ニュース - 3ピース缶製造における溶接継ぎ目とコーティングの要点

溶接品質に影響を与える主な要因

抵抗溶接は、電流の熱効果を利用する溶接方法です。溶接する2枚の金属板に電流を流すと、溶接回路の抵抗によって発生する高熱で金属板が溶融し、その後、加圧・冷却されて接合されます。溶接抵抗は、金属板間の接触抵抗と金属板自体の抵抗の2つの部分から構成されます。したがって、良好な溶接を実現するには、接触抵抗を低減しつつ、材料の抵抗値を高める必要があります。

溶接品質を制御するには、溶接抵抗、溶接圧力、重ね合わせ、溶接速度、そしてもう一つの可変要素であるブリキ板という、以下の5つの基本パラメータを調整する必要があります。これらの要素によって、溶接ナゲットの間隔、溶融度、形状、および微細構造が決まります。これらのパラメータは相互に関連しているため、いずれかのパラメータが変更された場合は、溶接条件を再設定する必要があります。

（１）溶接速度と溶接電流の関係他の条件が一定の場合、良好な溶接を得るためには、設定された溶接速度と溶接電流によって、ブリキ板が適切に溶融し、溶接ナゲットが接合されるようにする必要があります。溶接速度が増加すると、電流もそれに応じて増加する必要があります。溶接速度が低すぎると、ブリキ板が過熱し、溶接ナゲットの冷却速度がブリキ板の収縮速度よりも遅くなり、溶接箇所に大きな穴が生じる可能性があります。逆に、溶接速度が高すぎると、溶接ナゲットが接合しない可能性があります。また、ブリキ板の加熱が不十分だと、穴が長く伸びたり、板と板の間に錫がはんだ付けされたりする可能性があります。

（２）溶接圧力と溶接電流の関係ブリキ表面の錫層は、抵抗の低い良導電性金属であり、硬度が低いため圧力下で容易に変形し、表面抵抗を大幅に低減して溶接を容易にします。溶接圧力が高くなるとブリキの接触面積が増加し、表面接触抵抗が低減するため、溶接電流も相対的に増加します。溶接圧力は適切な範囲内で調整する必要があります。圧力が低すぎると溶接ビードが高くなり、補修コーティングが複雑になります。逆に、溶接圧力が高いと平坦な溶接シームを容易に得ることができます。

（３）重ね合わせと溶接電流の関係重ね合わせが大きいほど溶接熱量が多くなるため、溶接電流は重ね合わせに比例して増加します。設定された溶接条件において、重ね合わせが通常よりも大きい場合、同じ溶接圧力がかかる面積が増加するため、溶接電流密度が低下し、接触抵抗がわずかに増加し、結果として溶接熱が不足してコールド溶接となります。逆に、重ね合わせを小さくすると、オーバー溶接や押し出しの増加につながる可能性があります。

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（４）ブリキの特性が溶接に及ぼす影響

1. 錫めっき重量ブリキの錫めっき重量は溶接品質に影響します。錫層は接触抵抗が低く、良好な導体ですが、錫めっき重量が低すぎる場合（0.5 g/m²未満）、合金層が比較的高いと、合金層の表面接触抵抗が大きくなり、溶接品質に悪影響を及ぼします。特に、同じロットのブリキであっても、合金層が大きくばらついたり、合金の錫含有量が高すぎると、同じ設定でも冷間溶接が発生しやすくなります。錫めっき重量が高いブリキでは、同じ溶接電流で得られる溶接ナゲット間隔が錫めっき重量が低いブリキよりも小さくなるため、良好な溶接を行うには溶接速度を落とす必要があります。さらに、溶接電流が高すぎると、溶融中に錫が鉄の粒界に沿って浸透し、一部の食品缶で粒界腐食を引き起こす可能性があります。

2．厚さ　ブリキ板の厚さは、特に高速溶接機において、溶接パラメータの調整に影響を与えます。ブリキ板の厚さが増すにつれて、必要な溶接電流が増加し、溶接条件の上限値と下限値は厚さの増加とともに減少します。

3. 硬度溶接電流の設定はブリキ板の硬度に関係します。硬度が増加すると、溶接電流もそれに応じて減少させる必要があります。設定された溶接条件下では、ブリキ板の厚さと硬度が通常の範囲内で変動しても溶接には影響しません。しかし、同じバッチ内で厚さと硬度が大きく変動すると、溶接品質が不安定になり、コールド溶接やオーバー溶接の問題が発生します。例えば、設定された圧力下でブリキ板の硬度が過度に増加すると、2枚の板間の表面接触抵抗が増加するため、溶接電流の減少が必要になります。

4．母材鋼の品質　母材鋼の炭素含有量が高い場合、溶接電流を増やす必要があります。また、母材鋼に介在物が多い場合、溶接中の抵抗が増加し、スパッタが発生しやすくなります。つまり、異なる種類の空き缶を製造したり、ブリキの種類を変更したりする際には、新しい溶接条件を設定する必要があります。