JPS62270286A - ブリキ製光輝溶接シ−ム罐の製法 - Google Patents

ブリキ製光輝溶接シ−ム罐の製法

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JPS62270286A
JPS62270286A JP5528787A JP5528787A JPS62270286A JP S62270286 A JPS62270286 A JP S62270286A JP 5528787 A JP5528787 A JP 5528787A JP 5528787 A JP5528787 A JP 5528787A JP S62270286 A JPS62270286 A JP S62270286A
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陽一 北村
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堀田 久志
Makoto Ito
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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】 3、発明の詳細な説明 本発明は、継目の外観、耐腐食性及び塗料の密着性に優
れたブリキ製光輝溶接シーム罐の製法に関するもので、
より詳細には側面継目の内外表面部に特定の厚みの酸化
物表面層と鉄−スズ合金の中間層とを形成させることに
より上言己特性を改善したブリキ製光輝溶接シーム罐の
製法に関する。
スズメッキ鋼板即ちブリキは製罐用素材として最も古く
から使用されている耐食性や塗料密着性更に加工性に優
れた素材である。ブリキ製の罐は一般に製罐用素材を円
筒状に成形し、その両端縁部をハンダを用いてラップシ
ーム、ロックシーム或はこれらの組み合わせシームに接
合することからなっている。しかしながら、この製鑵方
法ではシーム部にかなりの面積が必要であり、資源節約
の点で問題があるとともに、食品鑵の場合にはハンダに
よる好ましくない影うもあり、ハンダ環に代わる製鑵法
が望まれている。
従来、ハンダ環に代わる製鑵法として絞りしごき加工に
よる無継目(シームレス)罐がある分野では用いられて
いるが、無継目罐は圧力による罐胴側壁の変形が犬であ
るため、バキューム罐、即ち内容物をレトルト殺菌する
用途の罐に用いることは不合理である。ハンダ環に代わ
る製鑵法の他の例として線用素材の両端縁部を溶接によ
りラップ(重ね合わせ)接合した溶接部も既に知られて
いる。このような溶接部は、ラップシーム部の面積がハ
ンダ環に比して著しく小であり、更にハンダのような格
別の接合側を必要としないという利点を有しているが、
公知のブリキ製溶接シーム罐は、継目の外観、耐腐食性
及び塗料の密着性において未だ十分満足し得るものでは
なかった。
溶接シーム罐の製造は、線用素材を円筒状に成形するこ
とによって形成される重ね合わせ部を、上下一対の電極
ローラー間に通過せしめるか、或は電極ワイヤーを介し
て上下一対の電極ローラー間に通過せしめるかして、重
ね合わせ部を電気抵抗溶接することにより行なわれてい
る。
線用素材がブリキである場合には、ブリキ表面のメッキ
されたスズによる電極ローラーの(う染とスパークエロ
ージョンによる電極ローラーの損傷のために、ローラー
電極法では実用上ブリキの溶接シーム罐は製造できず、
電極ワイヤーを介して上下一対の電極ローラー間を通過
せしめる電極ワイヤー溶接方式が用いられる。本発明は
この電極ワイヤーシーム溶接法を用いるブリキ溶接シー
ム罐の製法に関するものである。
電極ワイヤーを用いるシーム溶接を行なう時溶接に際し
て溶融したスズメッキ層が電極部材に径行したり或はヒ
ユームとなって飛散するため、スズメッキ層による保護
効果が失われ、表面に黒色乃至青色の酸化鉄(Fe30
4と思われる)が容易に形成されるのである。このよう
な酸化鉄の被膜は一般に700乃至3000人もの厚み
に達するものであり、継目の外観不良、耐腐食性の低下
及び塗膜の密着不良等の欠点をもたらすことになる。
従って本発明の目的は、継目の外観特性、耐腐食性及び
塗料の密着性に優れたたブリキ製光輝溶接シーム罐の製
法を提供するにある。
本発明の他の目的は、溶接による側面継目の内外表面部
における酸化物表面層の形成が従来の溶接部のそれに比
して極めて薄い厚さに制限され、しかも従来の酸化鉄層
に代わって緻密で耐腐食性等に極だって優れている鉄−
スズ合金からなる中間層が保持された新規な層構成を有
するブリキ製光輝溶接シーム罐の製法を提供するにある
本発明の更に他の目的は、レトルト殺菌を行う食鑵とし
て特に有用なブリキ製光輝溶接シーム罐の製法を1是供
するにある。
本発明によれば、製罐用ブリキ素材を円筒状に成形し、
形成される重ね合せ部を電極ワイヤーを介して一対の電
極ローラー間に通過させることにより電気抵抗溶接を行
ない、この溶接操作を不活性7囲気中で行なうと共に溶
接部の表面温度が550℃に低下するまでの雰囲気を不
活性:囲気とし、且つ該表面温度が溶接温度から550
℃に低下する冷却速度を100乃至900℃/秒の範囲
とすることを特徴とするブリキ製光輝溶接シーム罐の製
法が提供される。
本発明によるブリキ製光輝溶接罐では、側面継目の内外
表面部は、最外層に50乃至400オングストロームの
鉄及びスズの酸化物から成る層及び次の層に元のブリキ
素材中の全スズ層の厚みの5乃至100%の厚みを有し
、しかも元のブリキ素材に比して厚みの増大された鉄−
スズ合金層から成る中間層を有し且つ前記内外表面部は
ブリキ素材の60%以上の反射率を有する。
本発明による溶接シーム罐を示す第1図において、製罐
用ブリキ素材1を円筒状に成形し、その両端縁部2,2
を重ね合わせ、後に詳述する特定の溶接手段により接合
して側面継目3を形成する。この側面継目3の内外表面
部を拡大して示す第2図において、本発明による溶接部
は鋼基質4の上に形成された鉄−スズ合金からなる中間
層5及びその上の酸化物層6を備えており、ここで酸化
物6の厚みか50乃至400人の厚みに制限されている
こと及び鉄−スズ合金層5の厚み(スズ量基準)が製罐
用ブリキ素材1におけるそれよりも増大しており、しか
もFe:Snの原子比が1:1乃至1:2の層が明確に
存在していることが顕著な特徴である。
一般に製罐用ブリキ素材においては、全スズ層の厚みは
0.38乃至1.52ミクロン程度のものであり、金属
スズ層と鋼基質との間には必ず鉄−スズ合金層が存在し
ている。この鉄−スズ合金層の厚みはブリキの製造法に
よっても若干相違するが、ブリキ製造時のりフロ一工程
(スズの融点232℃付近への加熱工程)によって生じ
たFeSn2主体の鉄−スズ合金層であって、メッキス
ズ量によっていくらか異なるが大体0.3〜0.8g/
m’ (らいの範囲にあり、全スズ量の厚い場合で5〜
10%、全スズ量の薄い場合で10〜30%の値となる
ような比較的薄いものである。しかして、従来の溶接線
においては、接合部の表面において金属スズ層は前述し
た原因により殆ど除去され、鉄−スズ合金もFe:Sn
の原子比が1:1乃至1:2の層の存在が失われるとも
に、金属スズ層に代わって、酸化鉄層が700乃至30
00人の厚みに形成されるのである。
これに対して、本発明による溶接線においては、鉄−ス
ズ合金層の厚みが元のブリキ素材のそれに比して増大さ
れると共に、Fe:Snの原子比が1.1乃至1:2の
範囲内にある合金層が保持され、しかも銖及びスズの酸
化物層の厚みは前述した50乃至400人の極めて小さ
いレベルに抑制されるのである。本発明による溶接線に
おいては、上述した緻密な鉄−スズ合金の層としての存
在が維持されることにより、接合部の耐腐食性が顕著に
向上するとともに、外観特性も著しく改善されるのであ
る。しかもこの合金層の上に著しく薄くその結果、外観
に悪影響を与えないような酸化物層が形成されることに
より、塗膜との密着性が著しく向上し、塗装鑵とした時
の耐食性を一層向上させることが可能となる。
かくして、本発明による溶接線の内外表面部はブリキ素
材そのものと殆んどかわらない外観を有し、その光線反
射率はブリキ素材の60%以上、特に80%以上の値を
示す。
鉄−スズ合金層の厚みは、後述する実施例に示す通り、
蛍光X線法で測定できる。この厚みはまた、走査型電子
顕微鏡X線マイクロアナライザーでも測定することがで
きる。
本発明による溶接線の継目において鉄−スズ合金層5の
組成は、特に制限されないが、Fe:Snの原子比が1
:1乃至1:2の範囲にあるものを含み、後述する表面
分析の結果の第3図からみると次のような構造となって
いるものと思われる。すなわち表面のスズからベース金
属の鋼基質の部分へ向って、Sn+FeSn2. Fe
Sn2. FaSn2+FeSn、 Fern。
(FeSn、+Fe)、 FeSn+Feと順次組成が
変化していると考えられる。この合金層は、従来のいわ
ゆるブリキの合金層のようにスズ層、合金層、wI層と
明瞭には分離しにくいものであるが、第3図から少なく
とも鉄−スズ合金が層をなすと判断でとる。
これに対し比較例となる大気中の溶接の場合には、その
表面分析の結果を第4図に示したが、表面スズが酸化し
、揮散するためと、溶接後の冷却中に急速に拡散してし
まうため、その構造は上記と異なり、表面の鉄酸化物層
の次にはその母材の鋼中に分散した鉄−スズ合金は存在
するが、いわゆる緻密な合金「層」を形成するに至らず
鋼中に拡散した形となっている。
次に酸化物層6は主として酸化鉄の連続層7 h)らな
るが、酸化スズ層8も島状となっているか或は連続層と
なって混在する。酸化スズ層8と共に金属スズ層9が存
在することもある。
鉄−スズ合金層の厚みが上記範囲よりも小さい場合には
、耐食性の点で満足な結果が得られない。また、酸化物
層の厚みが上記範囲よりも大きい時には、外観特性の点
で不満足なものとなるとともに、塗料の密着性がやはり
低下するようになる。
本発明による溶接線において、側面継目の幅は罐の径に
よっても相違するが、02乃至1.2mmのような比較
的小さい幅でよく、罐用素材の使用口を少なくできるこ
とも本発明の利点の1つてあス ゴ11上妥オオレ1で
雷竺7ブ4111社弼紹小ろ杖リフローブリキ板もノー
リフローブリキ板の何れも使用できる。スズメッキ量は
、1.12乃至11,2g/m2のものがよく板厚は0
.15乃至0.50mmのものが好適である。
本発明に従いブリキ製光輝溶接シーム罐を製造するにあ
たっては、守らなければいけない幾つかの制限が存在す
る。側面継目の電気抵抗溶接は、罐用素材を円筒状に成
形し、形成される重ね合せ部を電極ワイヤーを介して上
下1対の電極ローラー間に通過せしめることによって行
なわれるが、この溶接操作を不活性:囲気中で行い、且
つ溶接部の表面温度が550℃に低下するまでの雰囲気
を不活性雰囲気とすることがまず重要である。溶接雰囲
気及びその後の放冷雰囲気を不活性雰囲気即ち非酸化性
:囲気とすることは、酸化物の層厚を減少させ且つ合金
層の厚さを増大させるという点で二重の作用効果を有し
ている。即ち、溶接雰囲気が空気のような酸化性の雰囲
気である場合には、溶融されたスズ層が酸化スズヒユー
ムとなって溶接部の表面から除かれ、ス)1層による保
護被膜効果が失われ或は減殺されることになる。更に酸
化性雰囲気の存在は、鉄−スズ合金層の酸化によるポー
ラス(多孔質)な酸化鉄の生成をもたらすことになる。
溶接雰囲気及びその後の放冷雰囲気を不活性とすること
により、スズ層による保護被覆効果が失われることなく
保持され、更にポーラスな酸化鉄の生成が有効に抑制さ
れる。不活性雰囲気としては、窒素、アルゴン、ネオン
等を使用することができる。上述した不活性気体の気流
中に溶接接合部を保持して作業を行なうのが好ましいが
、上記気体を充填した密閉容器内で作業を行ってもよい
また、上述した層構成の内外表面部を有する溶接継目を
形成するためには、更に前記電極部材の印加圧力を20
乃至90kg/fJ接点の範囲とすることも極めて重要
である。電気抵抗溶接を有効に行うためには、電極部材
と素材間及び重ね合わされた素材間の密接による電気的
導通を高める必要があるが、このような接触圧力の増大
は接合部の外表面に存在する金属スズの電極部材への8
行や溶接部分以外へのはみ出しにより、スズ層による保
護被覆効果を失わせることになる。電極部材の印加圧力
を上記範囲とすると、良好な電気的導通を維持しながら
、金属スズの電極部材への8行や溶接部分以外へのはみ
出しの量を極めて少ないレベルに抑制し、スズ層による
保護被覆効果を増大することができる。尚、本発明の溶
接部の製造にあたっては、電極部材の印加圧力を比較的
小さい値とするため、重ね合わされた素材の凹凸を避け
、平滑性か維持されるように留意すべきであり、電極部
材としても機械的精度や仕上げのよい部材を使用すべき
である。
電気抵抗溶接の電源としては、交流、直流、整流波等の
任意の電源を使用でき、電圧及び電流は、従来溶接部の
製造に一般に使用されている範囲のものでよい。
更に上述した溶接継目を形成させるためには、継目の外
表面温度が溶接温度(約750乃至1450℃の範囲に
ある)から550℃に低下すス玲#l:市ぽhく100
ア1左Qn(1℃/f)1尾6賃開とすることも重要で
ある。この冷却速度は、鉄−スズ合金層の厚み並びに緻
密さ及び酸化物層の厚みと密接に関連している。即ち、
冷却速度が上記範囲よりも大ぎい時には、合金層の厚み
が元のブリキの合金層の厚みとそれほど変らない。更に
冷却速度が上記範囲よりも小さい場合には、Fe:Sn
 =1=1乃至1;2の合金層の存在が失われるととも
に酸化物層の厚みが本発明で規定した範囲よりも犬とな
る傾向がある。冷却速度を上述した範囲に維持すること
により、諸特性の上で最も好ましい厚みの酸化物層と緻
密な鉄−スズ合金層を形成させることができる。溶接継
目の外表面の冷却速度を上記範囲に調節する操作は、不
活性気体の併給速度を調節することにより、最も簡便に
行なわれる。勿論、一定の速度の不活性気体の気流中で
の製鑵速度(罐の送り速度)を調節することによっても
、冷却速度を調節できる。
本発明によるブリキ製光輝溶接シーム罐は、媛れた継目
の外観、耐腐食性及び塗料の密着性を有するため、非塗
装罐、部分塗装鑵或は全面塗装罐の形で、内容物をレト
ルト殺菌するバキューム罐、炭酸飲料等を充填する内圧
罐、エアゾール容器等として種々の分野に用いることが
できる。
本発明の優れた作用効果を次の例で説明する。
実施例の測定及び評価は次の方法で行った。
五定去相 (1)表面酸化膜厚;溶接端より溶接ラップ部のみを切
り取り、テープで貼り合わせ、はぼ8X8mmとし、サ
ンプルとする。このサンプルの表面を^rガスでエツチ
ングしながら、Sn、 0. Feの原子濃度比を測定
した。
酸化物中の酸素は15人/分の割合でエツチングされ又
、エツチングしていくと酸素は原子濃度比10〜20%
でほぼ一定となるため、酸化膜厚としては酸素が20%
以上の部分とした。
(2)合金スズ量:溶接端より溶接ラップ部のみを切取
り、テープで貼り合わせ、はぼ+5X15北としサンプ
ルとする。これをNaOH液中で電解処理して溶接部表
面の遊離のSnを除去する。その後蛍光X線で合金中の
5nNを定量した。
(3)反射率;溶接ラップ部のみを切り取り、長さ20
mmで13木を貼り合わせ約110X20+uのサンプ
ルを作る。デジタル変角光度計を使用し、45°方向よ
り光を当てて非溶接部を100として反射比率を求めた
1望1」 (1)塗膜密着性;エポキシ系塗料を溶接面に塗布(1
0〜15μm厚)焼付(ピーク温度300℃−15se
c)後、溶接部付近を短冊状に切取り、塗装面を外側に
して溶接方向に180゜゛折り曲げる(この時、間に使
用ブリキを1枚挟む)。そして、折り曲げた溶接部位の
塗膜を顕@鏡で観察する。
匠l益! O・・・溶接部以外のブリキ面上の塗膜と同程度の微小
クラック、 Δ・・・塗膜が浮いたり、剥離したりしているもので、
程度小 ×・・・塗膜が浮いたり、剥離したりしているもので、
程度大 (2)耐食性;無塗装の溶接付近を短冊状に切り取り、
カットエツジ部をテープでカバーした後、耐圧ビンのガ
ラスクリーナー溶液中に浸漬し、50℃で2ケ月経時後
溶接面の腐食程度を評価する。
評価基準 O・・・腐食程度小のもの Δ・・・腐食程度中のもの X・・・腐食程度大のもの 実施例1 板厚0.23mm、メッキ量#50(内面側遊離スズf
fi : 5.16 g/ m’、合金スズffi :
 0.76 g/ m2)のりフローブリキを使用し、
N2ガス気流(内面側2、sx1分)中で下記条件で溶
接製鑵した。その後、表面酸化膜厚、合金スズ、反射率
の測定を線内面側について行なった。
1批ゑ豆 ラップ巾  ;  0.4mm 溶接速度  ;30m/分 電極加圧力   、40kg −次側電圧   ;210V 550℃迄の溶接部表面冷却速度;300℃/sec比
較例1 実施例1と同一材料、同一溶接条件だが、N2ガスを使
用せず大気中でシーム溶接を行なった。
実施例2 板厚0.21mm、メッキ量#25(内面側遊離スズ量
; 2.40 g/ m”、合金スズ量; 0.43 
g/ m”)のりフローブリキを使用し、Arガス気流
中で実施例1と同一条件で行なった。
比較例2 実施例1と同一材料、同一溶接条件だが、A「ガスを使
用せず大気中でシーム溶接を行なった。
実施例3 板厚0.23mm、テンパー;T−4、メッキ量;#2
5(内面側遊離スズ量; 2.14 g/ m’、合金
スズ蚤: 0.66 g/ m2)のりフローブリキを
使用し、N2ガス気流(両面、3u/分)中で下記溶接
条件において溶接した。その後、ラップ内面部の表面酸
化膜厚、合金量(厚さ)、反射率を実施例1と同様に測
定し、更に塗膜密着性、耐食性も評価した。
溶接条件 電    極    ;Cu  線 ラップ巾  ;0.4mm 溶接速度  ;35m/分 電極加圧力   、55kg 溶接電流  ;  6700A 550℃迄の溶接部表面冷却速度;150℃/sec比
較例3 実施例3と同一材料、同一溶接条件だが、N2ガスを使
用せず大気中でシーム溶接をした。
上記の各測定結果を第1表に、評価結果を第2表に示す
。又、ESCA (Electron 5pectro
scopyfor Chamfcal Analysi
s)で溶接部表面をArガスでエツチングしながらSn
 、O、Feの原子濃度比を測定した例として実施例3
を第3図に比較例3を第4図に示す。
第2表 第3図及び第4図において、横軸のエツチング時間は継
目外表面からの深さに対応している。こは、酸化物層の
形成が内部迄厚く進行しており、またスズが著しく消失
しFe:Sn = 1 : 1乃至1:2の組成の層が
存在しないのに対して、本発明による溶接部においては
、酸化物層の形成が外表面の極〈薄い部分にのみ限定さ
れ、しかもスズが合金層の形で有効に残存し、Fe:S
n = 1 + 1乃至1:2の層も明確に存在してい
ることがわかる。
実施例4 板厚0.23m1+、テンパー:T−4、メッキ量下記
(A)及び(B)のりフローブリキを使用し、N2ガス
気流(両面、15fl/分)中で下記溶接条件にてシー
ム溶接及び製鑵した。その後、ラップ外面部の表面酸化
膜厚、合金スズ量及び反射率を測定した。
メッキ量 且…  外面側遊離Sn量  外面側合金Sn量(八)
         5.07  8/m2      
    0.55   g7m2溶接条件 電    極    ;  Cu 線 ラップ巾    ;  0.4mm 1  溶接速度    ;15m/分 電極加圧力   、55kg 溶接電流    ; 材料(A)・・・6950A材料
(8)・・・8700A 550℃迄の溶接部表面冷却速度;800℃/sac得
られた結果を第3表に示す。
塗膜密着性及び耐食性について第2表に示したと同様の
評価を行なったところ、いずれもO印評価となり良好で
あったが、実施例1,2.3に比べ塗膜密着性、耐食性
ともさらに良好であった。
実施例5 不活性ガス中での冷却温度と表面酸化膜および表面反射
率の関係を知るため、次の実験を行なった。
板厚0 、21m+n、テンパー、 T4CA、メッキ
量内面側#50(5゜8 g/m2)外面側# 25 
(2,78g/l112)、(遊離スズ量2.30g/
+n2、合金スズ量0.48g/m2)のブリキを使用
し溶接部を除き内外面に5μmの厚さでエポキシ・フェ
ノール系塗料を塗装した。次にN2ガス気流(両面、2
8Il/分)中で溶接電流を変化させて溶接し、各々不
活性7囲気装置出口での罐外面溶接部の表面温度を赤外
線放射温度計を用いて測定した。また、溶接した罐の溶
接外面部の表面酸化膜厚、合金スズ量、反射率を実施例
1と同様に測定した。その結果を第4表に示す。
溶接条件 電    極     ;  Cu 線ラップ巾  ;
  0.35mm 溶接速度  ;36m/分 電極加圧力   ;40kg 550℃迄の熔接部表面冷却速度;900℃/sec
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の溶接罐の断面図であり、第2図は、
側面継目の内外表面部を拡大して示す断面図であり、 第3図及び第4図は夫々実施例3及び比較例3の溶接罐
継目についてのエツチング時間と原子濃度との関係を示
す線図である。 引照数字1は、製罐用ブリキ素材、2はその両端縁部、
3は側面継目、4は鋼基質、5は鉄−スズ合金からなる
中間層、6は酸化物層、7は酸化鉄層、8は酸化スズ層
、9は金属スズ層をそれぞれ示す。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)製罐用ブリキ素材を円筒状に成形し、形成される
    重ね合せ部を電極ワイヤーを介して一対の電極ローラー
    間に通過させることにより電気抵抗溶接を行ない、この
    溶接操作を不活性雰囲気中で行なうと共に溶接部の表面
    温度が550℃に低下するまでの雰囲気を不活性雰囲気
    とし、且つ該表面温度が溶接温度から550℃に低下す
    る冷却速度を100乃至900℃/秒の範囲とすること
    を特徴とするブリキ製光輝溶接シーム罐の製法。
  2. (2)ブリキ素材が1.12乃至11.2g/m^2の
    スズメッキ量と0.15乃至0.50mmの厚さを有す
    るブリキ素材である特許請求の範囲第1項記載の溶接シ
    ーム罐の製法。
  3. (3)側面継目の幅が0.2乃至1.2mmである特許
    請求の範囲第1項記載の溶接シーム罐の製法。
  4. (4)電極部材の印加圧力を20乃至90kg/溶接点
    の範囲とする特許請求の範囲第1項記載の溶接シーム罐
    の製法。
JP5528787A 1987-03-12 1987-03-12 ブリキ製光輝溶接シ−ム罐の製法 Granted JPS62270286A (ja)

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JP5528787A Granted JPS62270286A (ja) 1987-03-12 1987-03-12 ブリキ製光輝溶接シ−ム罐の製法

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3652818A (en) * 1970-07-31 1972-03-28 Continental Can Co Inert atmosphere seam welder
JPS51117142A (en) * 1975-03-19 1976-10-15 Paul Opprecht Method of effecting electric seam welding of metallic plate semiiautomatically or fulllautomatically and resistance welder for use in carrying out the method
JPS52105550A (en) * 1976-03-03 1977-09-05 Osumi Sangyo Kk Automatic seam welding machine for steel sheet

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JPH0530554B2 (ja) 1993-05-10

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