KR101608429B1 - 난연성 마그네슘 합금재로 이루어지는 철도차량 차체 - Google Patents

난연성 마그네슘 합금재로 이루어지는 철도차량 차체 Download PDF

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김정석
임재용
서승일
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한국철도기술연구원
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Abstract

본 발명은 난연성 마그네슘 합금재로 이루어지는 철도차량 차체에 관한 것으로; 철도차량 차체에 있어서, 상기 철도차량 차체는 난연성 마그네슘 합금재로 압출성형하여서 제조되는 중공형재를 용접하여 제작된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 철도차량의 차체를 난연성 마그네슘 합금재로 압출성형하여서 제조되는 중공형재를 적용하여 기존 알루미늄 차체 구조물 대비 25 ~ 30%까지 경량화가 가능하며, 난연성 마그네슘 합금재의 발화온도는 약 750℃ 이상으로 철도차량의 화재안전성을 확보할 수 있다.

Description

난연성 마그네슘 합금재로 이루어지는 철도차량 차체{A railway vehicle body made of non-framable magnesium alloy}
본 발명은 난연성 마그네슘 합금재로 이루어지는 철도차량 차체에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 본 발명은 철도차량의 차체의 경량화 및 저소음화를 위해 난연성 마그네슘 합금재를 적용해 제작되는 철도차량 차체에 관한 것이다.
일반적으로 철도차량은 대용량 운송수단의 하나로 여러 개의 차량이 연속적으로 연결되어 일정한 궤도 위를 운행하는 특징이 있다.
철도차량에서 차체는 철도차량의 상부구조를 지칭하는 것으로 언더프레임(under frame), 측벽부재(side panel), 천장부재(roof) 및 단부부재(end structure)의 4개 부분으로 구성되며 각 부분은 용접 등을 통해 결합되어 하나의 사각형 박스구조를 이루게 된다.
이와 같은 철도차량의 차체는 종래에는 연강(mild steel), 스테인레스(stainles steel) 및 알루미늄 합금으로 제작되고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 연강이나 스테인레스를 적용한 차체(1)의 경우에는 강제를 이용하여 골조를 구성하고 강판을 주름지게 하여 용접을 통해 주요 구성품을 조립하게 된다.
이때, 연강의 경우 부식에 취약하고 스테인레스의 경우에는 부식에 대한 저항성은 우수하나 중량이 증가하는 단점이 있다. 또한, 1량의 차체 제작시 골조와 판자의 수가 많아 제작과정이 복잡하다.
그리고, 도 2에 도시된 바와 같이 차체를 알루미늄 합금을 적용한 차체(2)의 경우 기존 강제 차체에 비해 약 20% 경량화가 가능하다. 알루미늄 차체에는 6005A, 6N01, 6082 등의 소재가 적용되고 있다. 알루미늄 차체의 경우 기존 강제와 달리 언더프레임, 측벽, 천장 및 단부로 구성되는 차체 부품을 압출과정을 통해 차량 길이와 동일한 길이로 중공형재로 제작하여 상호 용접하여 차체를 구성하게 된다.
따라서, 제작공수가 강재 차량에 비해 대폭 감소하게 된다. 이러한 알루미늄 차체기술은 현재 한계에 도달한 상태로 추가 경량화는 어렵다. 특히, 알루미늄 중공재의 경우 경량화를 위해 중공재의 두께를 줄이는 방법을 사용하게 되는데 이 경우 운행 중 선로에서 유기되는 진동과 공진을 일으켜 진동 및 소음을 발생시켜 승차감을 저하시킨다.
한편, 최근에는 이러한 알루미늄 합금의 한계를 극복하기 위해 알루미늄 합금 대비 밀도가 2/3(1.80g/cm3)인 마그네슘 합금의 적용을 시도하고 있다. 이와 관련된 선출원 자료로 참고문헌 1(중국출원 CN101734256A호)은 "Railway train body made of magnesium alloy and manufacturing method thereof"에 관한 것으로 마그네슘 합금을 중공형재로 제작하여 철도차량 차체를 제작하는 방법을 제시하고 있고, 강도가 250MPa . 300MPa인 마그네슘 합금을 중공형재로 제작하고 내외표면에 화학 및 전화학순화 처리된 무기질 도료를 도포하는 기술이 제시되어 있다.
또 다른 관련된 선출원 자료로 참고문헌 2(CN101767594A)는 "Magnesium alloy ventilation window of railway coach and manufacturing process thereof"에는 마그네슘 합금을 철도차량 객차의 통풍창에 적용하기 위한 제조공정에 대한 방법이 제시되어 있다.
그러나, 이상의 참고문헌 1, 2에 제시된 마그네슘 합금의 경우 낮은 밀도, 높은 비강도 및 진동.소음 억제와 같은 우수한 특징이 있으나, 상용으로 사용되고 있는 마그네슘 합금의 경우 발화온도가 약 500 ~ 600℃ 범위에 있어 높은 산소와의 반응성 때문에 화재에 대한 안전성을 확보하기 어렵다.
특히, 차체 내.외부에 사고나 방화에 의해 화재가 발생하고 커튼, 의자 등 내장재에 화재가 전파되어 마그네슘 합금에 지속적인 열공급이 이루어질 경우 마그네슘 합금이 발화할 수 있다.
따라서, 철도차량의 차체는 승객들이 직접 탑승하는 철도부품으로 화재에 대한 안전성이 어느 부품보다 확보되어야 하므로, 결론적으로 상용 마그네슘을 철도차량 차체에 그대로 적용할 경우 이러한 화재안전성 확보가 어려운 문제점이 있다.
참고문헌 1 : 중국특허 CN101734256A 참고문헌 2 : 중국특허 CN101767594A
따라서, 본 발명은 이러한 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 스테인레스 및 알루미늄 합금으로 제작된 철도차량 차체 대비 경량화를 실현하고, 기존 마그네슘 합금의 낮은 발화온도에 따른 화재안전성을 극복할 수 있도록 난연화(non-flammable or non-ignition)된 마그네슘 합금을 이용하여 제작되는 철도차량의 차체를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 철도차량 차체를 구성하는 언더프레임, 측벽부재, 천장부재 및 단부부재들을 난연성 마그네슘 합금을 압출하여 제작하고 이들 압출재들을 상호 용접하여 차체를 제작하므로 철도차량의 경량화 및 난연성 마그네슘 합금의 우수한 진동 감쇠 특성을 통해 저진동, 저소음 차체를 구현할 수 있는 난연성 마그네슘 합금재로 이루어지는 철도차량 차체를 제공하는데에도 그 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
철도차량 차체에 있어서, 상기 철도차량 차체는 난연성 마그네슘 합금재로 압출성형하여서 제조되는 중공형재를 용접하여 제작된 것을 특징으로 하는 난연성 마그네슘 합금재로 이루어지는 철도차량 차체를 제공한다.
이때, 상기 난연성 마그네슘 합금재는 발화온도가 750℃ 이상인 마그네슘 합금인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 난연성 마그네슘 합금재는 상용 마그네슘 합금에 칼슘(Ca), 이토륨(Y) 및 산화칼슘(CaO) 중에 어느 하나의 원소를 하나 이상 혼합한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 난연성 마그네슘 합금재는 상용 마그네슘 합금에 칼슘(Ca), 이토륨(Y) 및 산화칼슘(CaO) 중에 어느 하나의 원소를 0.001wt% ~ 5.0wt% 씩 하나 이상 첨가한 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 철도차량 차체는 언더프레임, 측벽부재, 천장부재 및 단부부재가 사각형 박스구조로 결합되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 언더프레임의 하면에는 레일이 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 언더프레임은 철도차량 차체의 길이와 동일하게 제작되는 중공형재를 폭방향으로 연속적으로 용접하여 중공형 평판구조로 제작된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 측벽부재와 천장부재 및 단부부재는 차량내부에 설치되는 내장설비를 설치할 수 있는 레일이 구비된 형태로 제작된 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 중공형재는 Mig, Tig 및 FSW 중에 어느 하나의 용접 방식으로 일체로 접합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 난연성 마그네슘 합금 중공형재는 난연성 마그네슘 합금 빌렛을 이용하여 압출을 통해 제작되거나 난연성 마그네슘 합금 판재를 이용하여 제작되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 난연성 마그네슘 합금 중공형재는 270MPa 이상의 강도를 갖는 형재로 용접되어 제작된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 철도차량의 차체를 난연성 마그네슘 합금재로 압출성형하여서 제조되는 중공형재를 적용하여 기존 알루미늄 차체 구조물 대비 25 ~ 30%까지 경량화가 가능하며, 난연성 마그네슘 합금재의 발화온도는 약 750℃ 이상으로 철도차량의 화재안전성을 확보할 수 있다.
특히, 난연성 마그네슘 합금재로 압출성형하여서 제조되는 중공형재에 난연성 마그네슘 합금은 칼슘(Ca), 이토륨(Y) 및 산화칼슘(CaO) 등의 원소 첨가로 산소와의 반응성을 차단하여 부식에 대한 저항성이 우수하고, 알루미늄 합금에 비해 진동감쇠 특성이 우수하여 철도차량 차체 구조물에 적용시 운행중 발생하는 진동저감 및 소음 차단효과도 우수하다.
도 1은 스테인레스를 적용한 종래 일반적인 차체를 도시한 도면이다.
도 2는 알루미늄 합금을 적용한 종래 일반적인 차체를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 철도차량 차체(100)를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 철도차량 차체의 언더프레임 구조를 설명하기 위해 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 언더프레임용 중공형재의 상세 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 언더프레임용 중공형재의 접합부를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 철도차량 차체의 측벽 구조를 설명하기 위해 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 측벽부재용 중공형재의 상세 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 언더프레임과 측벽부재의 연결구조를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 철도차량 차체의 천장부재를 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 천장부재용 중공형재의 상세 단면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 천장부재와 측벽부재의 연결구조를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 철도차량 차체의 단부부재를 도시한 사시도이다.
본 발명에 따른 난연성 마그네슘 합금재로 이루어지는 철도차량 차체를 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도 3 내지 도 13을 참고로 본 발명에 따른 난연성 마그네슘 합금재로 이루어지는 철도차량 차체를 설명한다.
본 발명에서는 기존 연강, 스테인레스 및 알루미늄 합금으로 제작되는 철도차량용 차체 구조물을 난연성 마그네슘 합금을 적용하여 경량화 및 저진동 및 저소음화를 실현한다.
먼저 도 3은 본 발명에 따른 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 철도차량 차체를 도시한 도면이다. 이를 참고하면, 본 발명에 따른 철도차량 차체(100)는 철도차량의 상부구조로서, 크게 언더프레임(under frame)(110), 측벽부재(side panel)(120), 천장부재(roof)(130) 및 단부부재(end structure)(140)의 4개 부분으로 구성되며 각 부분은 용접 등을 통해 결합되어 하나의 사각형 박스구조를 이룬다.
이때, 상기 언더프레임(110), 측벽부재(120), 천장부재(130) 및 단부부재(140)는 난연화(non-flammable or non-ignition)된 마그네슘 합금, 즉 난연성 마그네슘 합금재로 압출성형되며, 각 구성은 압출을 통한 중공형재로 제작되고 용접하여 철도차량의 차체를 제작한다. 상기 중공형재는 난연성 마그네슘 합금 빌렛을 이용하여 압출을 통해 제작되거나 난연성 마그네슘 합금 판재를 이용하여 제작된다.
본 발명에서 제안하는 난연성 마그네슘합금은 발화온도가 750℃ 이상인 마그네슘 합금으로 상용 마그네슘 합금에 칼슘(Ca), 이토륨(Y) 및 산화칼슘(CaO) 등의 원소를 단일 또는 혼합하여 각각 0.001wt% ~ 5.0wt% 첨가하여 난연성을 확보한 마그네슘 합금을 의미한다.
이때, 난연성 마그네슘합금은 발화온도가 750℃ 이하이면 화재 등에 취약하게 되어 화재 안전성 확보가 어렵고, 첨가제가 0.001wt% 미만이면 난연성 및 부식에 대한 저항성이 낮고, 5.0wt% 이상이면 난연성이 필요이상 높아져 현저한 효과가 없게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 철도차량 차체의 언더프레임 구조를 설명하기 위해 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 언더프레임용 중공형재(111)의 상세 단면도이다. 이를 참고하면, 상기 언더프레임(110)은 철도차량 차체(100)의 하부 구조로 언더프레임(110)의 하면에는 레일(112)이 구비되며, 그 레일(112)에는 전기장치와 연결기 등이 설치된다.
이때, 상기 언더프레임(110)은 철도차량 차체(100)의 강성의 대부분을 담당하는 부재로서, 난연성 철도차량 차체(100)의 언더프레임(110)은 철도차량 차체(100)의 길이와 동일한 중공형재(111)를 여러개 제작하고, 이들 중공형재(111)들을 폭방향으로 연속적으로 용접하여 중공형 평판구조로 제작하게 된다.
이와 같이 제작되는 언더프레임(110)를 구성하는 중공형재(111) 형상은 기존 알루미늄 합금으로 제작된 중공형재와 유사한 형상을 가진다.
상기 철도차량에 적용되는 언더프레임용 중공형재(111)는 도 5에 도시된 바와 같이 스킨(111a)과 리브(111b)로 이루어지며, 하부의 스킨(111a)에 레일(112)이 하부에 구비된다. 이때, 상기 스킨(111a)은 인장과 압축하중을 담당하고, 상기 리브(111b)는 전단하중을 주로 담당하게 된다.
한편, 난연성 마그네슘 합금의 강성은 알루미늄 합금 대비 2/3정도로 낮기 때문에, 강성을 확보하기 위해 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 언더프레임용 중공형재(111)는 기존 알루미늄 합금으로 제작된 중공형재와는 그 구조를 달리하여 제작되어야 한다.
따라서, 본 발명에 따른 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 언더프레임용 중공형재(111)의 리브(111b)의 개수는 알루미늄 압출재로 제작된 중공형재의 리브수(N) 보다 1개 이상 많은 N+1이상으로 제작하여 강성을 확보하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 언더프레임용 중공형재(111)의 리브(111b)와 스킨(111a)의 두께(t) 역시 강도와 강성을 확보하기 위해 알루미늄 압출재로 제작된 철도차량 차체 언더프레임의 중공형재의 두께와 동일하거나 더 두껍게 제작된다.
아울러, 본 발명에 따른 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 언더프레임용 중공형재(111)의 높이(h)는 강도와 강성을 확보하기 위해 알루미늄 압출재로 제작된 철도차량 차체 언더프레임의 중공형재의 두께와 동일하거나 더 크게 제작된다.
그리고, 도 6은 본 발명에 따른 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 언더프레임용 중공형재(111)를 용접하여 접합할 때 접합부(111c)의 접합 예를 도시한 도면이다. 이를 참고하면, 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 언더프레임용 중공형재(111)는 Mig, Tig 및 FSW 등의 용접을 통해 일체로 접합한다.
이 경우 상기 난연성 마그네슘 합금은 270MPa 보다 높은 강도를 갖는 형재로 용접함이 바람직하다.
이때, 난연성 마그네슘 합금은 270MPa 보다 낮은 강도를 갖는 형재로 용접하면 강도의 저하를 가져와 철도차량 차체의 안전성이 위협을 받게 된다.
한편, 도 7은 본 발명에 따른 철도차량 차체(100)의 측벽부재(120) 구조를 설명하기 위해 도시한 사시도이다. 이에 의하면 상기 측벽부재(120)는 철도차량 차체(100)의 하부 구조인 언더프레임(110) 및 상부구조인 천장부재(130)와 연결되고 철도차량의 출입문과 창문이 설치되는 부재이다.
그리고, 도 8은 본 발명에 따른 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 측벽부재용 중공형재의 상세 단면도이고, 도 9는 본 발명에 따른 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 언더프레임과 측벽부재의 연결구조를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
이를 참고하면 상기 난연성 철도차량 차체(100)의 측벽부재(120)는 압출을 통해 제작되는 것으로, 철도차량 차체(100)의 길이와 동일하게 중공형재(121)를 여러 조각으로 제작하고 이들을 용접을 통해 중공형 곡면구조로 결합하여 제작하게 된다. 이렇게 제작된 중공형재(121)의 형상은 기존 알루미늄 합금으로 제작된 중공형재와 유사한 형상을 가지지만, 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 측벽부재용 중공형재(121)는 알루미늄 합금대비 낮은 강성을 극복하기 위해 기존 알루미늄 합금으로 제작된 중공형재와 다른 형상으로 제작되어야 한다.
이와같은 철도차량에 적용되는 측벽부재용 중공형재(121)는 도 8에 도시된 바와 같이 스킨(121a)과 리브(121b)로 이루어지며, 일측 스킨(121a)에 레일(122)이 하부에 구비된다.
이때, 상기 스킨(121a)은 인장과 압축하중을 담당하고, 상기 리브(121b)는 전단하중을 주로 담당하며, 상기 레일(122)은 차량내부에 설치되는 내장설비를 설치할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 측벽부재용 중공형재(121)의 리브(121b)의 개수는 알루미늄 압출재로 제작된 중공형재의 리브수(N) 보다 1개 이상 많은 N+1이상으로 제작하여 강성을 확보하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 측벽부재용 중공형재(121)의 리브(121b)와 스킨(121a)의 두께(t) 역시 강도와 강성을 확보하기 위해 알루미늄 압출재로 제작된 철도차량 차체 측벽부재의 중공형재 두께와 동일하거나 더 두껍게 제작된다.
아울러, 본 발명에 따른 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 측벽부재용 중공형재(121)의 높이(h)는 강도와 강성을 확보하기 위해 알루미늄 압출재로 제작된 철도차량 차체 측벽부재용 중공형재의 두께와 동일하거나 더 크게 제작된다.
이때, 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 측벽부재용 중공형재(121) 접합부 형상의 실시예는 도 6의 언더프레임의 접합부위와 동일하게 Mig, Tig 및 FSW 등의 용접기법으로 용접하여 일체로 접합한다.
이와 같은 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 측벽부재(120)는 도 9에 도시된 바와 같이 언더프레임(110)에 하부 연결부재(101)로 연결된다.
또한, 도 10은 철도차량 차체의 천장 구조를 나타낸 설명도이다.
천장부재(130)는 철도차량 차체(100)의 최상부에 설치되는 구조로서, 양측단부가 측벽부재(120)와 연결되는 부재이다.
이와 같은 난연성 철도차량 차체의 천장부재(130)는 압출을 통해 도 10에서와 같이 철도차량 차체(100)의 길이와 동일한 중공형재(131)를 여러개 제작하고, 이들 중공형재(131)들을 폭방향으로 연속적으로 용접하여 중공형 곡면구조로 제작하게 된다. 이와 같이 제작되는 천장부재용 중공형재(131) 형상은 기존 알루미늄 합금으로 제작된 중공형재와 유사한 형상을 가진다.
이와같은 철도차량에 적용되는 천장부재용 중공형재(131)는 도 11에 도시된 바와 같이 스킨(131a)과 리브(131b)로 이루어지며, 일측 스킨(131a)에 레일(132)이 하부에 구비된다.
이때, 상기 스킨(131a)은 인장과 압축하중을 담당하고, 상기 리브(131b)는 전단하중을 주로 담당하며, 상기 레일(132)은 차량내부에 설치되는 내장설비를 설치할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 천장부재용 중공형재(131)의 리브(131b)의 개수는 알루미늄 압출재로 제작된 중공형재의 리브수(N) 보다 1개 이상 많은 N+1이상으로 제작하여 강성을 확보하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 천장부재용 중공형재(131)의 리브(131b)와 스킨(131a)의 두께(t) 역시 강도와 강성을 확보하기 위해 알루미늄 압출재로 제작된 천장부재의 중공형재 두께와 동일하거나 더 두껍게 제작된다.
아울러, 본 발명에 따른 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 천장부재용 중공형재(131)의 높이(h)는 강도와 강성을 확보하기 위해 알루미늄 압출재로 제작된 철도차량 차체의 천장부재용 중공형재(131)의 두께와 동일하거나 더 크게 제작된다.
이때, 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 천장부재용 중공형재(131)의 접합부는 도 6의 언더프레임의 접합부위와 동일하게 Mig, Tig 및 FSW 등의 용접으로 일체로 접합한다.
이와 같은 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 천장부재(130)는 도 12에 도시된 바와 같이 철도차량 차체(100) 최상부에 설치되는 구조로 양끝이 측벽구조와 연결되는 부재이다. 물론 상기 천장부재(130)는 측면부재(120)에 상부 연결부재(102)로 연결된다.
한편, 난연성 철도차량 차체의 단부부재(140)는 사각관 형상의 압출재를 이용하여 도 13과 같은 구조로 제작된다. 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 단부부재(140)용 중공형재(141)의 두께(t) 역시 강도와 강성을 확보하기 위해 알루미늄 압출재로 제작된 철도차량 차체(100)의 단부부재용 중공형재(141)의 두께 보다 동등하거나 두껍게 제작된다.
물론, 상기 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 단부부재용 중공형재(141)의 높이(h)는 강도와 강성을 확보하기 위해 알루미늄 압출재로 제작된 철도차량 차체 단부부재(140)용 중공형재의 두께와 동일하거나 크게 제작한다.
이때, 난연성 마그네슘 합금으로 제작된 단부부재용 중공형재(141)의 접합부는 도 6의 언더프레임의 접합부위와 동일하게 Mig, Tig 및 FSW 등의 용접으로 일체로 접합한다.
이상의 철도차량의 차체(100)를 구성하는 난연성 마그네슘 합금은 270MPa 보다 높은 강도를 갖는 형재로 용접되며, 알루미늄 합금 대비 밀도가 2/3(1.80g/㎤)로 철도차량 차체 구조물에 적용시 기존 알루미늄 차체 구조물 대비 25 ~ 30%까지 경량화가 가능하다.
일반적으로 알루미늄 합금 차체 구조물은 압출기법을 통해 중공형재로 형태로 언더프레임(110), 측벽부재(120), 천장부재(130) 및 단부부재(140)를 제작하고 용접을 통해 차체를 구성하게 된다. 마그네슘 합금 역시 알루미늄과 동일한 제작과정을 통해 제작기 가능하기 때문에 추가 설비 투자없이 기술을 적용할 수 있다.
그리고, 본 발명에서 적용하는 난연성 마그네슘 합금의 경우에는 일반 마그네슘합금에 칼슘(Ca), 이토륨(Y) 및 산화칼슘(CaO) 등의 원소를 단일 또는 혼합하여 각각 0.001 ~ 5.0 wt% 첨가하여 난연성을 확보한 마그네슘 합금이다.
본 발명에서 적용하는 난연성 마그네슘 합금의 발화온도는 약 750℃ 이상으로 화재에 대한 안전성이 확보된 마그네슘 합금이다.
따라서, 이러한 난연성 마그네슘 합금을 철도차량 차체 구조물에 적용시에는 일반 마그네슘 합금과 달리 화재안전성을 확보할 수 있다. 특히, 난연성 마그네슘 합금은 칼슘(Ca), 이토륨(Y) 및 산화칼슘(CaO) 등의 원소 첨가로 산소와의 반응성을 차단한 마그네슘 합금으로 부식에 대한 저항성도 일반 마그네슘 합금에 비해 우수하다. 또한, 마그네슘 합금은 알루미늄 합금에 비해 진동감쇠 특성이 1.3 ~ 1.6배 정도 우수한 소재로 철도차량 차체 구조물에 적용시 운행중 발생하는 진동저감 및 소음 차단효과도 우수하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 철도차량 차체 101: 하부 연결부재
102: 상부 연결부재 110: 언더프레임
111: 중공형재 120: 측벽부재
121: 중공형재 130: 천장부재
131: 중공형재 140: 단부부재
141: 중공형재

Claims (11)

  1. 언더프레임, 측벽부재, 천장부재 및 단부부재를 포함하는 철도차량 차체에 있어서,
    상기 언더프레임, 측벽부재, 천장부재 및 단부부재는 상용 마그네슘 합금에 칼슘(Ca), 이토륨(Y) 및 산화칼슘(CaO)을 각각 0.001wt% ~ 5.0wt% 씩 첨가한 발화온도가 750℃ 이상인 난연성 마그네슘 합금재로 이루어진 빌렛을 이용하여 압출을 통해 제작된 난연성 마그네슘 합금 중공형재들을 Mig, Tig 및 FSW 중에 어느 하나의 용접 방식에 의해 일체로 접합함으로써 이루어지고,
    상기 언더프레임과 천장부재는 각각 하부 연결부재와 상부 연결부재를 이용한 용접에 의해 측벽부재의 양측 하단과 상단에 결합되고, 상기 단부부재는 언더프레임, 측벽부재 및 천장부재의 전,후방 단부에 용접에 의해 결합되어 사각형 박스 구조로 결합되되,
    상기 난연성 마그네슘 합금 중공형재는 270MPa 이상의 강도를 갖는 형재로 용접되어 제작된 것을 특징으로 하는 난연성 마그네슘 합금재로 이루어지는 철도차량 차체.
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  6. 제 1항에 있어서,
    상기 난연성 마그네슘 합금 중공형재는 인장과 압축하중을 담당하는 한 쌍의 스킨과, 상기 스킨의 사이에 연결 설치되어 전단하중을 담당하는 리브 및 일측 스킨의 하부에 구비되는 레일을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 난연성 마그네슘 합금재로 이루어지는 철도차량 차체.
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