ブリキ缶の溶接

1. はじめに

1. 製缶における溶接の重要性についての簡単な説明。
2. 缶の種類（2～3個）と缶詰業界における関連性について言及。

溶接は缶の製造に不可欠な工程であり、特に魚の缶詰業界で一般的に使用されている3ピース缶には欠かせない。 この缶は、長方形のブリキ板を円筒状に丸め、溶接された縦の継ぎ目で接合して作られる。 この円筒形の部分には、底と蓋の2つの端がある。 蓋は缶詰工場で中身を詰めた後にする。 蓋と底部の缶体への接合は、二重シールとして知られる工程を経て行われる。この工程がうまく行われないと、容器の気密性が失われ、処理後の包装食品が汚染される可能性があるため、容器が正しく機能するためには、この工程が極めて重要である。

1960年代に導入された電気溶接は、電流の形でエネルギーを供給し、接合する金属部品を溶かすのに必要な熱を発生させる方法であり、合金化の必要はない。 この技術的なブレークスルーは、飲料や保存食に使われるような3ピース缶の生産を向上させる上で極めて重要であり、その効率の良さからすぐに業界で採用された。

つまり、密封とは、容器の完全性と気密性を確保し、内容物を外的要因から守り、劣化を防ぐ、缶製造の基本的なステップなのである。 これは、魚やその他の食品を保存するために包装の品質と安全性が最も重要である缶詰業界では特に関連性が高い。

• 歴史と年表

2. 1960年代の電気溶接プロセスの導入など、重要なマイルストーンに焦点を当てた缶溶接の歴史的発展。

缶の溶接は、金属包装業界において極めて重要な要素であり、その発展は歴史を通じて著しい技術的進歩を示してきた。 缶溶接の進化における最も重要なマイルストーンのひとつは、1960年代に電気溶接が導入されたことである。 このとき、2つの異なる非合金溶接プロセスが開発され、どちらも3ピース缶ボディの側縁を接合することを目的としていた。

電気溶接プロセスは、接合する部分に一定時間内に一定量のエネルギーを加えることに基づいている。 電流の形で供給されるこのエネルギーは、溶接される金属部品を溶かす熱に変換される。 コンチネンタル・キャンは、「コノウェルド」として知られる技術を導入したパイオニアである。

1975年には、ワイヤーマッシュウェルディングシステム（WIMA）が登場した。 この技術では、引き伸ばされて平らになった銅線を使用することで、はんだ付け部分の接触面を増やし、わずか1mmのラップ幅でより強力で優れた接合を実現した。 ソウドロニックは、この銅線を缶の継ぎ目と銅溶接ホイールの間の中間電極として使用することを開発し、電極表面の汚染の問題を解決し、溶接品質を向上させた。

これらの進歩により、缶メーカーは、食品産業やその他の要求の厳しい用途に使用される非合金サイドシーム容器を製造できるようになり、缶製造に大きな変化をもたらし、シーム工程の効率と品質を向上させた。

それぞれの技術の長所について：

コノウェルド

• 利点：合金を使用しないはんだ付けプロセスによる缶の製造が可能になり、食品産業やその他の要求の厳しい用途に適するようになった。

WIMA：

• 利点プロファイル・ワイヤー溶接は、電極の汚染を防 ぎ、溶接部の接触面を増やすことで、溶接品質を向 上させる。 さらに、銅線のスクラップはリサイクルできるので、経済的なメリットもある。

これらの技術は、製缶における大きな進歩であり、業界における溶接工程の効率と品質を向上させた。

• 電気溶接の基礎

3. 電気溶接を支配する物理的原理。
4. 金属を溶解するためのエネルギー投入とその熱への変換プロセスの説明。

電気抵抗溶接は、溶融によって金属を接合するために使用されるプロセスであり、溶加材を使用することも、使用しないこともできる。 この種の溶接は、高強度電流の通過に対する材料の抵抗による熱の発生に基づいている。

溶接中に発生する熱は、ジュールの法則に従い、材料と接点の抵抗（R）、電流の強さ（I）、電流が流れる時間（t）の関数である。 この関係を表す数式は、W = R x I^2 x tである。ここで、Wは散逸する熱エネルギー（ジュール）、Iは電流（アンペア）、Rは抵抗（オーム）、tは時間（秒）である。

抵抗溶接の基本的な構成には、溶接する金属に力（F）を加える2つの電極が含まれる。 その間に、電流が一定時間かけて金属を通過し、金属を溶かすのに必要な熱が発生し、加えられた圧力と相まって、最終的に金属を結合させる。

ブリキの成分のひとつであるスズの溶融温度は232℃であるのに対し、母鋼の溶融温度は1200～1300℃である。 はんだ付け中、錫は急速に溶融し、電極上に堆積して接触抵抗を増加させる。 この問題を回避し、プロセスの効率を維持するため、シーブ間に銅線を使用し、フェルールを搬送し、錫を排出し、発生する熱の一部を放散する。

• 素材とコーティング

4. ブリキやクロム電気メッキ鋼（TFS）など、缶の製造に使用される材料の説明。
5. 不動態化の重要性と錫めっきの重量。

ブリキは、金属製パッケージ、特に食品の製造に伝統的に使用されてきた素材である。 これは、薄い錫の層でコーティングされたスチール製のベースから構成されている。 この錫コーティングが重要なのは、耐食性をもたらし、缶の製造に不可欠な電気はんだ付けに適しているからである。 錫皮膜の重量は一般に2.8～11.2g/m2で、2.8g/m2刻みで変化する。 非塗装缶の場合、重量は通常8.4g/m2または11.2g/m2である。 錫はまた、スチール・ベースの露出部分の電気化学的保護にも寄与する。

一方、錫の価格高騰と資源枯渇への懸念から、ブリキに代わる鋼板として登場したのがTFS（錫を含まない鋼板）で、クロムめっきとも呼ばれる。 TFSは基本的なスチール製で、両面に施されたクロムと酸化クロムのコーティングで保護されている。 このコーティングは、クロム酸溶液からの電気化学的析出によって達成される。 コーティング層の厚みはブリキに比べてはるかに小さいが、均一性が高く、気孔内の鉄金属の露出面積はブリキより小さい。

不動態化処理は、ブリキとTFSの耐食性を向上させるために施される重要な前処理です。 このプロセスでは、金属の反応性を低下させ、腐食傾向を低下させる保護層が形成される。 ブリキの場合は不動態化皮膜で不動態化するが、TFSではクロムと酸化クロムの混合皮膜を使用する。

ワニス加工は、腐食のリスクをさらに減らすために、これらの素材に施すことができるもうひとつの加工である。 しかし、ラッカー塗装の使用は、常に実行可能で費用対効果が高いとは限らず、その適用は、缶が収納される製品と、それがさらされる保管条件によって決まる。

5. 設備・機械
   • 溶接品質を確保するための機器の初期調整とメンテナンス。

溶接工程では、溶接の品質を確保するために、設備の適切な調整とメンテナンスが不可欠である。 これには以下が含まれる：

1. 火傷や貫通を起こさずに適切な金属融合を達成するために、溶接電流と溶接力を調整する。
2. 汚れや屑が蓄積すると、溶接工程の質に影響す る可能性があるため、溶接ステーションのすべての 部分を清潔に保ってください。 これには、静電気ダストの清掃、ラッカー・ディスペンサーの清掃、溶接ホイールの清掃が含まれる。
3. オーバーラップなどの溶接形状を点検、調整し、溶接シーブの輪郭を研磨して、一貫した強固な接合部を確保する。
4. 生産オーダーの変更やシフトチェンジの際に、効果的なラインクリアランスを確保する。

• 溶接における問題と解決策

6. 一般的な溶接の問題についての議論。
7. これらの問題を予防し、解決するための戦略。

金属加工業界で一般的に使用されている抵抗溶接では、溶接の品質に影響する多くの問題が発生する可能性がある。 主な溶接欠陥とその可能性のある原因のいくつかを以下に述べる：

1. 冷間溶接：この欠陥は、材料を適切に溶かすのに十分な熱量が得られず、接合部が弱くなった場合に発生する。 原因としては、電流不足、電極の加圧力不足、 溶接時間の短さなどが考えられる。
2. 熱間溶接：熱の発生が過大な場合に起こり、材料に変形や穴が開くことがある。 これは、電流が高すぎたり、溶接時間が長すぎ たり、電極加圧力が適切でないことが原因である可能 性がある。
3. 不規則な押し出し: これは溶接部の形状の不一致を意味し、溶接シーブの形状不良や加工中の加圧力の不均一が原因となる。
4. テーパーオーバーラップ：シートエッジの不均一な重なりとして現れる欠陥で、機械の調整が不適切であったり、シーブへの胴の送り込みが不十分であったりすることが原因となる。
5. 座屈端: 溶接端の変形を指し、校正クラウンが正しく調整されていない可能性がある。
6. ワイヤーとの短絡：この問題は、ワイヤーと機械の一部が不要に接触した場合に発生し、溶接プロセスを中断させる可能性がある。
7. 溶接部の汚染: 溶接部に汚れや異物があると、継手の品質 が低下する。
8. フィッシュテールおよびツイン・フェルール: これらは特定の欠陥で、アウトフィード・コンベアの位置と速度、または溶接工程の不適切な設定に関連している可能性がある。
9. コールドスポット溶接ビード：電流不足または過大な接触抵抗のため、溶接が正しく行われなかった部分を示す。
10. 溶接部の酸化……溶接工程で過度に空気にさらされ、その結 果、溶接部に錆が発生することがある。

7. 溶接保護
   • 含まれる製品や環境からの攻撃に対して、内部および外部の両方で溶接部を保護する方法。
   • 液体ワニスの塗布から、より近代的で汚染の少ない技術への移行。

金属容器の溶接を、内部と外部の両方において、収容された製品や環境からの攻撃から保護するために、当初は溶接直後に液体ワニスを塗布する技術が開発された。 このワニスは、含浸させたフェルトローラーか、小型のスプレーガンを使った噴霧によって塗布され、その後リニアオーブンで硬化された。 しかしこの技術では、適切な粘度を得るためにワニスを溶剤で希釈する必要があり、環境汚染を減らすための補助装置が必要で、必ずしも効率的に達成できるものではなかった。

時が経つにつれ、この技術はより近代的で汚染の少ない方法に取って代わられた。 この分野での進歩のひとつは、静電粉体の使用であり、これはより制御された塗布を提供し、環境汚染を軽減する。 静電パウダーは、パウダーの帯電を伴うプロセスによって溶接部に接着されるため、塗布効率が向上し、材料の無駄が最小限に抑えられる。 さらに、フランジ加工やビーディング加工に必要な接着力の向上と漆の柔軟性を高めるために、漆を塗布する前後に溶接部を冷却することが推奨される。

溶接部の外部保護には、湿気や環境から保護するためのワニスが塗布され、吸水テストなど、塗布の品質を保証するための管理テストが実施される。