KR101728709B1 - 철도차량용 차체 프레임 및 그 제조방법 - Google Patents

철도차량용 차체 프레임 및 그 제조방법 Download PDF

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임재용
김정석
이우근
선승주
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한국철도기술연구원
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Abstract

본 발명은 철도차량용 차체 프레임 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고상접합을 사용한 랩조인트에 의해 알루미늄 판재와 마그네슘 판재를 서로 접합시켜 연결재를 구성하고, 상기 연결재를 이용하여 동종 재질의 접합에 의해 알루미늄 합금 프레임과 마그네슘 합금 프레임을 접합시켜 차체 프레임을 제조할 수 있도록 함으로써 철도차량용 차체를 경량화시킬 수 있도록 하는 철도차량용 차체 프레임 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

철도차량용 차체 프레임 및 그 제조방법{Body frame for railway vehicles and its manufacturing method}
본 발명은 철도차량용 차체 프레임 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고상접합을 사용한 랩조인트에 의해 알루미늄 판재와 마그네슘 판재를 서로 접합시켜 연결재를 구성하고, 상기 연결재를 이용하여 동종 재질의 접합에 의해 알루미늄 합금 프레임과 마그네슘 합금 프레임을 접합시켜 차체 프레임을 제조할 수 있도록 함으로써 철도차량용 차체를 경량화시킬 수 있도록 하는 철도차량용 차체 프레임 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 철도차량의 차체는 바닥을 구성하는 언더 프레임(under frame)과, 언더 프레임의 상부에 구비되는 상부프레임으로 이루어진다.
이때, 상기 상부프레임은 언더 프레임의 양측 단부에 수직방향으로 구비되어 벽체를 형성하는 사이드 프레임(side frame)과, 사이드프레임의 상단에 수평방향으로 구비되는 루프 프레임(roof frame)으로 이루어진다.
한편, 각 프레임(언더 프레임, 사이드 프레임, 루프 프레임)은 일정 너비의 압출재 6~10개를 나란히 배열한 후 차량의 길이방향으로 용접하여 프레임을 제작하고, 그 내,외측면은 내장재 또는 외장재로 마감처리를 하게 된다.
종래에는 스테인레스강이나 알루미늄 압출재를 이용하여 언더 프레임과 사이드 프레임 및 루프 프레임을 부분적으로 제작하고 이들을 용접에 의해 결합하는 방식에 의해 차체를 제조하였으나, 스테인레스강이나 알루미늄 압출재의 경우 중량이 많이 나가므로 철도차량의 운행시 전력 및 에너지 소모가 많이 발생되는 문제점이 있었다.
따라서, 철도차량 차체 프레임을 경량 재질로 제조할 경우 철도차량의 운행시 소모되는 전력 및 에너지를 줄일 수 있게 되는데, 이를 위해 최근에는 복합소재를 적용하여 철도차량의 차체를 제작하는 방법이 연구되고 있다.
일례로, 차체 프레임의 내판과 외판을 복합소재로 제작하고, 내판과 외판의 사이에 폼코어나 알루미늄 허니콤을 삽입한 샌드위치 패널 구조를 이용하여 차체 프레임을 제조한 후, 각 프레임 간 연결 및 외판과 심재의 결합은 기계적 체결 또는 구조용 접착제 등을 사용하여 접합하게 되는데, 복합소재로 이루어진 내판과 외판을 접착제 만으로 부착하여 차체를 제조하는 경우에는 강도나 충격 하중에 매우 취약한 단점을 갖게 된다.
한편, 차체의 경량화를 위한 또 다른 방안으로 마그네슘 압출재가 사용될 수 있는데, 마그네슘의 경우 비중이 알루미늄의 2/3에 불과하여 마그네슘 압출재를 이용하여 차체 프레임을 제조하는 경우 차체의 무게를 경량화시킬 수 있는 장점이 있으나, 프레임 사이의 용접 및 접합이 어렵다는 단점이 있다.
즉, 마그네슘 합금의 경우 용융용접접합에 어려움이 있고, 마그네슘의 접합 가능 방법 중 하나인 마찰교반용접(FSW; Friction Stir Welding)의 경우 동종합금 사이의 접합에서는 우수한 특성을 보이나, 마그네슘-알루미늄 등 이종(異種) 재료 사이의 접합시에는 Al2Mg3, Al12Mg17 등의 금속간화합물(intermetallic compound)이 계면에서 생성되어 용접 가능조건의 선정이 매우 까다로울 뿐만 아니라 기계적 물성의 저하를 수반하게 되는 문제점이 있다.
또한, 알루미늄, 마그네슘과 같은 이종 금속의 마찰교반용접을 하는 경우 금속간화합물의 생성을 방지하기 위해서는 마찰교반용접에 사용되는 회전툴이나 용접 모재의 온도제어가 필수적으로 수반되어야 하는데, 이러한 온도제어의 방법으로 마찰교반용접을 위한 회전툴의 내부에 수로를 형성하여 수로를 통과하는 냉각수에 의해 회전툴의 온도를 제어하는 방법 또는 모재에 액체질소를 분사하여 모재의 온도를 제어하는 방법이 주로 사용된다.
하지만, 상기와 같은 방법들은 실험실 수준에서나 적용될 수 있는 것으로, 철도차량과 같은 거대 차체를 조립하는 작업 현장에서는 현실적으로 적용하기가 어렵다는 문제점이 있다.
1. 대한민국 등록특허공보 제10-1072373호(2011. 10. 11. 공고)
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 철도차량용 차체의 경량화를 위해 알루미늄 합금 프레임과 마그네슘 합금 프레임을 혼용하여 사용할 수 있도록 하는 철도차량용 차체 프레임 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 이종 재질 간의 용접을 하지 않고서도 동종 재질 간의 용접에 의해 알루미늄 합금 프레임과 마그네슘 합금 프레임이 동시에 사용될 수 있도록 하는 철도차량용 차체 프레임 및 그 제조방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,
언더 프레임, 사이드 프레임, 루프 프레임을 포함하여 구성되는 철도차량용 차체 프레임에 있어서, 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 다수 개의 제1프레임과, 마그네슘 합금 재질로 이루어지는 다수 개의 제2프레임의 접합에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 언더 프레임과 사이드 프레임은 제1프레임으로 구성되고, 상기 루프 프레임은 제2프레임으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1프레임과 제2프레임의 사이에는 일측 단부가 알루미늄 판재로 이루어지고, 타측 단부는 마그네슘 판재로 이루어지는 이종금속 연결재가 접합되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 이종금속 연결재는 알루미늄 판재와 마그네슘 판재가 랩 조인트로 연결된 상태에서 압연 접합 방식, 폭발 압접 방식 및 마찰교반용접 방식 중의 어느 하나의 방식에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1프레임과 제2프레임의 사이에 접합되는 이종금속 연결재는 알루미늄 판재가 제1프레임에 연결되고 마그네슘 판재가 제2프레임에 연결되도록 한 상태에서 마찰교반용접에 의해 접합되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 철도차량용 차체 프레임의 제조방법은,
철도차량용 차체 프레임의 제조 방법에 있어서, 알루미늄 합금 재질의 제1프레임과, 마그네슘 합금 재질의 제2프레임을 제조하는 프레임 제조단계와, 일측 단부는 알루미늄 합금 재질로 이루어지고, 타측 단부는 마그네슘 합금 재질로 이루어지는 이종금속 연결재를 제조하는 연결재 제조단계와, 상기 제1프레임을 서로 접합하여 언더 프레임과 사이드 프레임을 형성시키고, 상기 제2프레임을 서로 접합하여 루프 프레임을 형성시키는 프레임 접합단계 및 상기 제1프레임과 제2프레임의 사이에 연결재를 접합하여 차체 프레임을 완성하는 연결재 접합단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 연결재 제조단계에서는 알루미늄 판재와 마그네슘 판재가 랩 조인트로 연결된 상태에서 압연 접합 방식, 폭발 압접 방식 및 마찰교반용접 방식 중의 어느 하나의 방식을 사용하여 연결재를 제조하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연결재 접합단계에서는 이종금속 연결재의 일측 단부가 제1프레임에 연결되고, 이종금속 연결재의 타측 단부가 제2프레임에 연결되도록 한 상태에서 마찰교반용접에 의해 이종금속 연결재를 접합시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 알루미늄 합금 프레임과 마그네슘 합금 프레임을 혼용하여 하이브리드 차체 프레임을 제조함으로써 철도차량용 차체를 경량화시킬 수 있고, 그에 따라 철도차량의 운행시 소모되는 전력 및 에너지를 줄일 수 있도록 하는 뛰어난 효과를 갖는다.
본 발명에 따르면, 고상접합을 사용한 랩조인트에 의해 일측은 알루미늄 합금으로 이루어지고 타측은 마그네슘 합금으로 이루어지는 연결재를 제조하고, 상기 연결재에 의해 이종 재질 간의 용접을 하지 않고서도 상대적으로 작업과정이 훨씬 수월한 동종 재질 간의 용접에 의해 알루미늄 합금 프레임과 마그네슘 합금 프레임이 동시에 사용된 차체 프레임을 제조할 수 있도록 하는 효과를 추가로 갖는다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 철도차량용 차체 프레임 중 이종 금속 연결재를 제조하는 방법을 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 철도차량용 차체 프레임의 제조방법을 나타낸 흐름도.
도 5의 (a)~(b)는 이종 금속 연결재를 이용하여 본 발명에 따른 차체 프레임을 제조하는 과정을 나타낸 정면도 및 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 철도차량용 차체 프레임의 제조방법에 의해 제조된 차체 프레임을 나타낸 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 철도차량용 차체 프레임 및 그 제조방법의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 철도차량용 차체 프레임 중 이종 금속 연결재를 제조하는 방법을 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 철도차량용 차체 프레임의 제조방법을 나타낸 흐름도이며, 도 5의 (a)~(b)는 이종 금속 연결재를 이용하여 본 발명에 따른 차체 프레임을 제조하는 과정을 나타낸 정면도 및 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 철도차량용 차체 프레임의 제조방법에 의해 제조된 차체 프레임을 나타낸 단면도이다.
본 발명은 고상접합을 사용한 랩조인트에 의해 알루미늄 판재와 마그네슘 판재를 서로 접합시켜 연결재를 구성하고, 상기 연결재를 이용하여 동종 재질의 접합에 의해 알루미늄 합금 프레임과 마그네슘 합금 프레임을 접합시켜 차체 프레임을 제조할 수 있도록 함으로써 철도차량용 차체를 경량화시킬 수 있도록 하는 철도차량용 차체 프레임 및 그 제조방법에 관한 것으로, 먼저 본 발명에 따른 철도차량용 차체 프레임(100)은 도 6에 나타낸 바와 같이, 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 제1프레임(110)과, 마그네슘 합금 재질로 이루어지는 제2프레임(120)을 포함하여 구성된다.
보다 상세히 설명하면, 철도차량용 차체 프레임(100)은 바닥을 구성하는 언더 프레임(100a)과, 언더 프레임(100a)의 양측 단부에 수직방향으로 구비되어 벽체를 형성하는 사이드 프레임(100b) 및 사이드 프레임(100b)의 상단에 수평방향으로 구비되는 루프 프레임(100c)으로 구성되고, 상기 언더 프레임(100a), 사이드 프레임(100b) 및 루프 프레임(100c)은 압출에 의해 제조된 일정 너비의 프레임 6 ~ 10개를 나란히 배열한 후 차체의 길이방향으로 용접함으로써 제조되는데, 상기 프레임으로 알루미늄 합금 재질의 제1프레임(110)과 더불어 알루미늄에 비해 비중이 2/3 정도로 가벼운 마그네슘 합금 재질로 이루어진 제2프레임(120)을 사용함으로써 전체적인 차체의 무게를 경감시킬 수 있도록 하여 철도차량의 주행시 소모되는 전력 및 에너지를 줄일 수 있도록 구성된 것이다.
이때, 마그네슘 합금의 경우 알루미늄 합금에 비해 가볍다는 장점이 있으나, 강성 또한 알루미늄 합금의 2/3 정도에 불과하므로, 차체 프레임(100) 중 하중 부담이 많이 되는 언더 프레임(100a)과 사이드 프레임(100b)은 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 제1프레임(110)들의 접합에 의해 형성하고, 상대적으로 하중 부담이 적은 루프 프레임(100c)은 마그네슘 합금 재질로 이루어지는 제2프레임(120)들의 접합에 의해 형성하여 알루미늄 합금과 마그네슘 합금으로 이루어진 하이브리드 차체 프레임(100)을 제조함으로써 차체를 경량화시킬 수 있도록 함과 동시에 구조 강성적으로도 안정적인 차체 프레임(100)을 제조할 수 있게 된다.
한편, 상기 제1프레임(110)들의 접합에 의해 언더 프레임(100a)과 사이드 프레임(100b)을 형성하고, 상기 제2프레임(120)들의 접합에 의해 루프 프레임(100c)을 형성하는 경우, 사이드 프레임(100b)과 루프 프레임(100c)의 결합을 위해 이종 금속 즉, 알루미늄 합금 재질과 마그네슘 합금 재질로 이루어진 제1프레임(110)과 제2프레임(120)을 서로 접합하여야 하는데, 전술한 바와 같이 알루미늄-마그네슘 간 이종 접합시에는 금속간화합물이 생성되어 용접가능조건의 선정이 까다로울 뿐만 아니라 기계적 물성이 저하되는 문제점이 있으므로, 이를 해소하기 위해 본 발명에서는 제1프레임(110)과 제2프레임(120) 사이의 접합 부위에 이종금속 연결재(130)를 사용한다.
보다 상세히 설명하면, 상기 이종금속 연결재(130)는 일측 단부가 알루미늄 판재(10)로 이루어지고, 타측 단부는 마그네슘 판재(20)로 이루어지도록 하여 알루미늄 판재(10)와 마그네슘 판재(20)가 서로 접합된 것으로, 상기 이종금속 연결재(130)에 의해 제1프레임(110)과 제2프레임(120)의 사이의 접합이 이종 금속 간의 접합이 아닌 동종 금속 간의 접합으로 이루어질 수 있게 된다.
즉, 알루미늄 판재(10)로 이루어진 이종금속 연결재(130)의 일측 단부를 알루미늄 합금 재질의 제1프레임(110)에 연결하고, 마그네슘 판재(20)로 이루어진 이종금속 연결재(130)의 타측 단부를 마그네슘 합금 재질의 제2프레임(120)에 연결하여, 제1프레임(110)과 제2프레임(120) 사이의 결합이 이종금속 연결재(130)의 사용으로 인해 동종 접합으로 이루어질 수 있게 되는 것이다.
여기서, 상기 이종금속 연결재(130)는 랩 조인트(lap joint) 즉, 알루미늄 판재(10)와 마그네슘 판재(20)의 연결부가 서로 겹쳐지도록 중첩된 상태에서 중첩된 부분을 고상접합시킴으로써 제조할 수 있는데, 이때 사용될 수 있는 고상접합 방법으로는 압연 접합 방식, 폭발 압접 방식 및 마찰교반용접 방식 중의 어느 하나가 사용될 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 상기 압연 접합 방식은 도 1에 나타낸 바와 같이, 압연 롤러(30)를 이용하여 랩 조인트로 연결된 알루미늄 판재(10)와 마그네슘 판재(20)의 중첩 부분을 높은 압력으로 가압함으로써 접합시키는 방법으로 보다 용이하고 견고한 접합을 위해 히터 등의 가열수단을 이용하여 중첩 부분을 예열시킨 후 롤러(30)에 의한 가압작업을 진행할 수도 있다.
다음, 상기 폭발 압접 방식은 도 2에 나타낸 바와 같이, 화약의 폭발시 발생하는 순간적인 큰 압력을 이용하여 랩 조인트로 연결된 알루미늄 판재(10)와 마그네슘 판재(20)의 중첩 부분을 접합시키는 방법으로 별도의 설비가 필요 없으므로 경제적이고, 작업 과정이 단순하면서도 견고한 접합을 할 수 있는 장점이 있다.
다음, 상기 마찰교반용접 방식은 도 3에 나타낸 바와 같이, 알루미늄 및 마그네슘 보다 경도가 큰 재질로 이루어진 비소모식 회전툴(40)을 이용한 용접 방식으로, 랩 조인트로 연결된 알루미늄 판재(10)와 마그네슘 판재(20)의 중첩 부분에 회전툴(40)을 대고 고속 회전시키면, 고속 회전에 의해 발생되는 마찰열에 의해 중첩부가 가열되면서 연화되어 소성 영역이 발생하게 되고, 회전툴(40)이 이동하면서 가해지는 힘에 의해 연화된 부분이 접합되는 방식이다.
이때, 마찰교반용접에 사용되는 회전툴(40)에는 수로가 형성되어 냉각수통(50)으로부터 공급되는 냉각수에 의해 회전툴(40)의 온도 상승을 억제시킬 수 있도록 함으로써 용접 과정에서 금속간화합물이 생성되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
전술한 고상접합 방법들은 모두 알루미늄 판재(10)와 마그네슘 판재(20)의 연결부가 중첩된 랩 조인트 상태에서 진행되는 것으로, 랩 조인트 상태에서 고상접합을 수행할 경우 접합부에서의 지지력이 강화되어 보다 견고한 결합을 이룰 수 있게 된다.
상기와 같은 방식에 의해 제조된 이종금속 연결재(130)는 전술한 바와 같이, 제1프레임(110)과 제2프레임(120) 사이에 접합됨으로써 제1프레임(110)과 제2프레임(120) 사이의 접합이 이종 금속 간의 접합이 아닌 동종 금속 간의 접합으로 이루어질 수 있도록 하는데, 제1프레임(110)과 이종금속 연결재(130)의 일측 단부, 즉 알루미늄 판재(10) 사이의 접합 및 제2프레임(120)과 이종금속 연결재(130)의 타측 단부, 즉 마그네슘 판재(20) 사이의 접합은 모두 마찰교반용접에 의해 이루어지게 된다.
즉, 마찰교반용접은 접합에 따른 제1 및 제2프레임(110,120)과 연결재(130)의 변형이 매우 적고, 용융 용접에서 발생하기 쉬운 기공이나 균열 등의 결함이 거의 발생하지 않으며, 접합 부위의 조직이 미세화되므로 충격강도와 피로강도가 증가하게 되는 장점을 가지므로 마찰교반용접에 의해 보다 견고한 차체 프레임(100)을 제조할 수 있게 되는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 철도차량용 차체 프레임의 제조방법은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 크게 프레임 제조단계(S10), 연결재 제조단계(S20), 프레임 접합단계(S30) 및 연결재 접합단계(S40)를 포함하여 구성되는데, 먼저 상기 프레임 제조단계(S10)는 알루미늄 함금과 마그네슘 합금을 이용하여 차체 프레임(100)으로 사용된 제1프레임(110)과 제2프레임(120)을 각각 제조하는 단계에 관한 것으로, 차체의 프레임 형상으로 관통공이 형성된 금형(미도시)을 이용한 압출 방법이 주로 사용될 수 있다.
다음, 상기 연결재 제조단계(S20)는 제1프레임(110)과 제2프레임(120)의 사이에 결합되는 이종금속 연결재(130)를 제조하는 단계에 관한 것으로, 전술한 바와 같이, 알루미늄 판재(10)와 마그네슘 판재(20)의 연결부가 서로 중첩되도록 랩 조인트로 연결한 상태에서 고상 접합 방법은 압연 접합 방식, 폭발 압접 방식 및 마찰교반용접 방식 중의 어느 하나의 방법에 의해 일측 단부는 알루미늄 판재(10)로 이루어지고 타측 단부는 마그네슘 판재(20)로 이루어지는 이종금속 연결재(130)를 제조하게 된다.
이때, 상기 프레임 제조단계(S10)와 연결재 제조단계(S20)는 순서와는 무관한 것으로, 경우에 따라 동시에 진행될 수도 있음은 물론이다.
다음, 상기 프레임 접합단계(S30)는 연결재 제조단계(S20)에서 제조된 제1프레임(110)과 제2프레임(120)을 이용하여 언더 프레임(100a)과 사이드 프레임(100b) 및 루프 프레임(100c)을 제조하는 단계에 관한 것으로, 알루미늄 합금 재질의 제1프레임(110)들을 서로 접합하여 언더 프레임(100a)과 사이드 프레임(100b)을 각각 제조한 후 서로 접합하여 연결체, 즉 언더 프레임(100a)과 사이드 프레임(100b)의 연결체를 형성하고, 마그네슘 합금 재질의 제2프레임(120)들을 서로 접합하여 루프 프레임(100c)을 형성하게 된다.
이때, 제1프레임(110)들 사이의 접합과 제2프레임(120)들 사이의 접합은 모두 동종 재질의 접합이므로 다양한 용접 방식이 사용될 수 있으나 보다 견고한 접합을 위해 마찰교반용접을 사용하는 것이 바람직하다.
다음, 상기 연결재 접합단계(S40)는 제1프레임(110)과 제2프레임(120)의 사이 즉, 사이드 프레임(100b)과 루프 프레임(100c)의 사이에 연결재 제조단계(S20)에서 제조된 이종금속 연결재(130)를 접합하여 차체 프레임(100)을 완성시키는 단계에 관한 것으로, 도 5의 (a),(b)에 나타낸 바와 같이, 이종금속 연결재(130)의 일측 단부, 즉 알루미늄 판재(10)는 알루미늄 합금 재질의 제1프레임(110)들로 이루어진 사이드 프레임(100b)과 연결되도록 하고, 이종금속 연결재(130)의 타측 단부, 즉 마그네슘 판재(20)는 마그네슘 합금 재질의 제2프레임(120)들로 이루어진 루프 프레임(100c)과 연결되도록 한 상태에서 마찰교반용접에 의해 이종금속 연결재(130)를 사이드 프레임(100b)과 루프 프레임(100c)의 사이에 접합시킨다.
즉, 사이드 프레임(100b)과 루프 프레임(100c) 사이의 연결 부분당 4번씩 총 8번에 걸친 동종 재질 간의 마찰교반용접에 의해 알루미늄 합금 재질로 이루어진 언더 프레임(100a)과 사이드 프레임(100b), 마그네슘 합금 재질로 이루어진 루프 프레임(100c) 및 사이드 프레임(100b)과 루프 프레임(100c)의 사이에 접합된 이종금속 연결재(130)로 이루어진 하이브리드 철도차량용 차체 프레임(100)을 제조할 수 있게 되는 것이다.
이때, 상기 프레임 접합단계(S30)와 연결재 접합단계(S40) 또한 순서와 상관없이 이루어질 수도 있는데, 예를 들면, 제1프레임(110)과 제2프레임(120)의 사이에 이종금속 연결재(130)를 먼저 접합시킨 상태에서 언더 프레임(100a), 사이드 프레임(100b) 및 루프 프레임(100c)을 각각 형성시킨 후 접합하여 차체 프레임(100)을 완성할 수도 있음은 물론이다.
따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 철도차량용 차체 프레임(100) 및 그 제조방법에 의하면, 알루미늄 합금 프레임과 마그네슘 합금 프레임을 혼용하여 하이브리드 차체 프레임(100)을 제조함으로써 철도차량용 차체를 경량화시킬 수 있고, 그에 따라 철도차량의 운행시 소모되는 전력 및 에너지를 줄일 수 있고, 고상접합을 사용한 랩조인트에 의해 일측은 알루미늄 합금으로 이루어지고 타측은 마그네슘 합금으로 이루어지는 연결재(130)를 제조하고, 상기 연결재(130)에 의해 이종 재질 간의 용접을 하지 않고서도 상대적으로 작업과정이 훨씬 수월한 동종 재질 간의 용접에 의해 알루미늄 합금 프레임과 마그네슘 합금 프레임이 동시에 사용된 차체 프레임(100)을 제조할 수 있도록 하는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.
전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
본 발명은 철도차량용 차체 프레임 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고상접합을 사용한 랩조인트에 의해 알루미늄 판재와 마그네슘 판재를 서로 접합시켜 연결재를 구성하고, 상기 연결재를 이용하여 동종 재질의 접합에 의해 알루미늄 합금 프레임과 마그네슘 합금 프레임을 접합시켜 차체 프레임을 제조할 수 있도록 함으로써 철도차량용 차체를 경량화시킬 수 있도록 하는 철도차량용 차체 프레임 및 그 제조방법에 관한 것이다.
10 : 알루미늄 판재 20 : 마그네슘 판재
30 : 롤러 40 : 회전툴
50 : 냉각수통 100 : 차체 프레임
100a : 언더 프레임 100b : 사이드 프레임
100c : 루프 프레임 110 : 제1프레임
120 : 제2프레임 130 : (이종금속) 연결재
S10 : 프레임 제조단계 S20 : 연결재 제조단계
S30 : 프레임 접합단계 S40 : 연결재 접합단계

Claims (8)

  1. 언더 프레임, 사이드 프레임, 루프 프레임을 포함하여 구성되는 철도차량용 차체 프레임에 있어서,
    상기 언더 프레임과 사이드 프레임은 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 다수개의 제1프레임의 접합에 의해 구성되고, 상기 루프 프레임은 마그네슘 합금 재질로 이루어지는 다수개의 제2프레임의 접합에 의해 구성되며,
    상기 제1프레임과 제2프레임의 사이에는 일측 단부가 알루미늄 판재로 이루어지고, 타측 단부는 마그네슘 판재로 이루어지는 이종금속 연결재가 접합되고,
    상기 제1프레임과 제2프레임의 사이에 접합되는 이종금속 연결재는 알루미늄 판재가 제1프레임에 연결되고 마그네슘 판재가 제2프레임에 연결되도록 한 상태에서 마찰교반용접에 의해 접합되고,
    상기 이종금속 연결재는 알루미늄 판재와 마그네슘 판재가 랩 조인트로 연결된 상태에서 압연 접합 방식, 폭발 압접 방식 및 마찰교반용접 방식 중의 어느 하나의 방식에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 철도차량용 차체 프레임.
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  6. 철도차량용 차체 프레임의 제조 방법에 있어서,
    알루미늄 합금 재질의 제1프레임과, 마그네슘 합금 재질의 제2프레임을 제조하는 프레임 제조단계와,
    일측 단부는 알루미늄 판재로 이루어지고, 타측 단부는 마그네슘 판재로 이루어지도록 알루미늄 판재와 마그네슘 판재가 랩 조인트로 연결된 상태에서 압연 접합 방식, 폭발 압접 방식 및 마찰교반용접 방식 중의 어느 하나의 방식을 사용하여 이종금속 연결재를 제조하는 연결재 제조단계와,
    상기 제1프레임을 서로 접합하여 언더 프레임과 사이드 프레임을 형성시키고, 상기 제2프레임을 서로 접합하여 루프 프레임을 형성시키는 프레임 접합단계 및
    상기 제1프레임과 제2프레임의 사이에 이종금속 연결재를 접합하되, 이종금속 연결재의 알루미늄 판재로 이루어지는 일측 단부가 제1프레임에 연결되고, 이종금속 연결재의 마그네슘 판재로 이루어지는 타측 단부가 제2프레임에 연결되도록 한 상태에서 마찰교반용접에 의해 제1 및 제2프레임에 이종금속 연결재를 접합시켜 차체 프레임을 완성하는 연결재 접합단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 차체 프레임의 제조방법.
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