JPH0275473A - 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〕 本発明は溶接缶胴体の製造方法に関し、特に抵抗シーム
溶接性に劣る缶用素材の抵抗シーム溶接による溶接缶胴
体の製造方法に関するものである。

（従来の技術） 缶用材料としてはスズめっき鋼板であるぶりき、クロム
めっき鋼板であるティンフリースチール、およびニッケ
ルめっき鋼板が利用され、さらにニッケル、スズ、クロ
ム等を合金または複層に組み合わせた新材料も開発され
利用されている。

缶胴体の製造方法としては半田付け、溶接、接着、絞り
加工等種々あるが、ここで対象とするのは溶接による製
造方法である。さらに、溶接缶胴体の製造方法として、
抵抗シーム溶接、レーザー溶接等があるが、ここで対象
とするのは高生産、品質安定をねらい銅ワイヤーを用い
たワイヤーシーム溶接法と、従来より利用されている回
転電極のシーム溶接法である。

溶接缶胴体として主要な機能は気密性、強度、外観性で
ある。抵抗シーム溶接は通電発熱により会合面に接合部
を形成するが、溶接電流の増大にともない、接合部が気
密性、強度を満たすに十分な連続性を持ってくる。この
気密性または強度を満足する電流が下限の溶接電流とな
る。溶接電流を増していくと散りと呼ばれる接合部の溶
融金属が押し出されたり、飛散した状態となり外観が悪
くなってくる。この電流値が上限の溶接電流となる。こ
こで上限と下限との溶接電流値の差が適正範囲となり、
溶接性の良否の指標となるものである。散りが発生する
と外観性能を損なうとともに、溶接後の補修塗装の障害
となり、また塗料が被覆されない露出部分を生じ易く、
缶の耐食性を低下させるとともに、内容物への金属溶出
が生じ好ましくない。

抵抗シーム溶接性にすぐれたぶりき等の素材では敗りの
発生なく溶接を行うことが十分に可能で、適正範囲も十
分に広いが、抵抗シーム溶接性に劣るティンフリースチ
ール等では敗りが発生しやすく、外観性能を満たした状
態で気密性、強度を満たすことが難しい。即ち、下限の
溶接電流が上限の溶接電流よりも大きくなり、適正範囲
が存在しない。

ティンフリースチールは耐食性が良好で、廉価型の素材
であるが、溶接性に劣る。またニッケルめっき鋼板、さ
らに前述の各種缶用新材料においてもぶりきに比べると
溶接性が劣るものが多い。

ぶりきは表面に存在するスズが軟らかく、通電性が良い
ため溶接性が非常に優れている。一方、ティンフリース
チールの溶接が難しい原因としてはティンフリースチー
ルの表面に存在するクロム水和酸化物が電気不導体であ
ることが考えられ、従来ティンフリースチールの溶接缶
胴体製造においては、溶接時に重ね合わせ部となるブラ
ンク板のエツジ部をワイヤーブラシ、研磨材等の機械的
手段で研削処理した後に溶接を行っていた。しかしなが
ら、研削により生じる飛沫の内容物への混入の危険性が
あり、機械的研削を必要としない溶接法の開発が望まれ
ていた。

ティンフリースチール等の溶接が難しい材料に対する解
決策として、以下のような手法が知られている。

（ａ）特公昭６１−２４７８号公報、特公昭６１−４９
０３４号公報開示のように、通常の交流電流に存在する
電流ゼロクロスまたは時間的な電流変化と散り発生の因
果関係に着目し、溶接電流波形の改良を行ったもの。

（ｂ）特公昭６１−２０３９６号公報開示のように、電
極である銅ワイヤーにスズめっきを施し、溶接時の通電
性の確保を目積したもの。

（ｃ）特開昭６２−３４６８２号公報開示のように、溶
接部となる重ね合わせ部にレーザーを照射し、ティシフ
リースチール表面の電気不導体皮膜を焼失させ、通電性
を高めたもの。

（ｄ）特開昭６３−１６８８７号公報、特開昭６１−２
７３２８５号公報、特開昭６２−２９６９８１号公報、
特開昭６１−２４９６９０号公報開示のように、抵抗シ
ーム溶接をまったく用いないレーザー溶接に関するもの
。

これら技術のうち（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）はいずれも本
発明と同じ〈従来の抵抗シーム溶接法を基本技術とし、
溶接が困難なティンフリースチール等の素材を対象に改
良を加える手段に関するものである。

（ａ）は電流波形による通電性の向上は期待できないた
め、ティンフリースチールを溶接可能にするには十分で
はない、（ｂ）は溶接可能なブリキの表面にあるスズを
ワイヤー上にめフきし、ティンフリースチールの通電性
の確保を目的としたものであるが、ブリキ表面のスズは
どの溶接性向上効果がなく、またワイヤーのリサイクル
をも考慮するとワイヤーコストが非常に高価となる。（
Ｃ）はティンフリースチールの通電性の障害となってい
るクロム水和酸化物をレーザーにより蒸発させることを
狙ったものであるが、ぶりぎ原板であるローモ板が溶接
できないことからも、電気不導体皮膜の除去だけではテ
ィンフリースチールの溶接可能化は難しいことは明らか
である。

このようなことから、（ｄ）のように抵抗シーム溶接に
よらない、レーザー溶接単独での製缶への試みも多くな
されている。レーザー溶接は突合せ溶接であり、鋼板の
通電性が溶接性に影響しないためティンフリースチール
も溶接可能であるが、缶の両端部に相当する凝固端部に
退けが発生するため高速化が困難であり、高速化が容易
で品質も安定している抵抗シーム溶接での解決が強く望
まれている。

〔発明が解決しようとする課題） 溶接過程において、通電は回転電極と鋼板との接触部で
行われる。溶接性が大きく異なる素材で比較しても、回
転電極と鋼板との機械的な接触面積はあまり変わらない
。しかしながら、実際に電流が流れている通電路面積は
通電性、即ち接触抵抗により決定され、溶接性が良好な
素材では広く、逆に溶接性に劣る素材では狭くなってい
ることが研究の結果明らかとなった。

ぶりきが溶接性に優れている理由は、先に述べたように
、表面のめっき層を構成するスズが軟らかく通電性を良
好にしているからであるが、言い替えると溶接中の通電
路面積が広いからである。

これに対し、溶接性が劣る素材ではスズのように通電を
良好にする物質が存在しないばかりか、ティンフリース
チールにおいては電気的不導体であるクロム水和酸化物
が表面を覆い通電性を劣化させ、溶接中の通電路面積が
狭くなっている。ティンフリースチールにおいて、表層
にあるクロム水和酸化物を機械的、さらには熱的に除去
してもぶりきと同等の溶接性確保がほど遠い理由は、ク
ロム水和酸化物の除去がブリキ表層のスズはど通電路面
積の大きな拡大効果を持っていないためである。

抵抗シーム溶接のように素材の加圧変形を用いた圧接プ
ロセスでは、電極と鋼板との接触面、鋼板同士の接触面
の状態が時々刻々変化しており、溶接中に通電路の位置
が動いたり、大きさが変化すること、即ち通電の安定性
に注目する必要がある０通電性、安定性の二つの特性は
、実際には通電性が良いものではその安定性が優れてい
るというように、関連深い性質のものである。即ち、ぶ
り幹では表層のスズが通電性を良好にするため通電路面
積がＷＡ械的な接触面積と同等となり、安定性も優れて
おり、良好な溶接性を実現している。

一方、溶接性が劣る素材においては、通電性、即ち通電
路面積が狭いだけでなく、電極と鋼板との接触状態の時
々刻々の変化とともに、電極と鋼板との接触部の中で通
電路の位置、大きさが変化し、通電の安定性が悪くなっ
ている。そのため、通電路に当たる部位は選択的に電流
が流れるため散りが発生しやすく、外観性能が悪化する
。−方、他の部位では電流が流れないため気密、強度を
溝足しないということになる。

通電性に劣るティンフリースチールのような素材の通電
路面積をぶりきなみに拡大することは非常に難しいとと
もに、実現できても過大なコスト高につながることが懸
念される０本発明は不安定性な通電性を安定させること
で、ティンフリースチールのように通電性に劣り溶接中
の通電路面積が狭い素材でも溶接を可能とする技術を＃
Ｍ供するものである。

〔課題を解決するための手段］ 本発明は、表面処理鋼板からなる溶接缶胴体を製造する
方法において、ブラング板表面の溶接される部位の溶接
線方向に熱的もしくは機械的手段によりミクロな突起を
形成し、その後抵抗シーム溶接することを特徴とする溶
接缶胴体の製造方法である。この場合、ミクロな突起は
溶接線方向に連続していても不連続でもよく、溶接幅方
向でみたとき溶接線上の一部が溶接されない部位に比べ
若干でも突起となり、溶接中に電流が流れる部位を限定
できれば十分である。

（作　用） 抵抗シーム溶接において、上下電極と鋼板との機械的接
触面積は鋼板の機械的特性、電極の曲率、加圧力等によ
り決定されるが、溶接過程においてはあまり変化しない
。ティンフリースチールのように溶接性に劣る素材を抵
抗シーム溶接すると、加圧変形を用いた溶接プロセスの
ため、上下電極と鋼板、さらには鋼板同士の接触状態が
時々刻々変化し、機械的接触面積に比べ電気的接触面積
が非常に小さな状態となり、通電の不規則性に影響が及
び、溶接中に通電路の大きさが変化したり、接触面内の
中で抵抗の低い部分を電流が選択的に流れ、通電の安定
性に劣る。

本発明のように接触抵抗の高い素材の鋼板表面にミクロ
な凹凸をつけると、機械的接触面積がミクロな突起部に
限定され、通電路がこの突起部に限定されるため通電路
が安定する。そのため、従来法において通電性に劣る部
位には電流が流れず溶接部形成にいたらない一方、通電
しやすい部位に選択的に電流が流れ敗り発生に至り、適
正範囲の確保が困難であったものが、安定な通電を得る
ことができるようにすることができ、従来溶接が困難で
あったティンフリースチールのような素材からなる溶接
缶を製造可能とする。

この場合、ミクロな突起の熱的形成手段としては例えば
レーザー等のエネルギービームの照射があり、機械的手
段としてはロールによる圧延、プレス加工等がある。

（実施例） それぞれ板厚が０．２２１１ｓｔの金属クロム量１００
ｍｇ／■３と水和酸化クロム１０　ｒａｇ／ｖ＋”から
なるティンフリースチール、ニッケル量５００　ｍｇ／
■２と水和酸化クロムｍ　１０　ｍｇ／ｍ’からなるニ
ッケルめっき鋼板、およびスズ量６００■ｇ／−２と水
和酸化クロム量１０　Ｂ／ａ＋２からなるＬＴＳ　（Ｌ
ｏｗ　Ｔｌｎ５ｔｅｅｌ）をブランク板に切断後、焼付
は塗装を想定した空焼きを行い、実験に供した。

ブランク板の溶接される部位の電極と接する面、溶接会
合面に相当する面の各々所定の位置にＹＡＧレーザーを
照射し、ミクロな突起の形成を行った。レーザー照射面
としては第１図に示すように■上下電極と接する面、溶
接会合上下面の計４面、■上下電極と接する面２面のみ
、■溶接会合上下面の２面のみ、ざらに■缶内面側に相
当する下電極と接する面１面のみの４通りを選び、溶接
前のラップ代０．４■のまん中となるようにブランク板
エツジより０．２ｍｍの位置にレーザー照射を行った。

ピーク出力１００　ＫＷ、出力時間１００ｎｓｅｃの１
にＨ２のパルス状にレーザーを発振させ、シールドガス
雰囲気の中１０　ｍ／ｗｉｎの速度でブランク板を所定
の位置に照射しつつ移動させることで、溶接線方向に０
．１６ｍｍピッチのミクロな突起を形成した。この突起
はレーザーの瞬間出力により熱的に鋼板表面が溶は形成
されたと考えられるが、５０μｍφ×１０μｍ高さの円
錐状のものであった。なお、レーザー照射時間が短いた
め裏面への影響はまったくなく、レーザーは貫通しなく
てもミクロな突起の形成は可能であることは言うまでも
ない。

各種鋼板に対し、レーザーにより所定の位置にミクロな
突起が形成されたブランク板と、比較のために突起形成
を行わなかったブランク板の各々−により形成されたミ
クロな突起は、ロールフォーマ−による圧潰等の形状の
変化はほとんどなかった。抵抗シーム溶接機は通常の製
缶に使用される銅ワイヤーを用いたシーム溶接機であり
、溶接速度４５　ｍ／ｗｉｎ　、溶接電流周波数４００
Ｈｚ、加圧力４５ｋｇｆで溶接を行った。

第１表に第１図の要領でレーザーによりミクロ突起を形
成した試験片での溶接結果を従来法のものと比較して示
す、従来法において溶接性が劣り、適正範囲が存在しな
いティンフリースチール、および適正範囲の狭いニッケ
ルめりき鋼板、ＬＴＳのいずれの鋼板においても明らか
にミクロな突起の形成により溶接性が向上している。ミ
クロ突起を形成した面の影響としては、上下電極との接
触面と上下の溶接会合面の４面すべてに照射したもの（
第１図■）が最良の結果であり、次に上下の電極との接
触酊に形成したもの（第１図■）、さらに上下溶接会合
面に形成したもの（第１図■）と下電極との接触面にミ
クロ突起を形成したもの（第１図■）とが同等の効果が
見られる結果であった。ミクロな突起を上下電極との接
触面のみに形成した場合と上下の溶接会合面のみに形成
した結果を比較すると、上下Ｎ８ｉとの接触面側に形成
した結果の方か良好なことから、従来法において電極と
の接触面における通電の不安定性みられたような溶接線
方向に不連続なミクロな突起形成ではなく、レーザーを
連続発振させ溶接線方向に一条もしくは数条の連続した
突起を形成させ同様の実験を行ったところ、同等の結果
を得ることがで診た。

なお、ここで言うところのミクロな突起の効果は溶接中
の通電域の限定と言うものであることから、レーザー光
としての効果でないことは言うまでもない、すなわち、
ここで述べたレーザーというのは一手段にすぎず、他の
機械的、熱的手段によりミクロな突起形成を行った場合
に同様の効果が生じることも言うまでもない。

第１表　各種素材、ミクロ突起形成面での適正条件◎：
Ｊ正範囲充分広い　　　　○：適適正範囲一Δ：適適正
範囲一　　　　　　×：適正範囲なし〔発明の効果〕 本発明の方法によれば気密性、強度と外観性に優れた溶
接缶胴体を広い適正範囲のもとで得ることができ、ティ
ンフリースチール等の廉価型素材製の従来にない新たな
缶、容器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はレーザー照射によるミクロな突起形成状況を示
す溶接方向に垂直に切った断面図である。 １・・・溶接缶胴体、２・・・ミクロな突起。 代　理　人　　弁理士　秋　沢　政　光信１名 第１図 の　　　　の

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　表面処理鋼板からなる溶接缶胴体を製造する方法にお
   いて、ブランク板表面の溶接される部位の溶接線方向に
   熱的もしくは機械的手段によりミクロな突起を形成し、
   その後抵抗シーム溶接することを特徴とする溶接缶胴体
   の製造方法。