JP2008093733A - Method for assembling structure with exterior and interior formed from plurality of double skin elements like railway vehicle, and structure obtained thereby - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉄道車両の車体のような構造体建造用の二重スキン要素の組み立て法に関する。 The present invention relates to a method for assembling a double skin element for building a structure such as the body of a railway vehicle.
鉄道車両の車体は、たいてい、接合領域において溶接によって組み合わされた二重スキン構造要素を具備してなる。これら接合領域は、内側スキン用の少なくとも1本の溶接ラインおよび外側スキン用の少なくとも1本の溶接ラインを具備してなる。それゆえ、こうした溶接ラインを形成するためには、構造体の要素の一方側および構造体の要素の他方側において溶接を実施可能でなければならない。 Railcar bodies are often provided with double skin structural elements that are joined together by welding in the joining region. These joining areas comprise at least one weld line for the inner skin and at least one weld line for the outer skin. Therefore, in order to form such a weld line, it must be possible to perform welding on one side of the structural element and on the other side of the structural element.
構造体が鉄道車両の車体要素のように略筒状構造体である場合、この筒状構造体の内壁上で溶接を実施可能でなければならない。このような実情から、筒状構造体においては、溶接スタンド上を動く溶接ロボットのような溶接設備を用いて、こうした溶接を実施することは困難である。実際、そうした溶接を実施できるようにするためには、筒状構造体内に溶接スタンドを設置する必要があるが、これは一般に不可能である。このため、外部溶接だけしか溶接スタンドを用いて行うことができない。内部溶接は、著しく不便な手作業でしか行うことができず、これは、ある種の溶接法、特に軽合金からなる二重スキン要素の摩擦攪拌(friction stir)溶接(これはより厚みの小さな要素を組み合わせ、そしてより軽量な構造体を形成できる)の実施を不可能とする。 When the structure is a substantially cylindrical structure like a vehicle body element of a railway vehicle, it must be possible to perform welding on the inner wall of the cylindrical structure. Under such circumstances, it is difficult to perform such welding using a welding facility such as a welding robot moving on a welding stand in a cylindrical structure. In fact, in order to be able to perform such welding, it is necessary to install a welding stand within the tubular structure, which is generally not possible. For this reason, only external welding can be performed using a welding stand. Internal welding can only be done by hand, which is extremely inconvenient, which is a kind of welding method, especially friction stir welding of double skin elements made of light alloys (which is thinner) The combination of elements and the formation of a lighter structure) is impossible.
摩擦攪拌溶接処理は、回転すると共に、一つに溶接されるべき二つの要素間の接合領域に対して圧接させられる円柱形状のツールの使用を含む。一つに溶接されるべき要素へのこのツールの摩擦によってそれらは接合領域において加熱され、溶接ツールが接合領域に侵入して、それが当該領域に沿って移動することが可能となり、ツールの前方では材料が攪拌され、そしてツールの後方では材料が溶融させられ、こうして二つの要素の溶接が実現される。 The friction stir welding process involves the use of a cylindrical tool that rotates and is pressed against the joint area between two elements to be welded together. The friction of this tool on the elements to be welded together heats them in the joining area, allowing the welding tool to penetrate the joining area and move along it, Now the material is agitated and the material is melted behind the tool, thus realizing the welding of the two elements.
この技術(これは、溶接すべき構造体に大きな力を加えながら溶接ヘッドを移動させるための手段が利用可能であることを必要とする)は、こうした事実により、閉じた構造体において実施するのは一層困難である。
本発明の目的は、それを用いることで、溶接スタンドを用いた溶接によって組み合わされる二重スキン要素を具備してなる構造体、特に鉄道車両の車体の要素のような略筒形状の構造体を製造することが可能となる手段を提供することによって、上記欠点を克服することである。 An object of the present invention is to provide a structure having double skin elements that are combined by welding using a welding stand, particularly a substantially cylindrical structure such as an element of a railway vehicle body. It is to overcome the above drawbacks by providing means that can be manufactured.
この目的のため本発明は、長手方向接合領域に沿って協働で機能する隣接対状態にある複数の二重スキン要素からなる、内部および外部を具備してなる構造体を組み立てるための方法に関し、各要素は、構造体の内部に面する内側スキン(内面板)と、構造体の外部に面する外側スキン(外面板)とを有し、当該方法は、
接合ラインに沿って延在する開口部を経て、上記構造体の外部から接合ラインへ自由にアクセスできる状態を維持したまま、内側スキンをつなぐラインに沿って、二つの隣接する要素を当接させるステップと、
上記構造体の外部に配置した溶接ロボットを使用する溶接によって、接合ラインに沿って二つの内側スキンを一つに組み立てるステップであって、ロボットの溶接ヘッドは、内側スキンの接合ラインに沿って延在する開口部を経て接合ラインに対してアクセス可能でありかつ内側スキンをつなぐラインと平行に移動するものであるようなステップと、
上記構造体の外部に配置されかつ外部接合ラインと平行に移動する溶接ロボットを用いて外部接合ラインに沿って各隣接する要素に対して溶接される外部カバープレートによって開口部を閉塞するステップとを具備してなることを特徴とする。
For this purpose, the invention relates to a method for assembling a structure comprising an interior and an exterior, consisting of a plurality of double-skin elements in adjacent pair functioning cooperatively along a longitudinal joining region. Each element has an inner skin (inner face plate) facing the inside of the structure and an outer skin (outer face plate) facing the outside of the structure, and the method includes:
Through an opening extending along the joining line, two adjacent elements are brought into contact with each other along the line connecting the inner skins while maintaining free access to the joining line from outside the structure. Steps,
Assembling the two inner skins along the joining line by welding using a welding robot arranged outside the structure, wherein the welding head of the robot extends along the joining line of the inner skin. Steps that are accessible to the joining line via existing openings and move parallel to the line connecting the inner skins;
Closing the opening with an external cover plate welded to each adjacent element along the external joint line using a welding robot disposed outside the structure and moving parallel to the external joint line; It is characterized by comprising.
好ましくは、内側スキンをつなぐラインに沿った内側スキンの縁部は、要素の相互位置決めを助けるように嵌まり込む、符合する凹凸形状を有する。 Preferably, the edge of the inner skin along the line connecting the inner skins has a matching concavo-convex shape that fits to assist in the mutual positioning of the elements.
好ましくは、組み立ては、摩擦攪拌溶接を用いて実施される。 Preferably, the assembly is performed using friction stir welding.
好ましくは、内側スキンは、ダブルショルダー摩擦攪拌溶接によって組み合わされる。 Preferably, the inner skins are combined by double shoulder friction stir welding.
好ましくは、上記構造体は略円筒形であり、かつたとえば鉄道車両の車体を構成するものである。 Preferably, the structure has a substantially cylindrical shape and constitutes, for example, a vehicle body of a railway vehicle.
外部からの溶接によって組み合わされる二つの隣接する二重スキン要素は、たとえば、側壁を構成する二重スキン要素および鉄道車両の車体の車台を構成するセクションであり、側壁を構成する二重スキン要素と車台を構成する二重スキンセクションとは互いにある角度をなし、外部カバープレートは、側壁を構成する二重スキン要素の外側スキンに対して部分的に溶接され、かつ車台を構成する二重スキンセクションのリブに対して部分的に溶接されている。 Two adjacent double skin elements combined by welding from the outside are, for example, a double skin element constituting a side wall and a section constituting a chassis of a railway vehicle body, The double skin section that forms an angle with the double skin section constituting the chassis, and the outer cover plate is partially welded to the outer skin of the double skin element that constitutes the side wall, and constitutes the chassis It is partially welded to the ribs.
本発明はまた鉄道車両の車体に関するが、この車体は、側方リブを含む車台を構成する二重スキンセクションに対して組み合わされた側壁を構成する少なくとも一つの二重スキン要素を具備してなり、側壁を構成する二重スキン要素と車台を構成する二重スキンセクションとは互いにある角度をなし、これら二重スキン要素および二重スキンセクションは、内側スキンをつなぐラインに沿った溶接によって、そして側壁を構成する二重スキン要素の外側スキンに対して部分的にかつ車台を構成する二重スキンセクションの側方リブに対して部分的に溶接される外部カバープレートの溶接によって一つに組み合わされる。 The present invention also relates to a vehicle body for a railway vehicle, the vehicle body comprising at least one double skin element constituting a side wall combined with a double skin section constituting a chassis comprising side ribs. The double skin elements constituting the side walls and the double skin sections constituting the chassis are at an angle to each other, the double skin elements and the double skin sections being welded along the line connecting the inner skins, and Combined together by welding of the outer cover plate, which is welded partially to the outer skin of the double skin element constituting the side wall and partially to the side ribs of the double skin section constituting the chassis .
好ましくは、二重スキン要素およびセクションは、外部カバープレートが存在しないときに、内側スキンをつなぐラインに車両の車体の外部からアクセス可能であるような形状とされ、かつ内側スキン間の接合部は、この内側スキンが車両の車体の外部から摩擦攪拌溶接可能であるように配置される。 Preferably, the double skin elements and sections are shaped such that when there is no external cover plate, the line connecting the inner skins is accessible from the outside of the vehicle body and the joint between the inner skins is The inner skin is arranged so that it can be friction stir welded from the outside of the vehicle body.
好ましくは、溶接は摩擦攪拌溶接によって行われる。 Preferably, the welding is performed by friction stir welding.
以下、図面を参照して、本発明についてさらに詳しく説明するが、この説明は本発明を限定するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. However, this description does not limit the present invention.
鉄道車両の車体(図1に概ね1で指し示されている)は略筒状の構造体であり、この構造体は、二つの側壁2,2'と下側車台3と屋根4とを具備してなるが、これらは、鉄道車両の車体に関して長手方向(前後方向)に延びる接合領域に沿って組み合わされている。特に、側壁2と車台3は、側壁2の底部に配置された長手方向接合領域5に沿ってかつ車台3の側方縁部に沿って組み合わされている。
The body of a railway vehicle (indicated generally by 1 in FIG. 1) is a substantially cylindrical structure, which has two
側壁2および2'は、車台3ともども、二重スキンパネルすなわち接合リブによって連結された2枚のスキンを具備してなる要素からなる。そうした二重スキン要素はそれ自体公知であり、たとえば軽合金の押し出しによって得られたセクションを具備してなる。
The
長手方向接合領域5に沿った側壁2と車台3との間の接合は、アーム7'によって支持される溶接ヘッド8を具備してなる溶接ロボット7を用いて得られた、以下で説明するような一つ以上の溶接ビードを具備してなる溶接接合部6を形成することによってなされる。ロボット7は、鉄道車両車体を構成している筒状構造体の外部に配置されたガイドレール上を移動するように設けられており、かつこのガイドレール9に沿って移動する。
The joining between the
鉄道車両の車体の側壁2を構成している二重スキン要素と、鉄道車両の車体の車台を構成しているセクションである二重スキン要素3との組み立てについて説明する。これら軽合金製要素は、それ自体公知である摩擦攪拌(friction stir)溶接処理を用いた溶接によって組み付けられる。
The assembly of the double skin element that constitutes the
側部(図2に概ね2によって指し示されている)は、たとえば軽合金の押し出しによって得られたセクションである二重スキン要素20を具備してなる。この要素20は、鉄道車両の車体の内部に面する内側スキン21と、鉄道車両の車体の外部に面する外側スキン22とを具備してなる。これらのスキン(内側スキン21および外側スキン22)は、ストラットを形成しているリブ23によって互いに接合されている。
The side (generally indicated by 2 in FIG. 2) comprises a
車台(概ね3で指し示されている)は、鉄道車両の床を形成する内側スキン31と外側スキン32とを具備してなるセクション30である二重スキン要素からなる。二つのスキン(内側スキン31および外側スキン32)は、リブ33によって互いに接合されている。セクション30は、このセクション30の厚みに依存してオーバーラップする側方リブ34および35によって限定される。
The chassis (generally indicated at 3) consists of a double skin element which is a
鉄道車両の車体の側壁2を構成する二重スキン要素20および車台3を構成するセクションの内側スキン31は、それぞれ内側接合ライン29に沿った要素20およびセクション30の内側スキンの縁部24および36を介して協働するが、縁部24および36は、内側スキン21,31がその端部において当接すると共に互いの延在部を形成するように二重スキン要素および二重スキンセクションに対して突出している。
The
要素20およびセクション30の縁部24および36はそれぞれ、二重スキン要素20と二重スキンセクション30との相対的位置決めを助けるように互いに嵌まり込む、符合する凹凸形状25および37をそれぞれ有するような形状となっている。
二重スキン要素20の外側スキン22は、底部において、鉄道車両の車体に関して長手方向に延在する溝27を形成するような形状となった縁部26で途切れている。
The
縁部26は、二重スキン部材20および二重スキンセクション30の内側スキン21および31の縁部24および縁部36を接合するライン29に対して平行である。二重スキン要素20の外側スキン22の当該縁部26は、概ね垂直方向に延在する鉄道車両の車体の側壁2を形成する二重スキン要素20と、概ね水平方向に延在する鉄道車両の車台3を構成する二重スキンセクション31との間に自由空間40が形成されるように配置されている。
The
二重スキン要素20および二重スキンセクション30は、それらが接触する領域において、開放されたままの空間40が溶接ヘッド8の通過を可能とするのに十分なほど大きなものとなるような形状とされている。
The
二重スキン要素20と二重スキンセクション30とを組み合わせるために、それらは、内側スキンが、自由空間40が形成された状態で、その縁部24および36に沿ってぴったりと合うように互いに配置される。ゆえに、接合ライン29は自由空間40と向き合っており、かつ自由空間40を経て鉄道車両の車体の外部からアクセス可能であり、これによって鉄道車両の車体を外部から溶接することが可能となっている。それらがこのように配置されたならば、そのヘッド8が接合ライン29の範囲内で開口部40を経て侵入する溶接ロボットを用いて溶接が実施される。
In order to combine the
ロボット7によって支持されかつ鉄道車両の車体の外面に沿って前後方向に移動する溶接ヘッド8は、それ自体公知であるダブルショルダーを備えた摩擦攪拌溶接ヘッドであり、その二つのショルダー81および82は、構造体の内側スキン21および31を、それらが接触する領域において互いに締め付ける。溶接ヘッド8の移動によって、2枚のスキンが摩擦攪拌溶接される。溶接ヘッドがダブルショルダー型のものであるので、得られる接合は優れた品質のものである。とりわけ、溶接ラインは際立って滑らかである。ゆえに、極めて良好な機械的特性を有する接合部が得られる。さらに、ダブルショルダー処理は組み合わされる要素に力を加えないが、これは、支持ツールを使用せずに厚みの小さな要素を一つに溶接できることを意味する。
The welding head 8 supported by the
いったん、構造体の要素の内側スキン21および31が溶接によって組み合わされると、開口部40がカバープレート50によって閉塞されるが、その上側縁部51は、側壁2を構成している二重スキン要素20の外側スキン22の底縁部26の溝27に嵌まり込み、そしてそれは車台3を構成する二重スキンセクション30の側方リブ34および35に対して当接する。
Once the
カバープレート50は長手方向接合ラインに沿って二重スキン要素20および30と組み合わされる。ある接合ライン52は、要素20の外側スキン22および閉塞プレート50との間の接合部に対応する。二つの他の接合ライン53は、カバープレート50と二重スキン要素30の二つの側方リブ34および35との接点に対応する。
構造要素20および30と閉塞プレート50との間のこれら接合ラインは、鉄道車両の車体の外部からアクセス可能である。やはり、これらの接合部は、内側スキンを溶接するのに既に使用した溶接ロボットを用いて、同様に摩擦攪拌溶接処理を利用して溶接される。
These joint lines between the
特に、側壁を構成する二重スキン要素20の外側スキン22と閉塞プレート50の上側縁部51との間の上側接合部52は、これら二つの要素間の高品質な溶接が実現されるように、ダブルショルダー溶接ヘッド8'を用いて形成される。
In particular, the upper joint 52 between the
プレート50とリブ34および35の先端部(これは比較的厚みが大きなものであってもよい)との間の接合部53は、シングルショルダー(single shoulder)摩擦攪拌溶接ヘッド8''(これはそれ自体公知である)を使用するシングルショルダーによる摩擦攪拌溶接を用いて形成される。
The joint 53 between the
この例では、カバープレート50はシングルショルダー溶接によってリブ34および35の先端に対して溶接されているが、リブが適切な形状とされるならば、溶接はまた、ダブルショルダー(double shoulder)摩擦攪拌溶接(これは全体の機械的強度にとって有益であろう)によって実施することができる。
In this example, the
この溶接(これは特に大きな角度をなす二つの構造要素の組み立てに適している)は、鉄道車両の車体、たとえば側壁および屋根を形成する全てのパネルを組み合わせるのに利用可能である。 This welding, which is particularly suitable for assembling two structural elements with a large angle, can be used to combine all the panels that form the railcar body, for example the side walls and the roof.
外部からの溶接ヘッド用のアクセス領域を残したまま、まず内側スキンを、続いて外側スキンを溶接し、続いて鉄道車両の車体の外側に配置されるプレートによって開放状態で残された空間を閉塞することからなる溶接方法は、それに近接して鉄道車両の車体の要素が配置される固定溶接スタンドを用いて製造を実施でき、したがって溶接が容易に行えるという利点がある。 While leaving the access area for the external welding head, the inner skin is welded first, followed by the outer skin, and then the open space is closed by a plate placed outside the rail car body. The welding method which consists of doing this has the advantage that it can be manufactured using a fixed welding stand in which the elements of the railcar body are placed in close proximity to it, so that welding is easy.
1 鉄道車両の車体
2,2' 側壁
3 下側車台
4 屋根
5 長手方向接合領域
6 溶接接合部
7 溶接ロボット
7' アーム
8 溶接ヘッド
9 ガイドレール
20 二重スキン要素
21 内側スキン
22 外側スキン
23 リブ
24,26 縁部
27 溝
29 内側接合ライン
30 二重スキンセクション
31 内側スキン
32 外側スキン
33 リブ
34,35 側方リブ
36 縁部
40 自由空間(開口部)
50 カバープレート
51 上側縁部
52,53 接合ライン(接合部)
81,82 ショルダー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
50
81,82 shoulder
Claims (9)
前記方法は、
接合ラインに沿って延在する開口部(40)を経て前記構造体の外部から前記接合ラインへ自由にアクセスできる状態を維持したまま、前記内側スキン(21,31)をつなぐライン(29)に沿って、二つの隣接する要素(20,30)を当接させるステップと、
前記構造体の外部に配置した溶接ロボット(7)を使用する溶接によって、前記接合ラインに沿って前記二つの内側スキン(21,31)を一つに組み立てるステップであって、その溶接ヘッド(8)は、前記内側スキンの前記接合ライン(29)に沿って延在する前記開口部(40)を経て前記接合ラインに対してアクセス可能でありかつ前記内側スキンをつなぐ前記ラインと平行に移動するものであるようなステップと、
前記構造体の外部に配置されかつ外部接合ライン(52,53)と平行に移動する溶接ロボットを用いて外部接合ラインに沿って各隣接する要素(20,30)に対して溶接される外部カバープレート(50)によって、前記開口部(40)を閉塞するステップと、
を具備してなり、
前記構造体(1)は略筒状のものであることを特徴とする方法。 Method for assembling a structure (1) comprising an interior and an exterior, consisting of a plurality of double skin elements (20, 30) in adjacent pairs joined along a longitudinal joining region (5) Each element (20, 30) has an inner skin (21, 31) facing the inside of the structure and an outer skin (22, 32) facing the outside of the structure. ,
The method
The line (29) connecting the inner skins (21, 31) is maintained through the opening (40) extending along the joint line while maintaining the state in which the joint line can be freely accessed from the outside of the structure. Abutting two adjacent elements (20, 30) along,
Assembling the two inner skins (21, 31) together along the joining line by welding using a welding robot (7) arranged outside the structure, the welding head (8 ) Is accessible to the joint line via the opening (40) extending along the joint line (29) of the inner skin and moves parallel to the line connecting the inner skin. Steps that are things,
External cover welded to each adjacent element (20, 30) along the external joint line using a welding robot disposed outside the structure and moving parallel to the external joint line (52, 53) Closing the opening (40) with a plate (50);
Comprising
The method according to claim 1, wherein the structure (1) is substantially cylindrical.
側壁を構成する前記二重スキン要素(20)と車台を構成する前記二重スキンセクション(30)とは互いにある角度をなし、前記二重スキン要素(20)および前記二重スキンセクション(30)は、前記内側スキン(21,31)をつなぐライン(29)に沿った接合によって、かつ側壁を構成する前記二重スキン要素(20)の前記外側スキン(22)に対して部分的にかつ車台を構成する前記二重スキンセクション(30)の側方リブ(34,35)に対して部分的に溶接される外部カバープレート(50)の溶接によって組み合わされていることを特徴とする鉄道車両の車体(1)。 Comprising at least one double skin element (20) forming a side wall (2) combined with a double skin section (30) comprising a chassis (3) comprising side ribs (34, 35). The railway car body (1)
The double skin element (20) constituting the side wall and the double skin section (30) constituting the chassis form an angle with each other, the double skin element (20) and the double skin section (30) Is partially and to the outer skin (22) of the double skin element (20) constituting the side wall by joining along a line (29) connecting the inner skins (21, 31). The railcar is characterized by being combined by welding of an outer cover plate (50) partially welded to the side ribs (34, 35) of the double skin section (30) constituting Car body (1).
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