JPH10180451A - 電解クロメート処理鋼板の高速無研磨溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワイヤシーム溶接により缶胴を製造する際
に、無研磨の電解クロメート処理鋼板をチリ発生等の問
題を生じることなく適切に高速溶接すること 【解決手段】 無研磨の電解クロメート処理鋼板を１５
ｍ／分以上のワイヤ送り速度でワイヤシーム溶接して缶
胴を製造する方法において、缶胴内面側の電極のワイヤ
は断面積が０．５〜３．０ｍｍ²であって、鋼板と接触
すべき部分の溶接部幅方向における外形が鋼板の板厚の
１．０〜４．０倍の長さの直線状部を有し、缶胴外面側
の電極のワイヤは鋼板と接触すべき部分の溶接部幅方向
における外形が弧状であり、溶接部における鋼板の重ね
幅Ｗと、缶胴内面側の電極のワイヤの前記直線状部の長
さＬが、Ｌ≦Ｗ＜Ｌ＋１．５を満足することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】この発明は、電解クロメート
処理鋼板をワイヤシーム溶接することにより金属容器の
缶胴を製造する際の高速無研磨溶接方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】金属容器の缶胴を製造する際に板厚０．
５ｍｍ以下の薄めっき鋼板をワイヤシーム溶接する方法
として、鋼板のラップ幅（重ね幅）を溶接ビード幅（ワ
イヤ幅）より広くとる方法が知られている。この方法
は、主として初期のワイヤシーム溶接で用いられていた
方法であり、缶胴の内外面を同形状のワイヤで溶接して
いた。この方法で鋼板のラップ幅を溶接ビード幅よりも
広くとっていたのは、当時は溶接ビード位置と鋼板のラ
ップ幅の制御技術が十分に確立されていなかったため、
ラップ幅を小さくすることができなかったからである。
しかし、この方法ではラップ幅が溶接ビード幅より大き
過ぎると、薄板両縁部の溶接されないエッジ部分が溶接
部を中心として反り曲がり、溶接部の補修不良や缶胴の
耐食性劣化の原因となる。

【０００３】また、溶接条件を安定化させることができ
なかったため、使用できる鋼板は表層に金属錫を有し、
電気抵抗（接触抵抗）が小さく溶接電流の変動に有利な
ぶりきが主であった。また、接触抵抗の高いティンフリ
ースチール（ＴＦＳ）等の電解クロメート処理鋼板を５
ｍ／分以上のワイヤ送り速度で溶接する場合は、溶接部
の絶縁性皮膜（金属クロム層およびクロム水和酸化物
層）を溶接前に研磨などの方法で除去し、接触抵抗を小
さくすることが必要であった。また、このように溶接電
流の変動に有利な接触抵抗の小さい材料を溶接対象とす
るため、ワイヤと鋼板の接触面積が大きいと適正発熱に
必要な溶接電流が大きくなり過ぎるという問題が生じ
る。このような問題を回避するため、ワイヤと鋼板との
接触面積を安定して比較的小さくとれるように、鋼板と
接触すべき部分の溶接部幅方向における外形が弧状のワ
イヤが使用されていた。

【０００４】このような旧来のワイヤシーム溶接法（広
幅ラップ溶接）に対して、現在主流となっている缶胴の
ワイヤシーム溶接法は、特公昭５４−２６２１３号に示
されるような狭幅ラップ溶接である。これは鋼板のラッ
プ幅を溶接ビード幅の１／２以下に狭くして溶接する方
法であり、ラップ管理技術の進歩がこのような溶接方法
を可能にした。このワイヤシーム溶接法の利点は、鋼板
のラップ幅が溶接ビード幅より小さいために薄板両縁部
のエッジ部分も含めて溶接され、このため溶接部の補修
不良や缶胴の耐食性劣化の心配がないという点である。
また、電流が板／板界面に効果的に集中するため、接触
抵抗の小さい材料であっても小さな電流で適正発熱を得
ることができる。

【０００５】ところで、近年容器に対する異物混入への
規制が厳しくなり、溶接環境のクリーン化が求められる
ようになってきた。このため、従来では溶接直前に溶接
部を研磨して溶接されてきたＴＦＳ等の電解クロメート
処理鋼板を無研磨で、しかも作業性の面から高速で溶接
したいというニーズが高まりつつある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
狭幅ラップ溶接により接触抵抗の高いＴＦＳ等の電解ク
ロメート処理鋼板を無研磨で高速溶接した場合、直ぐに
板／板界面でチリとよばれる溶接欠陥が発生するという
問題がある。すなわち、この溶接法は鋼板のラップ幅が
小さいために鋼板のエッジ部分を含めたラップ部全体が
溶接され、しかも高加圧で溶接部をマッシュするため、
過剰発熱した際に直ぐにチリが発生してしまう。このた
め従来の狭幅ラップ溶接は、電解クロメート処理鋼板の
ような接触抵抗の高い材料の無研磨高速溶接には不向き
であった。

【０００７】一方、上述したような旧来の広幅ラップ溶
接により電解クロメート処理鋼板を無研磨で高速溶接し
た場合には、板／板界面での適正発熱を確保できる電流
条件ではワイヤ／板界面でチリが発生するという問題が
ある。これは狭幅ラップ溶接では、ワイヤ／板界面に比
較して板／板界面の通電面積が狭いためワイヤ／板界面
の電流密度を小さくし発熱を抑制できるが、広幅ラップ
溶接ではワイヤ／板界面に比較して板／板界面の通電面
積が大きいためワイヤ／板界面の電流密度が大きくな
り、過剰発熱してしまうためである。

【０００８】また、ワイヤシーム溶接法は、溶接機の構
造上の制約から缶胴内面側のワイヤ／板界面の冷却能力
を向上させることが難しいため、高速溶接を行うと特に
缶胴内面側でチリを生じ易く、このようなチリの発生に
よって缶内への異物混入や溶接可能電流範囲が確保でき
ないといった問題を生じていた。このように従来のワイ
ヤシーム溶接法では、電解クロメート処理鋼板を無研磨
高速溶接して缶胴を製造することは事実上困難であっ
た。したがって本発明の目的は、ワイヤシーム溶接によ
り金属容器の缶胴を製造する際に、無研磨の電解クロメ
ート処理鋼板をチリ発生等の問題を生じることなく適切
に高速溶接することができるワイヤシーム溶接法を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、本発明のワイヤシーム溶接法は以下のような特
徴を有する。 (1) 無研磨の電解クロメート処理鋼板を１５ｍ／分以上
のワイヤ送り速度でワイヤシーム溶接することにより缶
胴を製造する方法において、缶胴内面側で用いる電極の
ワイヤは、その長手方向と直角な断面での断面積が０．
５〜３．０ｍｍ²であって、被溶接電解クロメート処理
鋼板と接触すべき部分の溶接部幅方向における外形が被
溶接電解クロメート処理鋼板の板厚の１．０〜４．０倍
の長さの直線状部を有し、缶胴外面側で用いる電極のワ
イヤは、被溶接電解クロメート処理鋼板と接触すべき部
分の溶接部幅方向における外形が弧状であり、溶接部に
おける被溶接電解クロメート処理鋼板の重ね幅Ｗ（ｍ
ｍ）が、缶胴内面側で用いる電極のワイヤの前記直線状
部の長さＬ（ｍｍ）との関係で、 Ｌ≦Ｗ＜Ｌ＋１．５ を満足することを特徴とする電解クロメート処理鋼板の
高速無研磨溶接方法。

【００１０】(2) 上記(1)の溶接方法において、缶胴内
面側で用いる電極のワイヤは、被溶接電解クロメート処
理鋼板と接触すべき部分の溶接部幅方向における直線状
部の両端部に、曲率半径Ｒが０．１ｍｍ以上の弧状部を
有することを特徴とする電解クロメート処理鋼板の高速
無研磨溶接方法。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明では、電解クロメート処理
鋼板を無研磨高速溶接する際の板／板界面でのチリ発生
の抑制に最適な鋼板の重ね幅（ラップ幅）について検討
を行い、その結果、板／板界面のマッシュを避けてチリ
の発生を抑制するために、缶胴内面側で用いるワイヤと
の関係において、鋼板の重ね幅を溶接部幅方向における
ワイヤ／板界面の接触幅と同等かまたはそれ以上とする
ことにした。但し、鋼板の重ね幅がワイヤ／板界面の接
触幅よりも１．５ｍｍ以上広くなると、鋼板エッジ部分
の反りの問題を生じるため溶接部の補修が難しくなる。
このため鋼板の重ね幅をワイヤ／板界面の接触幅よりも
１．５ｍｍ以上広くすることは好ましくない。ここで、
上記のように鋼板の重ね幅を溶接部幅方向におけるワイ
ヤ／板界面の接触幅と同等かまたはそれ以上とした場
合、ワイヤ／板界面の通電量を低減することが難しく、
特に缶胴内面側でのワイヤ／板界面の過剰発熱が問題と
なる。

【００１２】そこで、ワイヤ／板界面の電流密度を下げ
るためにワイヤ形状の最適化を図るべく検討を行った結
果、缶胴内面側でのワイヤ／板界面の電流密度を下げて
過剰発熱を抑制するには、缶胴内面側において鋼板と接
触すべき部分の溶接部幅方向における外形が直線状部を
有するワイヤ、つまり溶接部幅方向での鋼板との接触部
が直線状になるようなワイヤを使用することが効果的で
あることが判った。一方、缶胴外面側において上記のよ
うな直線状部を有する外形のワイヤを使用すると、溶接
による変色範囲が大きくなるため溶接部の外観を損なう
という問題があり、したがって、缶胴外面側には従来か
ら使用されている、鋼板と接触すべき部分の溶接部幅方
向における外形が弧状（凸弧状）のワイヤを用いること
が好ましく、これにより溶接部の外観を損なうことなく
溶接することができる。

【００１３】また、缶胴外面側に上記のような弧状のワ
イヤを使用することにより、缶胴外面側でのワイヤ／板
界面の電流密度が増大するため、缶胴内面側に上記直線
状部を有する形状のワイヤを使用することと相俟って、
従来法では発熱中心が缶内面に片寄る傾向があった缶内
外面の発熱バランスを改善する効果も得られる。さら
に、溶接部幅方向における外形が直線状部を有するワイ
ヤを缶胴内面側と缶胴外面側の両方に使用した場合、電
極等の位置調整を厳しくしないと鋼板とワイヤが均一に
当らず、缶成形時の割れ等の原因になる。これに対し
て、缶胴内外面側で溶接部幅方向における外形が直線状
部を有するワイヤと弧状のワイヤとを組み合わせて使用
することにより、上述したようなワイヤの不均一接触も
防止することができる。

【００１４】電解クロメート処理鋼板のようなクロム水
和酸化層を有する高接触抵抗の材料をワイヤシーム溶接
する場合、缶胴内面側に使用するワイヤの溶接部幅方向
における上記直線状部の長さＬが鋼板の板厚の１．０倍
未満では、形成されるナゲットの幅が狭く、実缶として
必要な溶接強度が十分に得られない。一方、上記直線状
部の長さＬが鋼板の板厚の４．０倍を超えるとナゲット
幅の拡大効果が飽和するだけでなく、溶接に必要な加圧
力および電流が不必要に大きくなるため好ましくない。

【００１５】したがって本発明の溶接法では、缶胴内面
側で用いる電極のワイヤについては、被溶接電解クロメ
ート処理鋼板と接触すべき部分の溶接部幅方向における
外形が被溶接電解クロメート処理鋼板の板厚の１．０〜
４．０倍の長さの直線状部を有することを条件とし、さ
らに、溶接部における被溶接電解クロメート処理鋼板の
重ね幅Ｗ（ｍｍ）は、缶胴内面側で用いる電極のワイヤ
の前記直線状部の長さＬ（ｍｍ）との関係で、 Ｌ≦Ｗ＜Ｌ＋１．５ を満足することを条件とする。また、缶胴外面側で用い
る電極のワイヤについては、被溶接電解クロメート処理
鋼板と接触すべき部分の溶接部幅方向におる外形が円弧
状等の弧状（凸弧状）であることを条件とする。

【００１６】図１は、このような本発明法による溶接状
況の一例を、溶接部を断面した状態で示したもので、１
が缶胴内面側の電極（上電極輪）のワイヤ、２が缶胴外
面側の電極（下電極輪）のワイヤであり、前記ワイヤ１
の鋼板に接触すべき部分の溶接部幅方向における外形は
直線状部３を有している。一方、前記ワイヤ２の鋼板に
接触すべき部分の溶接部幅方向における外形は弧状であ
る。なお、比較のために従来法による溶接状況（溶接部
の断面）を図３に示す。図３において、５が缶胴内面側
の電極（上電極輪）のワイヤ、６が缶胴外面側の電極
（下電極輪）のワイヤであり、これらワイヤ５，６の鋼
板に接触すべき部分の溶接部幅方向における外形はいず
れも弧状である。

【００１７】また、缶胴内面側のワイヤの溶接部幅方向
における上記直線状部の両端部には円弧状等の弧状部
（凸弧状部）を形成することが好ましい。図２はこのよ
うな弧状部を有するワイヤを用いた本発明法による溶接
状況の一例を、溶接部を断面した状態で示したもので、
４がワイヤ１の直線状部３の両端部に形成された弧状部
である。ワイヤ１にこのような弧状部４がないと、上下
電極輪の垂直軸がずれているような場合に溶接ビードの
端部に疵をつけてしまい、溶接後のフランジ成形等の際
に上記疵部分から割れを生じるおそれがある。特に、被
溶接電解クロメート処理鋼板が板厚０．５ｍｍ以下の薄
物材の場合にはそのような割れを生じ易いので、直線状
部３の両端部には弧状部４を形成することが好ましい。
また、この弧状部の曲率半径Ｒは、上記の効果を得るた
めに０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。

【００１８】缶胴内面側で使用されるワイヤの断面積
（ワイヤ長手方向と直角な断面での断面積）は０．５〜
３．０ｍｍ²とする。このワイヤの断面積が０．５ｍｍ²
未満では熱容量が小さく、ワイヤ／板界面の冷却を十分
に行うことができない。一方、ワイヤの断面積が３．０
ｍｍ²を超えると熱伝導の面からの冷却効果が飽和する
だけでなく、高価な銅ワイヤを不必要に使用することに
なるため経済性を損なう。なお、ワイヤは熱伝導の面か
ら銅を主成分とするものが望ましい。

【００１９】なお、本発明において缶胴内面側の電極に
使用するワイヤの断面形状は、上記の条件を満足する限
りにおいて任意であり、例えば、図４に示すような断面
形状（ワイヤ長手方向に対して直角な断面での断面形
状）とすることもできる。これらのうち(ａ)と(ｂ)が上
記図１に示すワイヤ断面形状の変形例、(ｃ)と(ｄ)が上
記図２に示すワイヤ断面形状の変形例である。本発明の
ワイヤシーム溶接法を実施するに当っては、操業性の観
点からぶりきの溶接や電解クロメート処理鋼板の研磨溶
接も同じ溶接機を用いて行われることを考慮し、缶胴内
面側電極と缶胴外面側電極の直前に、それぞれ複数の別
々のワイヤフォーミングロールを配置し、適宜ワイヤの
切換えが行えるようにしたり、或いは複数の溝を有する
フォーミングロールを缶胴内面側電極と缶胴外面側電極
の直前にそれぞれ配置することが望ましい。

【００２０】

【実施例】表５に示す電解クロメート処理鋼板を素材と
し、溶接ワイヤ幅に比較して鋼板の重ね幅の大きい富士
ウェルダー型溶接機を用いて缶胴のワイヤシーム溶接を
行った。本実施例では溶接速度１０〜３０ｍ／分で４〜
１００缶の連続製缶を実施し、溶接可能電流範囲（ＡＣ
Ｒ）の有無と得られた缶胴の耐食性を評価した。なお、
缶の評価において電流の安定しない始終缶（缶胴を連続
製缶した際に最初と最後に製缶された缶胴）は評価の対
象外とした。

【００２１】各電極のワイヤは、電極にワイヤが供給さ
れる直前のワイヤフォーミングロールに複数の溝を設
け、所望の断面形状になるようにした。本実施例で用い
たワイヤの断面形状（ワイヤ長手方向に対して直角な断
面での断面形状）を図５に示す。これらのうち、Ａは従
来法で使用されている断面形状のワイヤ、また、Ｂ，Ｃ
は本発明法で使用される断面形状のワイヤである。本発
明例では、これらワイヤＡ〜Ｃを図１および図２に示す
ような組み合わせで使用した。ＡＣＲは、適正溶接強度
が得られなくなる電流下限設定と過剰発熱を生じる電流
上限設定の間の電流範囲とし、テア試験による下限電流
評価とスプラッシュやチリ発生の有無による上限電流評
価を実施し、下記により評価した。 ○：十分な溶接可能電流範囲あり △：溶接可能電流範囲はあるが狭い ×：溶接可能電流範囲なし

【００２２】また、耐食性は、始終缶を除く各缶胴をも
とに製造された容器に水溶性内容物を充填して室温で３
ヵ月貯蔵した後の溶接補修部の発錆状況を、下記により
評価した。 ○：発錆なし ×：発錆あり なお、溶接可能電流範囲が存在しなかった実施例につい
ては、実質的な製缶を行うことができなかったため、耐
食性の評価を行うことができなかった。ＡＣＲと耐食性
を評価した結果を、素材鋼板の種類および溶接条件とと
もに表１〜表４に示す。

【００２３】表１〜表４において、本発明例はいずれも
十分な溶接可能電流範囲があり、また製造された缶胴は
耐食性にも優れている。これに対して、鋼板に接触すべ
き部分の溶接部幅方向における外形が弧状であるワイヤ
（ワイヤＡ）を缶胴内面側と缶胴外面側の両電極に使用
した比較例４、比較例６〜比較例１２は、缶胴内面側の
ワイヤ／板界面で過剰発熱を生じるため、ＡＣＲが適切
に得られていない。また、比較例１〜比較例３は、缶胴
内面側の電極のワイヤとして、鋼板と接触すべき部分の
溶接部幅方向における外形が直線状部を有するワイヤを
用い、缶胴外面側の電極のワイヤとして、鋼板と接触す
べき部分の溶接部幅方向におる外形が弧状であるワイヤ
を用いているが、他の条件が本発明範囲を満足していな
いため本発明の効果が十分に得られていない。

【００２４】このうち比較例２は、缶胴内面側のワイヤ
の直線状部の長さＬ（ｍｍ）と鋼板の重ね幅Ｗ（ｍｍ）
の関係がＷ＞Ｌ＋１．５であるため溶接部の鋼板エッジ
部分が浮き上がり、溶接部のシール性に問題を生じるた
め耐食性が劣っている。比較例１と比較例３は、缶胴内
面側のワイヤの断面積が０．５ｍｍ²未満であるためワ
イヤ／板界面の冷却能力が不足し、チリを生じてしま
う。このため適正なＡＣＲが得られていない。また、比
較例３は缶胴内面側のワイヤの直線状部の長さＬが鋼板
の板厚の１．０倍で未満であるため、実缶として必要な
溶接強度が十分に得られない。さらに、比較例３は缶胴
内面側のワイヤの直線状部の長さＬ（ｍｍ）と鋼板の重
ね幅Ｗ（ｍｍ）の関係がＷ＞Ｌ＋１．５であり、本発明
範囲から外れている。

【００２５】比較例５は、缶胴内面側の電極のワイヤと
して、鋼板と接触すべき部分の溶接部幅方向におる外形
が弧状のワイヤを用い、缶胴外面側の電極のワイヤとし
て鋼板と接触すべき部分の溶接部幅方向における外形が
直線状部を有するワイヤを用いた例であり、この比較例
では缶内面側の過剰発熱傾向が助長されるため、ＡＣＲ
が適切に得られていない。なお、従来例は１５ｍ／分以
下の遅い溶接速度でワイヤシーム溶接を行った例であ
り、このように溶接速度が遅い場合には、従来技術でも
電解クロメート処理鋼板の無研磨溶接が可能であること
を示している。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】

【表３】

【００２９】

【表４】

【００３０】

【表５】

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、電解
クロメート処理鋼板を素材としてワイヤシーム溶接によ
り金属容器の缶胴を製造する際に、チリ発生等の問題を
生じることなく無研磨の電解クロメート処理鋼板を適切
に高速溶接することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法による溶接状況の一例を、溶接部を断
面した状態で示す説明図

【図２】本発明法による溶接状況の他の例を、溶接部を
断面した状態で示す説明図

【図３】従来法による溶接状況を、溶接部を断面した状
態で示す説明図

【図４】本発明法において缶胴内面側に用いるワイヤの
断面形状例を示す説明図

【図５】実施例で用いたワイヤの断面形状を示す説明図

【符号の説明】

１，２…ワイヤ、３…直線状部、４…弧状部

フロントページの続き (72)発明者 大庭 直幸 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 渡辺 豊文 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無研磨の電解クロメート処理鋼板を１５
   ｍ／分以上のワイヤ送り速度でワイヤシーム溶接するこ
   とにより缶胴を製造する方法において、 缶胴内面側で用いる電極のワイヤは、その長手方向と直
   角な断面での断面積が０．５〜３．０ｍｍ²であって、
   被溶接電解クロメート処理鋼板と接触すべき部分の溶接
   部幅方向における外形が被溶接電解クロメート処理鋼板
   の板厚の１．０〜４．０倍の長さの直線状部を有し、 缶胴外面側で用いる電極のワイヤは、被溶接電解クロメ
   ート処理鋼板と接触すべき部分の溶接部幅方向における
   外形が弧状であり、 溶接部における被溶接電解クロメート処理鋼板の重ね幅
   Ｗ（ｍｍ）が、缶胴内面側で用いる電極のワイヤの前記
   直線状部の長さＬ（ｍｍ）との関係で、 Ｌ≦Ｗ＜Ｌ＋１．５ を満足することを特徴とする電解クロメート処理鋼板の
   高速無研磨溶接方法。
2. 【請求項２】 缶胴内面側で用いる電極のワイヤは、被
   溶接電解クロメート処理鋼板と接触すべき部分の溶接部
   幅方向における直線状部の両端部に、曲率半径Ｒが０．
   １ｍｍ以上の弧状部を有することを特徴とする請求項１
   に記載の電解クロメート処理鋼板の高速無研磨溶接方
   法。