアーク溶接用メッキなしソリッドワイヤの組立体。

（ここで、Ｃｆはスプールの上部に巻き取られたワイヤのキャスト径、及びＣｏはスプールの下部に巻き取られたワイヤのキャスト径を表わす）
【選択図】なし

Description

本発明はソリッドワイヤの組立体に関し、より詳しくはスプール、コンタクトチップ及び該スプールに巻き取られたソリッドワイヤを含むガスシールドアーク溶接用メッキなしソリッドワイヤの組立体に関する。

一般的に常用されているガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは０．８〜１．６ｍｍの直径を持ち、溶接時のワイヤの通電性及び耐食性を向上させるために、ワイヤの表面に銅メッキを施したものが多く使用されている。しかし、ワイヤの表面に銅メッキを施したソリッドワイヤの場合、溶接時にコンジットケーブル(Conduit Cable)の内で摩擦による銅メッキ層の剥離が生じ、長時間の溶接においてはコンジットケーブルの内に剥離された銅メッキ粉が集積して送給抵抗を増加させ、これにより溶接ワイヤの送給性及びアーク安定性に悪影響を及ぼす。また、ワイヤの表面に銅メッキを施すことにより、製造時にメッキ工程において発生するメッキ廃液による環境問題とメッキ廃液に対する処理費用が発生するという問題がある。

そこで、最近には銅メッキワイヤの問題点を解消するために、溶接ワイヤの表面に銅メッキを施していないメッキなしワイヤの使用が増加しつつあり、これに対する様々な研究が進行している。ワイヤの表面に銅メッキを施さないメッキなしワイヤの場合、メッキ工程を省略するためにメッキ廃液の発生及びそれによる処理費用が発生せず、溶接時にコンジットケーブルの内で摩擦によるワイヤ表面の銅メッキ層の剥離問題が発生しないという長所を持っているが、溶接時にコンタクトチップの磨耗を増加させてコンタクトチップの交換サイクルを短縮し、これにより作業能率を落とすという短所を持っている。

一方、溶接用ワイヤは、製品の包装方式により１００ｋｇ以上の大容量はペールパックに、２０ｋｇ程度の小容量はスプールに巻き取られて使用されている。このとき、包装方式によるコンタクトチップの磨耗試験を行った結果、ペールパックに巻き取られたメッキなしワイヤより、スプールに巻き取られたメッキなしワイヤのコンタクトチップの磨耗がさらに増加するという問題があった。

溶接時にコンタクトチップの磨耗を減らせる方法と関連した特許文献は次の通りである。

特許文献１では、溶接ワイヤの表面粗度（Ｒａ）値と潤滑剤成分及び塗布量を限定することにより、ワイヤの送給性及びコンタクトチップの耐磨耗性を改善した技術が開示されている。しかし、単純に表面粗度（Ｒａ）値と潤滑剤成分及び塗布量のみを限定することでは、溶接時にワイヤの送給性とコンタクトチップの耐磨耗性を向上させるには限界があり、特にスプールに巻き取られたワイヤのコンタクトチップの磨耗を低減するには限界がある。

また、特許文献２では、ワイヤの表面１００ｍｍ^２当り０．００２〜０．３ｍｇの酸化スケールを形成させ、ワイヤの表面にワイヤ１０ｋｇ当りの粒径が０．１〜１０μｍのＭｏＳ_２、ＷＳ_２及び黒鉛の少なくとも一つ以上を０．０１〜２ｇ、植物油、動物油、鉱物油及び合成油の少なくとも一つ以上を０．２〜２．０ｇ塗布することにより、コンタクトチップの耐磨耗性及び溶接性を向上させた技術が開示されている。しかし、上記の技術は、長時間の溶接においてはワイヤの表面に形成された酸化皮膜が、ワイヤとコンタクトチップとの間の接点に融着する量が増加することにより、ワイヤ−コンタクトチップ間の通電性及びワイヤの送給性を阻害する問題がある。

また、特許文献３では、ワイヤの引張強度、キャスト（cast）径、線径及び潤滑剤成分を、特許文献４では、ワイヤ表面の潤滑剤成分を限定することにより、連続、長時間溶接時の溶接ワイヤの送給性及びコンタクトチップの耐磨耗性を改善した技術が開示されている。

しかし、上記の技術等は、コンタクトチップの耐磨耗性の最も重要な因子の一つである、ワイヤの表面粗さの側面を見逃しており、特にスプールに巻き取られたワイヤにおけるコンタクトチップの磨耗を減らすには限界がある。
特開２００５−７４４９０号公報特開２００３−３９１９１号公報特開２００５−２４６４１９号公報特開２００４−２３７２９９号公報

本発明は、スプールに巻き取られたガスシールドアーク溶接用メッキなしソリッドワイヤにおいて、ワイヤの消耗によるキャスト径の変化値とワイヤ表面の加工面比率及びワイヤの円周方向に沿って測定した４点における加工面比率の偏差を最適の範囲内に管理することにより、溶接時にコンタクトチップの耐磨耗性に優れた、スプールに巻き取られたガスシールドアーク溶接用メッキなしソリッドワイヤを提供することをその目的とする。

本発明の更に別の目的は、スプールに巻き取られたガスシールドアーク溶接用メッキなしワイヤを利用して溶接を行うとき、適切なコンタクトチップの選定及び交換サイクルを提供することにある。

本発明の目的は、スプール、コンタクトチップ及び該スプールに巻き取られたソリッドワイヤを含むメッキなしソリッドワイヤの組立体において、最終製品のワイヤは上記ワイヤの全重量に対してＣ：０．０３〜０．１０％、Ｓｉ：０．４５〜１．０５％、Ｍｎ：０．９０〜１．９０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、残部がＦｅ及び不純物から構成され、ワイヤの消耗によるワイヤキャスト径の減少比が０．５５以下であることを特徴とする、コンタクトチップの耐磨耗性に優れたガスシールドアーク溶接用メッキなしソリッドワイヤの組立体を提供することにより達成される。

ここで、上記のスプールに巻き取られた最終製品の溶接ワイヤ表面の任意の１００００μｍ^２における加工面比率が３５〜７５%の範囲を有し、ワイヤの円周方向に沿って測定した４点における加工面比率の偏差が１２以下の範囲を有することを特徴とする、コンタクトチップの耐磨耗性に優れたスプールに巻き取られたガスシールドアーク溶接用メッキなしソリッドワイヤの組立体を提供することが好ましい。

また、本発明の別の目的は、長時間、連続溶接時の溶接用コンタクトチップのワイヤ貫通孔とワイヤ表面の加工面との接触点間の関係式で定義される、ワイヤのコンタクトチップの接触指数値が０．２８〜０．６５の範囲を有するコンタクトチップを選定し、コンタクトチップ貫通孔の断面積がワイヤ断面積の２倍を超える場合、コンタクトチップを交換する段階を含む溶接方法を提供することにより達成される。

上記のように構成した本発明によると、第一に、スプールに巻き取られた溶接ワイヤの消耗によるワイヤキャスト径の減少比と、最終製品のワイヤ表面の加工面比率、及びワイヤの円周方向に沿って測定した４点における加工面比率の偏差を管理することにより、優れた溶接ワイヤのコンタクトチップの耐摩耗性を達成することができる。

第二に、溶接を行うとき、コンタクトチップの接触指数値により適切なコンタクトチップを選定し、コンタクトチップ貫通孔の断面積の変化によるコンタクトチップの交換サイクルにより適正時期にコンタクトチップを交換することにより、結果としてコンタクトチップの交換サイクルを延長し、正確な溶接位置に溶接を正確に行うことが可能であり、作業能率及び生産性の向上を図ることができる。

以下、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。

まず、本発明の一実施例の最終製品のソリッドワイヤに含有される各成分の役割及び含量について説明する。

［Ｃ：０．０３〜０．１０重量％］
Ｃは溶接ワイヤ及び溶着金属の強度を向上させる元素であって、ワイヤ中の含量が増加することにより、溶接時にスパッタの発生量を増加させる。０.０３％未満では、溶接ワイヤ及び溶着金属の強度が余りにも低くなり、０．１０％を超えると、溶接時にスパッタの発生量が多くなる。

［Ｓｉ：０．４５〜１．０５重量％］
Ｓｉは溶融金属の流動性を向上させ、溶接時の溶接ビードの広がり性を良好にし、金属が強度を確保するための必須成分であり、溶融金属内の脱酸反応を助けて溶着金属上にスラグを形成させる。０．４５％未満では、溶接ワイヤ及び溶着金属の引張強度と溶融金属の流動性が下がり、１．０５％を超える場合は、高電流溶接時のビードの垂れ現象及び容積の流動性が増加し、容積の揺れが発生してアークが不安定になる。

［Ｍｎ：０．９０〜１．９０重量％］
Ｍｎは、Ｓｉと同様に溶融金属の脱酸反応を助けて溶着金属上にスラグを形成させ、溶接ワイヤ及び溶着金属の強度を向上させる。０．９０％未満では、溶接ワイヤの引張強度及び溶着金属の適切な表面張力が確保できなく、１．９０％を超える場合は、溶接時に容積内の活性酸素量を減少させて容積の表面張力を増加させる。

［Ｐ：０．０３０重量％以下］
Ｐは、金属に不純物の形態で存在し、低融点化合物を作って高温亀裂感受性を増大させる。０．０３０％を超える場合は、高温亀裂の原因になる。

［Ｓ：０．０３０重量％以下］
Ｓは、Ｐと同様に低融点化合物を作って高温亀裂感受性を増大させる。０．０３０％を超える場合は、高温亀裂の原因になる。

以下では、スプールに巻き取られたソリッドワイヤにおいて、ワイヤの消耗によるワイヤキャスト径の減少比及びその範囲の限定理由について説明する。

ワイヤキャスト径とは、ワイヤがスプールのボビンなどに巻き取られるとき、曲げ応力を受けて一定の曲率を有する形状をなすことになるが、このときに形成された一定の曲率を有する形状の直径を意味する。

本発明では、ワイヤの消耗によるキャスト径の減少比を、スプールに巻き取られたガスシールドアーク溶接用メッキなしソリッドワイヤで、溶接時に発生するコンタクトチップの磨耗に影響を及ぼす因子にて導出した。

図１に示されるように、溶接時に溶接ワイヤはコンタクトチップを通過することになるが、スプールに巻き取られた溶接ワイヤがあるキャスト径を有するため、コンタクトチップの貫通孔内に接触点２５０が生成し、コンタクトチップ先端部の接触点でコンタクトチップの磨耗が促進される。

一方、図２に示されるように、ワイヤのキャスト径はスプールに巻き取られた位置により若干の違いが存在するが、スプールの上部３１０、中間部３２０、下部３３０に位置した溶接ワイヤのキャスト径が異なり、上部から下部に行くにつれて溶接ワイヤのキャスト径は減少する。特に、スプールの上部に巻き取られたワイヤのキャスト径と、スプールの上部と下部間のキャスト径の差がコンタクトチップの磨耗において非常に重要な因子であることが確認できた。

ここで本発明では、スプールの上部に巻き取られたワイヤのキャスト径に対する、スプールの上部と下部間のキャスト径の差に対する値の比で表わされる“ワイヤの消耗によるキャスト径の減少比”を導出し、下記の数式１で定義し、その値を０.５５以下に限定した。

ワイヤの消耗によるキャスト径の減少比が０．５５を超える場合、スプールに巻き取られた位置によりキャスト径の差が大きすぎて、溶接が進行されることによりコンタクトチップの磨耗程度の増加率が大きくなり、コンタクトチップの交換サイクルが短くなる。その反面、ワイヤの消耗によるキャスト径の減少比が０．５５以下の場合、スプールに巻き取られたワイヤの位置に関係なく、一定のキャスト径を維持することにより、コンタクトチップの磨耗程度が一定に管理され、因みにコンタクトチップの磨耗程度も減少した。

(ここで、Ｃｆはスプールの上部に巻き取られたワイヤのキャスト径、及びＣｏはスプール下部に巻き取られたワイヤのキャスト径を表わす)

以下、溶接ワイヤの製造時にワイヤのキャスト径の減少比を０．５５以下に調整する方法について説明する。

上記ワイヤの消耗によるキャスト径の減少比は、スプールに巻き取るときのワイヤのキャスト径と引張強度に非常に敏感である。

下記の表１に表わされているように、引張強度が相対的に低い場合、即ち製造工程中に熱処理工程を含む場合には、スプールに巻き取るときのワイヤのキャスト径によりワイヤの消耗によるキャスト径の減少比が少ない反面、引張強度が相対的に高い場合、即ち製造工程中に熱処理工程を含まない場合は、スプールに巻き取るときのワイヤのキャスト径によりワイヤの消耗によるキャスト径の減少比が相対的に大きい。また、スプールに巻き取るときのワイヤのキャスト径が小さい場合は、大きい場合よりワイヤの消耗によるキャスト径の減少比が少ない。従って、製造工程中に熱処理工程を含む場合も、含まない場合も、スプールに巻き取るときのワイヤのキャスト径を７００ｍｍ以下に管理することが好ましい。

図３に示されたように、スプールに巻き取るときのワイヤのキャスト径を７００ｍｍ以下に管理するためには、巻き取る前に縦、横の矯正ローラー４００を適用することによりキャスト径を調整できる。

以下では、ワイヤ表面中の任意の１００００μｍ^２における加工面比率及びワイヤの円周方向に沿って測定した４点における加工面比率の偏差値範囲の限定理由について説明する。

ここで、ワイヤ表面の加工面とは、伸線加工時にダイスにより加工が行われた平滑な面を意味する。

溶接ワイヤの表面粗さは、溶接時にコンタクトチップの耐磨耗性に大きな影響を及ぼす因子であり、特に、ワイヤ表面の加工面比率とワイヤ表面の円周方向に沿って測定した４点における加工面比率の偏差は、非常に重要な因子である。これと関連して同一な化学成分を有する原線を使用し、伸線条件と熱処理工程の有無を変化させながら最終製品のワイヤの加工面比率の変化を図り、溶接時にコンタクトチップの耐磨耗性を最適の状態に維持できるワイヤ表面の加工面比率に対する管理範囲を導出した。

下記の表２では、溶接ワイヤの製造方法によるワイヤ表面の加工面比率と、一般的に広く使用されている表面粗さの評価指標である表面粗度（Ｒａ）を比較評価して表わした。

表２から見られるように、同一な表面粗度（Ｒａ）を表わす場合でも、ワイヤ表面の任意の１００００μｍ^２における加工面比率とワイヤの円周方向の４点に対する加工面比率の偏差が違うことが分かった。即ち、表面粗度（Ｒａ）が類似していても、ワイヤ表面の形態は変わることもある。これは、表面粗度（Ｒａ）によって断面形状が円形である溶接ワイヤの表面を大別するには限界があるためである。

図４に示されたように、ワイヤ１００の表面粗さを表面粗度（Ｒａ）で表わす場合、微小幅を有する探針１１０がワイヤの一定支点でワイヤの長さ方向に測定長さだけ微小領域を測定するため、ワイヤの表面粗さをある程度大別するためには、測定回数を増加させなければならなく、測定位置に応じる偏差が大きくなる。

反面、本発明で言及したワイヤ表面の加工面比率は、ワイヤ表面の一定面積に対するワイヤの表面状態を表わしたものであるため、表面粗度（Ｒａ）よりは信頼性があり、測定が容易である。従って、本発明では上記した表面粗度（Ｒａ）の問題点を解決し、より信頼性のあるワイヤの表面粗度値を表わすために、ワイヤ表面の任意の１００００μｍ^２における加工面比率とワイヤの円周方向に沿って測定した４点における加工面比率の偏差を適用した。

本発明では、ワイヤ表面の任意の１００００μｍ^２における加工面比率が３５〜７５％の範囲を有し、ワイヤの円周方向に沿って測定した４点における加工面比率の偏差が１２以下の範囲を有する場合、コンタクトチップの耐摩耗性が向上することを確認した。

以下、ワイヤ表面の任意の１００００μｍ^２における加工面比率及びワイヤの円周方向に沿って測定した４点における加工面比率の偏差範囲の限定理由について説明する。

ワイヤ表面の任意の１００００μｍ^２における加工面比率３５％未満の場合、コンタクトチップとの摩擦抵抗が大きくなってコンタクトチップの磨耗が促進され、７５％を超える場合、表面処理剤の塗布量が減少し、送給ローラーでスリップが発生してワイヤの送給が均一ではなく、これによりコンタクトチップの磨耗が促進される。

また、ワイヤの円周方向に沿って測定した４点における加工面比率の偏差が１２を超えると、コンタクトチップとの摩擦抵抗が安定的でなくなり、コンタクトチップの磨耗が促進される。

以下、上記のワイヤ表面の加工面比率に対する測定方法を説明する。

ワイヤ表面の加工面比率の測定は、測定対象のワイヤを光学顕微鏡で観察し、このときに観察されるワイヤ表面のイメージをMedia Cybernetics社のImage-Pro Plus Version 5.1を使用して測定した。

図５ａ、図５ｂには、上記した測定対象ワイヤの光学顕微鏡イメージ及びイメージ分析装置を使用して加工面を測定したイメージを表わした。

本発明で言及したワイヤ表面の加工面は、図５ａのワイヤの光学顕微鏡イメージ上に白色で表わされる部分であって、伸線加工時にダイスにより加工が行われた部分をいう。

以下、溶接ワイヤの製造時におけるワイヤ表面の加工面比率及びその偏差の制御方法について説明する。

溶接ワイヤの表面状態は、ワイヤの製造時における伸線工程により大きく左右される。伸線工程は様々な方式を適用して行うことができるが、本発明で記述しているワイヤ表面の任意の１００００μｍ^２における加工面比率とワイヤの円周方向に沿って測定した４点における加工面比率の偏差を確保するために、インライン伸線方式及び２段階の伸線方式を適用し、そして伸線方式とともにワイヤの表面状態を制御するに重要な因子の一つである、乾式伸線時に適用される伸線潤滑剤の付着量及び粒度を限定した。

まず、本発明でワイヤの表面状態を制御するために適用した伸線方式について詳しく説明する。

全体乾式伸線（all dry drawing、以下ＤＤと略す）、全体カセットローラーダイ（all cassette roller die）による乾式伸線（以下ＣＲＤと略す）、またはＣＲＤとＤＤを組み合わせた乾式伸線の１段階のインライン伸線方式を適用するか、それともＤＤ或いはＣＲＤによる１次乾式伸線の後、２次湿式伸線（wet drawing、WDと略す）を行なう２段階の伸線方式を適用することができる。このとき、伸線方式とは関係なく、１次伸線は必ず乾式伸線を適用せねばならず、伸線を完了した後、表面処理剤をワイヤの表面に塗布する。本発明では、伸線工程の前、後に熱処理工程が含まれるべきではない。

乾式伸線時に使用される伸線潤滑剤の付着量は、最終製品のワイヤを基準にワイヤ１ｋｇ当り０．０２〜０．３０ｇの範囲内に管理することが好ましい。伸線潤滑剤の付着量が０．０２ｇ未満であると、伸線時に十分な潤滑性を確保し難く、０．３０ｇを超えると、最終製品のワイヤ表面に付着した伸線潤滑剤量が多すぎ、溶接時にコンジットケーブルの内でワイヤの表面に付着した伸線潤滑剤の脱落と集積が発生することにより、ワイヤの送給性とアーク安定性を悪くする。

また、乾式伸線時に使用される伸線潤滑剤の中で、５００μｍを超える粒度を有する伸線潤滑剤が全体の伸線潤滑剤重量の４０％以下であることが好ましい。上記の乾式伸線潤滑剤の粒度が５００μｍを超えるものが４０％を超えると、大粒の伸線潤滑剤の比率が多くなり、ワイヤ表面における伸線潤滑剤の付着性が不均一になり、これにより伸線時に潤滑性が減少する。従って、伸線時に潤滑性の不足によりワイヤの表面が不均一になることにより、ワイヤ表面の加工面比率の偏差を増加させる。

上記ワイヤの表面状態を制御するためのワイヤ表面の伸線潤滑剤の付着量測定は下記のような手順で実施する。

１．ワイヤを６〜８ｃｍの長さに切って、５０〜８０ｇ用意する。

２．ビーカーに溶媒として４塩化炭素１０００ｍｌを用意する。

３．用意されたワイヤを４塩化炭素の入っているビーカーに入れて、２〜３回掻き混ぜた後、表面処理剤を１０分間脱脂する。

４．脱脂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、デシケーターにて常温まで冷却する。

５．乾燥されたワイヤを１ｇ／１００００の天秤に載せて脱脂した後の重量（Ｗｂ）を測定する。

６．用意されたワイヤを７０℃に維持された５％無水クロム酸（ＣｒＯ_３）溶液に２０分間浸積させる。

７．脱脂されたワイヤを湯洗してからアルコールで洗浄する。

８．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、デシケーターにて常温まで冷却する。

９．乾燥されたワイヤを１ｇ／１００００の天秤に載せて脱脂した後の重量（Ｗａ）を測定する。

１０．測定値ＷｂとＷａに基づき、次式のように潤滑剤の残留量を計算する。
伸線潤滑剤の付着量（ｇ／ｋｇ・ワイヤ）＝｛（Ｗｂ−Ｗａ）／Ｗａ}
×１０００

上記ワイヤの表面状態を制御するための乾式伸線時、伸線潤滑剤の粒度測定は下記のような手順で実施する。

１．標準篩を５００μｍから４５μｍの順番に上から下に載せる。

２．伸線潤滑剤１００ｇを正確に秤量して５００μｍの篩に移して蓋をした後、振とう器で１５分間振とうする。

３．振とうが完了した後、５００μｍの篩を通過できなかった粒子をブラシで払い落とし集めて測量した後、篩の大きさ別にそれぞれの重量％を求める。

以下、ワイヤのコンタクトチップの接触指数及び範囲限定の理由について説明する。

コンタクトチップとは、溶接トーチの先端に付着され、溶接時に溶接ワイヤに溶接電流を伝送し、ワイヤ貫通孔を介して溶接部に溶接ワイヤを誘導する機能を行う治具を意味するが、コンタクトチップが磨耗されてこのような機能がまともに行えなくなると、溶接部の欠陥を誘発することになり、欠陥の除去及びコンタクトチップの交替などにより、溶接生産性を低下させる原因になる。

本発明のワイヤのコンタクトチップの接触指数とは、溶接時におけるコンタクトチップのワイヤ貫通孔とワイヤ表面の加工面の接触点間の関係式であって、適切なコンタクトチップを選定するための尺度であり、下記の数式２で定義される。

（ここで、ＷＣはワイヤの円周長、ＰＣはコンタクトチップのワイヤ貫通孔の円周長、及びＷＳはワイヤ表面の加工面比率を表わす）

図６に示されたように、一般的にコンタクトチップ２００貫通孔２１０の直径が溶接ワイヤ１００の直径より大きい。その理由は、コンタクトチップ貫通孔の直径が溶接ワイヤの直径と同じか小さければ、溶接ワイヤの送給時に摩擦抵抗が相当に増加し、送給性が悪くなるか、全く送給できなくなるためである。また、溶接時に溶接ワイヤの表面とコンタクトチップ貫通孔の内壁が接触し、この接触点でアークが発生して溶接が行われ、コンタクトチップの磨耗も主にこの接触点で発生する。

従って、コンタクトチップ貫通孔と溶接ワイヤが接触する接触面はコンタクトチップの磨耗に重要な因子であり、これにより接触点になり得るコンタクトチップ貫通孔の円周長とワイヤの円周長のうち、ワイヤ表面の加工面比率に対する関係を定立する必要がある。

ここで、本発明ではこれらの関係に対する上記数式２に示されるようなパラメーターを定義し、コンタクトチップを選定するための尺度としてこれを使用する。その値は０．２８〜０．６５の範囲に管理することが好ましい。

以下、上記のようなコンタクトチップの接触指数の範囲限定の理由を説明する。

ワイヤのコンタクトチップの接触指数値が０．２８未満であると、ワイヤ表面の加工面比率が低すぎ、コンタクトチップ貫通孔の円周長が相対的に大きくて、コンタクトチップ貫通孔の内壁と溶接ワイヤとの接触部が不均一になり、これによるコンタクトチップとワイヤとの間のアーキング（Arcing）が不安定になる。また、ワイヤのコンタクトチップの接触指数値が０．６５を超える場合、ワイヤ表面の加工面比率が高すぎて、送給ローラー部でスリップが発生してワイヤの送給が不均一になる。

また、本発明ではコンタクトチップの交換サイクルとして、溶接時にコンタクトチップ貫通孔の断面積がワイヤ断面積の２倍を超える場合、コンタクトチップを交換することを規定している。

長時間の溶接が持続されることにより、コンタクトチップは必然的に磨耗が生成し、コンタクトチップの磨耗が進行されることにより、ワイヤが所望とする溶接位置から外れることになる。このため、コンタクトチップの磨耗がある程度進行すると交換せねばならず、このような交換時期を適切に選定することが非常に重要である。従って、本発明ではコンタクトチップの交換サイクルをコンタクトチップ貫通孔の断面積とワイヤ断面積との比率で表わした。

上記のような範囲限定の理由を説明すると、コンタクトチップ貫通孔の断面積がワイヤ断面積の２倍以下である場合、溶接が溶接者の所望する位置に正確に行なわれるが、２倍を超える場合、溶接位置から外れて溶接が進行される。従って、上記のような範囲に管理することが必要である。

以下、コンタクトチップの磨耗量の測定方法について説明する。

下記の表３では、本発明に使用された溶接ワイヤの化学成分を表わしており、使用された溶接ワイヤはＹＧＷ１１タイプとＹＧＷ１２タイプのスプールに巻き取られたガスシールドアーク溶接用メッキなしワイヤをそれぞれ使用した。

下記の表４では、溶接条件について表わしており、図７に示されたように長さが８００ｍｍであり、厚さが２５ｍｍである鋼管１３０を回転させながら溶接を行い、特に、２０ｋｇ重量で巻き取られたスプール上のワイヤが消尽されるまで鋼管外側に１０分間連続溶接、５分間停止を繰り返して１時間溶接を実施した後、コンタクトチップの磨耗量を測定する過程を繰り返して行った。

下記の数式３で表わされるように、コンタクトチップの磨耗量は溶接前の初期コンタクトチップ貫通孔の断面積に対する1時間溶接後のコンタクトチップ貫通孔の断面積の比で表わした。

（ここで、Ａ_ｔは１時間溶接後のコンタクトチップ貫通孔の断面積、及びＡ_０は溶接前のコンタクトチップ貫通孔の断面積を表わす）

このとき、コンタクトチップ貫通孔の断面積は顕微鏡でコンタクトチップ貫通孔のイメージを撮影し、その撮影したイメージをMedia Cybernetics社のImage-Pro Plus Version 5.1を使用して測定した。

下記の表５に示されたように、上記の方法で求めたコンタクトチップの磨耗量は、磨耗量が３５％以下である場合は○、３５％超過５０％未満である場合は△、５０％を超える場合×でそれぞれ表わした。

下記の表６では、本発明の発明例と比較例を表わした。

上記の表６は、スプールに巻き取られたガスシールドアーク溶接用メッキなしソリッドワイヤの組立体の伸線方式、伸線潤滑剤及びワイヤキャスト径の減少比、ワイヤの加工面比率、ワイヤのコンタクトチップの接触指数、コンタクトチップ貫通孔とワイヤ断面積比率によるコンタクトチップの磨耗量を表わしたものである。

発明例１〜１４までは、ワイヤの消耗によるキャスト径の減少比を０．５５以下、ワイヤ表面の任意の１００００μｍ^２における加工面比率を３５〜７５％、ワイヤの円周方向に沿って測定した４点における加工面比率の偏差が１２以下、ワイヤのコンタクトチップの接触指数を０．２８〜０．６５、溶接後のコンタクトチップ貫通孔の断面積を、ワイヤ断面積の２倍以下の範囲に管理することにより、優れたコンタクトチップの耐磨耗性を得ることができた。

比較例１５〜１７、１９、２０、２３〜２５、２８は粒度が５００μｍを超える乾式伸線の潤滑剤を４０％以上使用することにより、ワイヤ表面の加工面比率の偏差が本発明の範囲内から外れ、これらのうち比較例１５、１９、２０、２４、２８はワイヤ表面の加工面比率もまた低すぎて、ワイヤとコンタクトチップ間の摩擦抵抗が大きくなり、コンタクトチップの磨耗が多く発生した。

比較例１８、２６、２７は伸線潤滑剤の付着量が少なすぎ、ワイヤ表面の加工面比率とワイヤのコンタクトチップの接触指数が高すぎて、溶接時に送給ローラーでスリップが発生してワイヤの送給が不均一であり、コンタクトチップの磨耗も増加した。

比較例２１、２２、２９、３０は伸線潤滑剤の付着量と粒度が不適切であり、ワイヤの消耗によるキャスト径の減少比が高すぎて、スプール上に巻き取られた位置によりキャスト径の違いが余りにも大きくなり、これにより溶接が進行されることによりコンタクトチップの磨耗程度が一定ではなく、コンタクトチップの磨耗程度の増加率が大きくなった。

本発明に係る一実施例による溶接ワイヤがコンタクトチップの内部を通過する際の形状を示した断面図本発明に係る一実施例による溶接ワイヤが巻き取られたスプールの上部、中間部、下部をそれぞれ示した側面断面図本発明に係る一実施例による最終巻取前のワイヤキャストを調整するための縦、横の矯正ローラーの斜視図本発明に係る一実施例によるワイヤの表面粗さを表面粗度機を用いて測定するとき、探針とワイヤ表面の接触部を示した図本発明の一実施例による測定対象ワイヤの光学顕微鏡写真本発明の一実施例によるイメージ分析装置を用いて加工面を測定した写真本発明の一実施例による溶接時のコンタクトチップ先端部の形態を示した断面図本発明の一実施例によるコンタクトチップの磨耗量を測定試験するための溶接施行形態を示した斜視図

符号の説明

１００溶接ワイヤ
１１０表面粗度機の探針
１２０溶接ビード
１３０鋼管
２００コンタクトチップ
２１０コンタクトチップ貫通孔
２５０コンタクトチップ貫通孔におけるワイヤとの接触点
３００スプール
３１０スプールの上部
３２０スプールの中間部
３３０スプールの下部
４００縦、横の矯正ローラー

Claims

スプール、コンタクトチップ及び該スプールに巻き取られたソリッドワイヤを含むメッキなしソリッドワイヤの組立体において、
上記のワイヤはワイヤの全重量に対してＣ：０．０３〜０．１０％、Ｓｉ：０．４５〜１．０５％、Ｍｎ：０．９０〜１．９０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、残部がＦｅ及び不純物から構成され、下記の式で定義されるワイヤの消耗によるワイヤキャスト径の減少比が０．５５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メッキなしソリッドワイヤの組立体。
（ここで、Ｃｆはスプールの上部に巻き取られたワイヤのキャスト径、及びＣｏはスプールの下部に巻き取られたワイヤのキャスト径を表わす）
ワイヤ表面の任意の１００００μｍ^２における加工面比率が３５〜７５％の範囲を有する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メッキなしソリッドワイヤの組立体。
ワイヤの円周方向に沿って測定した４点における加工面比率の偏差が１２以下の範囲を有することを特徴とする請求項２に記載のガスシールドアーク溶接用メッキなしソリッドワイヤの組立体。
下記の式で定義されるワイヤのコンタクトチップの接触指数値が０．２８〜０．６５であることを特徴とする、請求項１に記載のガスシールドアーク溶接用メッキなしソリッドワイヤの組立体。
（ここで、ＷＣはワイヤの円周長、ＰＣはコンタクトチップのワイヤ貫通孔の円周長、及びＷＳはワイヤ表面の加工面比率を表わす）
上記のコンタクトチップは、上記のワイヤ表面の加工面と接触するコンタクトチップのワイヤ貫通孔との間に、下記の式で定義されるワイヤのコンタクトチップの接触指数値が０．２８〜０．６５の範囲を有するコンタクトチップを選定する段階；
上記のスプールに巻き取られたワイヤが消尽されるまで溶接、停止を繰り返して１時間連続溶接を行う段階；
溶接時のコンタクトチップ貫通孔の断面積を計算して、コンタクトチップの磨耗量を測定する段階；及び
上記のコンタクチップ貫通孔の断面積が上記のワイヤ断面積の２倍を超えた時点でコンタクトチップを交換する段階を含むガスシールドアーク溶接用メッキなしソリッドワイヤを使用した溶接方法。