JPH02142686A - アルミニウム合金製溶接缶胴体の製造方法 - 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】 産業上の利用分野 この発明はアルミニウム合金製３ピース缶に使用される
溶接缶胴体を製造する方法に関し、特に超音波シーム溶
接を適用しつつ高速で溶接缶胴体を製造する方法に関す
るものである。

従来の技術 アルミニウム合金製３ピース缶の製造にあたっては缶胴
素材となるアルミニウム合金薄板を円筒状に湾曲成形し
てその端部を重ね合わせ、その重勾合せ部を溶接して溶
接缶胴体を作成し、さらに溶接缶胴体の両端部にフラン
ジ加工を施してから蓋体をかしめ接合等によって取付け
るのが通常である。このような３ピース缶用の溶接缶胴
体の作成のための溶接方法の一つとしては、従来から超
音波シーム溶接法が知られている。しかしながら従来の
アルミニウム合金薄板の超音波シーム溶接法では、溶接
速度が例えば板厚０．２嫂において１ｍ／鴎程度に過ぎ
ず、他のシーム溶接法例えば薄鋼板による缶胴製造のた
めの抵抗シーム溶接などと比較して溶接速度が格段に低
く、したがって溶接作業能率が著しく低いから、超音波
シーム溶接法を適用してアルミニウム合金製３ピース缶
を製造する場合には製缶能率も著しく低くならざるを得
ないという問題があった。

そこで本発明者等は既に待開昭６２−２７０２９０号に
おいて、超音波シーム溶接法を適用してアルミニウム合
金製溶接缶胴体を製造する場合の溶接速度を高める方法
として、超音波シーム溶接にあたってのアルミニウム合
金薄板の端部同士の重ね代を適切な範囲内とするととも
に、その重ね合せ部の超音波溶接時の変形を大きくして
マツシュシーム形状の継ぎ手部を形成する方法を提案し
ている。すなわち上記提案の方法は、超音波シーム溶接
時におけるアルミニウム合金薄板の端部同士の臣ね代を
０，５〜４＋１１１の範囲内とし、その重ね合せ部の全
体を押し潰しながらその厚みの変形度が２０〜５０％と
なるように超音波シーム溶接する方法であって、このよ
うにすることによってシーム溶接速度を従来よりも格段
に高い１０〜１５ｉ／ｎｉ程度までは高めることが可能
となった。

発明が解決しようとする課題 前述の提案の方法によれば、超音波シーム溶接を適用し
てアルミニウム合金製缶胴体を製造するにあたって、確
かに従来の一般的な超音波シーム溶接法を適用した場合
よりは格段に溶接速度を高めることが可能となった。し
かしながら最近の厳しい市場競争を考慮すれば、前記提
案の方法でも必ずしも充分ではなく、より一層溶接速度
を高速イヒして、缶胴体製作の能率をさらに高めること
ができる方法の開発が強く望まれている。

ところで最近に至り高速溶接法としてレーザー溶接法が
開発され、このレーザー溶接法をアルミニウム合金製缶
胴体の製造に適用することが考えられる。すなわち缶胴
素材であるアルミニウム合金薄板を円筒状に湾曲成形し
てその端部同士を重ね合わせ、その中ね合せ部分の楔状
界面の隙間に開放側からレーザービームを照射してシー
ム溶接することが考えられる。しかしながらアルミニウ
ム合金の場合には表面に強固な酸化皮膜が存在するため
、レーザービームによる溶接性が悪く、充分な継ぎ手強
度を有する溶接部が得られない問題がある。すなわち、
重ね合せ部分の楔状界面におけるアルミニウム合金薄板
表面層を溶融させる条件でレーザービームを照射した場
合でも、表面の酸化皮膜が未溶融状態でブロック状に残
り、その未溶融ブロック状酸化皮膜が溶融接合の妨げと
なって溶接欠陥が生じ、充分な継ぎ手強度が得られない
おそれがある。またレーザービームによるＭ融接の再凝
固は急速冷却となるためアルミニウム合金の場合は凝固
割れが生じやすく、一方この問題を避けるためにレーザ
ービームのエネルギーを小さな値に制御して、アルミニ
ウム合金薄板表面層が溶融しないような条件とし、高温
固相圧接を行なうことも考えられるが、この場合もアル
ミニウム合金表面の酸化皮膜の存在により圧接性が悪く
ならざるを得ず、したがって良好な圧接継ぎ手性能を得
るためには接合部に大きな圧下を加える必要が生じるが
、その場合接合部の板厚が極端に簿くなって充分な継ぎ
手部の強度が得られなくなってしまう。したがってこれ
らの理由から、アルミニウム合金製缶胴体の製造にレー
ザー溶接を適用することは実用的でないと考えられてい
たのである。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、前
述のような超音波シーム溶接を適用してアルミニウム合
金製溶接缶胴体を製造するにあたって、溶接速度を従来
よりも格段に高速化してもＵぎ手性能の優れた溶接部が
得られるようにし、これにより缶胴体の製造能率を従来
よりも大幅に向上させ得るようにした方法を提供するこ
とを目的とするものである。

課題を解決するための手段 この発明においては、基本的には超音波シーム溶接にレ
ーザー溶接法を併用し、両者の相乗効果を活用すること
によって前述の問題を解決している。

具体的には、この発明のアルミニウム合金製溶接缶胴体
の製造方法は、素材アルミニウム合金薄板を円筒状に湾
曲させて両端部を重ね合わせ、その重ね合せ部の楔状界
面の隙間に開放側からレーザービームを照射しながら重
ね合せ部を超音波シーム溶接することを特徴とするもの
である。

作　　　用 この発明の方法では、例えば第１図、第２図に示してい
るように、缶胴素材のアルミニウム合金薄板１を円筒状
に湾曲成形し、その両端縁部１Ａ１Ｂを重ね合わせる。

このとき、重ね合せ部２においては素材アルミニウム合
金薄板１の両端縁部ＩＡ、ＩＢが隙間なく密着されるの
ではなく、喫状界面をなす隙間３が生じている。そこで
この重ね合せ部２の楔状界面をなす隙間３に開放側から
レーザービーム４を照射して隙間３の両側のアルミニウ
ム合金薄板表面を加熱しながら、超音波シーム溶接部５
によって重ね合せ部２を超音波シーム溶接し、溶接部６
を形成する。

このように超音波シーム溶接にレーザー溶接を併用する
ことによって溶接速度を高速化し、しかも優れた継ぎ手
性能を有する溶接部を得ることができる。その理由は次
のように考えられる。

すなわち一般に超音波シーム溶接では、超音波振動によ
って接合界面のみを摩擦し、その結果、界面では酸化皮
膜の破壊による新生界面の露出および昇温か生じると同
時に加圧を加えることによって温間圧接が行なわれる。

したがって接合性を増すためには界面の温度が高い方が
望ましいが、摩擦のための超音波振動を与える溶接部の
能力には限界があり、通常の超音波シーム溶接部では接
合界面の温度は素材アルミニウム合金の溶融温度の半分
程度にしか至らず、したがって高速溶接を行なえば圧接
性の低下が避けられなかった。

一方レーザー溶接では、レーザービームの照射により接
合界面のごく表層のみを加熱して、その表層を溶融させ
るかまたは溶融温度に近い温度まで高温化させて、加圧
を行なうが、前述のようにアルミニウム特有の強固な酸
化皮膜を除去する能力に欠けるため、接合性に劣る。

これに対しこの発明の方法では、レーザービームの照射
によって接合界面を高温に加熱することができ、しかも
超音波振動による摩擦によって接合界面における強固な
酸化皮膜を破壊除去することができるから、溶接速度を
著しく高めても継ぎ手性能の優れた溶接部を得ることが
できるのである。換言すれば、この発明の方法の場合は
超音波シーム溶接法とレーザー溶接法の長所と短所を相
補って、継ぎ手性能の優れた高速溶接が可能となったの
である。

ここで、この発明の方法において使用するレーザービー
ムの種類としては、炭酸ガスレーザーＹＡＧレーザーな
どがあるが、特に限定されるものではない。

またレーザービームの照射による接合界面の状況は、溶
融状態もしくは未溶融高温加熱状態のいずれかになり、
通常は未溶融高温加熱状態が好ましいが、それに限られ
るものではない。すなわち溶融状態、未溶融高温加熱状
態のいずれにおいても、レーザー溶接を単独で適用した
場合には、程度の差はあるが接合界面表面の強固な酸化
皮膜が接合性の低下をもたらしており、したがってこれ
に超音波シーム溶接を併用することによっていずれの場
合も接合性の向上を図ることができるのである。なお重
ね合せ部におけるレーザービームを照射する楔状界面の
隙間の角度は、レーザービームが入射できる程度の空間
的余裕があれば良いから、特に限定されるものではない
。

なおこの発明の方法における超音波シーム溶接では、第
３図に示すように円筒状に成形した缶胴素材のアルミニ
ウム合金薄板１の両端縁部ＩＡ。

１Ｂを重ね合わせるにあたって、その重ね合せ部２の重
ね代りを０，１〜２．０ｆｆｉｆｆの範囲内とすること
が好ましい。そしてその重ね合ゼ部２の変形度、すなわ
ち溶接前における全厚みをｔｏ、溶接後の厚みをｔｌと
し、 （（ｔｏ　−ｔｌ）　／ｌｏ　）　ｘ　１００（％）で
あられされる変形度が２０〜５０％の範囲内となるよう
に重ね合せ部２の全体を押し潰しながら超音波シーム溶
接して、第４図に示すような溶接部（重ね継ぎ宇部）６
を形成することが望ましい。

ここで、上述のように２０〜５０％という高い変形度で
重ね合せ部２の全体を押し潰しなからシーム溶接するこ
とは、第４図から明らかなように素材アルミニウム合金
薄板１の重ね合せ部２の上側の板端縁部が押し潰される
のみならず、下側の板端縁部もほぼ対称的に押し潰され
て、平坦に近い重ね継ぎ宇部すなわち所謂マツシュシー
ム形の継ぎ宇部を形成することを意味する。

なおまた、この発明で使用するアルミニウム合金として
は、通常は５１８２合金、５０８２合金、５０５２合金
、３００４合金、３００３合金、３００５合金、１１０
０合金、６０６１合金等があるが、特にこれらに限定さ
れるものではない。

実施例 ［実施例１］ 供試材としてＪＩ８　５１８２合金Ｈ合金材の厚さ０．
２３ｆｆｉｌのアルミニウム合金薄板を用いて、直径５
０闇、長さ１２０Ｍの円筒形状に成形した後、第１図、
第２図に示すようにアルミニウム合金薄板１の両端縁部
ＩＡ、１Ｂの重ね合せ部２（重ね代１．０問）の横状界
面をなす隙間３に、開放側からレーザービーム４を照射
しながら超音波シーム溶接Ｆ１４５により超音波シーム
溶接を第１表中に示す条件で行なった。なおレーザービ
ーム４としては、ＹＡＧレーザーを用い、出力６００ｗ
　、連続発振、シールドガスＡｒ６０β／分の条件で照
射した。

また超音波シーム溶接は、溶接様出力１２００ｗ、振＠
１９ＩＪＩｎ、周波数１９ｋ）ｈ、加圧力８０Ｋｇとし
た。その溶接結果を第１表に示す。なお第１表において
、溶接性の判定は溶接継ぎ平部に１８０゛曲げを与えて
溶接部が剥離しないものを良好とした。なお比較のため
、レーザービームの照射を行なわずに、超音波シーム溶
接のみ（条件は同一）を行なった場合についても同様に
溶接結果を調べたので、それを第１表中に併せて示す。

第　　１　　表 第１表に示すように、超音波溶接にレーザービーム照射
を併用した本発明例では、溶接速度を１００７ＦＬ／市
まで高めても１８０°曲げにおいて溶接部の剥離が生じ
なかった。これに対しレーザー照射を行なわずに超音波
溶接のみを行なった比較例では、溶接速度を２０ｍ／ｎ
＋？とすれば１８０°曲げにおいて溶接部の剥離が生じ
てしまった。したがってこの発明の方法によれば、超音
波溶接のみの場合と比較して大幅に溶接速度を高速化で
きることが明らかである。

発明の効果 前述の実施例からも明らかなように、この発明のアルミ
ニウム合金製溶接缶胴体の製造方法によれば、缶胴体の
溶接にあたって超音波シーム溶接にレーザービーム照射
を併用することによって継ぎ手性能の優れた溶接部を従
来よりも格段に高速化した溶接速度で得ることができ、
したがって溶接缶胴体の製造能率を従来よりも格段に向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法を実施している状況の一例を示
す模式的な斜視図、第２図は第１図におけるレーザービ
ーム照射位置での断面図、第３図は超音波シーム溶接直
前の重ね合せ部の状況を示す模式的な断面図、第４図は
超音波シーム溶接後の溶接部の状況を示す模式的な断面
図である。 １・・・アルミニウム合金薄板、　２・・・重ね合せ部
、３・・・隙間、　４・・・レーザービーム、　５・・
・超音波シーム溶接機、　６・・・溶接部。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 素材アルミニウム合金薄板を円筒状に湾曲させて両端部
   を重ね合わせ、その重ね合せ部の楔状界面の隙間に開放
   側からレーザービームを照射しながら重ね合せ部を超音
   波シーム溶接することを特徴とするアルミニウム合金製
   溶接缶胴体の製造方法。