JPS6092088A - 電気抵抗シ−ム溶接法 - 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】 この発明け、難溶接材例えばテンフリースチールを使用
した缶胴の電気抵抗シーム溶接法に関するものである。

近年、食品容器の製缶方式の多様化により、缶の製造方
法として電気抵抗シーム溶接法例えば銅ワイヤ抵抗７−
ム溶接法が著しく発展してきている。

銅ワイヤ抵抗シーム溶接法は第１図に示すように、上下
に配Ｗされた電極支持ローラ３Ｔ／Ｆ：それぞれ巻きつ
けられた銅ワイヤ電極２間を、予め成形した缶胴板１の
縦線部を重ね合せつつ通過させ、その際鋼ワイヤ電極２
を介した上下電極支持ローラ３によって缶胴板１の重ね
合せ部を加圧、通電させて、重ね合せ部の電気抵抗発熱
により連続的に溶接を行なう方法である。

この溶接法に用いられる容器用鋼材は、容器用鋼板に要
求される耐食性、加工性、塗装性等の諸性能に優れてい
るとともに溶接性に優れていることが要求される。

溶接部の品質はシーム溶接部の接合強度、気密性及び外
観性状により評価される。接合強度及び気密性は内容物
の漏洩にかかわる問題であシ、これらの特性を満足する
ためには接合界面で電気抵抗発熱がある限界以上あるこ
とが必要である。このことから溶接電流の最小電流が決
定される。又外観性状としてはパリが存在しないことが
必要である。−通常、溶接後シーム溶接部を保護塗料で
被覆するが、パリが存在すると塗料塗布の障害となり、
また塗料で被覆されない露出部分を生じ、さらにこのよ
うな缶胴を使用すると内容物がパリと反応して変質する
ばかりでなく、パリが缶胴から剥離して内容物内に混在
するおそれがあるからである。パリは溶融金属がシーム
溶接部から飛散し、シーム溶接部附近に付着したもので
あシ、これが存在しないためには、接合界面で電気抵抗
発熱がある限界以下であることが必要である。このこと
から溶接電流の最大値が決定される。

このシーム溶接部の品質を評価する接合強度、気密性及
び外観性能から決定される溶接′電流の最小値及び最大
値を各々下限電流、上限電流と定義すると、溶接の適正
電流範囲は上限電流から下限電流を差し引いた値が正の
値の範囲であり、容器用素材の溶接性はこの適正電流範
囲の広さによって決定される。

容器用素材としては従来より半田づけ缶用ぶりき（錫付
着Ｊ１２．８Ｆ／＆）以上が主流を占めてきたが、近年
新素材が開発されている。これらの素材を電気抵抗シー
ム溶接法の対象とした場合に、半田づけ缶用ぶシき及び
薄めつきぶりきの一部は適正電流範囲が広く、溶接性は
極めて良好である。

しかし薄めつきぶシきの一部及びティンフリースチール
は半田づけ缶用ぶシきと比較して適正電流範囲が狭く、
溶接性が劣る。

ティンフリースチールはパリを発生し易く、パリの生成
を抑えるために溶接電流を小とすると接合強度、密着性
が十分でなくなる。

そこで従来は、重ね合せ部となるべきブランク端縁部の
表面被覆をワイヤブラシ等の機械的手段によって予め鉄
面をｔデは全面露出させた後に電気抵抗シーム溶接を行
っていた。しかし、これらの機械的手段では作業工程が
一工程増え、さらに削シ除去した微粉が鋼板表面から完
全に排除されず再付着して、以後の工程に種々不都合を
生じさせる。又表面被覆除去後の鉄露出面は耐食性がな
く、外観を損ねる等の欠点を有している。このためティ
ンフリースチールは未だに食品缶詰の缶には使用されて
いない状態にある。

この発明は、上述の欠点を解決して例えばティンフリー
スチールのような電気抵抗シーム溶接困難な食品容器用
素材を何等特別の前処理を行なうことなく、容易に溶接
可能とした電気抵抗シーム溶接法を提供することを目的
とするものである。

この発明の電気抵抗シーム溶接法は、錫より硬い金属お
よび金属間化合物が被覆層として存在する鋼板の板厚が
通常缶用素材として使用される範囲すなわち０．５鵡以
下の場合に鋼板の重ね合せ幅を材料板厚の２．０倍を超
え、２．４倍未満とすることによシ、パリの発生を抑制
して、溶接性を向上させたものである。

ここで重ね合せ幅は、第２図に示すように断面形状が２
形をしたガイドバー４を用いて、そのガイド溝へ缶胴板
１の縦縁部を挿入することによシ縦縁部を重ね合せるｚ
形ガイドバー４と、上下ノを極支持ローラ周囲に配置さ
れた缶胴口径決定用ロールとによシ決定される。

この発明の発明者は難溶接材の溶接の問題点解決のため
に、溶接性についての溶接現象面からの解明を行なった
結果以下のことが明らかとかった。

溶接性の良好な半田づけ缶用ぶシきの場合、化成処理被
膜の水利酸化クロムが電気的絶縁物であるにもかかわら
ず、下地の錫が軟かいためＮ極の加圧により容易に化成
処理被膜を破壊、分散させ大きな通電面積が得られる。

そこで均一に電気抵抗発熱した接合界面では溶融金属が
生成しないうちに十分広い高温軟化領域が得られ、大き
な塑性流動によシ圧接が行なわれて、良好な継目が得ら
れる。

一方、溶接性の劣るティンフリースチールは、第６図に
模式的に示したシーム溶接部形成状況の如く、化成処理
被膜７の下地にある金属クロム６が錫と比較して極めて
硬いため、電極の加圧にょる化成処理被膜の破壊が不十
分となり、溶接時に電流は局部的かつ不均一に流れるこ
とになる。このため比較的低い垂流値で溶融金属９が形
成される。しかしながら高温軟化領域が十分形成されて
おらず、塑性流軸による形状的な溶融金属の閉じ込め効
果が弱いため、容易圧溶融金属が飛散してパリ１０を形
成してしまう。しかし接合強度、気密性Ｆｉ局部的接合
によっても比較的容易に得られることが明らかとなった
。

難溶接材の溶接性を向上させる対策として、従来Ｆｉ局
部発熱による溶融金属の生成を防止するために、材料表
面の化成処理被覆量（金属クロム量、水利酸化クロムｉ
／＃）の低減によるものが主である。

この発明の発明者は、前記溶接現象の解明の結果、難溶
接相の溶接性の向上としては溶融金属の飛散を抑制する
力を増大させることが有効な手段であると考察して、シ
ーム溶接部形状（重ね合せ幅）の適正化を検討した。

従来使用されてきた重ね合せ幅は０．４　ｒｍ、　０．
６都及び０．８　ｍ以上であり、これらの重ね合せ幅を
用いた場合の溶接性は以下に述べる通りである。

例えば材料板厚０．２２　＋ｎのティンフリースチール
を使用した場合に、重ね合せ幅が０．４　ｔｒｙｓでは
材料板厚に対してシーム溶接部の重ね合せ代が小さ瀞ぎ
ることによシ、溶融金属の飛散を抑制する効力が弱くな
り溶接性は低下する。重ね合せ幅か０．６−の場合では
重ね合せ代が大き過ぎて、単位面積尚りの力が減少する
ため、局部発熱による溶融金属の生成を助長し、かつ溶
融金属の飛散を抑制する力が弱いことから良好な接合部
が得られない。

重ね合せ幅にはある適正値が存在することが推定される
が、一般に溶接性を向上させるために、シーム溶接部の
重ね合せ代を小さくするのが得策として、重ね合せ幅を
従来の０．４ｎより小さくする傾向がある。しかしなが
ら重ね合せ幅を小さくすることは、溶融金属の飛散を抑
制する力を弱めることになり得策ではない。

本発明においては材料板厚に対する取ね合せ幅の比＝ｉ
　２．０倍を超え２．４倍未満にすることによって溶接
性が著しく向上されることを知った。

すなわち、材料板厚が０．２２−で　Ｍｌ＾１質度Ｔ−
４を原板としたティンフリースチール（金属クロム１ｔ
１５０〜／ｒｒ？、水利酸化クロム中のクロム量６０〜
／、、／）を用いて、銅ワイヤ抵抗シーム溶接法により
、溶接速度４５ｍ／分、電極加圧力４０ｋｙｆ％重ね合
せ４０．４ｍ、　０．４５＋ｍ、０．５ｍｍ、０．５５
■、０．６Ｗｍで溶接を行って溶接性を調べた。この結
果第４図に示すデータが得られた。第４図は重ね合せ幅
と材料板厚の比と溶接電流の下限電流ａ及び上限電流す
の関係を示したものである。第４図において下限電流ａ
及び上限電流すにかこまれた領域Ｃが適正電流範囲であ
る。

これによシ、従来溶接不能といわれたティンフリースチ
ールで材料板厚に対する重ね合せ幅の比が２倍を超え、
２．４倍未満に制御することにょル十分広い適正電流範
囲すなわち外部的な要因を考慮して少くとも３００Ａ以
上が得られることが判明した。

次に溶接部形成は高幅の変形抵抗低下部分で生じるもの
であシ、シーム溶接部形状、電極加圧力及び材料板厚が
影響する本のと考えられる。溶接性向上には電極加圧力
の増加が著しく寄与する点に着目し、電極加圧力を４．
０　ｋｇｆから５０ｋｇｆ　に増加させ、材料板厚０．
１６−のティンフリースチールを用いて、重ね合せ幅０
．６■、０．３５ｍ＋。

０．４０ｍ、　０．４　ｓａ、　ｏ、ｓ　０ＷＩＡで溶
接実験を実施した結果を第５図に示す。第５図は第４図
とｌ１ｉｌ様重ね合せ幅と材料板厚の比と、溶接電流の
下限電流ａ及び上限電流すの関係を示したものであシ、
下限電流ａと上限電流すにかこまれた領域Ｃが適正電流
範囲である。この場合も重ね合せ幅が２．０倍を超え、
２．４倍未満の場合は十分広い適性電流範囲が得られる
。

次に材料板厚を高範囲に変化させて溶接実験を実施し、
材料板厚の適用範囲を調べた。その結果を表１に示す。

表１において、材料ＴＦＳはクロムタイプのティンフリ
ースチールである。表中の数字は材料板厚に対する重ね
合せ幅の比であり、溶接性１価結果はＯ，Δ、×で示し
た。○は適正電流、範囲が６００Ａ以上で溶接性良好の
場合、Δは適正電流範囲がＯＡを超え６００Ａ未満の場
合で溶接性はやや良好の場合、×は適正電流範囲が負と
なり溶接性が不良の場合である。

この結果、鋼板の重ね合せ幅が材料板厚の２．０倍を越
え、２゜４倍未満の場合には通常缶用素材として用いら
れるすべての材料板厚すなわち材料板厚０．５■以下に
対して溶接性向上が堅められることが明らかとなった。

すなわち銅板の重ね合せ幅と材料板厚との比が上記範囲
内にあれば溶接性の向上は材料板厚に依存しないことが
判明した。

半田づけ缶用ぶりきに比較して、電気抵抗発熱が局所化
かつ不均一となる容器用素材は溶接性が半田づけ缶用ぶ
りきよシ劣ると考えられる。例えばめっき金属が場より
硬い場合、あるいは化成処理被覆が厚い場合に溶接性の
低下が知られているが、この発明はこのような材料すべ
てに有効なものである。

次に、この発明の実施例を示す。

表２　ＶＣ材料’ｆｊ　厚：６ｆ　Ｏ，１６ｗｎａ、０
．２２ｍ、０．３２鵡の場合の各種＠科を銅ワイヤ抵抗
シーム溶接法によ勺溶接した場合の溶接試駁結果を示す
。

この溶接に使用した材料は、錫付着量が２．８ｆ／ｒｒ
？の半田づけ缶用ぶりきＥ２．８／２．Ｂ、ｇ付着量が
０．５５Ｆ／イのぶシきＬＴＳ、Ｎｉをめっきした鋼材
及びクロムタイプのティンフリースチールＴＦＳである
。ここで材料板厚に対する重ね合せ幅の比が２．０倍を
超え、２．４倍未満の場合は、材料板厚に依らずいずれ
の材料においても十分広い適正電流旬１囲を有する。

以上述べたように、この発明の電気抵抗シーム溶接法に
より難溶接材の適正電流和、囲が拡大させることができ
た結果、例えばティンフリースチールのように従来食品
缶詰の缶に使用されなかった素材を使甲して容易に溶接
缶を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ｄ銅ワイヤ抵抗シーム溶接法の構成図、第２図ｉ
−１：１ｆｉ１図の銅ワイヤ抵抗シーム溶接法の２型ガ
イドバーの概略図、第６図はティンフリースチールの、
シーム溶接部形状状況の模式図、第４図および第５図は
ティンフリースチールに関して材料板厚と重ね合せ幅と
の比と、溶接電流との関係を示した特性図である。 （１）・・・缶胴板、（２）・・・銅ワイヤ、（３）・
・・溶接電極ローラ、１４）・・・ｚ型ガイドバー、（
５）・・・地鉄部、（６）・・・金属クロム層、（７）
・・・水利酸化クロム層、（８）・・・溶接電流経路、
（９）・・・溶融金属、（ＩＩ−パリ、（ａ）・・・下
限電流、（ｂ）・・・上限電流、（Ｃ）・・・適正電流
領域。 代理人　弁理士　木　村　三　朗 第１図　第２図 第３図 第４図 Ｑ　２．０　．２．５　３．Ｏ １赫々ゼ幡詐月話厚

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 賜よシ硬い金属および金属間化合物が被覆属として存在
   する銅板のシーム溶接において、材料板厚が通常缶用素
   材として使用される範囲すなわち０、５　ｖｍ以下の場
   合に、鋼板の重ね合せ幅を材料板厚の２．０倍を超え、
   ２．４倍未満とすることにより、パリの発生を抑制して
   、溶接性を向上させることを特徴とする電気抵抗シーム
   溶接法。