JPS61289932A - レ−ザ溶接缶胴体 - 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） 本発明はレーザ溶接缶胴体に関し、さらに詳しくは表面
処理鋼板よりなる突き合せレーザ溶接缶胴体に関する。

（従来の技術） 従来の表面処理鋼板、例えばティンフリースチールより
なる突き合せレーザ溶接缶胴体の溶接部は例えば特開昭
５６−９１９９３−ＩＪの第１〜３図に示されているよ
うに、溶接のさいの加熱によシ組織に変化を生じた部分
（溶融凝固部を含む）の幅が約０，９朋と比較的広くな
っている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記の組織変化部およびその近傍における表面処理層は
、消失又は変質している。例えばティンフリースチール
の場合、本来の表面処理層は金属クロム層とその上のク
ロメート層よりなるのであるが、組織変化部およびその
近傍においては、その表面は鉄、酸化鉄、酸化クロムが
混在した層よシなっている。これらの層はそれ自体の耐
食性が劣シ、また地鉄との密着性も悪い。そのため塗料
の塗布などによって溶接部を補修しても、塗膜密着性が
劣シ、また特に缶胴体内面側の場合、満足な耐食性が得
られ難い。また、ネックイン加工あるいはビード加工を
行った溶接部の部分において、耐食性の低下が顕著であ
る。

（発明の目的） 本発明は、溶接部の耐食性と塗膜密着性、特に内面側の
それらの改善された、表面処理鋼板よりなる突き合せレ
ーザ溶接缶胴体を提供することを目的とする。

（発明の構成〕 本発明は、厚さ０．１２〜０．３５−の表面処理鋼板よ
りなる突き合せ部を有する缶胴成形体の、該突き合せ部
をレーザビーム溶接することにより溶接部を形成された
レーザ溶接缶胴体であって、該溶接部の溶融凝固部の、
外周幅（Ｗ、；Ｗ＋ｎ）および内周幅（Ｗ２　：簡）が
、下記式（１）　？　（２）を満足することを特徴とす
るレーザ溶接缶胴体、Ｗｔ＜０．３咽　　　　　・・・
・・・・・・・・・・・・（１）Ｗ〆５くＷ２くＷ１／
１６　　　・・・・・・・・・・・・・・・（２）を提
供するものである。

ここに表面処理鋼板とは、ティンフリースチール、錫め
っき鋼板、極薄ニッケルめっき鋼板、錫・ニッケル合金
めっき鋼板等を相称する。

（問題点を解決するための手段と作用）第１図は本発明
のレーザ突き合せ溶接缶胴体１の溶接部２近傍の模式図
を示したものである。１点鎖線３，３′の間の鋼の領域
Ａが溶融凝固部、１点鎖線３，３′と２点鎖線４，４′
の間の鋼の領域Ｂが、溶接のさいの加熱によシ、固相に
おいて鋼組織に変化を生じた部分（約７００〜１５００
℃に加熱された部分であり、　本明細書において組織変
化部とよぶ）であり、２点鎖線４，４′と３点鎖線５，
５′の間の鋼の領域Ｃが、溶接のさいの加熱によシ鋼組
織の変化はあまシ生じないが、表面処理層が変質した部
分（本明細書において熱影響部とよぶ）であシ、３点鎖
線５，５′の外側の領域りが、溶接のさい鋼組織の変化
や表面処理層ｄの変質の起らなかった部分（本明細書に
おいて正常部とよぶ）である。本明細書においては溶融
凝固部Ａ９組織変化部Ｂ、熱影響部Ｃを含めて溶接部２
とよぶ。

溶接缶胴体１がティンフリースチールよりなる場合、正
常部りの表面処理層ｄは金属クロム層とその上のクロメ
ート層よシなっている。熱影響部Ｃの表面層Ｃは酸化ク
ロム、鉄、酸化鉄が混在してなっていることが電子回折
によって確認されている。また組織変化部Ｂの表面層す
および溶融凝固部Ａの表面層ａは鉄および酸化鉄が混在
してなっている。

溶接缶胴体１が錫めっき鋼板よりなる場合は、正常部り
の表面処理層ｄは錫鉄合金層、その上の金属錫層、さら
にその上のクロメート層よシナっている。熱影響部Ｃの
表面層Ｃは錫・鉄合金、鉄。

酸化鉄が混在してなっている。場合により僅かの金属錫
が残ることもある。組織変化部Ｂの表面層すおよび溶融
凝固部Ａの表面層ａは、鉄、酸化鉄よシなっておシ、場
合によシ僅かの錫・鉄合金が残ることもある。

本発明において、上記缶胴体内面側の組織変化部Ｂの内
面幅Ｗ４および熱影響部の内面幅Ｗ６を好ましい範囲内
に保つために、溶融凝固部Ａの外周幅Ｗ１および内周幅
Ｗ２は前記式（１）および式（２）のＷ２〉Ｗ□１５を
満足する。この場合、例えばティンフリースチールにお
いて好ましい缶胴体内面側の組織変化部Ｂの幅Ｗ４は約
０２５罷以下、熱影響部の幅Ｗ６は約０．５ｍ以下とな
る。

通常ティンフリースチールの缶胴体においては缶内面側
の溶接部にてティンフリースチール表面皮膜の消滅ある
いは変質した部分では、本来のティンフリースチール表
面皮膜のある部分に比べて、金属表面自身の耐食性およ
び塗料密着性の面で当然劣るため、有機塗膜で補修した
溶接部の耐食性が溶接部以外の部分に比べて著るしく劣
る欠点が生じていたが、本発明におけるように、缶胴体
内面側の組織変化部Ｂの幅Ｗ４および熱影響部の幅Ｗ、
の値を極く狭い範囲内に保った溶接部２の内面に平均厚
さ３μｍ以上、好ましくは５μｍ以上の塗膜（プラスチ
ックフィルムを含む）を形成した缶胴体においては、そ
の溶接部２の耐食性はその他の部分に比べて殆んど低下
することがなく、かつビード加工あるいはネックイン加
工部においても耐食性が低下することなく、実用上好ま
しい耐食性能を得ることができることを見いだしたので
ある。このように上記溶接部の耐食性が殆んど低下しな
いのは、表面皮膜の変質部の巾が狭いため、その表面皮
膜の変質部の両端に存在する非変質部の影響により塗膜
密着性が殆んど低下しないためによるものと推測される
。

式（１）および（２）を満足する本発明のレーザ溶接缶
胴体を得るためには、突き合せ部に照射されるレーザビ
ームの径を比較的細くすること、およびレーザビームの
パワー密度を比較的大きくすることが必要となる。

レーザビームの径が比較的細い場合でも、レーザビーム
のパワー密度が比較的小さければ溶接可能な条件下では
通常溶融凝固部Ａの外周幅Ｗ１および内周幅Ｗ２の比Ｗ
１／Ｗ２　およびＷｌの値が犬きくなシ、同時に缶胴体
内面側の組織変化部Ｂの幅Ｗ４および熱影響部の幅Ｗ６
も大きくなるため、耐食性に好ましくない影響を与える
。

これは加熱溶融されるべき体積当りのレーザビームのノ
ｆワーが比較的小さいので、照射面の金属が溶融するま
でに時間が長くかがシ、さらに未溶融部のレーザビーム
の吸収率が低いため、内面側まで溶融するに要する時間
が長くなる。そのため溶接速度を遅くしなければならず
、従って熱伝導のため、溶融部とその周辺部間の温度差
が比較的小さくなるので、熱影響部の幅が拡大するもの
と推測される。

トくニティンフリースチールではレーザビームの吸収率
が低く、レーザビームのパワー密度が小さい場合の熱影
響部の幅の拡大の程度が顕著である。

従って、式（１）および式（２）のＷ　２　〉すを満足
する溶接部を有する缶胴体では溶融部からの熱伝導が比
較的小さくなるのであり、そのため缶内面側の熱影響部
の幅も比較的狭くすることができるため、好ましい溶接
部の耐食性を得ることができる。

また、溶融凝固部Ａの外周幅Ｗ１が０．３　ｍを越える
溶接部においては、溶融している部分の体積が大きくな
シ、そのため溶融部からの伝熱量も増加して、缶内面側
の熱影響部の幅が比較的広くなるため、好ましい溶接部
の耐食性を得ることが難かしい。

このように、式（１）および式（２）のＷ　２　〉”を
満ゴ「 足する溶接部を得るためには、缶外面側より照射スルレ
ーザビームのパワー密度を比較的大きくする必要がある
が、一方レーザビームのパワー密度を上げすぎたり、あ
るいは溶接速度を比較的に遅くするときレーザビームが
溶融部を突き抜けるため、内面側の溶融部が盛シ上がシ
、溶融した金属がはみ出て、組織変化部Ｂとの境界近傍
で不規則に凝固し、缶胴体内面側溶接部表面に比較的顕
著を補修したとき、凸部では塗膜が薄くなシ過ぎて金属
露出を生じ易く、また凹部では塗膜が厚くなりすぎて、
焼付けのさいに発泡を生じ易く、何れの場合も耐食性の
低下を招き易い。また顕著な凸部がビード加工あるいは
ネックイン加工部のもっとも加工の厳しい部分に当ると
塗膜の割れなどの損傷を生じやすい。しかしながら、式
（２）のｗ２くＷ−Ｌを満す溶接部を得る場合にはこの
ような欠陥１．６ は生じ難い。

（本発明の缶胴体の好ましい製造法の例）第２図に本発
明のレーザ溶接缶胴体を製造する装置を示す。第２図の
装置において、図示されていない缶胴成形機で平板状の
ブランクを丸めて形成された缶胴成形体１を、複数の外
側案内ロール３　ａｌｐ　３　ａ２　　ｐ　３　ｂｌ　
　ｐ　３　ｂｔ　　ｔ　３　Ｃおよび内側ロール４を有
するガイド装置５全通して、送り爪８を有するチェーン
コンベア９の送シ機構によって、軸方向に移送させなが
ら、端面２，２が密接した状態で、レーザビーム７をレ
ーザガン６よシ突き合せ部１０（端面２，２および近傍
部を含む）に照射して、溶接缶胴を作成する。

本発明のレーザ溶接缶胴体を製造するための溶接条件と
して、下記の式（３）　ｌ　（４）　？　（５）および
（６）を満足することが好ましい。

一、ｆＥ−−ｓ Ｉく１．２５−（１０ｖ＋３．５）　　　　・・・・・
・・・・・・・・・・（４）Ｉ〉０．７匹（１０−３ｖ
＋９　）　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・（
５）ｄ Ｏ８１８くｄく０．３０　　　　　・・・・・・・・・
・・・・・・（６）ここに■：レーザビームのパワー密
度（ｋ児佃２）ｔニブランクの板厚（爺） ｄ：レーザビームの直径（胴） ■＝溶接速度（叫／分） ここにレーザビームの直径ｄは、突き合せ部の外面、す
なわち照射面における、ビームの強度が、ビームの強度
分布（通常はガウス分布）のピーク値の１／ｅ２である
部分の直径として定義する。

またレーザビームのｉ４ワー密度■は、次の（＠）式か
ら求められる。

ここにｐはレーザビームの出力であって、集光レンズを
通過したレーザビームをパワーメータに照射して測定さ
れる。

・ぐワー密度工が比較的小さくて式（３）ヲ満さない条
件で製造された溶接缶胴体では、溶融部からの伝熱が著
るしく、溶融凝固部の外周幅Ｗ１が０．３ｒｒｒｍｆ越
えるか、または溶接速度を上げると比Ｗ□／Ｗ２が５を
越えることになシ、缶胴体内面の組織変化部Ｂの幅Ｗ４
および熱影響部の幅Ｗ６も比較的広くなるため、耐食性
に好ましくない影響を与える。

パワー密度■が比較的大きくて式（４）を満さない条件
で製造された溶接缶胴体では、式（２）のＷ２く５−を
満す溶接部を得ることが難かしく、缶胴体１．６ 内面側溶接部表面に比較的顕著な溶接方向に延び、る凹
凸部を生じ易いため、耐食性に好ましくない影響を与え
る。

さらに、パワー密度工が式（５）を満さない条件では強
度面および気密面にて満足すべき溶接部を有する缶胴体
を製造することが難かしい。

照射されるレーザビームの直径が０．３爺を越える条件
で製造された溶接缶胴体では、通常溶融凝固部の外周幅
Ｗ工がＱ、３ｍを越えることになり、缶胴体内面の組織
変化部Ｂの幅Ｗ４および熱影響部の幅Ｗ６も比較的広く
なるため、耐食性に好ましくない影響を与える。

また、照射されるレーザビームの直径が０．１８ｒｒｓ
ｆ下回わる条件では、式（３）、（４）および（５）を
満足するために・ぐワー密度■を比較的大きくする必要
があシ、そのため突き合せ部のすき間の比較的大きな部
分などでは溶接欠陥を生じゃすく、かっ溶難かしく、Ｗ
２〉−なる部分では缶胴体内面側１．６ 溶接部表面に比較的顕著な凹凸を生じる傾向にある。

本発明で用いられる表面処理鋼板の厚さは旧２〜０．３
５ｗｎであることが好ましい。その板厚が０．１２ａよ
シも薄いと、比較的小さなｉ９ワー密度のレーザビーム
でも溶融部を容易に突き抜けるため、全体に渡って式（
２）のＷ２く五を満足踵かつ缶内面側表面の比較的凹凸
の小さい溶接部を得ることが困難である。一方、表面処
理鋼板の板厚が０．３５ｍを越える場合、溶融凝固部の
外周幅Ｗ１が通常０．３０ｍ＋ｎを越え、かつ缶内面側
の熱影響部の幅が比較的広くなるため、耐食性に好まし
くない影響を与える。

実施例１および比較例１ クロム量が１００　ｍ９７ｍ２の金属クロム層と、１０
　ｍ９７ｍ２（金属クロム換算）のクロメート層を有す
る、板厚が０．２１　ｍのティンフリースチール薄板に
缶胴体の内面となるべき面にエポキシ・フェノール系塗
料で缶胴の溶接部近傍を未塗装部として残す、いわゆる
マージン塗装を行い、さらに外面となるべき面にもマー
ジン塗装を行った後、ブランク状に切断した。次に、こ
のティンフリースチールのブランクを丸めて、対向する
端面が突き合された状態で、内径５５．３ｍ、高さ１０
４．７■の缶胴成形体を形成し、との缶胴成形体を第２
図に示す装置によシ、第１表に示す種々の溶接速度（ｖ
）にて、種々の直径（ｄ）および出力（ｐ）のレーザビ
ームを突き合せ部に照射して溶接缶胴を作製した。

得られた溶接缶胴の溶接部の断面を５％ピクリン酸アル
コール溶液により約２分間腐食した金属組織より溶融凝
固部の外周幅Ｗ４および内周幅Ｗ２を測定した結果を第
２表に示す。

試料篇１および４．３の溶接部の溶接方向に垂直力方向
および平行方向断面金属顕微鏡写真（倍率１００）を夫
れ去れ、第３図（ａ）および（ｂ）ならびに第４図（ａ
）および（ｂ）に示す。写真において、上面が缶胴外面
、下面が缶胴内面であって、１１が溶接部、１２が溶融
部、１３が未溶融部である。

さらに、缶胴体内面側溶接部の表面皮膜を電子顕微鏡に
よって観察し、熱影響部の周方向の幅Ｗ６を推定した結
果を第２表に示す。

との缶胴の溶接部の内面側に、幅約５咽にわたってエポ
キシ・フェノール系塗料を塗布焼付した。

焼付後の塗膜厚は平均８〜１０μｍであった。次いでと
の缶胴をフランジ加工した後、内面塗装ティンフリース
チール製底板を２重巻締して缶体を作製した。

この缶体にかつお味付煮を充填し、内面塗装ティンフリ
ースチール製蓋板を２重巻締して密封缶詰とした後、こ
れを１１６℃×９０分レトルト殺菌処理した。この缶詰
を５０℃で６ケ月間貯蔵後開缶して、溶接部内面の腐食
状態を調べた。また６ケ月以内に生じた穿孔缶数を調べ
た。結果を第２表に示す。

第　　１　　表 ｍｇ／ｍ２（金属クロム換算）のクロメート層とヲ有す
る、板厚が０．１７ｍのティンフリースチール薄板から
実施例１と同様の手段にて、溶接缶胴体（内径５２．３
咽、高さ１３６．５■）を作成した。

そのさいの溶接速度（ｖ）およびレーザビームの直径（
ｄ）および出力（ｐ）ｆｆｉ第３表に示す。

得られた溶接缶胴の溶接部の溶融凝固部の外周幅Ｗ工お
よび内周幅Ｗ２の測定結果を第４表に示す・ 次に、との缶胴の溶接部の内面側に、エポキシフェノー
ル系塗料を塗布焼付した。焼付後の塗膜厚は平均６〜９
μｍであった。次いで、この缶胴をマルチビード加工、
ネックイン加工およびフランジ加工をし、塩化ビニル樹
脂系塗料を塗布したアルミ製イージーオープン蓋を二重
巻締し、５０％オレンジジー−スを９０℃で充填し、内
面にエポキシフェノール系塗料全塗装したティンフリー
スチール製蓋を二重巻締し、５５℃６カ月間貯蔵後開缶
して、缶内面溶接部の腐食状態および鉄溶出量を調べた
。結果を第４表に示す。

第　　３　　表 （発明の効果） 本発明によれば、特に溶接部内面側の耐食性と塗料密着
性が改善された、表面処理鋼板よりなる突き合せレーザ
溶接缶胴体を提供できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は突き合せレーザ溶接部の断面組織構造の例を示
す模式図、第２図は本発明の溶接缶胴体の製造に用いら
れる装置の例の縦断面図、第３図（＆）は、本発明の溶
接缶胴体の例の溶接部の、溶接方向に垂直な縦断面を示
すための金属顕微鏡写真、第３図（ｂ）は第３図（ａ）
の溶接部の溶接方向に平行で、第３図（、）のほぼＡ＝
Ａ線に沿って切られた縦断面を示すための金属顕微鏡写
真、第４図（、）は比較例である溶接部の、溶接方向に
垂直な縦断面を示すための金属顕微鏡写真、第４図（ｂ
）は第４図（ａ）の溶接部の、溶接方向に平行で、第４
図（、）のほぼＢ−Ｂ線に沿って切られた縦断□面図を
示すための金属顕微鏡写真である。 １・・・レーザ溶接缶胴体、２・・・溶接部、Ａ・・・
溶融凝固部、７・・・レーザビーム、１０・・・突き合
せ部。 第１図 第２図 第３図（ａ） 第３図（ｂ） 第４図（ａ） 第４図（ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）厚さ０．１２〜０．３５ｍｍの表面処理鋼板より
   なる突き合せ部を有する缶胴成形体の、該突き合せ部を
   レーザビーム溶接することにより溶接部を形成されたレ
   ーザ溶接缶胴体であって、該溶接部の溶融凝固部の、外
   周幅（Ｗ＿１：ｍｍ）および内周幅（Ｗ＿２：ｍｍ）が
   、下記式（１）、（２）を満足することを特徴とするレ
   ーザ溶接缶胴体、 Ｗ＿１≦０．３ｍｍ……………（１） Ｗ＿１／５≦Ｗ＿２≦Ｗ＿１／１．６……………（２）