JP2007144520A - Laser welded joint, outer plate panel and car body structure of rolling stock - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ溶接継手、それを用いた外板パネルおよび鉄道車両の構体構造に関するものである。無塗装の鉄道車両構体、あるいはバス、トラック等の車体に特に適するものである。 The present invention relates to a laser welded joint, an outer panel using the same, and a structure of a railway vehicle. It is particularly suitable for unpainted railway vehicle structures or buses, trucks and other vehicle bodies.
一般に、レーザ光を熱源として、主として金属に集光した状態で照射し、金属を局部的に溶融・凝固させることによって接合するレーザ溶接方法は知られている。レーザ溶接方法は、他の溶接方法と比べて精密な入熱制御が容易であるという利点がある。 In general, there is known a laser welding method in which laser light is used as a heat source, irradiation is performed mainly on a metal, and the metal is joined by locally melting and solidifying the metal. The laser welding method has an advantage that precise heat input control is easy compared to other welding methods.
このことを利用して薄板(肉厚0.5〜4mm程度)どうしの重ね溶接継手において、レーザビームを照射した薄板の反対側に位置する薄板の内部までの領域を加熱溶融して、それにより生じた溶融池の底部が前記反対側の薄板の外側面に到達しないようにする部分溶込み溶接が開発されており、溶接裏面に溶接ビードを露見させない溶接継手の形成が可能となる。 In this way, in the lap weld joint between thin plates (thickness of about 0.5 to 4 mm), the region to the inside of the thin plate located on the opposite side of the thin plate irradiated with the laser beam is heated and melted, thereby Partial penetration welding has been developed to prevent the bottom of the molten pool from reaching the outer surface of the opposite thin plate, and it is possible to form a weld joint that does not expose the weld bead on the back of the weld.
このことを応用して、車両構体などにおいて、補強部材の接合部と外板とを密着させた部分に、非接触で補強部材側からレーザビームを移動させながら照射して、補強部材の表面から外板の内部までの領域を加熱溶融して、溶融池の底部が外板の外側面に到達しないようにレーザ出力またはビーム移動速度を制御しながら外板パネルと補強部材とを接合することは知られている(例えば特許文献1〜3参照)。
Applying this, in a vehicle structure or the like, irradiate a portion where the joint portion of the reinforcing member and the outer plate are in close contact with each other while moving the laser beam from the reinforcing member side in a non-contact manner, and from the surface of the reinforcing member. It is possible to heat and melt the area up to the inside of the outer plate and join the outer plate panel and the reinforcing member while controlling the laser output or beam moving speed so that the bottom of the molten pool does not reach the outer surface of the outer plate. It is known (see, for example,
これにより溶接裏面となる外板の外側面を、意匠性のある外板面としてそのまま利用することができる。このようなレーザ溶接の技術は、特に、塗装の不要なステンレス製の鉄道車両構体、あるいはバス、トラック等の車体に適用する場合に利点がある。従来の抵抗スポット溶接による接合では必ず溶接圧痕と溶接焼けが外板面に残り、外観を損ねるとともに、発生した溶接焼けの後処理に多大なコストがかかっていたからである。 Thereby, the outer side surface of the outer plate used as a welding back surface can be utilized as it is as a design outer plate surface. Such a laser welding technique is particularly advantageous when applied to a stainless steel railway vehicle structure that does not require painting, or a vehicle body such as a bus or truck. This is because, in conventional joining by resistance spot welding, welding indentation and welding burn always remain on the outer plate surface, and the appearance is impaired, and post-treatment of the generated welding burn is expensive.
レーザ溶接における接合強度のばらつきを抑えて構造物としての安定した品質を得るためには、ある程度の溶け込み深さが必要であるが、深すぎると溶接裏面に高温酸化による変色(裏焼け)が生じたり、溶接ビードが露出したりするおそれがある。これを解決する方法も知られている(例えば特許文献4参照)。 In order to suppress the dispersion of joint strength in laser welding and obtain a stable quality as a structure, a certain depth of penetration is necessary, but if it is too deep, discoloration (backburning) due to high-temperature oxidation occurs on the back of the weld. Or the weld bead may be exposed. A method for solving this problem is also known (see, for example, Patent Document 4).
また、溶接時における溶接裏面の冷却や、後処理によっても酸化変色を排除することも可能である。
上記のように溶接裏面への溶接線の貫通や酸化変色の問題は、従来技術によりある程度解決されたが、レーザビームにより局部的に加熱された溶接部の収縮により重ね継手にお
ける部材はわずかに角折れを起こし、これが溶接裏面において溶接線に沿った凸状の溶接痕として現れるという課題が残されている。
As described above, the problem of penetration of the weld line to the weld back surface and oxidation discoloration has been solved to some extent by the prior art, but the members in the lap joint are slightly square due to shrinkage of the weld locally heated by the laser beam. There remains a problem in that bending occurs and this appears as a convex welding mark along the weld line on the welding back surface.
前記角折れに伴う凸状の溶接痕は、レーザビームによる溶融池の貫通や酸化変色に比べれば全く軽微なものであるが、もともとレーザ溶接に伴う溶接歪みは小さいので、この溶接痕をなくすことが、外板の品質と付加価値を高めるために求められる。 The convex welding traces associated with the corner folds are quite minor compared to penetration of the weld pool by laser beam and oxidation discoloration. However, since the welding distortion associated with laser welding is originally small, these welding traces should be eliminated. However, it is required to increase the quality and added value of the skin.
その一方、この溶接痕を生じさせないようにレーザの出力を調整して接合を行うと、例えば下板1.5mm厚、上板1mm厚の場合は、継手界面のビード幅は0.3mm〜0.5mm、下板への溶け込み深さは0.1mm〜0.2mmとなり、この程度の溶け込み深さでは何らかの外乱の影響を受けた場合には全く接合されない。逆に凸状の溶接痕が生じれば確実に継手が形成されていることになり、接合品質と外観品質とのいずれも同時に確保するのは困難である。 On the other hand, when joining is performed by adjusting the laser output so as not to cause this welding mark, for example, when the lower plate has a thickness of 1.5 mm and the upper plate has a thickness of 1 mm, the bead width of the joint interface is 0.3 mm to 0 mm. The depth of penetration to the lower plate is 0.1 mm to 0.2 mm, and at such a penetration depth, no joining is performed when affected by some disturbance. On the contrary, if a convex welding mark is generated, the joint is surely formed, and it is difficult to ensure both the joint quality and the appearance quality at the same time.
なお、下板の厚さが3mm以上である場合は十分な溶け込み深さを確保しても外板面への影響はほとんどないことが確認されているが、下板の板厚の必要以上の増加は構造物の質量を著しく増すことになるので好ましくない。 In addition, when the thickness of the lower plate is 3 mm or more, it has been confirmed that there is almost no influence on the outer plate surface even if a sufficient penetration depth is ensured. An increase is not preferable because it significantly increases the mass of the structure.
そこで、発明者らは、鋭意研究を重ねたところ、外板の外側面に、前記レーザビームよる溶接線方向とほぼ平行に研磨加工(例えば、鉄道車両のステンレス構体で一般に使用されているベルトグラインド仕上げ)を施せば、光の散乱の具合により溶接線がほとんど見えなくなることを見出し、本発明をなすに至ったものである。 Accordingly, the inventors have conducted extensive research and have found that the outer surface of the outer plate is polished in parallel with the laser beam welding line direction (for example, a belt grind generally used in a stainless steel structure of a railway vehicle). It has been found that if the finish is applied, the weld line becomes almost invisible due to the degree of light scattering, and the present invention has been made.
この発明は、接合品質を確保して、溶接痕を視覚的に目立たなくすることができるレーザ溶接継手、外板パネルおよび鉄道車両の構体構造を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a laser welded joint, an outer panel, and a railway vehicle body structure that can ensure the joining quality and make the weld mark visually inconspicuous.
請求項1の発明は、複数の板状部材を重ね合せ、その面外方向からレーザビームを移動しながら連続的に照射し、レーザビームを照射した板状部材の反対側に位置する板状部材の内部までの領域を加熱溶融して、それにより生じた溶融池の底部が前記反対側の板状部材の外側面に到達しないように前記複数の板状部材が接合されてなるレーザ溶接継手であって、前記反対側の板状部材の外側面に、前記レーザビームよる溶接線方向とほぼ平行に研磨加工が施されていることを特徴とする。ここで、「板状部材」とは、全体が板状である必要はなく、レーザ溶接により接合される部分が板状である場合も含まれる。「レーザビームよる溶接線方向とほぼ平行に研磨加工が施されている」とは、外側面を構成する板状部材の内側に接合される板状部材(例えば、骨材または内張り材などの取付部品)の構成上、(i)溶接線方向を特定の一方向に限定することができない場合には最も外観(外側面)への影響の大きい溶接線方向に研磨方向を合せること、(ii)溶接線方向を特定の一方向に限定することができない場合に、研磨方向と一致しない溶接線となる板状部材を、研磨方向とほぼ一致する溶接線によって接合された板状部材に溶接すること、(iii)溶接線方向を特定の一方向に限定することができない場合に、研磨方向と一致しない溶接線の溶接痕(角折れに伴う凸状の溶接痕)が外側面側から視認できないように、または視認が困難となるようにその溶接痕の上に保護材や表装材を取付けることも含まれる。また、板状部材の外側面にレーザビームよる溶接線方向とほぼ平行に研磨加工を施すのは、接合の前であっても、接合の後であってもよい。「研磨加工」は、ベルトグラインダによるBG(ベルトグラインド)仕上げといわれるもので、「JIS R 6001」で規定される砥粒を接着したベルトを回転させ鋼板の表面を一方向に断続的に(不連続に)研磨することにより仕上げるものである(「JIS G 4305」でNo.3やNo.4なる記号で示される表面仕上げに該当する)。 According to the first aspect of the present invention, a plurality of plate-like members are overlapped and continuously irradiated while moving the laser beam from the out-of-plane direction. A laser welded joint in which the plurality of plate-like members are joined so that the bottom of the molten pool formed by heating and melting the region up to the inside does not reach the outer surface of the opposite plate-like member Then, the outer surface of the plate member on the opposite side is polished substantially in parallel with the direction of the welding line by the laser beam. Here, the “plate member” does not have to be plate-like as a whole, and includes a case where a portion to be joined by laser welding is plate-like. “Abrasion processing is performed substantially parallel to the direction of the welding line by the laser beam” means that a plate-like member (for example, an aggregate or a lining material) is joined to the inside of the plate-like member constituting the outer surface. (I) If the welding line direction cannot be limited to a specific direction, the polishing direction should be aligned with the welding line direction that has the greatest effect on the appearance (outer surface). (Ii) When the welding line direction cannot be limited to a specific direction, a plate-like member that becomes a welding line that does not match the polishing direction is welded to the plate-like member joined by the welding line that substantially matches the polishing direction. (Iii) When the welding line direction cannot be limited to a specific direction, the welding trace of the welding line that does not coincide with the polishing direction (convex welding trace accompanying a corner break) cannot be seen from the outer surface side. Or its welding marks so that it is difficult to see It is also included to attach the protective material and mounting material above. Further, the outer surface of the plate-like member may be subjected to the polishing process substantially in parallel with the direction of the welding line by the laser beam before or after the joining. “Polishing” is said to be BG (belt grind) finishing by a belt grinder, and the belt to which the abrasive grains specified in “JIS R 6001” are adhered is rotated to intermittently discontinue the surface of the steel sheet in one direction. It is finished by polishing (corresponding to the surface finish indicated by the symbols “No. 3” and “No. 4” in “JIS G 4305”).
このようにすれば、外側面を構成する板状部材として、レーザビームよる溶接線方向とほぼ平行に研磨加工を施している板状部材を用い、光の散乱の具合により、溶接線がほとんど見えなくなるようにしているので、後加工として、外側面に対して表面仕上げをすることなく、外側面に現れる凸状の溶接痕が視覚的に目立たないようになる。つまり、外側面上に現れる、角折れに伴う凸状の溶接痕が視覚的に目立たないようになり、外板の見栄えが向上する。 In this way, the plate-like member constituting the outer surface is a plate-like member that is ground in parallel with the direction of the weld line by the laser beam, and the weld line is almost visible due to the degree of light scattering. Since it is made to disappear, the convex welding trace which appears on an outer side surface does not become visually conspicuous, without carrying out surface finishing with respect to an outer side surface as a post process. In other words, the convex weld marks appearing on the outer surface due to the corner breakage are not visually noticeable, and the appearance of the outer plate is improved.
このように、重ね溶接継手の構成部材のうち溶接裏面となる外側面(重ね溶接継手における下側の板状部材の下面)にベルトグラインダなどにより溶接線とほぼ平行方向に研磨処理された部材を用いると、十分な溶込みのある部分溶込み溶接継手であっても、光の散乱などにより上記のごとく発生する溶接痕はほとんど視認し得ない(視覚的に目立たない)ものとなる。よって、何ら後処理を施すことなく、美麗な外側面が構成される。すなわち、安定かつ適切な接合強度の確保と、美麗な外観品質の確保との両立を実現できることになる。 As described above, a member that is polished in a direction substantially parallel to the weld line by a belt grinder or the like on the outer surface (the lower surface of the lower plate-like member in the lap weld joint) of the constituent members of the lap weld joint is used. When used, even a partially-penetrated welded joint with sufficient penetration cannot be visually recognized (not visually noticeable) as described above due to light scattering or the like. Thus, a beautiful outer surface is formed without any post-processing. That is, it is possible to realize both of ensuring a stable and appropriate joint strength and ensuring a beautiful appearance quality.
このことを、2枚の板状部材を重ね合わせて接合する場合についてさらに説明すると、まず、図1(a)に示すように、板状部材1,2(例えば、SUS301L、SUS304などの冷間圧延ステンレス鋼板)を重ね合せ、その板状部材2の、板状部材1に接触する面と反対側の面側からレーザビームRを移動しながら板状部材1,2に対し連続的に照射し、レーザビームRを照射した板状部材2の反対側の板状部材1の内部までの領域を加熱溶融して、それにより生じた溶融池Pの底部が反対側の板状部材1の外側面S1に到達しないように、レーザビームRの出力またはビーム移動速度を制御しながら板状部材1,2を接合するので、外側面S1に溶接ビードは現れない。この場合、図1(b)に示すように、レーザ溶接による熱収縮のため、わずかに角度θの角折れに伴う凸状の溶接痕が生じる。そして、図1(c)に示すように、この角折れ部(角折れ線L)が外側の板状部材1の外側面にすじ状になって現れる。しかしながら、図1(d)に示すように、外側面S1に溶接線に平行に研磨加工を施しているので、外側面S1に衝突する光の散乱の具合により溶接痕である角折れ部(角折れ線L)がほとんど見えなくなる。なお、表面が滑らかであると、図17(a)に示すように、特定方向からの光が、角折れ部を境に反射方向R1,R2にはっきりと分かれて視点に向かうので、角折れ線Lが見えるが、溶接線方向に研磨加工された表面では、図17(b)に示すように、あらゆる方向からの光が反射して視点に向かうので、角折れ部Lが見えなくなる。
This will be further described in the case where two plate-like members are overlapped and joined. First, as shown in FIG. 1A, the plate-
よって、(i)溶接線が外側面に現れず、美麗な外側面が得られ、また溶接ひずみが小さく、寸法精度の向上が図れるので、品質の向上の点で有利となる。また、(ii)レーザ溶接により溶接速度がはやくなり、施工性が向上するので、製造コストの低減が図れる。さらに、(iii)レーザ溶接により連続溶接が可能となり、シールを廃止できるので、メンテナンスコストの低減が図れる。 Therefore, (i) a weld line does not appear on the outer surface, a beautiful outer surface is obtained, welding distortion is small, and dimensional accuracy can be improved, which is advantageous in terms of quality improvement. Also, (ii) laser welding speeds up the welding and improves workability, so that the manufacturing cost can be reduced. Furthermore, (iii) laser welding enables continuous welding and the seal can be abolished, so that maintenance costs can be reduced.
請求項2の発明は、外板の内側に第1の補強部材を重ね合せ、その第1の補強部材側からレーザビームを移動しながら連続的に照射し、前記外板の内部までの領域を加熱溶融して、それにより生じた溶融池の底部が前記外板の外側面に到達しないように接合されてなる外板パネルであって、前記外板は、外側面に前記レーザビームよる溶接線方向とほぼ平行に研磨加工が施されていることを特徴とする。
In the invention of
このようにすれば、外板の外側面に、レーザビームよる溶接線方向とほぼ平行に研磨加工を施しているので、光の散乱の具合により、外側面において溶接線がほとんど見えなくなる。つまり、外板パネル(外板)の外側面に現れる凸状の溶接痕が視覚的に目立たないようになる。 In this way, since the outer surface of the outer plate is polished substantially in parallel with the direction of the welding line by the laser beam, the welding line becomes almost invisible on the outer surface due to light scattering. That is, the convex welding mark appearing on the outer surface of the outer panel (outer plate) becomes visually inconspicuous.
このような請求項2記載の外板パネルを、請求項3に記載のように、鉄道車両の構体構造に用いることができる。すなわち、請求項3の発明は、外板の内側に第1の補強部材を重ね合せ、その第1の補強部材側からレーザビームを移動しながら連続的に照射し、前記外板の内部までの領域を加熱溶融して、それにより生じた溶融池の底部が前記外板の外側面に到達しないように接合されてなる外板パネルを、側構体の外側板として用いる鉄道車両の構体構造であって、前記外板パネルの外板は、外側面に前記レーザビームよる溶接線方向とほぼ平行に研磨加工が施され、前記溶接線方向が特定方向(車両長手方向あるいは車両高さ方向)と一致していることを特徴とする。
Such an outer panel according to
このようにすれば、外板パネルの外板には、レーザビームよる溶接線方向とほぼ平行に研磨加工を施しているので、光の散乱の具合により、溶接線がほとんど見えなくなる。外側面に現れる凸状の溶接痕が視覚的に目立たないようになるので、外板の見栄えが向上し、特に無塗装の鉄道車両構体に適する。 In this way, the outer plate of the outer panel is polished substantially in parallel with the direction of the weld line by the laser beam, so that the weld line becomes almost invisible due to light scattering. Since the convex welding marks appearing on the outer surface become visually inconspicuous, the appearance of the outer plate is improved, and is particularly suitable for an unpainted railway vehicle structure.
この場合、請求項4に記載のように、前記第1の補強部材は、断面ハット形状の部分を有し、その部分が、断面略コ字形状の本体部と、この本体部の開口端縁に互いに反対方向に延びるように連接され前記外板にレーザ溶接により接合されるフランジ部を有するものであり、前記本体部が車両長手方向に延びていることが望ましい。
In this case, as described in
このようにすれば、第1の補強部材と外板とで構成される断面が完全に閉断面となり、第1の補強部材の長手方向の曲げ剛性が極めて高くなるだけでなく、その方向の外板座屈強度も高くなる。また、第1の補強部材が車両長手方向に接合されているので、溶接線方向と研磨加工の方向とを無理なく一致させることができる。 In this way, the cross section formed by the first reinforcing member and the outer plate becomes a completely closed cross section, and not only the bending rigidity in the longitudinal direction of the first reinforcing member becomes extremely high, but also the outside in that direction. The plate buckling strength is also increased. Moreover, since the 1st reinforcement member is joined to the vehicle longitudinal direction, the weld line direction and the direction of grinding | polishing process can be made to correspond reasonably.
前記(請求項4の)本体部の断面略コ字形状は、底部から開口側まで間隔が一定であってもよいが、請求項5に記載のように、前記本体部の断面略コ字形状は、開口側に向かって徐々に間隔が広くなる構成とされ、前記第1の補強部材において前記外板とは反対側に、前記第1の補強部材に直交する方向に延びる断面ハット形状の第2の補強部材が設けられ、この第2の補強部材のフランジ部が前記第1の補強部材の本体部に接合されている構成とすることも可能である。ここで、第2の補強部材の形状は、特に制限されないが、適当な溶接長を得るために断面ハット形状とすることが望ましい。また、第2の補強部材の接合方法も特に制限されないが、レーザ溶接により接合する場合は溶融池の底部が前記第1の補強部材の本体部を貫通するように接合されている構成とすることも可能である。
The cross-sectional substantially U-shape of the main body (of claim 4) may have a constant interval from the bottom to the opening side, but the cross-section of the main body is substantially U-shaped as described in
このようにすれば、第1の補強部材の上に、前記第1の補強部材に直交する方向に延びる断面ハット形状の第2の補強部材が重ねて設けられているので、第1の補強部材に直交する方向の面外曲げ剛性が高められる。また外板に対しレーザ溶接により接合される第1の補強部材を断面ハット形状(台形状)としているので、第1の補強部材の長手方向に直交する方向の面外剪断変形に対する剛性が高められる。また、溶融池の底部が第1の補強部材の本体部を貫通するようにレーザ溶接されているので、外観に影響を与えることなく、安定的に十分な接合強度が確保される。 If it does in this way, since the 2nd reinforcement member of the cross-sectional hat shape extended in the direction orthogonal to the said 1st reinforcement member on the 1st reinforcement member is provided, the 1st reinforcement member The out-of-plane bending rigidity in the direction perpendicular to the angle is increased. Further, since the first reinforcing member joined to the outer plate by laser welding has a cross-sectional hat shape (trapezoidal shape), the rigidity against the out-of-plane shear deformation in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the first reinforcing member is enhanced. . In addition, since the bottom of the molten pool is laser welded so as to penetrate the main body of the first reinforcing member, sufficient bonding strength can be secured stably without affecting the appearance.
以上のように構成したから、本発明は、従来の抵抗スポット溶接による継手に比べて、構体剛性(軽量化)や寸法精度の向上を確保した上で、外観の向上を図ることができる。また、外板として、予めレーザビームよる溶接線方向とほぼ平行に研磨加工が外側面に施されているものを用いれば、後処理が不要であるので、生産性も向上する。 Since it comprised as mentioned above, this invention can aim at the improvement of an external appearance, ensuring the improvement of structure rigidity (weight reduction) and a dimensional accuracy compared with the joint by the conventional resistance spot welding. Further, if an outer plate that is previously polished on the outer surface substantially in parallel with the direction of the welding line by the laser beam is used, post-processing is unnecessary, and thus productivity is improved.
以下、本発明の実施の形態を図面に沿って詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図2は本発明に係るレーザ溶接継手を、鉄道車両の車体構造に用いる場合の基本原理の説明図である。
図2(a)(b)に示すように、外板11(予めレーザビームよる溶接線方向とほぼ平行に、ベルトグラインダにより研磨加工が外側面11aに施されている表面研削材)の内面側への断面略ハット形状の第1の補強部材12の接合に、溶融池の底部が外板11の外側面11aに到達しないように部分溶け込みレーザ溶接が用いられる。このとき、レーザビームによる溶接線方向とほぼ平行に、外板11の外側面11aに研磨加工が施されている。つまり、レーザビームによる溶接線方向と外側面11aについての研磨加工方向(表面研削仕上げ方向)とがほぼ同じ方向とされる。
FIG. 2 is an explanatory view of the basic principle when the laser welded joint according to the present invention is used in a vehicle body structure of a railway vehicle.
As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the inner surface side of the outer plate 11 (surface grinding material that has been polished on the outer surface 11a in advance by a belt grinder substantially in parallel with the direction of the welding line by the laser beam). For the joining of the first reinforcing
各第1の補強部材12は、断面ハット形状で、開口側に向かって徐々に間隔が広くなる断面略コ字形状の本体部12aと、この本体部12aの開口端縁に互いに反対方向に延びるように連接され前記外板11にレーザ溶接により接合されるフランジ部12b,12cとを有する。本体部12aは、接合状態で外板11とほぼ並行になる基板部12aaと、基板部12aaの両側縁より開口端縁側に向けて間隔が広がるようにフランジ部12b,12c側に延びる側板部12ab,12acとを有する。
Each of the first reinforcing
このように、本体部12aは、側板部12ab,12acの間隔がフランジ部12b,12c側に向かって徐々に広くなる断面略コ字形状であるので、第1の補強部材12は、それに直交する方向に、かつ外板面に平行に作用するせん断荷重に対して変形(ずり変形)しにくくなっている。従って、鉄道車両の構体の外板パネルとして用いる場合のように、断面変形を抑えるために第1の補強部材12に直交する方向にも高い面外曲げ剛性が求められる場合には、第1の補強部材12(本体部12a)の上に、それに直交する方向に断面ハット形状の第2の補強部材13を、レーザ溶接により接合することで対応可能である。なぜなら、第2の補強部材13と外板との間に生じるずり変形が第1の補強部材により抑えられるので、外板パネルとしての面外せん断剛性を低下させることがなく、その結果どのような荷重に対しても面外曲げ剛性を高く維持できるからである。こうすることで第2の補強部材を外板と直接接合しなくても面外曲げ剛性が確保できるので、外板を美麗に保つことができる。
Thus, the main body portion 12a has a substantially U-shaped cross section in which the distance between the side plate portions 12ab and 12ac gradually increases toward the flange portions 12b and 12c, so the first reinforcing
第2の補強部材13も、図2(c)に示すように、断面略コ字形状の本体部13aと、この本体部13aの開口端縁に互いに反対方向に延びるように連接され前記外板11にレーザ溶接により接合されるフランジ部13b,13cとを有する。 As shown in FIG. 2C, the second reinforcing member 13 is also connected to the main body 13a having a substantially U-shaped cross section and the opening edge of the main body 13a so as to extend in opposite directions. 11 have flange portions 13b and 13c joined by laser welding.
この第2の補強部材13のように、部材の構成上、それの溶接線方向と外板11の外側面の表面研磨方向(表面研削仕上げ方向)とが一致しない場合には、その部材13は外板11に直接接合された部材12(本体部12aa)に対しレーザ溶接により接合することで、外観(外側面)への溶接痕の露出が防止される。この場合、レーザ溶接は、溶接痕が外部から見える場所に露出しないので、外板11と第1の補強部材12(フランジ部12b,12c)との接合の場合とは異なり、施工時に制御の容易な完全溶け込みレーザ溶接とすることができる。このように、レーザ溶接で構造体全体を接合する場合に、部分溶け込みレーザ溶接と完全溶け込みレーザ溶接とを使い分けることで、構造体全体として、外観を損ねることなく、しかも容易に必要な接合強度が確保される。 As in the case of the second reinforcing member 13, when the weld line direction of the member does not coincide with the surface polishing direction (surface grinding finishing direction) of the outer surface of the outer plate 11, the member 13 is By joining the member 12 (main body portion 12aa) directly joined to the outer plate 11 by laser welding, exposure of welding marks to the appearance (outer surface) is prevented. In this case, since laser welding is not exposed to a place where the welding mark can be seen from the outside, unlike the case of joining the outer plate 11 and the first reinforcing member 12 (flange portions 12b, 12c), control is easy during construction. Complete penetration laser welding. In this way, when joining the entire structure by laser welding, the necessary strength of the entire structure can be easily obtained without deteriorating the appearance of the entire structure by properly using partial penetration laser welding and complete penetration laser welding. Secured.
続いて、このようなレーザ溶接継手あるいは外板パネルを、鉄道車両の構体構造に適用した例を、図3〜図14に沿って説明する。 Subsequently, an example in which such a laser welded joint or an outer panel is applied to a structure of a railway vehicle will be described with reference to FIGS.
外板21(厚さ1.5mm)は、腰板部分21A、吹き寄せ・窓周り部分21Bおよび幕板部分21Cという3つの部分に分けられ、それらの端縁部が重ね合わされて部分溶け
込みレーザ溶接により一体に接合されている。
The outer plate 21 (thickness: 1.5 mm) is divided into three parts, a waist plate part 21A, a blowing / window surrounding part 21B, and a
この外板21の各部分21A〜21Cは、外側面に予め研磨加工が施されているもので、その研磨加工の方向が車両長手方向(レール方向)に一致しており、前記レーザビームよる溶接線方向も車両長手方向に平行になっている。なお、22は窓開口部、23はドア開口部である。
Each of the portions 21A to 21C of the
外板21の各部分21A,21B,21Cの内側には、断面ハット形状の内板パネル(厚さ1mm)25〜29が、車両長手方向に沿って平行に部分溶け込みレーザー溶接により接合されている。つまり、内板パネル25〜29が車両長手方向に延び、その車両長手方向に前記レーザ溶接の溶接線方向が一致している。
Inside the
外板21の腰板部分21Aの内側には、断面ハット形状の内板パネル25が4つ、車両長手方向に沿って平行に設けられている。吹き寄せ・窓周り部分21B(外板)の内側には、窓開口部22の前後において、下側から2つの凸部を有する内板パネル26、4つの断面ハット形状の内板パネル27、2つの凸部を有する内板パネル28が順に設けられている。外板21の幕板部分21Cの内側には2つの内板パネル29が上下に平行に配置されている。
Inside the waist plate portion 21A of the
内板パネル25〜29の車内側であって窓開口部22の前後に、構造の簡略化を図るために、内板パネル25〜29に直交する方向に延びる断面ハット形状の戸尻柱31が内板パネル25〜29に重ねて設けられている。戸尻柱31のフランジ部が内板パネル25〜29の本体部に、溶融池の底部が内板パネル25〜29を貫通する完全溶け込みレーザ溶接により接合されている。これにより側開口周りの高剛性化が図られている。戸尻柱31は、前述した第2の補強部材に対応するもので、図11に示すように、断面コ字形状の本体部31aと、この本体部31aに互いに反対方向に延びるように連接され内板パネル25〜29にレーザ溶接により接合されるフランジ部31b,31cとを有する。
In order to simplify the structure on the inner side of the
また、窓開口部22の下部において断面ハット形状の窓柱32が設けられている。この窓柱32も、断面コ字形状の本体部32aと、この本体部32aに互いに反対方向に延びるように連接されるフランジ部32b,32cとを有し、フランジ部32B,32Cが内板パネル25等の本体部に、溶融池の底部が内板パネル25等を貫通する完全溶け込みレーザ溶接により接合されている。
A
内板パネル25〜29は、それぞれ、前述した第1の補強部材12に対応するもので、断面ハット形状で、内板パネル25は、図8に示すように、開口側に向かって徐々に間隔が広くなる断面コ字形状の本体部25aと、この本体部25aに互いに反対方向に延びるように連接され前記外板21Aにレーザ溶接により接合されるフランジ部25b,25cとを有する。
Each of the
窓開口部22の下側には腰帯33が、上側には幕帯34がそれぞれレーザ溶接により接合されている。なお、24Aは窓枠、24Bはドア枠である。
A
窓開口部22の四隅には、それぞれ継手37が設けられ、下側の継手に対して戸尻柱31を挟んで別の継手36が設けられている。
A joint 37 is provided at each of the four corners of the
これら内板パネル25〜29の外板21に対する接合は、外板21の内側に対し内板パネル25〜29を重ね合せ、内板パネル25〜29側からレーザビームを移動しながら連続的に照射し、外板21の内部までの領域を加熱溶融して、それにより生じた溶融池の底部が外板21の外側面に到達しないように、レーザビームの出力またはビーム移動速度を
制御しながら接合される(部分溶け込みレーザ溶接)。このように、外板21と内板パネル25〜29との継手形式(部分溶け込みレーザ溶接継手)が統一され、溶接施工の安定化が図れる。また、外板21の面外変形は、剛性の高い骨材(内板パネル25〜29、戸尻柱31,窓柱32など)によって支持されるので、断面寸法精度が向上する。
The
外板21(21A〜21C)は、いずれも、外側面に前記レーザビームよる溶接線方向とほぼ平行な車両長手方向に、研磨加工(表面処理)が施されている板状部材である。この研磨加工としては、ベルトグラインダーによるBG(ベルトグラインド)仕上げが望ましい。国内在来線車両の外板としてよく用いられている、例えばSUS304 #80BG材を使用して、試作したところ、内板パネル(厚さ1mm)と外板(厚さ1.5mm)とを、レーザ出力が2.5kWでもって、上板側からレーザ溶接する場合、上下板接合部の幅と単位溶接長当たりの引張せん断強度との関係は、図15に示すようになることが確認されている。よって、接合幅wが0.7mm程度になるように溶接速度を制御すれば、必要な接合強度(剪断引張強度5kN/cm程度)が確保されることがわかる。なお、上板の板厚は下板の板厚よりも薄くなければ、溶接の焼けが出てしまうので、各種実験から下板の板厚は上板の板厚の1.5倍以上は必要であると考えられる(例えば、上板1mm、下板1.5mmや上板1mm、下板2mm)。
Each of the outer plates 21 (21A to 21C) is a plate-like member whose outer surface is subjected to polishing (surface treatment) in the vehicle longitudinal direction substantially parallel to the welding line direction by the laser beam. As this polishing process, BG (belt grind) finishing by a belt grinder is desirable. For example, using SUS304 # 80BG material, which is often used as the outer plate of domestic conventional line vehicles, an inner plate panel (
前述したほか、鉄道車両の側構体の製作は、図16に示すように、断面ハット形状の内板パネルに代えて、凹凸形状が繰り返される内板パネル(断面ハット形状の内板パネルを連接したもの)を用いて行うこともできる。 In addition to the above, as shown in FIG. 16, the side structure of the railway vehicle is manufactured by replacing the inner plate panel having a cross-sectional hat shape with an inner plate panel having a concave and convex shape repeated (an inner plate panel having a cross-sectional hat shape is connected). Can also be used.
この場合には、まず、幕板部分、吹き寄せ・窓周り部分および腰板部分に対応する外板41A,41B,41Cの内側に、それぞれ、前記外板に対応する所定の大きさの内板パネル42A,42B,42Cを部分溶け込みレーザ溶接により車両長手方向に沿って接合し、幕板部用外板パネル43A、吹き寄せ・窓周り部用外板パネル43Bおよび腰板部用外板パネル43Cを製作する。この場合、内板パネル42A〜42Cのうち凹部の部分(外板41A〜41Cの内側面に接触している部分)が車両長手方向に沿って延びており、この部分が部分溶け込みレーザ溶接により外板41A〜41Cに接合される。 In this case, first, an inner plate panel 42A having a predetermined size corresponding to the outer plate is provided inside the outer plates 41A, 41B, 41C corresponding to the curtain plate portion, the blowing / window surrounding portion, and the waist plate portion. , 42B, 42C are joined along the longitudinal direction of the vehicle by partial penetration laser welding to produce a curtain plate portion outer plate panel 43A, a blowing / window surrounding portion outer plate panel 43B, and a waist plate portion outer plate panel 43C. In this case, of the inner plate panels 42A to 42C, the recessed portion (the portion in contact with the inner surface of the outer plates 41A to 41C) extends along the longitudinal direction of the vehicle, and this portion is externally welded by partial penetration laser welding. It joins to board 41A-41C.
それから、幕板部、吹き寄せ・窓周り部および腰板部用外板パネル43A〜43Cを、所定の位置関係で、部分溶け込みレーザ溶接により車両長手方向に沿って接合して、構造体49’とする。
Then, the curtain plate part, the blowing / window surrounding part, and the outer panel panels 43A to 43C for the waist plate part are joined along the longitudinal direction of the vehicle by partial penetration laser welding in a predetermined positional relationship to obtain a
その後、窓開口部の上下に、幕帯44A,44B,腰帯45を、部分溶け込みレーザ溶接により車両長手方向に沿って接合し、構造体49”とする。さらに、車両長手方向の直交する方向の戸尻柱46、窓柱47、ドア枠48を接合することにより必要な剛性を確保して、側構体49とする。
Thereafter, the curtain bands 44A, 44B and the
S1 外側面
L 角折れ線
1,2 板状部材
11 外板
11a 外側面
12 第1の補強部材
12a 本体部
12b,12c フランジ部
13 第2の補強部材
21 外板
25〜29 内板パネル
Reference Signs List S1 outer side surface L
Claims (5)
前記反対側の板状部材の外側面に、前記レーザビームよる溶接線方向とほぼ平行に研磨加工が施されていることを特徴とするレーザ溶接継手。 A plurality of plate-like members are overlapped and continuously irradiated while moving the laser beam from the out-of-plane direction, and the region to the inside of the plate-like member opposite to the plate member irradiated with the laser beam is heated and melted A laser welded joint in which the plurality of plate-like members are joined so that the bottom of the molten pool generated thereby does not reach the outer surface of the opposite plate-like member,
A laser weld joint, wherein an outer surface of the opposite plate-like member is polished substantially in parallel with a welding line direction by the laser beam.
前記外板は、外側面に前記レーザビームよる溶接線方向とほぼ平行に研磨加工が施されていることを特徴とする外板パネル。 The first reinforcing member is overlapped on the inner side of the outer plate, continuously irradiated while moving the laser beam from the first reinforcing member side, and the region to the inside of the outer plate is heated and melted, thereby The outer panel formed by joining so that the bottom of the generated molten pool does not reach the outer surface of the outer plate,
The outer panel is characterized in that the outer panel is polished on the outer surface substantially parallel to the welding line direction by the laser beam.
前記外板パネルの外板は、外側面に前記レーザビームよる溶接線方向とほぼ平行に研磨加工が施され、前記溶接線方向が特定方向と一致していることを特徴とする鉄道車両の構体構造。 The first reinforcing member is overlapped on the inner side of the outer plate, continuously irradiated while moving the laser beam from the first reinforcing member side, and the region to the inside of the outer plate is heated and melted, thereby The structure of the railway vehicle using the outer plate panel joined so that the bottom of the resulting molten pool does not reach the outer surface of the outer plate as the outer plate of the side structure,
The outer panel of the outer panel is ground on the outer surface substantially parallel to the weld line direction by the laser beam, and the weld line direction coincides with a specific direction. Construction.
その部分が、断面略コ字形状の本体部と、この本体部の開口端縁に互いに反対方向に延びるように連接され前記外板にレーザ溶接により接合されるフランジ部を有するものであり、前記本体部が車両長手方向に延びている請求項3記載の鉄道車両の構体構造。 The first reinforcing member has a hat-shaped section in cross section,
The portion has a substantially U-shaped cross section, and a flange portion connected to the opening edge of the main body portion so as to extend in opposite directions and joined to the outer plate by laser welding, The structure of a railway vehicle according to claim 3, wherein the main body extends in the longitudinal direction of the vehicle.
この第2の補強部材のフランジ部が前記第1の補強部材の本体部に接合されている請求項4記載の鉄道車両の構体構造。 The substantially U-shaped cross section of the main body is configured such that the interval gradually increases toward the opening side, and is orthogonal to the first reinforcing member on the side opposite to the outer plate in the first reinforcing member. A second reinforcing member having a cross-sectional hat shape extending in the direction of
The structure of a railway vehicle according to claim 4, wherein a flange portion of the second reinforcing member is joined to a main body portion of the first reinforcing member.
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