JP3929816B2 - ヘアライン加工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミ合金製の板材や中空形材を摩擦攪拌接合し、ヘアライン加工をする方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ＷＯ９９／６５６３７のように、アルミ合金製の板や中空形材を摩擦攪拌接合し、次にヘアライ加工して鉄道車両の構造体を構成する技術がある。これは、板や中空形材の部材の摩擦攪拌接合に当たって、部材の端部を突き合せ、この突き合せ部を摩擦攪拌接合している。部材の端部には部材の厚さ方向に突出する突部を有する。部材を突き合せた後、突き合せ部を仮止め溶接する。仮止め溶接は接合線に沿って間欠的に行う。この溶接は、摩擦攪拌接合時に、突き合せた部材の間隔が変化しない程度の強度が得られればよい。次に、突部側から突き合せ部を摩擦攪拌接合し、次に、残った突部を切削し、次に、仮止め溶接を行った側から、部材及び摩擦攪拌接合部にヘアライン加工している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ヘアライン加工は塗装ではなく、金属の表面に多数の小さな線状の傷を設けるものである。このため、金属の地肌が見えるものである。
【０００４】
従来、一般には、鉄道車両の構体は、部材同士の接合を溶接で行っている。溶接は溶加材でもって接合する。溶加材の材質はアルミニウム系であるが、母材（すなわち、部材）の材質とは同一ではない。このため、溶接部にヘアライン加工を行うと、溶接部は母材に対して変色して見え、溶接部がはっきりと目視でき、見栄えが悪いものであった。
【０００５】
一方、摩擦攪拌接合は、溶加材を用いないで、母材（部材）自身の金属で接合するので、接合部が変色して見えないものである。
【０００６】
しかし、接合線の長手方向に沿って、間欠的に、変色が見えることがある。種々検討の結果、これは仮付け溶接によるものであることを発見した。
【０００７】
本発明は、上述した不具合を解消することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、厚さ方向に突出する突部を端部に有する第１の部材と、厚さ方向に突出する突部を端部に有する第２の部材の前記端部とを突き合せ、次に、前記突き合せ部の前記突部同士を前記突部の突出方向側から、適宜間隔で溶接により仮付けし、この仮付け溶接に当たって、仮付け溶接の最深部が前記突部の突出寸法以内に収まるよう前記溶接を行い、次に、前記突き合せ部の前記第１の部材と前記第２の部材とを摩擦攪拌接合し、次に、前記摩擦攪拌接合の後、残った前記突部を切削し、次に、前記切削側から、前記第１の部材、前記第２の部材及び前記摩擦攪拌接合した部分にヘアライン加工を施すこと、を特徴とする。
【０００９】
従来では、仮付け溶接による溶接部（溶接ビード）の溶接深さが、突部を除く板部にも及んでおり、摩擦攪拌接合の後、残った突部を切削して除き、接合部を板部と同一面にしたとき、溶接部が残っていると考えられる。
【００１０】
本発明では、仮付け溶接の溶接ビードの溶接深さ（最深部）を突部内のみで終了するようにしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を鉄道車両の構体に適用した場合の一実施例を図１から図３により説明する。
【００１２】
鉄道車両の構体は、車両の長手方向に沿った両側面の側構体２００，２００、屋根構体３００、台枠４００等からなる。側構体２００，２００、屋根構体３００の外面にはヘアライン加工が行われている。
【００１３】
側構体２００は、車両の長手方向に沿って長い複数の押出し形材１０，２０からなる。押出し形材１０，２０の長さは約２０ｍである。押出し形材１０，２０はその幅方向を車両の周方向に沿って並べている。
【００１４】
押出し形材１０，２０は中空形材である。中空形材は、２枚の面板１１、１２（２１、２２）と、両者を接続する複数の接続板１３，１４（２３，２５）とからなる。接続板１４，２４は間欠的に複数ある。面板１１、１２（２１、２２）の端部には中空形材の厚さ方向の外側に突出する凸部１５、１６（２５，２６）がある。一方の中空形材１０は他方の中空形材２０に嵌め合わせられている。中空形材１０の端部の下方に接続材２３がある。端部の中空形材２３（１３）は面板２１，２２に直交している。中空形材１０，２０の突き合せは、面板１１，１２、突部１５、１６の端部が面板２１，２２、突部２５、２６の端部に突き合せられている。面板１１，１２（２１，２２）の端部、突部１５、１６（２５，２６）の端部は中空形材１０（２０）の厚さ方向に沿っている。
【００１５】
側構体２００を構成する他の中空形材の構成も同様である。屋根構体３００も同様にできる。
【００１６】
製作工程を説明すると、中空形材１０，２０を架台（図示せず）に載せ、図１のように突き合せ、架台に固定する。中空形材１０，２０の突き合せ部を中空形材の外側（上方）から仮止め溶接する。仮止め溶接は２つの中空形材１０，２０の接合すべき線に沿って間欠的に行う。仮止め溶接による溶接ビードＷの深さは、突部１５，２５（１６，２６）の突出寸法以内になるように行う。すなわち、仮止め溶接の溶接ビードＷの最深部が、面板１１，２１の外面の延長線上よりも外側に位置するようにする。溶接条件を種々変えて実験を行って、溶接条件の適正値を求める。仮止め溶接Ｗは例えば、ＭＩＧ溶接である。
【００１７】
次に、突き合せ部を上方から摩擦攪拌接合を行う。摩擦攪拌接合の際、突き合せ部の２つの中空形材１０，２０の間に隙間があるとき、突部１５，２５の金属を原資として、隙間は埋められる。摩擦攪拌接合の際、突部１５，２５は若干削られる。
【００１８】
次に、中空形材を反転し、上記と同様に仮止め溶接、摩擦攪拌接合を行う。
【００１９】
次に、図２のように、側構体２００の外側になる側の突部（１５，２５とする。）を面板１５，２１と実質的に同一面となるように切削する。車体の内側になる側の突部１６，２６は切削する必要はない。同様に、車内側の仮止め溶接は、その溶接ビードが突部１６，２６内で終了するようにする必要はない。
【００２０】
このようにして製作した側構体（凸部１５，２５があった側を外側にしている。）２００、２００、屋根構体３００、台枠４００を組み合わせ、溶接し、車体とする。
【００２１】
次に、側構体２００，２００の外側の面にヘアライン加工する。
【００２２】
これによれば、溶接ビードＷは凸部１５、２５の切削によって除かれ、面板１１、２１に残らないので、摩擦攪拌接合された部分にヘアライン加工をしても変色は生じないものである。
【００２３】
溶接ビードＷの最深部が面板１１、２１の延長線上に近接していた場合は、摩擦攪拌接合によって溶接ビードＷの金属が隙間に移動し、変色になって現れることがあるので、溶接ビードＷの最深部と面板１１、２１の延長線上との間の隙間は所定以上確保するべきである。溶接ビードＷの最深部と面板１１、２１の延長線上との間の隙間は、実験によって定める。
【００２４】
したがって、ヘアライン加工面は、実質的に均質な母材のみで構成され、異材である溶接部が残らないので、美感の良好な表面を形成することができるものである。
【００２５】
図３の実施例を説明する。この実施例は中空形材の車内側と車外側の２面を車内側から接合するものである。中空形材３０，４０の車外側の面板３１，４１の端部は車内側の面板３２，４２よりも他方の中空形材側に突出している。面板３１，４１の端部は突き合せている。２枚の面板３１，３２（４１，４２）の間は接続材で３３（４３）接続している。
【００２６】
製作工程を説明すると、架台に中空形材３０，４０を載せ、面板３１，４１の突出片３１ｂ，４１ｂを突き合せ、架台に固定する。
【００２７】
次に、突き合せ部を上方（面板３２，４２側）から、前記実施例と同様に、間欠的に仮止め溶接する。次に、突出片同士を摩擦攪拌接合する。
【００２８】
次に、面板３２、と面板４２との間に接続材５０を配置し、接続材５０の両端を面板３２，４２に接合する、この接合は、溶接または摩擦攪拌接合によって行う。
【００２９】
次に上記実施例と同様に車体を構成する。次に、面板３１，４２の外面にヘアライン加工を行う。
【００３０】
なお、端部の接続材３３（４３）から突出片３１ｂ（４１ｂ）の端部までの板厚は他の部分の面板３１（４１）の板厚よりも厚い。突出片３１ｂ（４１ｂ）の板厚は面板３１（４１）の板厚に前記実施例の突部１６（２６）の厚さを加えたものである。
【００３１】
突出片３１ｂ、４１ｂの仮止め溶接について説明する。突き合わせ部に隙間があるときは、隙間は凸部の金属を原資として埋められる。このため、溶接ビードが隙間に移動する可能性がある。この場合、隙間が変色によって目視できる。したがって、溶接ビードＷの最深部と面板３１、４１の延長線上との間の隙間は所定以上確保して、溶接ビードが隙間に移動する確率を少なくする。溶接ビードＷの最深部と面板３１、４１の延長線上との間の隙間は、実験によって定める。
【００３２】
摩擦攪拌接合用の回転工具は、大径部と、その先端の小径部とからなる。上記各実施例ではこの回点工具を上方から突き合せ部に挿入して摩擦攪拌接合している。しかし、公知のように、小径部の軸方向の両端に大径部を有する回転工具を用い、突き合せ部を２つの大径部で挟んで摩擦攪拌接合を行うことができる。
【００３３】
上記では仮止め溶接をＭＩＧ溶接で行っているが、ＴＩＧ溶接等でもよい。
【００３４】
【発明の効果】
かかる方法によれば、仮止め溶接、摩擦攪拌接合、ヘアライン加工行っても、美観の良い表面を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による仮止め溶接部の断面図。
【図２】本発明による摩擦攪拌接合後のヘアライン加工を施した断面図。
【図３】鉄道車両の構体の斜視図。
【図４】本発明の他の実施例の仮止め溶接部の断面図。
【符号の説明】
１０、２０ 中空形材
１１、１２，２１，２２ 面板
１３，１４、２３，２４ 接続材
１５，１６，２５，２６ 突部
Ｗ 溶接ビード
Ｆ 摩擦攪拌接合部
３０，４０ 中空形材
３１，３２，４１，４２ 面板
３１ｂ，４１ｂ 突出片
５０ 接続材

Claims (4)

1. 厚さ方向に突出する突部を端部に有する第１の部材と、厚さ方向に突出する突部を端部に有する第２の部材の前記端部とを突き合わせ、
   次に、前記突き合わせ部の前記突部同士を前記突部の突出方向側から、適宜間隔で溶接により仮付けし、
   この仮付け溶接に当たって、仮付け溶接の最深部が前記突部の突出寸法以内に収まるよう前記溶接を行い、
   次に、前記突き合わせ部の前記第１の部材と前記第２の部材とを摩擦攪拌接合し、
   次に、前記摩擦攪拌接合の後、残った前記突部を切削し、
   次に、前記切削側から、前記第１の部材、前記第２の部材及び前記摩擦攪拌接合した部分にヘアライン加工を施すこと、
   を特徴とするヘアライン加工方法。
2. 請求項１記載のヘアライン加工方法において、前記摩擦攪拌接合は前記突部側から行うこと、を特徴とするヘアライン加工方法。
3. 厚さ方向に突出する突部を端部に有する第１の部材と、厚さ方向に突出する突部を端部に有する第２の部材の前記端部とを突き合わせ、
   次に、前記突き合わせ部の前記突部同士を前記突部の突出方向側から、適宜間隔で溶接により仮付けし、
   この仮付け溶接に当たって、仮付け溶接の最深部が前記突部の突出寸法以内に収まるよう前記溶接を行い、
   次に、前記突き合わせ部の前記第１の部材と前記第２の部材とを摩擦攪拌接合し、
   次に、前記突部とは反対側から、前記第１の部材、前記第２の部材及び前記摩擦攪拌接合した部分にヘアライン加工を施すこと、
   を特徴とするヘアライン加工方法。
4. 請求項３記載のヘアライン加工方法において、前記摩擦攪拌接合は前記突部側から行うこと、を特徴とするヘアライン加工方法。

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