JPH02122036A - 抵抗シーム溶接電極ワイヤーおよびその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野］ この発明は、抵抗シーム溶接電極ワイヤーに関し、より
詳細には、ワイヤー表面に硬度のあるＮｉＰまたはＮｉ
−Ｂを主成分とする合金めっき層を電極ワイヤー表面に
形成させることによって、良好な抵抗シーム溶接特性の
得られる電極ワイヤーを捉供するものである。

（従来の技術および発明が解決しようとする課題〕 従来、製缶方法としては、ふりき等の缶用素材を円筒状
に成型し、その両縁端部をハンダ、接着剤等を用いてラ
ップシーム、ロックシームまたはこれらの組み合わせシ
ームに接合する方法が一般に行なわれている。しかしな
がら、この製缶方法では、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、また接
着缶の場合には、継ぎ目の強度および耐久性の点で問題
がある。さらに、ハンダおよび接着剤による継ぎ口笛の
場合には、側面継ぎ目にかなりの段差があるため、缶蓋
との二重巻き締めに際して、段差部分での漏洩を生じ易
いという問題がある。

従来、ハンダ化に代わる製缶方法として、絞りしごき加
工によるシームレス（継ぎ目なし）缶が、ある分野では
用いられている。しかしながら、シームレス缶は、圧力
による缶胴変形が大きいため、バキューム缶、即ち、内
容物をレトルト殺菌する缶に用いることは不可能であっ
た。

ハンダ化に代わる製缶法による缶の他の例として、缶用
素材を筒状に成型することによって形成される重ね合わ
せ部を、上下１対の電極ローラまたは電極ワイヤーを介
して上下１対の電極ローラ間に通過せしめ、重ね合わせ
部を抵抗溶接することにより接合した溶接缶も既に知ら
れている。このような溶接缶は、重ね合わせ部の面積が
、ハンダ化に比べて著しく小であり、またシーム部分の
厚みも比較的小さいため前述した段差に伴う問題が緩和
され、さらに、ハンダのような格別な接合剤を必要とし
ないという利点を有しているが、缶用素材の種類によっ
てはその製造操作が面倒であり、また継ぎ目の耐食性、
塗料密着性および外観特性においても未だ十分満足しう
るちのではなかった。

例えば、鋼板を電解クロム酸処理して得られる缶用素材
としてのティンフリースティール（以下ＴＦＳと称す）
は、ふりき等の他の缶用材料と比較して安価にしかも容
易に人手でき、また耐食性および塗料密着性にも優れて
いるという利点を有している。しかしながら、このＴＦ
Ｓは、その外表面に高い電気抵抗のクロム水和酸化物層
が必ず存在し、上述した抵抗溶接の際の通電を阻害する
という問題があり、このため溶接操作に先立って鋼板基
質上のクロム被覆層を除去しなければならないという煩
わしさがある。かくして、従来のＴＦＳ熔接缶の製造方
法は、工程数が多くなるという問題点を有するとともに
、接合部のクロム被覆層を除去して鉄面を露出させるこ
とに伴って、この部分の耐食性および塗料密着性が必然
的に低下するという欠点がある。さらにこれらのクロム
層の除去は、素材の重ね合わすべき部分を機械的研磨に
賦することにより一般に行なっているが、この研磨の際
、素材から剥離された破片および粒子が缶詰の自溶物中
に混入するという問題が生じる。

これに対して、近年、この研磨による前処理を必要とし
ない無研磨シーム溶接用のＴＦＳ素材や、無研磨ＴＦＳ
溶接方法が研究検討されている。無研磨シーム溶接用の
ＴＦＳ素材としては、従来のＴＦＳのクロム酸化物層を
薄くし、皮膜間の電気抵抗を低減しようとしたもの、あ
るいは、金属クロムの層を微細な粒状化したものを含む
ものにすることで、クロム酸化物層を溶接加圧時に破壊
し、皮膜間の電気抵抗を低減しようとしたものなどが提
案されている。これらの方法は、重ね合わされた皮膜の
間の抵抗加熱による均一発熱を狙ったもので、溶接接合
界面でのスプラッシュの発生を抑えながら、溶接接合部
分の気密性および接合強度の改善を図っている。しかし
ながら、このような方法を講じても、素材と電極ワイヤ
ーとの間の接触部分の電気抵抗は低減できず、内外表面
部分の温度が高温となって、スプラッシュの発生を生し
て、溶接可能な電流値が得られなかったり、得られても
非常に狭い範囲に限定されるなど、工業的な高速溶接製
缶には適用が出来ない問題をもっている。

また、溶接缶の溶接方法として、電極ワイヤーに軟質金
属である錫または錫合金のめっきを施すことで、この電
極ワイヤーと素材皮膜間の接触抵抗を低減させて、溶接
性を改善しようとする方法が特開昭５６−１２７７９７
号に開示されている。

錫は、低い融点を持ち、柔らかい金属のため、素材との
接触抵抗を下げて溶接を可能にすることが出来る。しか
しながら、この方法は、錫の持つ固体潤滑性により、電
極ワイヤー間での素材保持の際にすべりを生じ、安定し
た一定幅の重ね合わせが困難となる欠点を有する。さら
に、電極ローラーおよび電極ワイヤーは、銅または銅合
金でできていることから、／８接時に銅錫合金が成長し
、長時間の運転によって、電極ワイヤーを保持する電極
ローラーがｔη染されて僅業に支障を与えることもある
。

従って、この発明の目的は、製缶用素材である電解クロ
メート処理鋼板のクロム水和酸化物皮膜を除去すること
なく、重ね合わ１せた接合部を抵抗シーム溶接して、良
好な接合部を得ることを可能とし、さらに、最近開発さ
れつつある製缶用素材あるいは自動車用ガソリンタンク
用素材としてのニッケルめっきｗＡ板、および、従来の
銅または銅合金のワイヤー電極では溶接が不完全であっ
た素材としてのＩｆｌ薄錫めっき鋼板等に適用して、重
ね合、わせだ接合部を抵抗シーム溶接し、各り同じ様に
良好な接合部を得ることを可能とした、抵抗ンーム溶接
電極ワイヤーおよびその製造方法を提供することにある
。

（”ＩＵを解決するための手段および作用）本発明者等
は、上述した目的を達成するために、抵抗シーム溶接に
おける溶接特性を、特に発熱特性に重きを置いて研究を
重ねた。その結果、溶接特性は、ＴＦＳ　（電解クロメ
ート処理鋼板）等の素材の表面特性に大きく依存するこ
とは勿論であるが、同時に溶接の際接触する電極の表面
と素材表面との接触界面の電気特性にも大きく依存する
ことを見い出した。

即ち、抵抗シーム溶接に使用されている銅電極ワイヤー
および銅基質合金ワイヤーは、素材的に柔らかなため、
溶接時に加圧された際にも、クロム水和酸化物を破壊で
きず、表面にクロム水和酸化物を有する素材との界面の
接触抵抗を高くしている。また銅または銅基質合金上に
錫めつきを施した電極ワイヤーは、素材的に非常に柔ら
かく錫が流動層となり、クロム水和酸化物を破壊し界面
の接触抵抗は低下できるものの、錫の持つ潤滑特性によ
って、素材の正確な保持が困難なために、抵抗シーム溶
接を高速で行なうと、スベリによって溶接が不完全とな
る。

この発明は、上述の知見に基づいてなされたものであり
、銅または銅基質合金の電極ワイヤーの表面に、ビッカ
ース硬度３００以上の皮膜層を形成させ、溶接時の加圧
によってこの皮膜が素材の表面のクロム水和酸化物を破
壊し接触抵抗を低下させることに特徴を有するものであ
る。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明において、電極ワイヤーとは、製缶用の抵抗シー
ム溶接で使用されている、直径１．５１１１ｍ前後の銅
または銅基質合金電極ワイヤー、あるいは、自動車燃料
タンク用の抵抗シーム溶接で使用されている、直径２．
０　ｍ前後の銅または銅基質合金上掘ワイヤーをいう。

また、この発明で使用する、上述の諸効果を合わせ持つ
めっき皮膜としては、Ｎｉ−ＰまたはＮｉ−Ｂめっき皮
膜、あるいは、ＮｉＰまたはＮｉ−Ｂと、Ｃｏ、　Ｆｅ
、　　Ｗ、　Ｍｏの１種または２種以上とからなるめっ
き皮膜がある。

上記にあげためっき層は、それ自身加工性に乏しく、溶
接加圧時に容易に破壊されて、下地銅の新生面を露出さ
せる。このとき同時に、缶用素材の最表層にあるクロム
水和酸化物皮膜を破壊する。

このため、クロム水和酸化物自体は接触電気抵抗が高い
にも拘わらず、溶接時に電極と被溶接部位の界面の接触
電気抵抗を著しく低下せしめる事ができる。特に、皮膜
の硬度がビッカース硬度で３００以上に限定した本発明
においては、被溶接材の最表層にあるクロム水和酸化物
の皮膜破壊を助けるため極めて低い界面の接触抵抗を実
現できる。さらに、本発明の電極ワイヤーは、錫めっき
の電極ワイヤーと比較して、めっき皮膜が持つ大きな表
面摩擦によって、ｉｔ電極ワイヤー素材の滑りが生じに
（り、正確な重ね合わせ幅の保持も可能となる。このた
め、ＴＦＳ等の場合でも、その表面皮膜を除去すること
なく、良好な溶接をすることが可能となる。

さらに、本発明の電極ワイヤーにおいて、ビッカース硬
度３００以上の皮膜を得るためには、適温に保っためっ
き液の中に電極ワイヤーを浸漬するだけでよい、これに
より、電極ワイヤーの全長にわたって均一にめっき皮膜
が形成され、電気めっきあるいは蒸着めっきと比較して
、コストが低減し、価格が大幅に安価である。また、皮
膜の硬度をより大きくするためには、通常行なわれてい
る熱処理を施すと、より一層の効果がある。

また、電極ワイヤー表面のめっき層は、その厚みが０．
０１〜５．０μとする。０．０ＩＪ１１以下では目的と
する性能が得られない、より安定した性能を得るために
は０．０２／！１ｍ以上が好ましい。一方、５μ以上の
厚みでは、厚みに対応した性能の向上もなく、製造コス
ト等の経済的な面から不利である。

この発明の電極ワイヤーを利用して、缶形状に曲げ成型
した素材の重ね合わせた接合部を抵抗シーム溶接するに
は、第１図に示すように、従来と同様にスードロニツタ
型の溶接機を用いて行なえばよい、第１図は電極ワイヤ
ーを使用したスードロニツタ型の溶接によって、容器缶
の缶胴をシーム溶接する状況を示す説明図である。即ち
、素材１の重ね合わせた接合部１ａを電極ワイヤー２を
介して、溶接機の上下の通電ロール３ａおよび３ｂで把
持する。そして、上下の通電ロール３ａおよび３ｂを回
転して、重ね合わせた接合部１ａおよびその上下の電極
ワイヤー２を一体に水平方向に移動させながら、上下の
通電ロール３ａおよび３ｂから上下の電極ワイヤー２を
通って、重ね合わせた接合部１ａに通電し、これによっ
て接合部１ａを抵抗過熱し、接合部ｌａ間を溶接すれば
よい。

この発明の電極ワイヤーでは、上述したように、素材が
ＴＦＳ等の場合でも、その表面のクロム水和酸化物を除
去することなく、良好に接合することができる。さらに
、錫めっき電極ワイヤーに比べて、無電解でめっきが可
能なために、価格を大幅に低減できる利点がある。

（実施例〕 次に、この発明の実施例を述べる。

（実施例１） 銅基質からなる直径１．３８ｍｍの円形断面の銅線に、
公知のＮｉ−Ｐめっき液組成で無電解めっきを行なって
、皮膜厚さ１μのＮｉ−Ｐ皮膜（Ｐ９％、ビッカース硬
度５４８）を有する抵抗シーム溶接電極ワイヤーを調製
した。

この電極ワイヤーを使用して、スードロニック型の溶接
機（溶接電流５００１１ｚ）により、飲料食缶の胴部接
合部のシーム溶接を行ない、また、別のスードロニツタ
型の溶接機（溶接電流１７５１１ｚ）を用いて、５ガロ
ン缶の缶胴としてのシーム溶接を行ない、溶接性を調査
した。素材は、飲料食缶および５ガロン缶とも錫めっき
鋼板、ＴＦＳ、粒状化ＴＦＳ、および、ニッケルめっき
鋼板の４種をそれぞれ試した。

（実施例２） 実施例１と同様のｗ４線に、実施例１と同じＮｉ　−Ｐ
めっきを０．５μ行ない、４００°Ｃで１時間熱処理を
行なったＮｉ−Ｐ皮膜（Ｐ９％、ビッカース硬度９５０
）を有する抵抗シーム溶接電極ワイヤーを調製した。

この電極ワイヤーを使用して実施例１と同様の溶接を行
ない溶接性を調査した。

（実施例３） 実施例１と同様の銅線に、公知のＮｉ−Ｂめっき液組成
で無電解めっきを行なって、皮膜厚さ１　ｚｓのＮｉ−
８皮膜（８４％、ビッカース硬度７８ｏ）を有する抵抗
シーム溶接電極ワイヤーを調製した。

この電極ワイヤーを使用して実施例１と同様の溶接を行
ない溶接性を調査した。

（実施例４） 実施例１と同様の銅線に、実施例３と同じＮｉ　−Ｂめ
っき液組成で皮膜厚さ０．ＩＪＩｌのＮｉ−Ｂ皮膜（８
４％、ビッカース硬度７８０）を有する抵抗シーム溶接
電極ワイヤーを調製した。

この電極ワイヤーを使用して実施例１と同様の溶接を行
ない溶接性を調査した。

（実施例５） 実施例１と同様の銅線に、公知のＮｉ−Ｃｏ−Ｐめっき
液組成で無電解めっきを行ない、皮膜厚さ２ｐｒａのＮ
ｉ−Ｃｏ−Ｐ皮膜（Ｃｏ３２％、２２％、ビッカース硬
度５５０）を有する抵抗シーム溶接電極ワイヤーを調製
した。

この電極ワイヤーを使用して実施例１と同様の溶接を行
ない溶接性を調査した。

（比較例１） 実施例１と同様の銅線を、めっきを施さないでそのまま
電極ワイヤーとした。（現状方法）この電極ワイヤーを
使用して実施例１と同様の溶接を行ない溶接性を調査し
た。

（比較例２） 実施例１と同様の銅線に、溶融めっきによって錫めっき
が施され、錫と錫合金からなるめっき被ｉｎの厚みがＯ
，１７ａ＋ｍである電気抵抗製缶用電極ワイヤーを調製
した。この電極ワイヤーを使用して実施例１と同様の溶
接を行ない溶接性を調査した。

（比較例３） 実施例１と同様の銅線に、連続電気めっきによってＮｉ
めっきを施し、Ｎｉからなるめっき被覆層（ビッカース
硬度２０５）の厚みが０．１１！偽である電気抵抗シー
ム溶接製缶用電極ワイヤーを調製した。

この電極ワイヤーを使用して実施例１と同様の溶接を行
ない溶接性を調査した。

実施例１〜５および比較例３のめっき層の硬度は、銅板
に各めっき皮膜を無電解あるいは電気めっきによって２
０〜３０ａａめっきした後、ビッカース硬度を測定した
。

以上の実施例１〜５、比較例１〜３における溶接性の調
査結果を第１表〜第４表に示した。

なお、第１表〜第４表に示す素材および／８接条件は以
下に示す（１）〜（６）の通りである。

（１）　　極薄用めっき鋼板 錫めっきｆｉｔｏ、　５　ｇ　／　ｒｄの上に、化学処
理皮膜として金属クロム７　ｍｇ　／　ｎ（と、その上
にクロム換算でクロム水和酸化物１２■／イを有する表
面処理鋼板。

（２）ＴＦＳ 金属クロム付着１ｌ１００ｎｔ／ｎｆ、その上にクロム
換算でクロム水和酸化物１０ｍｇ／ｎｌを有する表面処
理鋼板。

（３）粒状ＴＦＳ 上記（２）のＴＦＳで、金属クロム皮膜が全面粒状化し
ている表面処理鋼板。

（４）　　極薄ニッケルめっき鋼板 ニッケルめっき量５０（１＋ｇ／ＩＴ？、化学処理皮膜
として金属クロム４　ｍｇ　／　ｒｒｆとその上にクロ
ム換算でクロム水和酸化物６■／ポを有する表面処理鋼
板反。

（５）　　飲料缶用（５００Ｈｚ）溶接条件スードロニ
ツタ型溶接機において、５０　ｋｇの加圧力で、０．４
ｍｍの重ね幅をもった溶接を６０ｍ／ｓｉｎ　で行なっ
た。

（６）５ガロン缶用（１７５Ｈｚ）溶接条件スードロニ
ック型溶接機において、６５ｋｇの加圧力で、０．８＋
ｎｍの重ね幅をもった溶接を２３ｍ　／　ｍ　ｔ　ｎで
行なった。

また、第１表〜第４表に示す溶接性試験の各項目の内容
は以下に示す（１）〜（５）の通りである。

（１）　　　範　　囲 溶接機の溶接電流調整タップ及びファインアジャストダ
イアルにより溶接電流を様々に変えて溶接し、実用上問
題となる程度のチリ（スプラッシュ）が発生し始める限
界と溶接強度不良になる限界を求め、良好な溶接が得ら
れる範囲を求めた。

この範囲が広いほど溶接操作が容易である。

評価　◎；良好溶接条件の設定が極めて容易。

○：良好溶接条件範囲やや小さく被溶接材のバラツキに
よってはファインアジャ ストによる調整が必要。

Δ：特定のタップでしか良好な溶接が得られず、ファイ
ンアジャストによる調整 範囲も狭い。

×：良好な溶接が得られない。

（２）　　　引　　　裂 缶端の溶接両端缶高さ方向に切れ目を入れ、溶接部分を
ベンチでつかんで高さ方向に引き裂いた。

溶接部分が切れることなく引き裂ける長さが長い程良好
である。

Ｏ：破断なし。

Δ；途中で破断する場合がある。

×；弓き裂きはじめで破断。

（３）　　　チ　　　リ 溶接部分外観でチリ発生量を調査した。

◎：チリ発生なし。

Ｏ：微小チリ少量発生、実用上問題なし。

Δ：微小チリ連続発生、実用やや困難である。

×：チリ発生量である。

（４）　　　断　　面 溶接部分中央を溶接方向に切断し、断面を研磨し、溶接
ナゲツト生成状況を顕微鏡観察した。

◎：ナゲットが完全に連続し、十分に融着している。

Ｏ：ナゲントは、連続していないが、重なり合っており
、良好。

△：不連続であるがナゲツト間が小さく一応良好。

×：ナゲソト間隔大きく不良。

（５）幅 溶接部の重ね合わせ部分の幅が一定しているか否かを測
定した。

Ｏ：幅は一定しており安定である。

Δ：僅かにずれを生じている。

×：溶接後端で大幅なずれを生じて安定した製缶は困難
である。

第１〜４表から明らかなように、この発明の電極ワイヤ
ーを利用した電気抵抗シーム溶接によれば、極薄錫めっ
き鋼板、ＴＦＳ、粒状化ＴＦＳ、極薄ニッケルめっき鋼
板の飲料食缶、５ガロン缶の全ての場合において、溶接
性調査項目の幅、範囲、引裂、チリおよび断面の全てが
良好以上の優れた結果を示しており、従来困難であった
Ｔ　Ｆ　Ｓ等の無研磨溶接が容易且つ安定して行なえて
いることが判る。

〔発明の効果〕

この発明のＴ！ｊ、極ワイヤーによれば、缶用素材の電
解クロメート処理鋼板のクロメート皮膜を除去すること
なく、重ね合せた接合部を良好に接合することができ、
更に極薄錫めっき鋼板や極薄ニンケルめっき鋼板に適用
して、重ね合せた接合部を良好に接合することもできる
。

しかも、コストが大幅に低く経済的である等、幾多の有
用な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、スードロニンク型の溶接機を用いて電極ワイ
ヤーにより缶用素材の重ね合せた接合部を電気抵抗シー
ム溶接するところを示す説明図である。図面において、 １・・・缶用素材、 ２・・・１橿ワイヤー １ａ・・・接合部、 ３ａ、　３ｂ・・・導電ロール。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　電極ワイヤーの表面に、ビッカース硬度が３００以
   上であって、その厚さが０．０１〜５．０μｍのめっき
   層を有することを特徴とする抵抗シーム溶接電極ワイヤ
   ー。 ２　前記電極ワイヤーは銅または銅基質合金からなる請
   求項１記載の抵抗シーム溶接電極ワイヤー。 ３　前記めっき層はＮｉ−Ｐ、または、Ｎｉ−Ｐと、Ｃ
   ｏ、Ｆｅ、Ｗ、Ｍｏの１種または２種以上とからなるめ
   っき層である請求項１記載の抵抗シーム溶接電極ワイヤ
   ー。 ４　前記めっき層はＮｉ−Ｂ、または、Ｎｉ−Ｂと、Ｃ
   ｏ、Ｆｅ、Ｗ、Ｍｏの１種または２種以上とからなるめ
   っき層である請求項１記載の抵抗シーム溶接電極ワイヤ
   ー。 ５　表面清浄化した銅または銅基質合金電極ワイヤーの
   表面に、Ｎｉ基めっき液で無電解めっきを施し、ビッカ
   ース硬度が３００以上であって、その厚さが０．０１〜
   ５．０μｍのＮｉ基めっき層を形成することを特徴とす
   る抵抗シーム溶接電極ワイヤーの製造方法。６　表面清
   浄化した銅または銅基質合金電極ワイヤーの表面に、Ｎ
   ｉ基めっき液で無電解めっきを施し、次いで熱処理し、
   ビッカース硬度が３００以上であって、その厚さが０．
   ０１〜５．０μｍのＮｉ基めっき層を形成することを特
   徴とする抵抗シーム溶接電極ワイヤーの製造方法。 ７　前記めっき液はＮｉ−Ｐ、または、Ｎｉ−Ｐと、Ｃ
   ｏ、Ｆｅ、Ｗ、Ｍｏの１種または２種以上との複合めっ
   き液である請求項５または６記載の抵抗シーム溶接電極
   ワイヤーの製造方法。 ８　前記めっき液はＮｉ−Ｂ、または、Ｎｉ−Ｂと、Ｃ
   ｏ、Ｆｅ、Ｗ、Ｍｏの１種または２種以上との複合めっ
   き液である請求項５または６記載の抵抗シーム溶接電極
   ワイヤーの製造方法。