JPH0755385B2 - アルミニウム合金製溶接缶胴体の製造方法 - Google Patents

アルミニウム合金製溶接缶胴体の製造方法

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JPH0755385B2
JPH0755385B2 JP63296743A JP29674388A JPH0755385B2 JP H0755385 B2 JPH0755385 B2 JP H0755385B2 JP 63296743 A JP63296743 A JP 63296743A JP 29674388 A JP29674388 A JP 29674388A JP H0755385 B2 JPH0755385 B2 JP H0755385B2
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伸晴 堀川
勝彦 中瀬
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20Bonding
    • B23K26/21Bonding by welding
    • B23K26/24Seam welding
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明はアルミニウム合金製3ピース缶に使用される
溶接缶胴体を製造する方法に関し、特に超音波シーム溶
接を適用しつつ高速で溶接缶胴体を製造する方法に関す
るものである。
従来の技術 アルミニウム合金製3ピース缶の製造にあたっては缶胴
素材となるアルミニウム合金薄板を円筒状に湾曲成形し
てその端部を重ね合わせ、その重ね合せ部を溶接して溶
接缶胴体を作成し、さらに溶接缶胴体の両端部にフラン
ジ加工を施してから蓋体をかしめ接合等によって取付け
るのが通常である。このような3ピース缶用の溶接缶胴
体の作成のための溶接方法の一つとしては、従来から超
音波シーム溶接法が知られている。しかしながら従来の
アルミニウム合金薄板の超音波シーム溶接法では、溶接
速度が例えば板厚0.2mmにおいて1m/min程度に過ぎず、
他のシーム溶接法例えば薄鋼板による缶胴製造のための
抵抗シーム溶接などと比較して溶接速度が格段に低く、
したがって溶接作業能率が著しく低いから、超音波シー
ム溶接法を適用してアルミニウム合金製3ピース缶を製
造する場合には製缶能率も著しく低くならざるを得ない
という問題があった。
そこで本発明者等は既に特開昭62−270290号において、
超音波シーム溶接法を適用してアルミニウム合金製溶接
缶胴体を製造する場合の溶接速度を高める方法として、
超音波シーム溶接にあたってのアルミニウム合金薄板の
端部同士の重ね代を適切な範囲内とするとともに、その
重ね合せ部の超音波溶接時の変形を大きくしてマッシュ
シーム形状の継ぎ手部を形成する方法を提案している。
すなわち上記提案の方法は、超音波シーム溶接時におけ
るアルミニウム合金薄板の端部同士の重ね代を0.5〜4mm
の範囲内とし、その重ね合せ部の全体を押し潰しながら
その厚みの変形度が20〜50%となるように超音波シーム
溶接する方法であって、このようにすることによってシ
ーム溶接速度を従来よりも格段に高い10〜15m/min程度
までは高めることが可能となった。
発明が解決しようとする課題 前述の提案の方法によれば、超音波シーム溶接を適用し
てアルミニウム合金製缶胴体を製造するにあたって、確
かに従来の一般的な超音波シーム溶接法を適用した場合
よりは格段に溶接速度を高めることが可能となった。し
かしながら最近の厳しい市場競争を考慮すれば、前記提
案の方法でも必ずしも充分ではなく、より一層溶接速度
を高速化して、缶胴体製作の能率をさらに高めることが
できる方法の開発が強く望まれている。
ところで最近に至り高速溶接法としてレーザー溶接法が
開発され、このレーザー溶接法をアルミニウム合金製缶
胴体の製造に適用することが考えられる。すなわち缶胴
素材であるアルミニウム合金薄板を円筒状に湾曲成形し
てその端部同士を重ね合わせ、その重ね合せ部分の楔状
界面の隙間に開放側からレーザービームを照射してシー
ム溶接することが考えられる。しかしながらアルミニウ
ム合金の場合には表面に強固な酸化皮膜が存在するた
め、レーザービームによる溶接性が悪く、充分な継ぎ手
強度を有する溶接部が得られない問題がある。すなわ
ち、重ね合せ部分の楔状界面におけるアルミニウム合金
薄板表面層を溶融させる条件でレーザービームを照射し
た場合でも、表面の酸化皮膜が未溶融状態でブロック状
に残り、その未溶融ブロック状酸化皮膜が溶融接合の妨
げとなって溶接欠陥が生じ、充分な継ぎ手強度が得られ
ないおそれがある。またレーザービームによる溶融後の
再凝固は急速冷却となるためアルミニウム合金の場合は
凝固割れが生じやすく、一方この問題を避けるためにレ
ーザービームのエネルギーを小さな値に制御して、アル
ミニウム合金薄板表面層が溶融しないような条件とし、
高温固相圧接を行なうことも考えられるが、この場合も
アルミニウム合金表面の酸化皮膜の存在により圧接性が
悪くならざるを得ず、したがって良好な圧接継ぎ手性能
を得るためには接合部に大きな圧下を加える必要が生じ
るが、その場合接合部の板厚が極端に薄くなって充分な
継ぎ手部の強度が得られなくなってしまう。したがって
これらの理由から、アルミニウム合金製缶胴体の製造に
レーザー溶接を適用することは実用的でないと考えられ
ていたのである。
この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、前
述のような超音波シーム溶接を適用してアルミニウム合
金製溶接缶胴体を製造するにあたって、溶接速度を従来
よりも格段に高速化しても継ぎ手性能の優れた溶接部が
得られるようにし、これにより缶胴体の製造能率を従来
よりも大幅に向上させ得るようにした方法を提供するこ
とを目的とするものである。
課題を解決するための手段 この発明においては、基本的には超音波シーム溶接にレ
ーザー溶接法を併用し、両者の相乗効果を活用すること
によって前述の問題を解決している。
具体的には、この発明のアルミニウム合金製溶接缶胴体
の製造方法は、素材アルミニウム合金薄板を円筒状に湾
曲させて両端部を重ね合わせ、その重ね合せ部の楔状界
面の隙間に開放側からレーザービームを照射しながら重
ね合せ部を超音波シーム溶接することを特徴とするもの
である。
作用 この発明の方法では、例えば第1図、第2図に示してい
るように、缶胴素材のアルミニウム合金薄板1を円筒状
に湾曲成形し、その両端縁部1A,1Bを重ね合わせる。こ
のとき、重ね合せ部2においては素材アルミニウム合金
薄板1の両端縁部1A,1Bが隙間なく密着されるのではな
く、楔状界面をなす隙間3が生じている。そこでこの重
ね合せ部2の楔状界面をなす隙間3に開放側からレーザ
ービーム4を照射して隙間3の両側のアルミニウム合金
薄板表面を加熱しながら、超音波シーム溶接機5によっ
て重ね合せ部2を超音波シーム溶接し、溶接部6を形成
する。
このように超音波シーム溶接にレーザー溶接を併用する
ことによって溶接速度を高速化し、しかも優れた継ぎ手
性能を有する溶接部を得ることができる。その理由は次
のように考えられる。
すなわち一般に超音波シーム溶接では、超音波振動によ
って接合界面のみを摩擦し、その結果、界面では酸化皮
膜の破壊による新生界面の露出および昇温が生じると同
時に加圧を加えることによって温間圧接が行なわれる。
したがって接合性を増すためには界面の温度が高い方が
望ましいが、摩擦のための超音波振動を与える溶接機の
能力には限界があり、通常の超音波シーム溶接機では接
合界面の温度は素材アルミニウム合金の溶融温度の半分
程度にしか至らず、したがって高速溶接を行なえば圧接
性の低下が避けられなかった。
一方レーザー溶接では、レーザービームの照射により接
合界面のごく表層のみを加熱して、その表層を溶融させ
るかまたは溶融温度に近い温度まで高温化させて、加圧
を行なうが、前述のようにアルミニウム特有の強固な酸
化皮膜を除去する能力に欠けるため、接合性に劣る。
これに対しこの発明の方法では、レーザービームの照射
によって接合界面を高温に加熱することができ、しかも
超音波振動による摩擦によって接合界面における強固な
酸化皮膜を破壊除去することができるから、溶接速度を
著しく高めても継ぎ手性能の優れた溶接部を得ることが
できるのである。換言すれば、この発明の方法の場合は
超音波シーム溶接法とレーザ溶接法の長所と短所を相補
って、継ぎ手性能の優れた高速溶接が可能となったので
ある。
ここで、この発明の方法において使用するレーザービー
ムの種類としては、炭酸ガスレーザー、YAGレーザーな
どがあるが、特に限定されるものではない。
またレーザービームの照射による接合界面の状況は、溶
融状態もしくは未溶融高温加熱状態のいずれかになり、
通常は未溶融高温加熱状態が好ましいが、それに限られ
るものでない。すなわち溶融状態、未溶融高温加熱状態
にいずれにおいても、レーザー溶接を単独で適用した場
合には、程度の差はあるが接合界面表面の強固な酸化皮
膜が接合性の低下をもたらしており、したがってこれに
超音波シーム溶接を併用することによっていずれの場合
も接合性の向上を図ることができるのである。なお重ね
合せ部におけるレーザービームを照射する楔状界面の隙
間の角度は、レーザービームが入射できる程度の空間的
余裕があれば良いから、特に限定されるものではない。
なおこの発明の方法における超音波シーム溶接では、第
3図に示すように円筒状に成形した缶胴素材のアルミニ
ウム合金薄板1の両端縁部1A,1Bを重ね合わせるにあた
って、その重ね合せ部2の重ね代Lを0.1〜2.0mmの範囲
内とすることが好ましい。そしてその重ね合せ部2の変
形度、すなわち溶接前における全厚みをt0、溶接後の厚
みをt1とし、 {(t0−t1)/t0}×100(%) であらわされる変形度が20〜50%の範囲内となるように
重ね合せ部2の全体を押し潰しながら超音波シーム溶接
して、第4図に示すような溶接部(重ね継ぎ手部)6を
形成することが望ましい。
ここで、上述のように20〜50%という高い変形度で重ね
合せ部2の全体を押し潰しながらシーム溶接すること
は、第4図から明らかなように素材アルミニウム合金薄
板1の重ね合せ部2の上側の板端縁部が押し潰されるの
みならず、下側の板端縁部もほぼ対称的に押し潰され
て、平坦に近い重ね継ぎ手部すなわち所謂マッシュシー
ム形の継ぎ手部を形成することを意味する。
なおまた、この発明で使用するアルミニウム合金として
は、通常は5182合金、5082合金、5052合金、3004合金、
3003合金、3005合金、1100合金、6061合金等があるが、
特にこれらに限定されるものではない。
実 施 例 [実施例1] 供試材としてJIS 5182合金H38材の厚さ0.23mmのアルミ
ニウム合金薄板を用いて、直径50mm、長さ120mmの円筒
形状に成形した後、第1図、第2図に示すようにアルミ
ニウム合金薄板1の両端縁部1A,1Bの重ね合せ部2(重
ね代1.0mm)の楔状界面をなす隙間3に、開放側からレ
ーザービーム4を照射しながら超音波シーム溶接機5に
より超音波シーム溶接を第1表中に示す条件で行なっ
た。なおレーザービーム4としては、YAGレーザーを用
い、出力600w、連続発振、シールドガスAr60/分の条
件で照射した。また超音波シーム溶接は、溶接機出力12
00w、振幅19μm、周波数19kHz、加圧力80Kgとした。そ
の溶接結果を第1表に示す。なお第1表において、溶接
性の判定は溶接継ぎ手部に180゜曲げを与えて溶接部が
剥離しないものを良好とした。なお比較のため、レーザ
ービームの照射を行なわずに、超音波シーム溶接のみ
(条件は同一)を行なった場合についても同様に溶接結
果を調べたので、それを第1表中に併せて示す。
第1表に示すように、超音波溶接にレーザービーム照射
を併用した本発明例では、溶接速度を100m/minまで高め
ても180゜曲げにおいて溶接部の剥離が生じなかった。
これに対しレーザー照射を行なわずに超音波溶接のみを
行なった比較例では、溶接速度を20m/minとすれば180゜
曲げにおいて溶接部の剥離が生じてしまった。したがっ
てこの発明の方法によれば、超音波溶接のみの場合と比
較して大幅に溶接速度を高速化できることが明らかであ
る。
発明の効果 前述の実施例からも明らかなように、この発明のアルミ
ニウム合金製溶接缶胴体の製造方法によれば、缶胴体の
溶接にあたって超音波シーム溶接にレーザービーム照射
を併用することによって継ぎ手性能の優れた溶接部を従
来よりも格段に高速化した溶接速度で得ることができ、
したがって溶接缶胴体の製造能率を従来よりも格段に向
上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の方法を実施している状況の一例を示
す模式的な斜視図、第2図は第1図におけるレーザービ
ーム照射位置での断面図、第3図は超音波シーム溶接直
前の重ね合せ部の状況を示す模式的な断面図、第4図は
超音波シーム溶接後の溶接部の状況を示す模式的な断面
図である。 1……アルミニウム合金薄板、2……重ね合せ部、3…
…隙間、4……レーザービーム、5……超音波シーム溶
接機、6……溶接部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−270290(JP,A) 特開 昭57−146492(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】素材アルミニウム合金薄板を円筒状に湾曲
    させて両端部を重ね合わせ、その重ね合せ部の楔状界面
    の隙間に開放側からレーザービームを照射しながら重ね
    合せ部を超音波シーム溶接することを特徴とするアルミ
    ニウム合金製溶接缶胴体の製造方法。
JP63296743A 1988-11-24 1988-11-24 アルミニウム合金製溶接缶胴体の製造方法 Expired - Lifetime JPH0755385B2 (ja)

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DE59407496D1 (de) * 1994-06-14 1999-01-28 Inpro Innovations Gmbh Verfahren zur Vor- oder Nachbehandlung von zu erzeugenden bzw, erzeugten Schweissnähten von Bauteilen
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