JPH07164163A

JPH07164163A - シーム溶接用ワイヤ及びシーム溶接方法

Info

Publication number: JPH07164163A
Application number: JP34093893A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Yoshida; 光男吉田; Junichi Morita; 順一森田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-12-10
Filing date: 1993-12-10
Publication date: 1995-06-27

Abstract

(57)【要約】【目的】従来難しかったクロムめっき鋼板のシーム溶
接を可能ならしめるシーム溶接用ワイヤとシーム溶接方
法を提供する。【構成】表面硬度がビッカース硬度で１５０以上、３
００未満のシーム溶接用ワイヤによりクロムめっき鋼板
のシーム溶接性を向上させる。ワイヤ硬度はワイヤ引き
抜き加工時の加工硬化または銅合金硬化元素（錫、亜
鉛、クロム、アルミニウム、ニッケル、鉄、リン）添加
により制御する。また効果を顕著にするために、被溶接
材に接触するワイヤ平坦部幅を規定したシーム溶接方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシーム溶接用ワイヤ及び
シーム溶接方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】飲料缶等の缶胴接合に際しては、周知の
ごとくシーム溶接により接合するものである。缶用材料
としては錫めっき鋼板やクロムめっき鋼板等があるが、
このうちクロムめっき鋼板は安価で塗装耐食性が極めて
優れており飲料缶等に広く賞用されている。

【０００３】しかしてクロムめっき鋼板においては、金
属クロムの上層に生成せしめるクロム酸化物が通電を阻
害し溶接性を劣化させることから、溶接部を予め研削し
てめっき皮膜を除去する方法がある。しかしこの方法で
は、研削費用により製缶コストが増大するだけでなく、
研削粉が発生して作業環境悪化や製缶後の缶に付着して
製品の清浄性低下等をもたらし、また溶接部近傍の研削
部の耐食性が劣化するなどの問題も有している。そのた
め事前の研削なしの溶接を可能ならしめる試みもなされ
ている。例えば金属クロム表面に微細な凹凸を生成せし
めて、溶接時の電極（ワイヤ）加圧により凸部で酸化物
を破り、ラップした２枚の鋼板の接触面において両面の
金属クロム同士を直接接触させることにより通電を確実
にして溶接性を向上させることが知られている（特開昭
６１−２８１８９９）。

【０００４】シーム溶接においては、図１の溶接状況を
示す断面図に示すごとく、ワイヤ１Ａ、１Ｂとクロムめ
っき鋼板２Ａ、２Ｂ（以下鋼板と略記する）との接触、
鋼板２Ａと鋼板２Ｂとの接触がある。前記特開昭６１−
２８１８９９の方法では、前者の接触においては鋼板２
Ａ、２Ｂの表面はクロム酸化物層の下層に硬度の高い金
属クロムによる微細な凹凸を有する。しかし、ワイヤ１
Ａ、１Ｂの表面硬度は、通常はワイヤ材質として導電性
と熱伝導性に優れた純銅が用いられるためにビッカース
硬さで約１００程度と低く、そのために接触面で鋼板側
微細凸部に対応するワイヤ面ではワイヤのへこみ変形が
容易に起こり、酸化物が破壊されにくい状況となってい
る。一方、後者の鋼板２Ａと鋼板２Ｂとの接触面は、互
いにクロム酸化物層の下層に硬度の高い金属クロムによ
る微細な凹凸を有しているために接触加圧時には容易に
酸化物層の破壊が生じる。本発明者等の実験によれば、
例えば前者の接触抵抗は１２．０ｍΩ、後者の接触抵抗
は０．０５ｍΩであり、圧倒的に前者の比率が高く、該
接触抵抗を低くしない限り溶接性の向上は望めない。

【０００５】この点を解決する試みとしては、銅ワイヤ
表面にクロムめっき、ニッケルめっき、鉄めっき等を施
して表面硬度を高める方法（特公平５−１５２）、銅ワ
イヤ表面にＮｉ−Ｐめっき、Ｎｉ−Ｂめっき等を施して
表面硬度を高める方法（特開平２−１２２０３６）等が
知られている。しかし、これらの方法は該銅ワイヤ製造
工程においてめっき処理工程が必要となり製造コストが
高くなるとともに、めっき層がワイヤ表面に局在してい
るために溶接時の熱で該めっき金属のヒュームが溶接部
周辺に発生して作業環境を悪化させ、またはその対策と
してヒュームの吸引設備が必要になり溶接コストが高く
なるなどの問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
ワイヤと鋼板との接触抵抗が大きい問題を有利に解決
し、クロムめっき鋼板のシーム溶接性を向上させるため
になされたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、表面硬度がビッカース硬度で１５０
以上、３００未満のシーム溶接用ワイヤである。また銅
および不可避的不純物からなる前記のシーム溶接用ワイ
ヤであるか、重量％で錫０．０５〜５％、亜鉛０．０５
〜２０％、クロム０．０５〜５％、アルミニウム０．０
５〜５％、ニッケル０．０５〜５％、鉄０．０５〜５
％、リン０．０１〜０．０５％からなる銅基合金硬化元
素群の１種または２種以上を含有し、残部が銅および不
可避的不純物からなる銅基質合金であることを特徴とす
る前記のシーム溶接用ワイヤである。

【０００８】またさらに鋼板表面の下層に金属クロム、
その上層にクロム酸化物を形成せしめたクロムめっき鋼
板をラップし、該ラップ部をシーム溶接法により接合す
る場合に、前記のシーム溶接用ワイヤの被溶接材との接
触相当部に平坦部を形成した後に溶接部に供給し、該平
坦部幅を被溶接材のラップ代の１倍〜３倍に調整するこ
とを特徴とするシーム溶接方法である。

【０００９】

【作用】缶胴のシーム溶接においては、溶接部には図１
に示すようにワイヤと被溶接材、被溶接材同士の全部で
接触面が３つあり、良好な溶接性を確保するにはこれら
すべての接触面の接触抵抗を低くすることが必要であ
る。周知のようにクロムめっき鋼板の表面皮膜は、鋼板
上の金属クロム層とその上層のクロム酸化物とから構成
されており、金属クロムはビッカース硬度が約８００〜
１０００程度と非常に硬く、特に素地鋼板の表面凹凸等
の影響を受けて金属クロム層が微細に凹凸形態を形成し
ている場合には、鋼板と鋼板を接触加圧すると凸部にお
いて容易に上層の酸化物層の破壊が起こり、両側の金属
クロム同士が直接接触するようになり、電気的導通が確
保されて接触抵抗が低くなる。

【００１０】一方、鋼板とワイヤの接触面においては、
従来用いられる純銅ワイヤの硬度がビッカース硬度約１
００と金属クロムに比べて低く、加圧されても銅ワイヤ
が容易に変形するためクロム酸化物の破壊が起こり難
い。そこで、本発明者等は種々実験を行なった結果、ワ
イヤの表面硬度をビッカース硬度１５０以上３００未満
とすると、加圧時に鋼板側の金属クロム凸部に対応する
ワイヤ面においてもへこみ変形が起こりにくく、金属ク
ロムとワイヤに挟まれたクロム酸化物層の破壊が容易に
起こることを見いだした。さらに、ワイヤ表面硬度を前
記範囲に制御することにより、シーム溶接部の３つの接
触面（ワイヤと被溶接材との接触面、被溶接材同士の接
触面）すべてにおいて接触抵抗が低く維持されて、良好
な溶接性が発揮される。

【００１１】本発明において重要な点は、前述のように
ワイヤの表面硬度を所定の範囲に制御することである
が、その手段として従来用いられている純銅ワイヤの表
面にクロムやニッケル等の硬質金属等を電気めっき、溶
融めっきあるいは蒸着めっき等の方法でめっきすること
が考えられる。しかしその場合には該銅ワイヤ製造工程
においてめっき処理工程が必要となり製造コストが高く
なるとともに、めっき層がワイヤ表面に局在しているた
めに溶接時の熱でめっき金属のヒュームが溶接部周辺に
発生して作業環境を悪化させ、またはその対策としてヒ
ュームを吸引する場合には、そのための設備が必要であ
り溶接コストが高くなるなどの諸問題がある。

【００１２】本発明は、これらの問題を回避しつつ、ワ
イヤの表面硬度を所定の範囲に制御したものを提供する
ものであり、具体的には、銅ワイヤ製造工程での引き抜
き加工時の加工硬化や、銅への錫、亜鉛、クロム等の合
金元素添加によりワイヤ表面硬度を制御するものであ
る。本発明はさらに、ワイヤ表面硬度を制御することに
よるクロムめっき鋼板のシーム溶接性向上をより効果的
にするために、シーム溶接方法を提供する。

【００１３】本発明における表面とは、おおよそ最表面
から０．０１〜０．１μｍの深さを意味しており、最低
この厚さの表面硬度を本発明の規定する硬度にすれば効
果が発揮されるが、本発明のワイヤでは表面硬度と内部
硬度とがほぼ同じでもかまわないし、表面に比べ内部の
硬度が低くてもかまわない。ワイヤの表面硬度は、ビッ
カース硬さで１５０以上、３００未満が良い。ビッカー
ス硬度が１５０未満では柔らか過ぎて、接触するクロム
めっき鋼板上のクロム酸化物層を破壊する効果が乏し
い。ビッカース硬さが３００以上の場合、クロム酸化物
層破壊効果がほぼ飽和するのに対し、ワイヤを偏平に加
工する際の変形抵抗が過大になるなどの弊害が大きくな
り不利となる。

【００１４】ワイヤの表面硬度をビッカース硬度１５０
以上、３００未満に制御するには、銅ワイヤ製造工程で
の引き抜き加工とその後の熱処理条件を適宜選定すれば
よい。つまり引き抜き加工後には加工硬化によりワイヤ
の表面硬度は増大し、その後の熱処理により表面硬度は
低下し易いので、両者の条件を選べば硬度の制御が可能
となる。

【００１５】ワイヤの表面硬度をビッカース硬度１５０
以上、３００未満に制御する他の方法としては、銅に
錫、亜鉛、クロム、アルミニウム、ニッケル、鉄、リン
からなる銅基合金硬化元素群の１種または２種以上を添
加する方法がある。これらの元素の添加により銅合金の
硬度は増大し、その程度は合金元素添加量が多いほど大
きい。上記元素群に属する元素の添加量は、重量％で錫
０．０５〜５％、亜鉛０．０５〜２０％、クロム０．０
５〜５％、アルミニウム０．０５〜５％、ニッケル０．
０５〜５％、鉄０．０５〜５％、リン０．０１〜０．０
５％が好ましい。上述した各合金元素の添加量は、下限
値未満では硬度増大効果が不十分で、上限値超では硬度
増大効果が飽和して経済的に不利となる。

【００１６】本発明におけるシーム溶接性向上は、シー
ム溶接用ワイヤの表面硬度を従来の純銅ワイヤに比べて
高めに制御して、ワイヤと接触するクロムめっき鋼板の
クロム酸化物層を破壊することによると本発明者等は考
えており、これをより効果的に具現化するには、ワイヤ
とクロムめっき鋼板との接触圧力を可能な限り高めるの
が望ましい。現在通常実施されているのはマッシュ型シ
ーム溶接、つまり被溶接材のラップ部をラップ代全体に
わたり、溶接時の高温状態において電極加圧力で圧延し
て、ラップ部の厚みを母材厚みの２倍よりも薄くする溶
接方法である。

【００１７】この場合、ワイヤ電極はローラー等により
圧延されて、被溶接材に接する部分を平坦にされるが、
その平坦部分の幅（図１においてＬ２）は、たとえば、
第１回ＮｏｒｔｈＡｍｅｒｉｃａｎＴｉｎｐｌａ
ｔｅＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＣｈｉｃａｇｏＯｃｔ
ｏｂｅｒ１５−１６．１０．１９８５）で、Ｗｏｌｆ
ｇａｎｇＷｅｉｌが“ＴｈｅＬａｔｅｓｔＤｅｖ
ｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｎＳｏｕｄｒｏｎｉｃＷｅｌ
ｄｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＣａｎＭａ
ｋｉｎｇ”と題して発表した例では、ラップ代（図１に
おいてＬ１）の約３．５倍となっており、ラップ部がワ
イヤ平坦部からはずれないように平坦部が比較的広めに
とられるのが通例である。しかし、本発明者らは種々の
実験を行なった結果、ワイヤ平坦部幅によりクロムめっ
き鋼板のシーム溶接性が異なり、ワイヤ平坦部幅が被溶
接材のラップ代の１倍ないし３倍のときに溶接性が良好
となることを見いだした。これはワイヤ平坦部幅が狭い
ほどワイヤと被溶接材のクロムめっき鋼板との接触部で
の圧力が大きくなり、クロム酸化物層の破壊が生じ易く
なるためと考えられる。しかしながら、ワイヤ平坦部幅
がラップ代の１倍未満では溶接部のマッシュが十分にな
されず良好な溶接部品質が得られない。

【００１８】ワイヤおよび溶接時のワイヤ形状以外の溶
接条件、例えば溶接速度、電極加圧力、溶接電流値、溶
接電流波形、溶接電流、周波数等は特に規定するもので
はなく、通常のシーム溶接で用いられるものであればか
まわない。

【００１９】次に、本発明で用いるクロムめっき鋼板
は、鋼板上に下層に金属クロム、その上層にクロム酸化
物を有する、通常の缶用クロムめっき鋼板で良い。鋼板
表面には通常、粗度と称する微細な凹凸があり、クロム
めっき後もこの粗度はそのまま存在する。この微細な凹
凸のために、図１での３つの接触面全てにおいて、加圧
時に鋼板上のクロム酸化物の破壊が生じる。またクロム
めっき鋼板の表面に金属クロムの微細凹凸が形成されて
いればさらにクロム酸化物の破壊が生じ易いのでシーム
溶接性は良好となる。

【００２０】またクロムめっき量は特に規定するもので
はないが、缶用鋼板としては、金属クロムが２０〜２０
０ｍｇ／ｍ² 、その上層にクロム酸化物３〜２０ｍｇ／
ｍ²（クロム量として）で十分である。このまま缶用鋼
板として用いることができるが、例えばクロムめっき時
に生成したクロム酸化物をめっき液あるいはドラッグア
ウトタンク浴への浸漬または水洗等により除去し、Ｃｒ
Ｏ₃ を主剤とする別浴で電解等により均質な新たなクロ
ム酸化物を金属クロム上に生成せしめたクロムめっき鋼
板を用いてもかまわない。

【００２１】

【実施例】次に本発明の実施例を比較例とともに挙げ
る。

【００２２】クロムめっき鋼板としては、めっき原板は
低炭素鋼で板厚０．１９ｍｍであり、ＣｒＯ₃ を主剤と
する浴中で５０Ａ／ｄｍ² で８回に分けて陰極電解して
９０ｍｇ／ｍ² の金属クロムと１２ｍｇ／ｍ² のクロム
酸化物を析出させた。また接触抵抗測定前、溶接テスト
前に２１０℃×２０分の空焼きを施した。

【００２３】ワイヤとしては、ワイヤ直径は１．８ｍｍ
で、ローラーにより平坦部を形成した。実施例１〜７、
比較例３は銅に合金元素を添加し硬度を調整した。また
実施例８は、銅線製造工程で引き抜き加工後の熱処理を
省略した。表面硬度は荷重１０ｇでのビッカース硬度に
より測定した。

【００２４】また溶接時のヒューム発生量として、溶接
時に溶接箇所の空気を吸引して、０．５μｍ以上の粒子
を捕捉するフィルターを通し、フィルターを元素分析機
能付きの走査型電子顕微鏡にて分析し、１ｍ³ 当たりの
クロム粒子の数を算出した。

【００２５】接触抵抗は所定の偏平加工したワイヤを巻
き付けた電極輪により、２枚重ねした供試鋼板を上下よ
り５０ｋｇｆで加圧し、１Ａの微小電流を流し、板〜板
及び板〜電極（銅ワイヤ）間の電圧を測定し、接触抵抗
を算出した。（鋼板、銅ワイヤのバルク抵抗は、接触抵
抗に比べ小さいので無視できる。）

【００２６】さらに溶接を行ない適正溶接電流範囲を求
めた。シーム溶接は溶接速度５０ｍｐｍ、電極加圧力５
０ｋｇｆ、溶接電流波形は正弦波、周波数４００Ｈｚで
実施した。適正電流範囲の下限は溶接強度、上限は散り
発生により決定した。

【００２７】表１に上記試験結果をまとめて示す。本発
明の実施例は電極〜板の接触抵抗も小さく、適正溶接電
流範囲も広く、かつヒュームの発生もなく、クロムめっ
き鋼板を工業的にシーム溶接するのに適している。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【発明の効果】本発明のシーム溶接ワイヤやシーム溶接
方法を用いると、鋼板〜ワイヤ接触面近傍での局部発熱
や散り発生が改善でき、良好なシーム溶接が可能とな
る。また、溶接時のヒューム発生もなく、良好な溶接作
業環境を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】シーム溶接方法の溶接部断面構成を示す説明図

【符号の説明】

１Ａ、１Ｂワイヤ２Ａ、２Ｂ鋼板Ｌ１ラップ代Ｌ２ワイヤ平坦部幅

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面硬度がビッカース硬度で１５０以
上、３００未満のシーム溶接用ワイヤ。
【請求項２】銅および不可避的不純物からなる請求項
１記載のシーム溶接用ワイヤ。
【請求項３】重量％で、錫０．０５〜５％、亜鉛０．
０５〜２０％、クロム０．０５〜５％、アルミニウム
０．０５〜５％、ニッケル０．０５〜５％、鉄０．０５
〜５％、リン０．０１〜０．０５％からなる銅基合金硬
化元素群の１種または２種以上を含有し、残部が銅およ
び不可避的不純物からなる銅基質合金であることを特徴
とする請求項１記載のシーム溶接用ワイヤ。
【請求項４】鋼板表面の下層に金属クロム、その上層
にクロム酸化物を形成せしめたクロムめっき鋼板をラッ
プし、該ラップ部をシーム溶接法により接合する場合
に、請求項１ないし３記載のシーム溶接用ワイヤの被溶
接材との接触相当部に平坦部を形成した後に溶接部に供
給し、該平坦部幅を被溶接材のラップ代の１倍〜３倍に
調整することを特徴とするシーム溶接方法。