JPH08999B2 - 溶接用鋼ワイヤの電解表面洗浄処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は溶接用ワイヤの製造工程においてバッチ式熱
処理後の鋼ワイヤコイルを電解表面洗浄処理する方法に
関する。

〔従来の技術〕

溶接用鋼ワイヤの製造工程には第４図に示すように荒
引伸線−巻取り、バッチ焼鈍、表面洗浄−メッキ−仕上
伸線−巻取り工程がある。10は供給スタンドで、所望径
に圧延された素線材束を巻戻して伸線工程に供給する。
伸線工程には図示しないがデスケーラ、清浄化槽、乾燥
装置、荒引伸線機などがある。荒引きされた素線材（鋼
ワイヤ）は鋼製のボビン12に巻取られ、このボビンを所
定数積重ね、釣鐘状のインナーカバー、アウターカバー
を被せてバッチ焼鈍し、伸線により生じた歪みを除く。
その後該ボビンより鋼ワイヤを繰り出し、前処理したの
ち該ワイヤに銅メッキを施し、乾燥、仕上伸線後、巻取
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のバッチ式焼鈍では、インナーカバー内にボビン
すなわちワイヤコイルを所定数積重ねて設置し、インナ
ーカバー内へ非酸化性雰囲気ガス（例えばN₂）を供給
し、インナーカバーの外部から加熱（電熱ヒータ、ラジ
アントチューブ、直火バーナ等）することによりワイヤ
コイルを焼鈍する。ワイヤコイルが循環対流する雰囲気
ガスによる対流伝熱、および輻射伝熱により加熱される
が、位置の違いからワイヤコイルの内周部と外周部とで
焼鈍の度合が異なる。この場合外周部（ワイヤ）の方が
内周部（ワイヤ）よりもよく焼鈍されその結果焼鈍によ
り生ずるワイヤ表面層の酸化層の厚さも外周部の方が内
周部より厚くなる。この酸化層はワイヤ表面に付着、あ
るいは炉内に存在するH₂Oから酸素と鋼ワイヤ中のケイ
素、マンガン、チタン等の合金元素とが反応して生じた
Fe₂SiO₄,FeMnO₂,TiO₂等の酸化物からなる硬い粒界酸化
層とワイヤ表面の鉄の酸化物（FeO,Fe₃O₄,Fe₂O₃等）か
らなる外部酸化層の二重層となっている。このうち外部
酸化層は鋼ワイヤ表面のメッキ密着性を劣化させ、一方
粒界酸化層は溶接用鋼ワイヤとして良好なワイヤ送給性
能をもたらす亀甲溝をワイヤ表面に形成する上で不可欠
であるから、次のメッキ前処理工程の電解表面洗浄処理
工程では外部酸化層を除去するとともに最終の仕上伸線
工程で亀甲溝が良好に形成されるよう粒界酸化層の厚さ
を調整し、しかるのちメッキ、仕上伸線を行なう（特開
昭62-57798号公報）。

ところが上記したように焼鈍後のワイヤコイルの外周
部（ワイヤ）と内周部（ワイヤ）とで酸化層の厚さが異
なるにもかかわらず従来の電解表面洗浄処理工程の処理
条件はワイヤコイルの外周部から内周部に至るまで同一
条件で処理していたため処理後のワイヤ表面の酸化層
（粒界酸化層）の厚さに差がみられ、このため単一コイ
ルより製造される製品ワイヤに品質（ワイヤ送給性能
等）のバラツキが生じていた。

すなわちワイヤコイルの外周部（ワイヤ）、内周部
（ワイヤ）に対応する製品のワイヤ部分の亀甲溝の形成
状態はそれぞれ大、小で、ワイヤ送給性はそれぞれ良、
不良となる。又ワイヤコイルの外周部ワイヤでは粒界酸
化層（硬く、伸び率小）が深いことから、仕上伸線中に
亀甲溝の生成と並行して表面素地の剥離が生じ易く、製
品ワイヤとしてワイヤ送給中に曲げ等により表面素地の
剥離が生じ易いという欠点がある。

本発明はコイルの内、外周部分で酸化層厚の異なる熱
処理後の鋼ワイヤコイルにその表面状態に対応させて処
理度合を変えて電解表面洗浄処理を施し、もって均一な
表面性状の溶接用鋼ワイヤを得ることのできる電解表面
洗浄処理方法を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本発明の要旨とするところ
は、非酸化性ガス雰囲気中でバッチ式熱処理した鋼ワイ
ヤコイルを連続的に巻き戻して鋼ワイヤを電解表面洗浄
処理する方法であって、電解処理度合を単一コイルの未
処理ワイヤ残量に対応させ漸次軽減させて処理する溶接
用鋼ワイヤの電解表面洗浄処理方法にある。

〔作用〕 本発明では、コイル（ボビン巻きもしくはボビンレス
巻き）状態でバッチ式熱処理した鋼ワイヤの表面素地に
生じた酸化層特に粒界酸化層の厚さが、ワイヤコイルの
外周部（ワイヤ）から内周部（ワイヤ）にかけて次第に
薄くなることから、電解処理度合もこれに対応させ漸次
軽減させて処理することにより処理後の鋼ワイヤ表面素
地の粒界酸化層の厚さを均一化させ、もって粒界酸化層
の厚さの差異にもとづく製品ワイヤの品質バラツキを解
消した。電解処理度合は処理液の状態（種類、濃度、温
度等）が決まれば電流密度Ｄ、処理時間Ｔ（Ｔ＝L/V,L:
処理長,V:ワイヤ速度）によって決まる。すなわち処理
度合とD,T,L,Vとは電解処理度合∞Ｄ・Ｔ＝Ｄ・L/Vとい
う関係にあり、D,L,Vのいずれか例えば電流密度Ｄを変
化させ処理度合を調節する。

バッチ式熱処理の雰囲気ガスは鋼ワイヤに粒界酸化層
を良好に生成させ、かつ外部酸化層の生成を抑える必要
から非酸化性ガスを使用する。非酸化性ガスとしてアル
ゴン等の不活性ガスあるいは窒素、CO等の中性、還元性
ガスを使用するランニングコスト、安全性を考慮して窒
素を使用することが望ましい。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面に基づき説明する。

溶接用鋼ワイヤの製造工程は本発明においても第４図
と同様であるが、電解表面洗浄処理工程で処理度合を漸
次変化させる点で従来と異なる。すなわち、原線径5.5m
mφ、化学成分C:0.08％、Si:0.84％、Mn:0.20％の熱延
鋼線材を原線として、製品径1.2mmφの溶接用鋼ワイヤ
を第１表に示す工程を経て製造した。まず荒引伸線工程
で2.2mmφまで減径した後鋼ワイヤはボビン巻きされ重
量1000kgのコイル体となり、次のバッチ焼鈍工程でイン
ナーカバー内に所定数段積み（例えば３段）設置され、
N²ガス雰囲気中で焼鈍が施される。この熱処理後の鋼ワ
イヤにはその表面層に酸化層が形成されている。前述し
たようにこの酸化層の厚さはコイルの外周部ワイヤと内
周部ワイヤとでは異なり外周部ワイヤほど厚くなる傾向
を有している。

第１図（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）はコイル
の最内周部からのワイヤ重量（kg）で示したワイヤ位置
（横軸、（1000kg:コイル最外周位置、0kg:コイル最内
周位置））と酸化層厚（左縦軸）および電解表面洗浄処
理電流密度（右縦軸）との関係を示したもので（ａ）は
焼鈍後、（ｂ），（ｃ）はそれぞれ本発明例、従来例の
電解表面洗浄処理後の図を示す。図中Ａは粒界酸化層、
Ｂは外部酸化層を示し、D₁,D₂はそれぞれ本発明例、従
来例の電流密度を示す。又（ｄ）は（ａ），（ｂ），
（ｃ）のワイヤ位置を図示化したものでボビン12に巻か
れたワイヤコイル1cをワイヤ位置（横軸）に対応させて
示している。この第１図（ａ）により酸化層厚について
説明すると、バッチ焼鈍後のワイヤ表面層には粒界酸化
層が生成しその外表面には外部酸化層が生成する。粒界
酸化層Ａはコイル最内周のワイヤで最も薄く５μｍ程度
で外周になる程厚くなり最外周で最も厚く20μｍ程度で
ある。外部酸化層Ｂはワイヤ位置約200kgからみとめら
れ、外周になる程厚くなり最外周で２μｍ程度生成して
いる。外部酸化層Ｂはメッキ密着性を劣化させ、粒界酸
化層Ａは製品ワイヤ表面に亀甲溝を生成させるのに不可
欠な層である。ただし亀甲溝の生成状態は粒界酸化層の
厚さに略比例することからその厚さを均一化し亀甲溝の
生成状態のバラツキをなくす必要がある。すなわちバッ
チ焼鈍工程に続く電解表面洗浄工程では、電解処理度合
を酸化層厚に対応させて変化させ、外部酸化層を完全除
去するとともに、粒界酸化層の厚さを均一化させる。第
２図は本発明例で使用した電解表面洗浄処理装置を示す
図で、この装置を使用したときの処理条件を第２表に示
す。処理度合の調節は本発明例では電流密度Ｄを変化さ
せることにより行なった。処理方法は間接給電方式によ
る電解洗浄であり、両端の開放された複数個の管状電極
を極性を変えて直列方向に非接触状態で配列するととも
に、該電極内に存在する電解処理液中を通すように管状
電極内にワイヤを通過させ、該電極とワイヤを非接触状
態に維持しつつ間接給電を行なう方法である。（公知技
術特開昭57-140899号公報、特開昭53-116232号公報）ワ
イヤが陽極のとき、ワイヤの鋼素地が激しく溶解するの
で、表面が平滑となり線材表面が高度に清浄化される。
これに対し、ワイヤが陰極のとき鋼素地の溶解が起こら
ず、化学的な脱脂が中心となって進行するワイヤ表面素
地や酸化層の清浄効果は余り期待できない。よって電極
を陽・陰極交互に配置すれば洗浄効果を最適にでき、適
正な表面肌を得ることが可能である。

第２図に示すように両端の開放された管状電極５が極
性を変えて直列的にかつ非接触状態で配置されている。
電解処理液の硫酸４は液入口２より流れ内部を充満した
後排気液口３より放出され、順次繰返され還流が行なわ
れている。

被処理ワイヤ１は各電極５の中央部を貫通し、間接給
電により、まず処理され、次いで，，，処理
が順次繰返される。

電極密度を変化させ電解処理度合を調節するが、これ
は電源６の電圧変化させることにより行なう。すなわち
電流密度を800A/dm²から200A/dm²まで処理中ワイヤのコ
イル内位置に対応させて漸次減少させる。本件ではコイ
ル体重量1000kgを５分割し200kg処理ごとに電流密度を1
50A/dm²ずつ減少させる。電流密度の切替えは200kg通過
時間＝100分経過時点に行った。もちろん切替え頻度を
もっと多くしてもよいし、回転計量計７を設け処理重量
に直接対応させ無段階に電流密度を減小してもよい。

第１図（ｂ）にこの場合の粒界酸化層（Ａ）の厚さを
示す。粒界酸化層の厚さはほぼ平均化しており５μｍ程
度の厚さとなる。第１図（ｃ）は比較のために従来例に
よる場合を示したもので、電流密度をコイル外周から内
周まで500A/dm²一定として処理した。このときの粒界酸
化層厚はコイル最内周ワイヤで０μｍ、最外周ワイヤで
10μｍと差が大きく、焼鈍後ワイヤの粒界酸化層の厚さ
（第１図（ａ））のバラツキ状態をそのまま維持してい
る。

このようにして本発明ではバッチ焼鈍工程で生成した
ワイヤ表面の粒界酸化層の厚さのバラツキを電解表面洗
浄処理工程で処理度合を変えることにより解消し均一な
厚さとする。そして続くメッキ工程でワイヤに銅メッキ
を施し仕上伸線工程を経て製品ワイヤとしてボビン等に
巻取る。

ワイヤ表面の亀甲溝の生成過程を説明すると、メッキ
工程後に外周部に軟かく伸びのあるメッキ層、中間部は
硬い粒界酸化層、内部は軟化焼鈍された伸びのある鋼素
地の３重構造のワイヤ断面を呈する鋼ワイヤが得られ
る。次に鋼ワイヤを仕上伸線工程で伸線すると、伸びの
少ない粒界酸化層に亀裂がワイヤ円周方向に発生し、亀
甲溝が生成する。

溶接用鋼ワイヤ表面にはワイヤ送給性、耐錆性のため
油脂、鉱物油、湿式伸線用潤滑剤等の液状潤滑剤が塗布
されるが、この潤滑剤はワイヤ表面の亀甲溝に保持され
る。ワイヤの表面はミクロ的な含油状態になるのでワイ
ヤ潤滑能が極めて良好となり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。さらに亀甲
溝内に液状潤滑剤が安定した状態で保持されるため液状
潤滑剤は最小限の付着量で安定した送給性が得られ、過
剰な潤滑剤によるピット、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。

第３図（ａ），（ｂ），（ｃ）は製品ワイヤの亀甲溝
の生成状態を示した図面代用顕微鏡写真（×100）であ
り、（ａ）は本発明例によるものでコイル体の全ワイヤ
部分に均一かつ良好な亀甲溝が生じており、上記効果が
同一コイル体のすべてのワイヤ部分にわたってバラツキ
なく均等にあらわれる。これに対して（ｂ），（ｃ）は
従来例によるもので（ｂ）はコイル体の内周部、（ｃ）
は外周部のワイヤ部分に生成した亀甲溝を示し、これか
ら明らかなように（ｂ）ではほとんど亀甲溝の生成がみ
られず上記効果が期待できず、（ｃ）では亀甲溝の生成
が著しい。すなわち同一コイル体から得られるワイヤの
長手方向の部分部分で送給性能が異なり品質管理の困難
な溶接用鋼ワイヤとなる。さらに（ｃ）の亀甲溝の生成
が著しい外周部ワイヤでは前記したように表面素地が剥
離しやすく、いずれにしても従来の製造方法によるもの
は欠点が多い。本発明ではこのような不都合が全くな
い。

〔発明の効果〕

本発明は以上のように構成されているので、以下の効
果を奏する。非酸化性ガス雰囲気中でバッチ式熱処理し
た鋼ワイヤコイルはワイヤ素地に粒界酸化層を生ずるが
その厚さはコイルの最内周に巻かれたワイヤが最も薄
く、外周になるにつれて厚くなり最外周で最も厚くなる
傾向にある。一方溶接用鋼ワイヤの具備すべき特性とし
て送給性能があり、該性能がワイヤ表面の亀甲溝の生成
状態の良否で決定される。

上記粒界酸化層の厚さと亀甲溝の生成状態の良否は密
接な関係にあり粒界酸化層の厚いほど亀甲溝の生成は著
しい。従ってバッチ式熱処理後の鋼ワイヤの粒界酸化層
の厚さをコイル体の全ワイヤ部分で均一にしておくこと
が必要であり、本発明では上記電解表面洗浄処理方法を
施すことにより粒界酸化層の厚さの均一化を達成した。
これによりワイヤ表面性状が均一で送給性能のバラツキ
のない品質良好な溶接用鋼ワイヤを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図の（ａ），（ｂ），（ｃ）はコイル内のワイヤ位
置と酸化層厚および電流密度との関係を示した図で、
（ａ）は焼鈍後、（ｂ），（ｃ）はそれぞれ本発明例、
従来例の電解表面洗浄処理後の図を示す。同図（ｄ）は
ボビン巻きのワイヤコイルを示した図、第２図は電解表
面洗浄処理装置を示す図、第３図（ａ），（ｂ），
（ｃ）は製品ワイヤの表面の亀甲溝の生成状態を示した
金属組織の顕微鏡写真（×100）で（ａ）は本発明例に
よるもの。（ｂ），（ｃ）は従来例によるものである。
第４図は溶接用鋼ワイヤの製造工程を示した図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非酸化性ガス雰囲気中でバッチ式熱処理し
   た鋼ワイヤコイルを連続的に巻き戻して鋼ワイヤを電解
   表面洗浄処理する方法であって、電解処理度合を単一コ
   イルの未処理ワイヤ残量に対応させ漸次軽減させて処理
   することを特徴とする溶接用鋼ワイヤの電解表面洗浄処
   理方法。