JPS6311435B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、溶接用鋼ワイヤの表面に密着性及び
延伸性の良好な銅めつき層を形成することがで
き、しかもめつき浴組成の面では有害度の高い薬
剤の使用量を減少乃至廃止して２次公害の防止を
図つた銅めつき方法に関するものである。 溶接用鋼ワイヤの表面には、溶接時の通電性を
高めると共に発錆を防止する目的で銅めつきを施
こすのが一般的である。 ところで溶接用鋼ワイヤの中でも、例えば0.8
〜２mmφ程度のガスシールドアーク溶接用鋼ワイ
ヤ等は、ワイヤ径の２倍程度の内径を有する3m
以上のコンジツトチユーブ（ステンレス螺旋チユ
ーブ）によつて送給装置から通電チツプまで送ら
れるが、コンジツトチユーブは溶接時複雑に曲げ
られて使用することが多い為、溶接用鋼ワイヤに
かかる送給抵抗は相当大きい。また良好な溶接作
業性を得るうえでアーク長を一定に維持すること
は極めて重要であり、その為には溶接用鋼ワイヤ
の送給性を高めるべく銅めつき表面の平滑性を向
上し、均一な通電特性を得るために送給経路内で
受ける摩擦及び伸線加工によつて鋼素地が露出し
ない様な強固な密着性が要求される。 溶接用鋼ワイヤの銅めつき方法としては従来か
らシアン化銅浴による電気めつき方法が汎用され
ており、この方法であれば比較的容易に密着性及
び表面平滑性の良好な銅めつき層を得ることがで
きる。しかしながら極めて有害な薬剤を使用する
為作業員に与える肉体的・心理的負担は極めて大
きく、しかも公害防止の為の排水処理に厖大な設
備と維持管理費が要求される。またガスシールド
溶接用鋼ワイヤの製造に当つては、5.5mmφ程度
の素ワイヤから0.8〜２mmφ（最も多いのは1.2mm
φ又は1.6mmφ）の最終製品まで伸線加工する途
中の段階で銅めつき処理するのが一般的である
が、シアン化銅浴を用いて得た銅めつき層は硬質
であるから、めつき処理後の伸線加工が比較的困
難でダイスの摩耗が著しい等の問題もある。更に
めつき速度の面からみると、シアン化銅浴による
電気めつきでは電流密度を高めるとめつき効率が
低下する傾向があるから、線材の処理速度を高め
る為には使用電流を抑えて浴長を著しく長くする
必要があり、設備の占有面積が拡大するほか有害
な薬剤の保有量及び排液量も増大する。 一方鋼板等の銅めつき法として硫酸銅浴を用い
た銅の置換めつき法が知られているが、この方法
で得ためつき層は密着性が乏しい。その為一般に
は浴中にある種の化学物質を添加したり或は浴中
の銅イオン濃度を薄くして析出速度を抑制し、緻
密な銅めつき層を形成する方法も試みられてい
る。しかしながらこの様な改善法といえども溶接
用鋼ワイヤに要求される高度の密着性を満足する
ことは困難であり、硫酸銅浴を用いた溶接用鋼ワ
イヤの銅めつき法は殆んど実用されていない。し
かしながら硫酸銅はシアン化銅に比べて毒性が極
めて小さいから、作業員に対する危険負担及び排
液処理に付随する経済的負担が少なく又２次公害
等を発生させる危険も少なく、捨て難い魅力があ
る。 本発明者等は前述の様な状況のもとで、硫酸銅
浴を用いてシアン化銅めつき法に匹敵する密着性
や生産性等を確保し得る様なめつき法の確立を期
して研究を進めてきた。本発明はかかる研究の結
果完成されたものであつて、その構成は、溶接用
鋼ワイヤを硫酸銅浴に浸漬して電気めつきを行な
う方法において、該浴の浴温を50℃以下、該浴の
硫酸濃度を65ｇ／以下および前記ワイヤの電流
密度を50A／ｄm²以上にし、さらに前記ワイヤお
よび／または前記浴を移動させると共に、該ワイ
ヤと該浴との相対速度Ｖ（ｍ／分）、電流密度Ｃ
（Ａ／ｄm²）、硫酸銅の浴温Ｔ（℃）および硫酸銅
浴の硫酸濃度Ｄ（ｇ／）の関係が次式を満足す
るようにして行なうところに要旨が存在する。 Ｖ≧１／ｆ（Ｃ−50）²＋80 但し、ｆ＝４（Ｄ−Ｔ）＋180 本発明では、浴温を特定範囲にした硫酸銅浴中
で電流密度を特定範囲にした鋼ワイヤを移動させ
若しくは鋼ワイヤ移動方向に逆らつて浴液を流し
（必要ならば同一方向に流し）ながら電気めつき
することによつて、置換反応による銅析出量を抑
制し、且つ鋼ワイヤの電流密度と前記相対速度と
の関係を決めることにより、密着性の優れた銅め
つき層を効率よく形成することができる。 本発明者等が実験により確認したところでは、
鋼ワイヤの電流密度を高めるにつれてめつき層の
生成速度は高まりめつき層の密着性は向上する。
これは、電流密度が大きくなる程置換めつき量が
少なくなるからであるが、電流密度が一定値以上
になると置換めつき量はほぼ同程度になり、電流
密度を高くするだけではめつき層の密着性を十分
に向上させることができない。また、電流密度が
大きくなる程析出銅の結晶粒径が大きくなる為、
電流密度を大きくしすぎるとめつき層の密着性は
低下する。 ところがめつき工程で陰極（鋼ワイヤ）表面に
おける電解質（銅イオン）の流速を高めると、置
換めつきの質の向上と共に電気めつき部も結晶粒
の成長が抑制されて陰極表面に新たなめつき核が
生成し、めつき核の数が増加するにつれてめつき
層の密着性は飛躍的に向上する。また電解質の流
速増大にもかかわらず鋼ワイヤ表面に十分な数の
めつき核を生成させ且つ密着性の良い結晶粒度に
抑えたまま所定の厚さまで短時間で成長させる為
には、鋼ワイヤに与える電流密度を必要最小限に
抑える必要がある。ここで鋼ワイヤ表面における
電解質速度を調整する最も簡単な方法としては、
硫酸銅浴液と鋼ワイヤを相対的に移動させる方法
が考えられ、適用する電流の増減によつて電流密
度は容易に調整することができる。 また、硫酸銅浴の浴温および硫酸濃度により優
れた銅めつき層を形成することができる電流密度
の許容範囲が異なり、浴温を低くするほどまた硫
酸濃度を高くするほど電流密度を高くすることが
できる。 そこで、まず電流密度を50A／ｄm²以上にする
理由について述べる。 電流密度を高くするほど置換めつき量を抑える
ことができるが、第１図に示すように電流密度が
50A／ｄm²以上になると置換めつき量はほぼ等し
くなり、置換めつき量を減らしめつき層の密着性
を向上させるためには電流密度を50A／ｄm²以上
にしなければならない。 なお、第１図の置換めつき量と電流密度との関
係は、次の条件による実際の電気めつき量と理論
値による電気めつき量との差を置換めつき量とし
てあらわしたものである。 めつき条件 浸漬長 2ｍ CuSO₄・5H₂O 313ｇ/ 線 速 120m/分 H₂SO₄ 28.4ｇ/ 線 径 2.3mm 浴 温 40℃ また、第１図には電流密度120A／ｄm²の場合
の置換めつき量と浴温との関係も併せて示す。 次に、硫酸銅浴の浴温を50℃以下にするのは、
浴温が低くなる程緻密なめつき層が得られ易くな
り、浴温が50℃を越えると良好なめつき層を得る
ことができなくなるからであり、これは、置換め
つき及び電気めつきの質の低下と共に、第１図に
示す置換めつき量と浴温との関係からもわかるよ
うに、浴温を高くするにつれて密着性の劣る置換
めつき量が増加するからである。なお、浴温が低
くなると電圧を高くしなければならず、同一のめ
つき層を得るにあたつて消費電力量が多くなるの
で、浴温を常温以上にするのが好ましい。 さらに、硫酸銅浴の硫酸濃度を65ｇ／以下に
するのは、浴の硫酸濃度を高める程許容最大電流
密度は高くなり、それに伴なつて有効浸漬長を短
かくすることができる。たとえば浴温を30℃、相
対速度を100m／分一定とした場合、濃度30ｇ／
のときの許容最大電流密度は110A／ｄm²であ
るが、濃度40ｇ／では116A／ｄm²、同45ｇ／
では119A／ｄm²、同60ｇ／では127A／ｄ
m²、同95ｇ／では144A／ｄm²となる。従つて
有効浸漬長を短くし、設備の小型化を図る為に
は、硫酸濃度は高い程好ましい。但し硫酸濃度が
65ｇ／を越えると、めつき後の鋼ワイヤの延伸
性が著しく低下し、伸線時に鋼ワイヤ表面に傷が
でき易くまた伸線ダイスの摩耗も著しくなるので
硫酸濃度を65ｇ／以下にしなければならず、伸
線性と密着性との点で最も好ましい硫酸濃度は30
〜40ｇ／である。 最後に、硫酸銅浴と鋼ワイヤとの相対速度Ｖ
（ｍ／分）、鋼ワイヤの電流密度Ｃ（Ａ／ｄm²）、硫
酸銅浴の浴温Ｔ（℃）および硫酸銅浴の硫酸濃度
Ｄ（ｇ／）の関係を Ｖ≧１／ｆ（Ｃ−50）²＋80 但し、ｆ＝４（Ｄ−Ｔ）＋180 にした理由を述べる。 めつき浴と鋼ワイヤとの相対速度、電流密度、
硫酸銅浴の浴温および硫酸銅浴の硫酸濃度を種々
変更し、最適の電気めつき条件を見出すべく実験
を行なつた。但し相対速度は、浴中に配置した還
流ポンプによつて電解液を鋼ワイヤ走行方向と平
行に流動させ且つ鋼ワイヤ走行速度を調整するこ
とにより変化させた。また銅めつき層の密着性
は、0.10〜0.30重量％のめつきを施こした鋼ワイ
ヤを同径の線材に巻きつけた後、めつき層の剥離
状態を40倍の顕微鏡で目視観察して判断した。 その結果、前記相対速度が大きいほど結晶粒の
成長を抑制することができるが、結晶の大きさは
相対速度と電流密度との関係で決まるものである
が相対速度を小さくしすぎると結晶の成長を抑制
する効果が乏しくそのためには電流密度を抑える
必要があり、又所定厚さのめつき層を得るに要す
る浴長が長くなるので相対速度を80m／分以上に
するのが好ましい。 なお、第２図は、浴温および硫酸濃度をそれぞ
れ固定し、密着性の良好なめつき層が得られる相
対速度と電流密度との関係を示したものである。
但し使用した硫酸銅（CuSO₄・5H₂O）の濃度は
300〜320ｇ／、供試ワイヤはJIS YCW2（2.3mm
φ）とした。第２図より明らかなように浴温と硫
酸濃度とをそれぞれ固定した場合の密着性の良好
なめつき層が得られる相対速度と電流密度との関
係はＶ≧１／ｆ（Ｃ−50）²＋80（但しｆは定数）であ り、ｆは、浴温と硫酸濃度とにより変化すること
が明らかとなつた。このｆと浴温および硫酸濃度
との関係はｆ＝４（Ｄ−Ｔ）＋180である。 以上鋼ワイヤの相対速度、電流密度、浴温、硫
酸濃度について相互の関係を説明したが、このほ
か密着性を支配する大きな要素としてめつき量が
挙げられ、めつき量の増大と共に密着性は劣化す
る傾向がある。一般に溶接用鋼ワイヤでは、めつ
き量を0.4％以上とすると、溶接金属の性能が劣
化するといわれている。本発明による電気めつき
法では最大0.10％の置換めつき分を見込んで電気
めつき量は最大0.3％とすべきである。従つてこ
の要件にかなうめつき法を確立する為には、めつ
き時間（浸漬時間）についても検討する必要があ
る。以下浸漬時間について説明する。まず次に示
す式中の各符号の意味を明記する。 Ｗ：銅析出量（ｇ） ｔ：鋼ワイヤの浸漬時間（秒） Ｉ：供給電流（Ａ） ｅ：電流効率（％） Ｍ：銅の原子量（63.57） Ｚ：銅の原子価（２） Ｆ：比例定数（96500クーロン） Ｇ：１秒間当りの鋼ワイヤ処理量（ｇ／秒） Ｖ：鋼ワイヤ速度（ｍ／分） Ｒ：鋼ワイヤ径（mm） ρ：鋼ワイヤの比重（7.833） ｌ：鋼ワイヤの浸漬長さ（ｍ） Ｃ：電流密度（Ａ／ｄm²） １秒間当りの銅めつきの析出量 Ｗ／ｔ＝Ｉ・Ｍ／Ｚ・Ｆ・ｅ ……〔〕 １秒間当りの鋼ワイヤ処理量は Ｇ＝（100／60Ｖ）・｛π（Ｒ／２・10）²｝・ρ…
…〔〕 電流密度は Ｃ＝Ｉ／10・π（Ｒ／100）・ｌ ……〔〕 めつき量（重量％）は （Ｗ／ｔ）／Ｇ＋（Ｗ／ｔ）×100＝Ｗ／ｔ／Ｇ×100…
…〔〕 の各式から求めることができる。従つて〔〕式
に〔〕〜〔〕式を代入して整理すると〔〕
式が成立する。 めつき量（％） ＝Ｗ／ｔ／Ｇ×100＝0.101・ｌ・ｅ・Ｃ／Ｖ・Ｒ……
〔〕 また電流効率（ｅ）を0.96％とすると、〔〕
式より〔〕式が導びかれ、更に〔〕式を変形
すると〔〕式によつて浸漬時間（ｔ）を求める
ことができる。 めつき量（％）＝0.097・ｌ・Ｃ／Ｖ・Ｒ ……〔〕 ｔ＝60l／Ｖ＝60・Ｒ／0.097・Ｃ・めつき量……〔〕 今、目的とする電気めつき量を0.3％とすると、
〔〕式より〔〕式が導びかれる。 ｔ＝185.57・Ｒ／Ｃ ……〔〕 上記の説明からも明らかな様に、本発明を実施
するに当つては、被めつき物たる鋼ワイヤの径
（Ｒ）に応じて電流密度(C)及び浸漬時間（ｔ）を
調整することにより、めつき量を適正にコントロ
ールすることができ、その結果めつき量の面から
も密着性を劣化させない範囲で操業でき、溶接用
鋼ワイヤとして溶接部の品質も維持することがで
きる。 本発明は概略以上の様に構成されるが、要は浴
温及び硫酸濃度が特定範囲にある硫酸銅浴を使用
し電流密度を特定範囲にした鋼ワイヤの相対的移
動速度と電流密度との関係を適正に調整しつつ電
気めつきを行なうことによつて、シアン化銅浴を
用いて得た銅めつき層に比べて優るとも劣らない
密着性を有する銅めつき層を能率良く形成し得る
ことになつた。その結果シアン化銅の使用に伴な
う危険負担、排液処理及び２次公害等の諸問題を
一挙に解消し得ることになつた。しかも本発明で
得た銅めつき層はシアン化銅めつき法で得た銅め
つき層に比べて軟質であり、めつき処理後の伸線
加工が容易でダイスの摩耗も少なく優れた生産性
が得られる等、多くの利益を享受できる。 次に実施例を挙げて本発明の構成及び作用効果
を更に明確にする。 実施例 直径2.3mmの電解酸洗い直後の炭酸ガス溶接用
素ワイヤ（JIS YCW2）の表面に第１表の条件で
銅めつき処理（相対速度、電流密度および浸漬長
を変化させてめつき量の目標を0.22重量％とし
た。）を施した後、1.2mmφまで５段連続伸線して
溶接用鋼ワイヤを得た。なお、鋼ワイヤ（陰極）
と陽極間距離は約15mmである。

【表】

〔電力量計算方法〕

2.3mmφ鋼ワイヤの1m当りの重量32.54ｇ／ｍと
し、１時間当りの生産量を線速（液速度は線速に
対し非常に遅いため第１表に示す相対速度は線速
をそのまま記載した）から求めた。 即ち、１時間当りの生産量 ＝32.54／1000×線速（ｍ／分）×60 （Kg／Hr） 一方電力量は、供給電流×負荷電圧の値を、上
記１時間当りの生産量で割つた値を示す。 〔送給抵抗測定方法〕 市販の溶接ワイヤ送給装置に20Kgスプール巻ワ
イヤをセツトし、送給コンジツトケーブルの出口
付近に300mmφのループを形成させると共に、溶
接トーチ先端に１Kgの負荷抵抗を与え、ワイヤを
毎分8mで送給しながらワイヤ送給に必要な力を
測定した。従つて、表中の値は、先端部に負荷さ
せた１Kgの抵抗を含む値である。

【表】 第２表に示すめつき量は、電流密度と浸漬時間
より計算される理論的なめつき量より多い値を示
す。これは置換反応によるめつき量が存在するた
めである。比較例１は電流密度が低すぎる為密着
性が劣り且つ1.2mmφ伸線後の溶接用ワイヤとし
ての送給抵抗も高い値を示す。一方実施例２〜５
は電流密度及び相対速度の増加により密着性、送
給抵抗とも良好である。比較例２は、相対速度に
対して電流密度を高くしすぎた為、電気めつきそ
のものの密着性が劣化したものである。 比較例３は相対速度が遅すぎる為密着性、送給
性とも不良である。これに対し実施例５〜７は、
相対速度の上昇と共に電流密度を高くしても良好
なめつきが得られる例を示す。 実施例８〜10と、それに対応する比較例４〜６
は各々相対速度が240〜280m／分での良好な密着
性が得られる電流密度の上限付近の例を示す。こ
の様に電流密度が高くなりすぎても密着性は不良
となるが、硫酸濃度の増加と共に許容される最大
電流密度は高くなる。又実施例11の硫酸濃度70
ｇ／の場合は、電流密度300A／ｄm²と非常に
高い値でも密着性は良好であるが前述したよう
に、めつき後の伸線加工性の劣化が著しく、めつ
き後特に連続伸線加工を施す様な工程には適さな
い。 実施例12〜14と比較例７〜９は、浴温の影響を
明示するものであり、浴温20℃の実施例12は相対
速度250m／分・電流密度240A／ｄm²で良好な密
着性、送給抵抗を示すが、浴温を40、50、60℃と
上げた比較例７〜９ではより低い電流密度でも良
好なめつき層を得ることはできない。浴温40、50
℃の時の相対速度240〜270m／分付近での許容さ
れる最大電流密度付近の比較を実施例13、14と比
較例７、８に対比する。 比較例９は浴温を60℃と上げすぎたため、もは
や良好なめつき層を得ることはできないことを示
す。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電流密度、浴温とめつき量との関係
を示すグラフ、第２図は、銅メツキ層の密着性に
与える相対速度と電流密度の関係を示すグラフで
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶接用鋼ワイヤを硫酸銅浴に浸漬して電気め
   つきを行なう方法において、該浴の浴温を50℃以
   下、該浴の硫酸濃度を65ｇ／以下および前記ワ
   イヤの電流密度を50A／ｄm²以上にし、さらに前
   記ワイヤおよび／または前記浴を移動させると共
   に、該ワイヤと該浴との相対速度Ｖ（ｍ／分）、電
   流密度Ｃ（Ａ／ｄm²）、硫酸銅の浴温Ｔ（℃）およ
   び硫酸銅浴の硫酸濃度Ｄ（ｇ／）の関係が次式
   を満足するようにして行なう溶接用鋼ワイヤの硫
   酸銅電気めつき方法。 Ｖ≧１／ｆ（Ｃ−50）²＋80 但し、ｆ＝４（Ｄ−Ｔ）＋180