KR20070012859A - 레이저 용접 방법, 레이저 용접 조인트, 외판 패널 및 철도차량용 구조체 - Google Patents

레이저 용접 방법, 레이저 용접 조인트, 외판 패널 및 철도차량용 구조체 Download PDF

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Abstract

레이저 용접 방법, 레이저 용접 조인트, 외판 패널 및 철도 차량용 구조체가 개시되어 있다. 레이저 용접 방법에 있어서, 복수개의 판 형상 부재(1),(2)를 서로 중첩하고, 그 부재의 면외 방향으로부터 레이저 빔을 이동하면서 연속적으로 조사한다. 레이저 빔을 조사한 외측면의 반대측(1)의 판 형상 부재(2)의 외측면에, 미리 레이저 빔에 의한 용접선 방향과 거의 평행한 방향으로 연마 가공을 실시하여서 용접흔이 시각적으로 눈에 띄지 않는다.
레이저 용접, 조인트, 철도, 구조체, 용접선, 연마, 용접흔

Description

레이저 용접 방법, 레이저 용접 조인트, 외판 패널 및 철도 차량용 구조체{LASER WELDING METHOD, LASER WELDED JOINT, OUTER PANEL, AND STRUCTURE FOR ROLLING STOCK}
본 발명은 레이저(laser) 용접 방법, 레이저 용접 조인트(joint), 그것을 이용한 외판 패널(panel) 및 철도차량용 구조체(構體)에 관한 것이다. 무도장(無塗裝) 철도 차량용 구조체 혹은 버스, 트럭 등의 차체에 특히 적합한 것이다.
종래부터 철도 차량용 구조체로서 스테인리스(stainless) 구조체(스테인리스 강제(鋼製)의 철도 차량용 구조체), 도 45a에 도시한 경량 스테인리스 구조체(201)(외판 + 골조 + 외판 보강부재)와 도 45b에 도시한 더블 시트 스테인리스(double sheet stainless) 구조체(202)(외판 + 일체 프레스(press) 성형 내판) 외에, 더블 스킨 타입(double skin type)의 스테인리스 구조체가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌1 참조). 그와 같은 스테인리스 구조체는 도장(塗裝)이 불필요하고, 유지 및 관리(maintenance)가 용이하고 부식도 없는 등의 많은 이점을 가진다.
철도 차량용 구조체에 있어서, 외판과 외판 보강부재의 접합에는 열 왜곡 감 소의 관점을 이유로 저항 스폿(spot) 용접이 많이 사용되고 있지만, 기(旣) 타점(打点)으로의 전류 분류를 피하기 위하여 그 타점 피치(pitch)는 통상 50~80㎜ 정도로 된다.
일반의 철도 차량용 구조체, 특히 측구조체(側構體)는 강도 설계상 몇 개의 유의점(留意点)을 가진다. 여기서, 측구조체는 단수 또는 복수의 측외판 패널(외판과 외판 보강부재를 가짐에 의해 구성되는 것을 말한다.
차제 자중(自重)ㆍ승객에 의해 부하되는 수직 하중(F1)에 의해, 도 46a에 도시한 바와 같이, 측외판 패널(101)은 주로 면내(面內) 전단(剪斷) 작용을 받는다. 또한, 차량 사이의 전후력(前後力)(차단(車端) 압축 하중)에 의해 도 46b에 도시한 바와 같이, 연결기를 통한 하중(F2)에 의해 면내 축 압축ㆍ 면내 휨 작용도 부하된다. 강도 설계상, 첫 번째로 유의해야 할 파괴 모드(mode)는 측외판 패널의 좌굴(座屈)이고, 이것의 크라이티어리어(criteria)를 기초로 구조의 개요가 결정된다.
예를 들면, 외판이 광범위에서 압축 작용을 받는 부위(예를 들면, 차단 압축 하중 때의 차체 중앙 요판 하부)에서는 도 46a 및 도 46b에 도시한 바와 같이, 필요한 면외(面外) 강성을 갖는 외판 보강부재(101)(방요재(防撓材))를 외판(102)의 내측에 접합하는 것이 시행되고 있다. 일반적으로, 철도 차량의 측구조체는 차체 길이 방향의 압축 작용을 보다 크게 받기 때문에 차체 길이 방향을 따라 외판의 내측에 외판 보강부재(방요재)를 설치하는 것이 보통이다.
또한, 외판이 광범위에서 주로 전단을 받는 부위(예를 들면 수직 하중 작용시 대차(台車) 직상의 두껍닫이부)에서는 외판 보강부재를 레일(rail) 방향에 대하 여 45도의 각도로 외판에 접합하는 것이 이상적이지만, 그와 같은 각도를 가지게 하고 접합하는 것이 제조상 번잡하기 때문에 실제로는 보강부재를 수평 방향(레일 방향) 혹은 수직 방향으로 배치하고 있다. 좌굴 강도에 있어서는 어느 쪽도 동등하다.
그러나, 전술한 바와 같은 스테인리스 구조체에서는 몇 개의 과제가 있다.
(ⅰ) 제1 과제는 전체 좌굴 및 국부 좌굴에 대한 강도 저하이다.
전술한 바와 같이, 외판과 외판 보강부재의 접합에는 열 왜곡 감소의 관점으로부터 저항 스폿 용접이 많이 사용되지만, 기 타점으로의 전류 분류를 피하기 위하여 그 타점 피치는 50~80㎜ 정도이다. 이 경우, 보강부재에 양호하게 응력이 분산되지 않아 이론대로의 좌굴 강도를 얻을 수 없는 경우가 있다.
즉, 방요 패널로서의 면외 휨 강성이 이론치보다도 낮고, 예상보다 낮은 하중으로 전체 좌굴을 일으킬 가능성이 있다. 또한, 외판 보강부재(방요재)에 평행한 방향의 압축에 대하여 스폿 용접점 사이에서 외판이 좌굴될 우려가 있고, 이와 같은 국부 좌굴에 대해서도 이론상의 좌굴 강도보다 뒤떨어진다.
예를 들면, 후술하는 좌굴 강도의 고려방식을 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 외판 보강부재(방요재)의 피치를 80㎜로 하고, 이것과 평행한 방향으로 외판에 압축 응력이 작용할 때에, 보강부재가 외판에 연접하고 접합되어 있으면, 대략 계산하여 160MPA까지 견뎌낼 수 있는데, 보강부재가 외판에 80㎜ 피치로 스폿 용접되어 있다고 하면, 불과 60MPA 정도까지밖에 견뎌낼 수 없다.
또한, 압접에 의한 스폿 주위의 왜곡에 의해 외판에 초기 왜곡이 생기고 이 것에 의해서도 국부 좌굴 강도가 크게 감소한다.
(ⅱ) 제2 과제는 응력 집중부에서의 영구 변형(인장측) 혹은 국부 좌굴(압축측)이다.
측외판에는 측외판의 개구부에서의 모서리부에 응력 집중이 생긴다. 특히, 통근차용 측구조체에는 창, 출입구 등의 개구부가 많고, 이들의 모서리부에서의 응력 집중이 문제가 된다.
이들 응력 집중부에 있어서, 인장측에서는 영구 변형, 압축측에서는 좌굴 변형을 일으켜 최종적으로 파괴에 이른다. 이에 대한 대책으로서는, 인장측에서는 플레이트(plate) 형상의 외판 보강부재를 내측에 채워 두께를 증가시키고, 응력을 경감하는 것이 고려된다. 압축측도 이론상으로는 동일하게 대처할 수 있지만, 그러나 저항 스폿 용접으로 조립된 종래의 스테인리스 구조체에서는 몇 가지 문제가 있다.
즉, 전술한 바와 같이, 저항 스폿 용접의 타점 피치는 통상 50~80㎜ 정도이지만, 이 경우, 보강 플레이트에 양호하게 응력이 분산되지 않아 이론대로의 좌굴 강도를 얻을 수 없는 적이 있다. 또한, 애써 보강 플레이트를 추가하여도 이것을 접합하기 위한 스폿 용접이 증가하고, 압접ㆍ입열(入熱)에 의한 스폿 주위의 왜곡에 의해 외판에 초기 왜곡이 생기고, 오히려 국부 좌굴 강도를 저하시키는 경우가 있다.
(ⅲ) 제3 과제는 수밀성(水密性)이다.
스테인리스 구조체의 조립에 있어서 많이 사용되는 저항 스폿 용접은 중첩 조인트밖에 구성할 수 없기 때문에 외판끼리 혹은 외판과 연부재(緣部材)(창 프레 임, 도어 마스크(door mask) 등)의 접합도 중첩 조인트가 된다.
그런데, 이들 조인트에서는 외부로부터의 침수를 방지하기 위해, 수밀성을 유지하는 방안이 필요하지만, 중첩부에서 미소한 간극을 일으키는 것에 더하여 스폿 용접은 간헐적인 용접법이기 때문에 중첩부에 미리 실링(seal) 재를 끼우고 용접을 행함으로써 수밀성을 확보하고 있다. 혹은, 중첩 단부에 모서리살(隅肉) 형상으로 실링재를 겹침으로써 수밀성을 확보하고 있다.
그러나, 비바람과 세차(洗車)에 수반하는 실링재의 열화에 의해 실링(seal)에 갈라짐이 생기고 차 내부로의 침수가 발생하는 적이 있다. 이에 관련하여, 보통강(普通鋼)과 알루미늄 합금제의 구조체에서는 연속 용접이 가능하기 때문에 이와 같은 문제는 생기지 않는다.
(ⅳ) 제4 과제는 외판(측외판, 처외판(妻外板))의 미관성이다.
스테인리스 구조체의 조립에 있어서 많이 사용되는 저항 스폿 용접은 시공 때에 스폿 형상으로 압압을 하기 때문에 압압력과 입열에 의해 그 주위에 왜곡을 일으키고 또한 타점부에는 오목한(凹) 형상의 압흔도 생기기 때문에 이들이 외판의 미관을 해치고 있다. 특히 측외판, 처외판의 미관을 해치는 것은 제품 가치를 저하시키게 된다.
또한, 스폿 용접에 의한 외판의 「그을음(燒け)」은 전해처리에 의해 지우는 것이 가능하지만, 압흔은 비교적 깊고, 접합 후의 연마 등에 의해 보이지 않게 하는 것이 곤란하다.
또한, 컬러 밴드(color band)(필름(film))에 의해 덮을 수도 있지만, 덮더라 도 보이는 각도에 따라서는 압흔이 더 눈에 뛰게 될지도 모른다.
(ⅴ) 제5 과제는 내부 골조의 복잡함이다.
내장, 기기류를 구조체에 설치하는 구조로서, 종래에는 주구조(主構造) 혹은 내부 골조(2차 구조재)에 나사좌(ネジ座)를 용접하거나 설치금(取付金)을 별도로 설치함으로써 대응하고 있었다.
이들 설치금, 나사좌는 대부분이 차량마다의 개별 설계이고, 구조체(構體)에의 설치 장소도 차종, 부위에 따라 제각각이다.
따라서, 나사좌, 내부 골조, 설치금 등 부품 수가 증가하고, 부품 제작, 용접 붙임(付げ)에 막대한 공정수(工數)를 필요로 하고 있다. 또한, 설치 위치가 표준화되어 있지 않으므로 설치의 치수 관리도 번잡하다.
본 발명자들은 외판과 외판 보강부재의 접합에 저항 스폿 용접을 대신하여 레이저 용접을 이용하면, 상기 과제를 해결할 수 있음을 발견하였다.
그런데, 상기한 바와 같이, 레이저 용접을 사용하는 경우, 레이저 용접에서의 접합 강도의 불규칙함을 억제하여 구조물로서의 안정한 품질을 얻기 위해서는 어느 정도의 용입 깊이가 필요하다. 그러나, 용입 깊이가 너무 깊으면, 용접 이면(裏面)에 고온 산화에 의한 변색(이면(裏面) 그을음(燒け))이 생기거나 용접 비드(bead)가 노출되거나 하는 경우가 있다. 이를 해결하는 방법도 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌2 참조). 또한, 용접 때에서의 용접 이면의 냉각이나, 후처리에 의해서도 산화 변색을 배제하는 것도 가능하다.
그러나, 종래 기술에서는 레이저 빔에 의해 국부적으로 가열된 용접부의 수 축에 의해 중첩 조인트에서의 부재는 약간 꺽임을 일으키고, 이것이 용접 이면에 있어서 용접선을 따른 볼록한(凸) 형상의 용접흔으로서 나타나는 경우가 있다. 상기 꺽임에 수반하는 볼록한(凸) 형상의 용접흔은 레이저 빔에 의한 용융지(溶融池)의 관통이나 산화 변색에 비교하면, 완전히 경미한 것이다. 그러나, 사용자로부터는 외판의 품질과 부가가치를 높이기 위하여 이 용접흔을 없애도록 요구되고 있다.
이에 대하여 이 용접흔을 발생시키지 않도록 레이저의 출력을 조정하고 접합을 하는 것도 가능하다. 그러나, 예를 들면, 하판 1.5㎜ 두께, 상판 1㎜ 두께인 경우, 조인트 계면의 비드 폭은 0.3㎜~0.5㎜, 하판으로의 용입 깊이는 0.1㎜~0.2㎜가 되고, 이 정도의 용입 깊이에서는 어떠한 외부의 영향을 받은 경우에는 완전히 접합되지 않는다. 반대로, 볼록한(凸) 형상의 용접흔이 생기면, 확실하게 조인트가 형성되어 있는 것이 되고, 접합 품질과 외관 품질 모두 동시에 확보하는 것이 곤란하다.
또한, 하판의 두께가 3㎜ 이상인 경우에는, 충분한 용입 깊이를 확보하여도 외판면에의 영향은 거의 없는 것이 확인되어 있지만, 하판의 판 두께의 필요 이상의 증가는 구조물의 질량을 현저하게 증가시키므로 바람직하지 않다.
그래서, 본 발명자들은 열심히 연구를 거듭하였더니 외판의 외측면에 상기 레이저 빔에 의한 용접선 방향과 거의 평행하게 연마 가공(예를 들면, 철도 차량의 스테인리스 구조체에서 일반적으로 사용되고 있는 벨트 그라인드(belt grind) 마무리)을 실시하면, 광 산란의 상태에 의해 용접선이 거의 보이지 않게 되는 것을 찾아냈다.
특허문헌1: 일본특허 제2763983호 공보
특허문헌2: 일본특허 제2929447호 공보
본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 용접흔을 시각적으로 눈에 띄지 않게 할 수 있는 레이저 용접 방법, 레이저 용접 조인트, 외판 패널 및 철도 차량용 구조체, 아울러 스폿 용접 사이의 좌굴 혹은 초기 뒤틀림에 의한 좌굴 강도의 감소가 없고, 요구대로의 좌굴 강도를 얻을 수 있는 철도 차량용 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 용접 방법은, 복수개의 판 형상 부재를 중첩하고, 그 면외 방향으로부터 레이저 빔을 이동하면서 연속적으로 조사하고, 레이저 빔을 조사한 판 형상 부재의 반대측에 위치하는 판 형상 부재의 내부까지의 영역을 가열 용융하여, 그로써 생긴 용융지의 저부가 상기 반대측의 판 형상 부재의 외측면에 도달하지 않도록 레이저 빔의 출력 또는 빔 이동 속도를 제어하면서 상기 복수개의 판 형상 부재를 접합하는 레이저 용접 방법이며, 상기 반대측의 판 형상 부재의 외측면에, 미리 상기 레이저 빔에 의한 용접선 방향과 거의 평행하게 연마 가공이 실시되는 것을 특징으로 한다. 여기서,「판 형상 부재」는 전체가 판 형상일 필요는 없고, 레이저 용접에 의해 접합되는 부분이 판 형상인 경우도 포함된다. 「연마 가공」은 벨트 그라인더에 의한 BG(belt grind) 마무리라고 하는 것이고, 「JIS R 6001」로 규정되는 지립(砥粒)을 접착한 벨트를 회전시키고 강판의 표면을 일 방향으로 단속적으로(불연속적으로) 연마함으로써 마무리하는 것이다(「JIS G 4305」에서 No.3이나 No.4로 되는 기호로 표시되는 표면 마무리에 해당한다).
이와 같이 하면, 외측면을 구성하는 판 형상 부재로서, 레이저 빔에 의한 용접선 방향과 거의 평행하게 연마 가공을 실시하고 있는 판 형상 부재를 사용하고, 광(光) 산란의 상태에 따라 용접선이 거의 보이지 않도록 하고 있으므로 후 가공으로서 외측면에 대하여 표면 마무리를 하지 않고도, 외측면에 나타나는 볼록한(凸) 형상의 용접흔이 시각적으로 눈에 띄지 않게 된다.
본 발명의 용접 조인트는, 복수개의 판 형상 부재를 중첩하고, 그 면외 방향으로부터 레이저 빔을 이동하면서 연속적으로 조사하고, 레이저 빔을 조사한 판 형상 부재의 반대측에 위치하는 판 형상 부재의 내부까지의 영역을 가열 용융하여, 그로써 생긴 용융지의 저부가 상기 반대측의 판 형상 부재의 외측면에 도달하지 않도록 레이저 빔의 출력 또는 빔 이동 속도를 제어하면서 상기 복수개의 판 형상 부재가 접합되어 이루어지는 레이저 용접 조인트이며, 상기 반대측의 판 형상 부재의 외측면에, 미리 상기 레이저 빔에 의한 용접선 방향과 거의 평행하게 연마 가공이 실시되어 있는 것을 특징으로 한다. 여기서, 「레이저 빔에 의한 용접선과 거의 평행하게 연마 가공이 실시되어 있다」는 것은 외측면을 구성하는 판 형상 부재의 내측에 접합되는 판 형상 부재(예를 들면, 골재 또는 내장재 등의 설치 부품)의 구성상, (ⅰ) 용접선 방향을 특정 일 방향으로 한정할 수 없는 경우에는 가장 외관(외측면)에의 영향이 큰 용접선 방향에 연마 방향을 합치는 것, (ⅱ) 용접선 방향을 특정 일 방향으로 한정할 수 없는 경우에 연마 방향과 일치하지 않는 용접선으로 이루어지는 판 형상 부재를 연마 방향과 거의 일치하는 용접선 방향에 따라 접합된 판 형상 부재에 용접하는 것, (ⅲ) 용접선 방향을 특정 일 방향으로 한정할 수 없는 경우에 연마 방향과 일치하지 않는 용접선의 용접흔(각절(角折)에 수반하여 철(凸) 형상의 용접흔)이 외측면으로부터 시각적으로 인지할 수 없도록, 또는 시각적으로 인지하는 것이 곤란해지도록 그 용접흔 상에 보호재나 표장재를 설치하는 것도 포함된다. 또한, 판 형상 부재의 외측면에 레이저 용접에 의한 용접선 방향과 거의 평행하게 연마 가공을 실시하는 것은 접합 전이어도 접합 후이어도 좋다.
이와 같이 하면, 외측면을 구성하는 판 형상 부재로서, 레이저 빔에 의한 용접선 방향과 거의 평행하게 연마 가공을 실시하고 있으므로 불연속으로 연마된 외측면 상에 있어서의 광 산란의 상태에 따라 용접선의 용접흔이 거의 보이지 않게 된다. 즉, 외측면 상에 나타나는, 각절에 수반하는 볼록한(凸) 형상의 용접흔이 시각적으로 눈에 띄지 않는 것처럼 되고, 외판의 외관이 향상한다.
이와 같이 중첩 용접 조인트의 구성부재 중 용접 이면이 되는 외측면(중첩 용접 조인트에서의 하측의 판 형상 부재의 하면)에 벨트 그라인더 등에 의해 용접선과 거의 평행한 방향으로 연마 처리된 부재를 사용하면, 충분한 용입이 있는 부분 용입 용접 조인트이며, 광 산란 등에 의해 상기와 같이 발생하는 용접흔은 거의 시각적으로 인지할 수 없는(시각적으로 눈에 띄지 않는) 것이 된다. 따라서, 어떠한 후 처리를 실시하지 않고 미려(美麗)한 외측면이 구성된다. 즉, 안정하고 또한 적절한 접합 강도의 확보와, 미려한 외관 품질의 확보의 양립을 실현할 수 있게 된다.
이것을, 2장의 판 형상 부재를 중첩하여 접합하는 경우에 관하여 더 설명하면, 도 1a에 도시한 바와 같이, 판 형상 부재(1),(2)(예를 들면, SUS301L, SUS304 등의 냉간 압연 스테인리스 강판)를 중첩하고, 그 판 형상 부재(2)와 판 형상 부재(1)가 접촉하는 면과 반대측의 면측으로부터 레이저 빔(R)을 이동하면서 판 형상 부재(1),(2)에 대하여 연속적으로 조사하고, 레이저 빔(R)을 조사한 판 형상 부재(2)의 반대측의 판 형상 부재(1)의 내부까지의 영역을 가열 용융하여, 그로써 생긴 용융지(P)의 저부가 반대측의 판 형상 부재(1)의 외측면(S1)에 도달하지 않도록 레이저 빔(R)의 출력 또는 빔 이동 속도를 제어하면서 판 형상 부재(1),(2)를 접합하므로 외측면(S1)에 용접 비드는 나타나지 않는다. 이 경우, 도 1b에 도시한 바와 같이, 레이저 용접에 의한 열 수축 때문에, 즉 작은 각도(θ)의 각절에 수반하는 볼록한(凸) 형상의 용접흔이 생긴다. 그리고, 도 1c에 도시한 바와 같이, 이 각절부(각절선(L))가 외측의 판 형상 부재(1)의 외측면에 선 형상으로 나타난다. 그러나, 도 1d에 도시한 바와 같이, 외측면(S1)에 용접선에 평행하게 연마 가공을 실시하고 있으므로 외측면(S1)에 충돌하는 광의 산란 상태에 따라 용접흔인 각절부(각절선(L))가 거의 보이지 않게 된다. 또한, 표면이 매끈매끈하면 도 17a에 도시한 바와 같이, 특정 방향으로부터의 광이 각절부를 경계로 반사 방향(R1),(R2)으로 확실하게 구분되어 시점을 향하므로 각절선(L)이 보이지만, 용접선 방향으로 연마 가공된 표면에서는 도 17b에 도시한 바와 같이, 모든 방향으로부터의 광이 반사하여 시점을 향하므로 각절부(L)가 보이지 않는다.
따라서, (ⅰ) 용접선이 외측면에 나타나지 않고 미려한 외측면을 얻을 수 있고, 또한 용접 왜곡이 작고, 치수 정밀도의 향상을 도모할 수 있으므로 품질 향상의 점에서 유리해진다. 또한, (ⅱ) 레이저 용접에 의해 용접 속도가 빨라지고, 시공성이 향상하므로 제조 비용의 감소를 도모할 수 있다. 게다가, (ⅲ) 레이저 용접에 의해 연속 용접이 가능해지고, 실링(seal)을 폐지할 수 있으므로 유지 비용의 감소를 도모할 수 있다.
본 발명의 외판 패널은, 외판의 내측에 제1 보강부재를 중첩하고, 그 제1 보강부재측으로부터 레이저 빔을 이동하면서 연속적으로 조사하고, 상기 외판의 내부까지의 영역을 가열 용융하여, 그로써 생긴 용융지의 저부가 상기 외판의 외측면에 도달하지 않도록 레이저 빔의 출력 또는 빔 이동 속도를 제어하면서 접합되는 외판 패널이며, 상기 외판은 외측면에 상기 레이저 빔에 의한 용접선 방향과 거의 평행하게 연마 가공이 실시되고 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 하면, 외판의 외측면에, 레이저 빔에 의한 용접선 방향과 거의 평행하게 연마 가공을 실시하고 있으므로 광 산란의 상태에 따라, 외측면에 있어서 용접선이 거의 보이지 않게 된다. 즉, 외판 패널(외판)의 외측면에 나타나는 볼록한(凸) 형상의 용접흔이 시각적으로 눈에 띄지 않게 된다.
상기 외판 패널을, 철도 차량용 구조체에 사용할 수 있다. 즉, 본 발명의 철도 차량용 구조체는, 외판의 내측에 제1 보강부재를 중첩하고, 그 제1 보강부재측으로부터 레이저 빔을 이동하면서 연속적으로 조사하고, 상기 외판의 내부까지의 영역을 가열 용융하여, 그로써 생긴 용융지의 저부가 상기 외판의 외측면에 도달하지 않도록 레이저 빔의 출력 또는 빔 이동 속도를 제어하면서 접합되어지는 외판 패널을 측구조체의 측외판으로서 사용하는 철도 차량용 구조체이며, 상기 외판 패널의 외판은 외측면에 상기 레이저 빔에 의한 용접선 방향과 거의 평행하게 연마 가공이 실시되고, 상기 용접선 방향이 특정 방향(차량 길이 방향 혹은 차량 높이 방향)과 일치하고 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 하면, 외판 패널의 외판에는, 레이저 빔에 의한 용접선 방향과 거의 평행하게 연마 가공을 실시하고 있으므로 광 산란의 상태에 따라 용접선이 거의 보이지 않게 된다. 외측면에 나타나는 볼록한(凸) 형상의 용접흔이 시각적으로 눈에 띄지 않게 되므로 외판의 외관이 향상하고, 특히 무도장의 철도 차량용 구조체에 적합하다.
본 발명의 철도 차량용 구조체에 있어서, 상기 제1 보강부재는 단면 모자 형상의 부분을 갖고, 그 부분이 단면 대략 ㄷ자 형상의 본체부와, 상기 본체부의 개구단연(開口端緣)에 서로 반대 방향으로 연장하도록 연접되고 상기 외판에 레이저 용접에 의해 접합되는 플랜지부를 갖는 것이고, 상기 본체부가 차량 길이 방향으로 연장되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 제1 보강부재와 외판으로 구성되는 단면이 완전히 폐단면으로 되고, 제1 보강부재의 길이 방향의 휨 강성이 매우 높아질 뿐만 아니라, 그 방향의 외판 좌굴 강도도 높아진다. 또한, 제1 보강부재가 차량 길이 방향으로 접합되어 있으므로 용접선 방향과 연마 가공 방향을 무리 없이 일치시킬 수 있다.
상기 본체부의 단면 대략 ㄷ자 형상은, 저부로부터 개구부까지 간격이 일정하여도 좋지만, 상기 본체부의 단면 대략 ㄷ자 형상은, 개구측을 향하여 서서히 간격이 넓어지도록 구성되고, 상기 제1 보강부재에 있어서 상기 외판과는 반대측에, 상기 제1 보강부재에 직교하는 방향으로 연장하는 단면 모자 형상의 제2 보강부재가 설치되고, 이 제2 보강부재의 플랜지부가 상기 제1 보강부재의 본체부에 접합되어 있는 구성으로 하는 것도 가능하다. 여기서, 제2 보강부재의 형상은 특히 제한되지 않지만, 적당한 용접 길이를 얻기 위하여 단면 모자 형상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 제2 보강부재의 접합 방법도 특히 제한되지 않지만, 레이저 용접에 의해 접합하는 경우는 용융지의 저부가 상기 제1 보강부재의 본체부를 관통하도록 접합되어 있는 구성을 하는 것도 가능하다.
이와 같이 하면, 제1 보강부재 상에, 상기 제1 보강부재에 직교하는 방향으로 연장하는 단면 모자 형상의 제2 보강부재가 중첩하여 설치되어 있으므로 제1 보강부재에 직교하는 방향의 면외 휘 강성이 높아진다. 또한 외판에 대하여 레이저 용접에 의해 접합되는 제1 보강부재를 단면 모자 형상(태(台) 형상)으로 하고 있으므로 제1 보강부재의 길이 방향에 직교하는 방향의 면외 전단 변형에 대한 강성이 높아진다. 또한, 용융지의 저부가 제1 보강부재의 본체부를 관통하도록 레이저 용접되어 있으므로 외관에 영향을 끼치지 않고 안정적으로 충분한 접합 강도가 확보된다.
본 발명의 상기와는 다른 철도 차량용 구조체는, 측구조체의 외판과, 그 외판의 내측에 접합되고 외판을 보강하는 제3 보강부재를 갖고, 이 제3 보강부재가 차체 길이 방향으로 배치되고, 상기 제3 보강부재가 상기 외판에 레이저 용접으로써 접합되어 있는 철도 차량용 구조체이며, 상기 외판에 생기는 면내 응력 성분을 차체 길이 방향과 그것에 직교하는 방향의 단축 응력(σx, σy) 및 전단 응력(τ)으로 분해하고, 이것들의 응력이 오일러(Euler) 좌굴 식과 소성 수정 식으로 결정되는 좌굴 응력치 이하가 되도록, 상기 레이저 용접에 의한 용접선의 간격에 의해 정의되는 보강부재의 피치가 설정되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 외판과 제3 보강부재의 레이저 용접은 연속 용접을 기본으로 하지만, 구조상 연속 용접할 필요가 없는 부위(예를 들면, 외판에 발생하는 응력이 낮고 좌굴의 우려가 없는 부위) 혹은 구조상 연속 용접할 수 없는 부위에 대해서는 연속 용접으로 하지 않아도 좋다.
상기의 본 발명은 다음에 설명하는 좌굴 강도의 사고방식에 기초하여 이루어지는 것이다.
구(矩) 형상의 평판에 대한 오일러(Euler) 좌굴 식은 아래의 식과 같이 표현된다(도 18a 참조).
Figure 112006093147363-PCT00001
여기서, E는 종 탄성 계수,
Figure 112006093147363-PCT00002
는 포아손(Poisson) 비, t는 평판의 판 두께이다.
또한, K는 좌굴 계수이고, 구 형상 판의 4변이 단순 지지(회전 지지)인 경우는 이론상,
Figure 112006093147363-PCT00003
로 표현된다. 여기서, α는 변 길이 비
Figure 112006093147363-PCT00004
이다.
또한, 발생 응력이 큰 경우는 소성 영향을 무시할 수 없으므로 예를 들면 존슨(Johnson)의 실험식에 의해 소성 수정을 행한다. 즉,
Figure 112006093147363-PCT00005
로 된다. 여기서, σY는 재료의 내력(耐力)이다.
동일하게, 전단 좌굴 응력에 대해서는,
Figure 112006093147363-PCT00006
가 된다(도 18b 참조).
실제의 구조체 구조에 있어서는, 박판(薄板)의 외판에, 방요(防撓)를 목적으로 한 보강부재를 접합하여 외판 패널을 구성하고 있지만, 보강부재에 의해 구(矩) 형상으로 둘러진 외판이 좌굴되지 않도록 보강부재의 배치와 피치를 결정해야 한다.
구조체에의 수직 하중 혹은 차단 압축 하중 중 하나에 있어서도, 측구조체의 외판에 발생하는 면내 응력은 많은 장소에서 차체 길이 방향의 응력이 그것과 직교하는 방향의 응력(연직(鉛直) 방향의 응력)에 비교하여 크므로 보강부재로 둘러진 외판 구(矩) 형상 영역의 장변 방향이 차체의 길이 방향을 되도록 보강부재를 배치하여야만 한다. 왜냐 하면, 도 18c에 도시한 좌굴 모드를 보아도 알도록 장변 방향에의 압축 쪽이 단변 방향으로의 압축에 비교하여 수배나 좌굴에 견뎌낼 수 있기 때문이다.
이것을 수학식으로 표현하면 다음과 같이 된다.
Figure 112006093147363-PCT00007
따라서, 장변 길이가 단변 길이의 5배 이상이면 상기 식의 근사는 충분히 성립한다.
이것들 식에 의해 구 형상 영역의 단변 길이(b)와 좌굴 응력(σcr ,x, σcr ,y, τcr)의 관계를 도시하면 도 19a~도 19c와 같이 된다.
외판 패널에 있어서는, 보강부재를 배치하는 피치가 구(矩) 형상 영역의 단변 길이(b)에 상당하는 것으로 간주할 수 있다.
따라서, 역으로, 응력 해석과 구조 시험을 통하여 발생 응력(σx, σy, τ)을 예측할 수 있으면, 도 19a~도 19c를 사용하여 보강부재의 피치(b)를 결정할 수 있다. 이것을 식으로 표현하면 다음과 같이 된다.
Figure 112006093147363-PCT00008
여기서,
Figure 112006093147363-PCT00009
또한, 본 발명의 상기와는 또 다른 철도 차량용 구조체는, 측구조체의 외판과, 그 외판의 내측에 접합되고 외판을 보강하는 제3 보강부재를 갖고, 이 제3 보강부재가 레일 방향으로 배치되고, 상기 제3 보강부재가 상기 외판에 레이저 용접으로써 접합되어 있는 철도 차량용 구조체이며, 상기 레이저 용접에 의한 용접선의 간격에 의해 정의되는 상기 제3 보강부재의 피치는 상기 제3 보강부재가 연장하고 있는 방향에 있어서 상기 제3 보강부재의 하중 부담이 가장 커지는 장소의 좌굴 강도에 기초하여 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 하면, 외판과 제3 보강부재의 접합 수단으로서 연속 레이저 용접을 사용하고 있으므로 종래 저항 스폿 용접에 의해 접합한 경우와 같이, 스폿 용접점 사이의 좌굴 혹은 초기 왜곡에 의한 좌굴 강도의 저하가 없고, 요구대로 좌굴 강도가 얻어진다. 따라서, 이론대로 보강부재의 피치를 결정하면, 작은 보강 플레이트를 외판에 꼭 대고 보강할 필요가 없고, 부품점수 감소, 공정수(工數) 감소에 기여한다.
또한, 본 발명의 상기와는 다른 철도 차량용 구조체는, 측구조체의 외판과, 그 외판의 내측에 접합되고 외판을 보강하는 제3 보강부재를 갖고, 이 제3 보강부재가 차체 길이 방향으로 배치되고, 상기 제3 보강부재가 상기 외판에 레이저 용접으로써 접합되어 있는 철도 차량용 구조체이며, 상기 제3 보강부재는 단면 모자 형상이고, 단면 대략 ㄷ자 형상의 ㄷ자 형상부와, 이 ㄷ자 형상부의 단연에 연속하여 서로 반대 방향으로 연장하도록 설치되고 상기 외판에 레이저 용접되는 2개의 설치 플랜치부를 갖고, 상기 제3 보강부재의 ㄷ자 형상부의 폭을, 그 외의 부분에 설치되는 제1 부재의 ㄷ자 형상부의 폭보다도 작아지는 구성으로 할 수 있다. 또한, 차체 길이 방향에 직교하는 방향의 면외 휨에 대하여서는 별도로 설치한 종골에 의해 보강하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 하면, 외판을 보강하는 제3 보강부재의 단면 형상의 종류가 종래에 비교하여 현격하게 적고, 2종류로 할 수 있고, 부품 제작의 비용을 낮출 수 있다. 또한, 부품의 종류가 적으므로 부품의 치수 정밀도의 향상을 도모하기 쉽다.
본 발명에 있어서, 상기 제3 보강부재는, 단면 모자 형상이고, 단면 대략 ㄷ자 형상의 ㄷ자 형상부와, 이 ㄷ자 형상부의 단연에 연속하여 서로 반대 방향으로 연장하도록 설치되고 상기 외판에 레이저 용접되는 2개의 설치 플랜치부를 갖고, 상기 제3 보강부재는 ㄷ자 형상부 내에 그 근처의 외판의 강성을 높이는 제4 보강 부재가 미리 설치되어 있는 구성으로 할 수 있다.
이와 같이 하면, 공정을 증가하지 않고, 제3 보강부재를 가지고 하여도 국부 좌굴 강도가 부족한 경우라도 필요한 최소한의 보강을 확실하고도 간단하게 도모할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제3 보강부재의 두부에는 상기 제4 보강부재를 상기 외판에 대하여 레이저 용접에 의해 접합하기 위한 개구부 또는 절결부가 형성되어 있는 구성으로 하여도 좋다.
이와 같이 하면, 제3 보강부재뿐만 아니라, 제4 보강부재도 외판에 직접 접합할 수 있으므로 국부 외판 보강을 보다 한층 도모하고, 좌굴 강도를 효율적으로 증가시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제3 보강부재는 상기 외판에 레이저 용접에 의해 접합되는 기부와, 이 기부에 대하여 내부가 중공인 팽출부(膨出部)를 갖고, 단부가 폐쇄되어 있는 구성으로 하여도 좋다.
이와 같이 하면, 제3 보강부재에서의 프리 에지의 단부를 없앨 수 있으므로 단부에서의 좌굴 강도, 강성이 증가한다.
본 발명에 있어서, 상기 외판에 형성되는 개구부의 모서리부에 있어서, 상기 제3 보강부재의 단부에 대하여 내판 프레임이 레이저 용접에 의해 접합되고, 상기 제3 보강부재의 단부를 서로 결합하고 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 내판 프레임을 설치한다고 하는 간단한 구성으로, 제3 보강부재의 단부의 보강이 용이하게 도모되고, 응력 집중이 발생하기 쉬운 개구부 모서 리부의 강도 향상이 도모된다.
본 발명에 있어서, 상기 제3 보강부재와 내판 프레임은 레이저 용접에 의해 접합되고, 그 용접선이 닫혀 있도록 하여도 좋다. 「용접선이 닫혀져 있다」는 링 형상(타원 형상, 원 형상)의 용접선이나 구(矩) 형상의 용접선을 의미한다.
이와 같이 하면, 레이저 용접에 의한 접합부분이 협소부이어도 긴 용접선을 확보할 수 있고, 게다가 용접선이 닫혀져 있으므로 용접 비드 단부의 응력 집중이 발생하지 않고, 필요한 강도를 얻을 수 있다
본 발명에 있어서, 상기 외판에 형성되는 개구부의 주연에 연부재가 설치되고,이 연부재에, 상기 외판에 제3 보강부재를 레이저 용접하는 때에, 레이저 빔과 함께 이동하고 외판에 제3 보강부재의 접합부분을 꽉 누르는 압 롤러가 침입 가능한 절결부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 외판에 제3 보강부재를 레이저 용접하는 때에, 제3 보강부재의 단부(연부재) 근처에서, 연부재와 압 롤러의 간섭을 회피할 수 있고, 단부 근처까지 연속하여 레이저 용접할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제3 보강부재는 단면 모자 형상이고, 단면 대략 ㄷ자 형상의 ㄷ자 형상부와, 이 ㄷ자 형상부의 단연에 연속하여 서로 반대 방향으로 연장하도록 설치되고 상기 외판에 레이저 용접되는 2개의 설치 플랜지부를 갖고, 상기 제3 보강부재는 프리 에지로 이루어지는 단부 외측에 내판 프레임이 접합되고, 상기 내판 프레임은 상기 제3 보강부재의 ㄷ자 형상부에 접합되는 본체부와, 이 본체부에 연접되고 상기 단부를 폐쇄하는 방향으로 연장하는 각부와, 이 각부에 연접되고 상기 외판에 접합되는 플랜지부를 갖는 구성으로 할 수 있다.
이와 같이 하면, 제3 보강부재의 단부를 내판 프레임을 개재하여 외판에 결합하므로 단부의 강성ㆍ강도를 높일 수 있다.
본 발명에 있어서, 측구조체의 측외판 또는 지붕구조체의 지붕외판 중 어느 것이든지 한쪽 또는 양쪽의 차체 전후 방향으로 연장하는 단연부가 절곡부분을 갖고, 이 절곡부분에 있어서 상기 측외판과 지붕외판이 연속 레이저 용접에 의해 접합되어 있는 구성으로 하여도 좋다.
이와 같이 하면, 절곡부분을 설치함으로써 강성을 높이고, 레이저 용접 시공 때의 반력받이(反力受け)로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 절곡부분은 상기 지붕외판에 상측으로 개방되는 단면 ㄷ자 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 강성의 확보와 동시에 빗물받이(ㄷ자 형상 부분)를 형성할 수 있다.
본 발명에 있어서, 처구조체(妻構體)의 처외판(妻外板)과 측구조체의 측외판은 단면 대략 L자 형상의 처우주(妻隅柱)를 개재하고 그것들이 직교하도록 접합되어 있고, 상기 처우주에 연속 레이저 용접으로 접합되고 그것과의 사이에서 폐공간을 구성하는 다른 부재가 설치되거나 혹은 상기 처우주에 상기 처외판과의 사이에서 폐공간을 구성하는 폐공간 구성부분이 형성되고, 상기 폐공간이 지붕으로부터 지표로 빗물을 이동하는 빗물받이로서 기능하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 지붕으로부터 지표로 빗물을 인도하는 빗물받이를, 특별히 수관(水管) 등의 부재를 설치하지 않고, 실현할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 외판의 외표면은 표면 처리로서, 브러싱(brushing) 또는 숏 블러스트(shot blast) 처리가 실시되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 고 정밀도이면서도 미려한 외판의 외표면을 갖는 스테인리스 구조체를 비교적 용이하게 얻을 수 있다.
본 발명에 있어서, 단면 ㄷ자 형상으로 가공한 긴 레일부재가 상기 외판의 내측에 설치되고, 상기 레일부재에 매어 놓여지는(係止되는) 두부를 갖는 설치 볼트를 사용함으로써 내장품ㆍ기기류가 설치되는 구성으로 할 수 있다.
이와 같이 하면, 외판에 레일부재를 설치함으로써 부품점수의 감소, 내부 골조 등의2차 구조재의 설치 공수 감소, 치수 관리의 용이화를 도모할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 외판은 상기 제3 보강부재보다도 두께가 두껍고, 3㎜ 이상으로 되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 외판 표면에 용접선이 나타나지 않는다.
본 발명에 있어서, 상기 외판에 형성되는 개구부의 주연에 연부재가 외측에 설치되고, 상기 연부재는 상기 외판과의 접합부분이 평판을 절곡하여 이루어지는 중첩 판 구조로 이루어져 있고, 상기 외판측으로부터 레이저 용접되도록 하여도 좋다.
이와 같이 하면, 관통 용접을 하여도 외판 표면에 용접선이 나타나지 않는다.
본 발명의 용접 방법은 용접 조인트, 외판 패널 및 철도 차량용 구조체를 사 용하면, 종래의 저항 스폿 용접에 의한 조인트에 비교하여 구조체 강성(경량화)이나 치수 정밀도의 향상을 확보한데다가 외관 향상을 도모할 수 있다. 또한, 외판으로서, 미리 레이저 빔에 의한 용접선 방향과 거의 평행하게 연마 가공이 외측면에 실시되어 있는 것을 사용하면, 후 처리가 불필요하므로 생산성도 향상한다.
또한, 본 발명의 다른 철도 차량용 구조체를 사용하면, 측구조체의 외판과 그것을 보강하는 제3 보강부재의 접합에, 연속 레이저 용접을 사용하고 있으므로, 스폿 용접점 사이의 좌굴 혹은 초기 왜곡에 의한 좌굴 강도의 저하가 없고, 요구대로 좌굴 강도를 얻어진다. 따라서, 이론대로 보강부재의 피치를 결정하면 작은 보강 플레이트를 외판에 꼭 댈 필요가 없고, 부품점수 감소, 공수 감소에 기여한다.
도 1a 내지 도 1d는 각각 본 발명에 따른 레이저 용접 조인트의 원리의 설명도이다.
도 2a 내지 도 2c는 각각 본 발명에 따른 외판 패널의 설명도이다.
도 3은 본 발명에 따른 철도 차량의 측구조체를 차 외측으로부터 바라본 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 동일 철도 차량의 측구조체를 차 내측으로부터 바라본 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 A-A선에서의 단면도이다.
도 6은 도 4의 B-B선에서의 단면도이다.
도 7은 도 4의 C-C선에서의 단면도이다.
도 8은 도 4의 D-D선에서의 단면도이다.
도 9는 도 4의 E-E선에서의 단면도이다.
도 10은 도 4의 F-F선에서의 단면도이다.
도 11은 도 5의 G부의 확대도이다.
도 12는 도 7의 H부의 확대도이다.
도 13은 도 7의 J부의 확대도이다.
도 14는 도 7의 K부의 확대도이다.
도 15는 상하판 접합부의 폭과, 단위 용접 길이당 인장 전단 강도의 관계를 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명에 따른 철도 차량의 측구조체를 조립하는 순서의 일 예를 나타낸 설명도이다.
도 17a와 도 17b는 각각 용접선이 보이지 않게 되는 원리의 설명도이다.
도 18a는 구형판(矩形板)의 좌굴 문제의 설명도이다.
도 18b는 구형판의 전단 문제의 설명도이다.
도 18c는 장방형판(長方形板)의 좌굴 모드(mode)의 설명도이다.
도 19a는 단변길이(b)와 장변방향 좌굴 응력(σcr ,x)의 관계의 설명도이다.
도 19b는 단변길이(b)와 단변방향 좌굴 응력(σcr ,y)의 관계의 설명도이다.
도 19c는 단변길이(b)와 전단 좌굴 응력(τcr)의 관계의 설명도이다.
도 20은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 철도 차량용 구조체를 나타낸 사시도이다.
도 21은 외판과 외판 보강부재의 관계를 나타낸 설명도이다.
도 22a와 도 22b는 각각 외판 보강부재의 단부(端部)에 소형 보강부재를 설치한 실시 형태를 나타낸 도면이다.
도 22c는 외판 보강부재의 변형 예를 나타낸 사시도이다.
도 23a는 개구부의 모서리부(隅部)를 나타낸 사시도이다.
도 23b는 개구부의 모서리부의 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 23c는 개구부의 모서리의 또 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 24a는 개구부의 모서리부의 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 24b는 개구부의 모서리부의 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 24c는 개구부의 모서리부의 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 24d는 개구부의 모서리부의 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 25a는 측외판(側外板)과 지붕외판의 접합부분을 나타낸 사시도이다.
도 25b는 측외판과 지붕외판의 접합부분의 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 26a와 도 26b는 각각 측외판과 처외판(妻外板)의 접합부분의 사시도이다.
도 27은 측외판(요판(腰板))과 측량(側粱)의 접합부분의 사시도이다.
도 28a는 측외판의 접합부분의 설명도이다.
도 28b와 도 28c는 각각 측외판의 접합부분의 설명도이다.
도 29는 측외판과 연부재(緣部材)의 접합부분의 사시도이다.
도 30은 측외판과 연부재의 접합부분의 사시도이다.
도 31a는 외판 보장부재의 접합방법의 설명도이다.
도 31b는 외판 보강부재의 접합방법의 다른 예의 설명도이다.
도 32는 개구부의 모서리부의 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 33a는 개구부의 모서리부의 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 33b는 용접방법의 설명도이다.
도 34a와 도 34b는 각각 내장품ㆍ기기류의 설치 구조의 설명도이다.
도 35a는 도 24의 A부 상세도이다.
도 35b는 도 24의 B부 상세도이다.
도 36a와 도 36b는 측구조체의 조립방법의 설명도이다.
도 37a와 도 37b는 측구조체의 조립방법의 설명도이다.
도 38a와 도 38b는 측구조체의 조립방법의 설명도이다.
도 39a와 도 39b는 측구조체의 조립방법의 설명도이다.
도 40은 본 발명에 따른 철도차량의 측구조체를 조립하는 순서의 일 예를 나타낸 설명도이다.
도 41a는 레이저 용접 조인트의 원리의 설명도이다.
도 41b, 도 41c, 도 41d는 각각 외판 패널의 설명도이다.
도 42는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 철도 차량의 측구조체를 차 외측으로부터 바라본 상태를 나타낸 도면이다.
도 43은 동일한 철도 차량의 측구조체를 차 내측으로부터 바라본 상태를 나 타낸 도면이다.
도 44는 동일한 철도 차량의 측구조체를 차 내측으로부터 바라본 상태를 나타낸 사시도이다.
도 45a와 도 45b는 각각 종래의 스테인리스 구조체의 설명도이다.
도 46a와 도 46b는 각각 종래의 철도 차량용 구조체의 변형 상태의 설명도이다.
도 46c는 종래의 외판과 외판 보강부재의 관계를 나타낸 설명도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 따라 상세히 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 2는 본 발명에 따른 레이저 용접 조인트를 철도 차량용 구조체에 사용하는 경우의 기본원리의 설명도이다.
도 2a와 도 2b에 도시한 바와 같이, 외판(11)(미리 레이저 빔에 의한 용접선방향과 거의 평행하게, 벨트 그라인더에 의해 연마가공이 외측면(11a)에 실시되어 있는 표면 연삭재)의 내면측으로의 단면 대략 모자(hat) 형상의 제1 보강부재(12)의 접합에 용융지의 저부가 외판(11)의 외측면(11a)에 도달하지 않도록 부분 용입 레이저 용접이 사용된다. 이때, 레이저 빔에 의한 용접선 방향과 거의 평행하게 외판(11)의 외측면(11a)에 연마 가공이 실시되고 있다. 즉, 레이저 빔에 의한 용접선 방향과 외측면(11a)에 대해서의 연마 가공 방향(표면 연삭 마무리 방향)이 거의 동 일한 방향으로 된다.
각 제1 보강부재(12)는 단면 모자 형상으로, 개구측을 향하여 서서히 간격이 넓어지는 단면 대략 ㄷ자 형상의 본체부(12a)와, 이 본체부(12a)의 개구단 가장자리에 서로 반대방향으로 연장하도록 연접되고 상기 외판(11)에 레이저 용접에 의해 접합되는 플랜지부(12b),(12c)를 갖는다. 본체부(12a)는 접합 상태로 외판(11)과 거의 평행해지는 기판부(12aa)와 기판부(12aa)의 양측 가장자리에 의해 개구단 가장자리측을 향하여 간격이 넓어지도록 플랜지(flange)부(12b),(12c)측으로 연장하는 측판부(12ab),(12ac)를 갖는다.
이와 같이, 본체부(12a)는 측판부(12ab),(12ac)의 간격이 플랜지부(12b),(12c)측을 향하여 서서히 넓어지도록 단면이 대략 ㄷ자 형상이므로 제1 보강부재(12)는 그것에 직교하는 방향으로 또한 외판면에 평행하게 작용하는 전단 하중에 대하여 변형(전단(ずり) 변형)하기가 어려워지고 있다. 따라서, 철도 차량용 구조체의 외판 패널로서 사용하는 경우와 같이, 단면 변형을 억제하기 위하여 제1 보강부재(12)에 직교하는 방향으로도 높은 면외 휨 강성이 요구되는 경우에는 제1 보강부재(12)(본체부(12a)) 상에, 그것에 직교하는 방향으로 단면 모자 형상의 제2 보강부재(13)를 레이저 용접에 의해 접합함으로써 대응 가능하다. 왜냐하면, 제2 보강부재(13)와 외판 사이에 발생하는 전단 변형이 제1 보강부재에 의해 억제되므로 외판 패널로서의 면외 전단 강성을 저하시킴이 없고, 그 결과 어떠한 하중에 대하여서도 면외 휨 강성을 높게 유지할 수 있기 때문이다. 그렇게 함으로써 제2 보강부재(13)를 외판(11)과 직접 접합하지 않아도 면외 휨 강성을 확보할 수 있으므 로 외판(11)을 미려(美麗)하게 유지할 수 있다.
제2 보강부재(13)도 도 2c에 도시한 바와 같이, 단면 ㄷ자 형상의 본체부(13a)와, 이 본체부(13a)의 개구단 가장자리에 서로 반대방향으로 연장하도록 연접되고 상기 외판(11)에 레이저 용접에 의해 접합되는 플랜지부(13b),(13c)를 갖는다.
상기 제2 보강부재(13)와 같이, 부재 구성상, 그것의 용접선 방향과 외판(11)의 외측면의 표면 연마 방향(표면 연삭 마무리 방향)이 일치하지 않은 경우에는 그 제2 보강부재(13)는 외판(11)에 직접 접합된 제1 보강부재(12)(본체부(12aa))에 대하여 레이저 용접에 의해 접합함으로써 외관(외측면)으로의 용접흔의 노출이 방지된다. 이 경우, 레이저 용접은 용접흔이 외부로부터 보이는 지점에 노출되지 않으므로 외판(11)과 제1 보강부재(12)(플랜지부(12b),(12c))의 접합 경우와는 다르고, 시공 때에 제어가 용이한 완전 용입 레이저 용접으로 할 수 있다. 이와 같이, 레이저 용접으로 구조체 전체를 용접하는 경우에 부분 용입 레이저 용접과 완전 용입 레이저 용접을 구별하여 사용함으로써 구조체 전체로서 외관을 해지지 않고 게다가 용이하게 필요한 접합 강도를 확보하는 것이 가능해진다.
이어서, 이와 같은 레이저 용접 조인트 혹은 외판 패널을 철도 차량용 구조체에 적용한 예를 도 3~도 14에 따라 설명한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 외판(21)(예를 들면, 두께 1.5㎜)은 요판 부분(21A), 취기(吹ぎ寄せ)ㆍ창 주위 부분(21B) 및 막판(幕板) 부분(21C)이라고 하는 3부분으로 구분되고, 이들 단연부(端緣部)가 중첩되어 부분 용입 레이저 용접에 의 해 일체로 접합되어 있다.
이 외판(21)의 각 부분(21A),(21B),(21C)은 외측면에 미리 연마가공이 실시되어 있으므로 그 연마 가공 방향이 차량 길이 방향(레일 방향)에 일치하고 있고, 상기 레이저 빔 용접선 방향도 차량 길이 방향에 평행하게 되어 있다. 더욱이, 22는 창 개구부, 23은 도어 개구부이다.
도 4 내지 도 9, 도 12 내지 도 14에 도시한 바와 같이, 외판(21)의 각 부분(21A),(21B),(21C)의 내측에는 단면 모자 형상의 내판 패널(예를 들면 두께 1㎜)(25~29)이 차량 길이 방향을 따라 평행하게 부분 용입 레이저 용접에 의해 접합되어 있다. 즉, 내판 패널(25~29)이 차량 길이 방향으로 연장되고 그 차량 길이 방향에 상기 레이저 용접의 용접선 방향이 일치하고 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 외판(21)의 요판 부분(21A)의 내측에는 단면 모자 형상의 내판 패널(25)이 4개, 차량 길이 방향을 따라 연장하도록 설치되어 있다. 각 내판 패널(25)은 상하로 소정 피치(pitch)로 평행하게 배치되어 있다. 취기(吹ぎ寄せ)ㆍ창 주위 부분(21B)(외판)의 내측에는 창 개구부(22)의 전후에 있어서, 하측으로부터 2개의 철부(凸部)를 갖는 내판 패널(28)이 차례로 설치되어 있다. 내판 패널(26),(27),(28)은 어느 것이나 차량 길이 방향을 따라 연장하도록 상하로 소정 피치로 평행하게 배치되어 있다. 외판(21)의 막판 부분(21C)의 내측에는 2개의 내판 패널(29)이 차량 길이 방향을 따라 연장하도록 상하로 소정의 이격 간격으로 평행하게 배치되어 있다.
내판 패널(25~29)의 차 내측에 있어서 창 개구부(22)의 전후에, 구조의 간단 화를 위하여, 내판 패널(25~29)에 직교하는 방향으로 연장하는 단면 모자 형상의 호고주(戶尻柱)(31)가 내판 패널(25~29)에 겹쳐 설치되어 있다. 호고주(31)의 플랜지부가 내판 패널(25~29)의 본체부에, 용융지의 저부가 내판 패널(25~29)을 관통하는 완전 용입 레이저 용접에 의해 접합되어 있다. 이로써 측개구 주위의 고 강성화가 도모되어 있다. 호고주(31)는 전술한 제2 보강부재에 대응하는 것으로, 도 5 및 도 11에 도시한 바와 같이, 단면 ㄷ자 형상의 본체부(31a)와 이 본체부(31a)에 서로 반대 방향으로 연장하도록 연접되고 내판 패널(25ㅇ29)에 레이저 용접에 의해 접합되는 플랜지부(31b),(31c)를 갖는다.
또한 도 4에 도시한 바와 같이, 창 개구부(22)의 하부에 있어서, 단면 모자 형상의 창주(窓柱)(32)가 설치되어 있다. 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 호고주(31)의 구조와 마찬가지로 단면 ㄷ자 형상의 본체부(32a)와, 이 본체부(32a)에 서로 반대 방향으로 연장하도록 연접되는 플랜지부(32b),(32c)를 갖고 플랜지부(32b),(32c)가 내판 패널(25) 등의 본체부에, 용융지의 저부가 내판 패널(25) 등을 관통하는 완전 용입 레이저 용접에 의해 접합되어 있다.
상기 내판 패널(25~29)은 각각, 전술한 제1 보강부재(12)에 대응하는 것으로, 도 6에 도시한 바와 같이 단면 모자 형상을 이루고 있고, 개구측을 향하여 서서히 개구 간격이 넓어지고 있다. 예를 들면, 내판 패널(25)은 도 8에 도시한 바와 같이, 개구측을 향하여 서서히 간격이 넓어지는 단면 ㄷ자 형상의 본체부(25a)와 이 본체부(25a)에 서로 반대 방향으로 연장하도록 연접되고 상기 외판(21A)에 레이저 용접에 의해 접합되는 플랜지부(25b),(25c)를 갖는다.
도 4에 도시한 바와 같이, 창 개구부(22)의 하측에는 요대(腰帶)(33), 상측에는 막대(幕帶)(34)가 각각 레이저 용접에 의해 접합되어 있다. 요대(33) 및 막대(34)는 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 내판 패널(25~29)과 마찬가지로 단면 모자 형상을 이루고 있고, 개구측을 향하여 서서히 개구 간격이 넓어져 있다. 더욱이, 24A는 창 프레임, 24B는 도어 프레임이다.
또한 도 4에 도시한 바와 같이, 창 개구부(22)의 4개 모서리에는 각각 조인트(37)가 설치되고, 하측 조인트에 대하여 호고주(31)를 끼워서 다른 조인트(36)가 설치되어 있다.
이들 내판 패널(25~29)의 외판(21)에 대한 접합은 외판(21)의 내측에 대하여 내판 패널(25~29)을 중첩하고 내판 패널(25~29)측으로부터 레이저 빔을 이동하면서 연속적으로 조사(照謝)하고, 외판(21)의 내부까지의 영역을 가열 용융하고 그로써 발생한 용융지의 저부가 외판(21)의 외측면에 도달하지 않도록 레이저 빔의 출력 또는 빔 이동 속도를 제어하면서 접합된다(부분 용입 레이저 용접). 이와 같이, 외판(21)과 내판 패널(25~29)의 조인트 형식(부분 용입 레이저 용접 이음매)을 통일함으로써 용접 시공의 안정화를 도모하는 것이 가능해진다. 또한, 외판(21)의 외면변형은 강성이 높은 골재(내판 패널(25~29), 호고주(31), 창주(32))에 의해 지지되므로 단면 치수 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.
외판(21)(21A~21C)은 어느 것이나 외측면에 상기 레이저 빔에 의한 용접선 방향과 거의 평행한 차량 길이 방향으로 연마 가공(표면 처리)이 실시되어 있는 판 형상 부재이다. 이 연마 가공으로서는 벨트 그라인더에 의한 BG(벨트 그라인더) 마무리가 바람직하다. 국내 재래선 차량의 외판으로서 자주 사용되고 있다. 예를 들면, SUS304 ＃80BG재를 사용하여 시험 제작한 경우 내판 패널(두께 1㎜)과 외판(두께 1.5㎜)을 레이저 출력이 2.5KW로 상판측으로부터 레이저 용접하는 경우, 상하판 접합부의 폭과 단위 용접 길이당 인장 전단 강도의 관계는 도 15에 도시한 바와 같이 되는 것이 확인되고 있다. 따라서, 접합폭(w)이 0.7㎜ 정도가 되도록 용접 속도를 제어하면 필요한 접합 강도(전단 인장 강도 5KN/㎝ 정도)가 확보되는 것을 알 수 있다. 더욱이, 상판의 판 두께는 하판의 판 두께보다도 얇아지지 않으면, 용접 그을음(燒け)이 나와 버리므로 각종 실험으로부터 하판의 판 두께는 상판의 판 두께의 1.5배 이상은 필요하다고 여겨진다(예를 들면, 상판 1㎜, 하판 1.5㎜과 상판 1㎜, 하판 2㎜).
전술한 외에 철도 차량의 측구조체의 제작은 도 16에 도시한 바와 같이, 단면 모자 형상의 내판 패널 대신에 요철(凹凸) 형상이 반복되는 내판 패널(단면 모자 형상의 내판 패널을 연접한 것)을 사용하여 실행할 수도 있다.
이 경우에는 우선 막판 부분, 취기(吹ぎ寄せ)ㆍ창 주위 부분 및 요판 부분에 대응하는 외판(41A),(41B),(41C)의 내측에 각각 상기 외판에 대응하는 소정의 크기의 내판 패널(42A),(42B),(42C)을 부분 용입 레이저 용접에 의해 차량 길이 방향을 따라 접합하고, 막판부용 외판 패널(43A), 취기(吹ぎ寄せ)ㆍ창 주위 부용 외판 패널(43B) 및 요판부용 외판 패널(43C)을 제적한다. 이 경우, 내판 패널(42A~32C) 중 요부(凹部) 부분(외판(41A~41C)의 내측면에 접촉하고 있는 부분)이 차량 길이 방향을 따라 연장되어 있고, 이 부분이 부분 용입 레이저 용접에 외판(41A~41C)에 접합 된다.
그리고 막판부, 취기(吹ぎ寄せ)ㆍ창 주위부 및 요판부용 외판 패널(43A~43C)을 소정의 위치 관계로 부분 용입 레이저 용접에 의해 차량 길이 방향을 따라 접합하여 구조체(49')로 한다.
그 후, 창 개구부의 상하로 막대(44A),(44B), 요대(45)를 부분 용입 레이저 용접에 의해 차량 길이 방향을 따라 접합하여 구조체(49")로 한다. 게다가, 차량 길이 방향에 직교하는 방향의 호고주(31), 창주(47), 도어 프레임(48)을 접합함으로써 필요한 강성을 확보하여 측구조체(49)로 한다.
(제2 실시 형태)
도 20은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 철도 차량용 구조체를 나타낸 사시도이다.
도 20에 도시한 바와 같이, 철도 차량용 구조체(301)는 좌우의 측구조체(302), 지붕 구조체(303), 전후의 처구조체(304), 받침 프레임(305)을 구비하고 있다. 측구조체(302)는 외판(306)과 그 외판(306)의 내측에 접합되는 외판 보강부재(307A),(307B)(제3 보강부재)를 갖고, 이들이 레이저 용접으로써 접합되어 있다(지붕 구조체(303) 및 처구조체(304)도 동일하다). 이 외판 보강부재(307A),(307B)는 단면 ㄷ자 형상인 ㄷ자 형상부(307Aa)와 그 ㄷ자 형상부(307Aa)의 양단 가장자리에 연접하여 서로 반대 방향으로 연장하는 설치부(307Ab),(307Ac)를 갖고, 단면 모자 형상으로 구성되고, 이 설치부(307Ab),(307Ac)의 부분에 있어서 외판(306)에 레이저 용접된다.
레이저 용접에 사용되는 레이저 조사장치(미도시)는 다관절 로봇의 손목에 설치된다. 이 다관절 로봇은 복수개 축(예를 들면 6개축)을 갖고 용접되어야만 하는 박판(예를 들면 외판(306))이 고정된 상태로 미리 정한 용접선(U)을 따라 레이저 조사장치를 이동시킬 수 있는 것이다. 중첩 레이저 용접을 하는 레이저 조사장치에는 레이저 집광기와 압압(押壓) 수단이 일체로 설치되어 있다. 이 레이저 조사장치는 예를 들면, 용접 위치 근처를 압압하면서 레이저 집광기로부터 레이저 빔(312)을 용접 위치에 조사함으로써 중첩 부분의 밀착성을 확보하면서 레이저 빔의 초점 거리를 정확하게 유지할 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 외판(306)과, 해당 외판(306)의 개구부(창 개구부(S1), 출입구 개구부(S2))의 둘레에 설치되는 연부재(308)(창 프레임, 도어 마스크 등)는 연속 레이저 용접에 의해 접합되어 있다. 이 경우, 조인트는 중첩 조인트이거나 맞댐(突合せ) 조인트이어도 좋다. 더욱이, 구체적으로 도시되어 있지 않지만, 외판끼리도 연속 레이저 용접에 의해 접합되어 있다.
그런데, 외판(306)에 발생하는 면내 응력 성분을, 레일 방향과 그것에 직교하는 방향의 단축 응력(單軸 應力)(σx, σy) 및 전단 응력(τ)으로 분해하여 종래 차량에 대하여 응력해석하면, 창 개구부(S1)의 모서리부에 작용하는 응력(σx, σy, τ)은 (σx, σy, τ) = (130, 50, 35)[MPA] 정도일 것으로 추정된다. 이 추정된 응력(σx, σy, τ)을 전술한 수학식 7에 대입하면, 창 개구부(S1)의 모서리부 근처의 보강부재(307A)의 피치(b)의 이론치는 b=최소(104,87,255)=87㎜ 정도일 것으로 추정된다. 실제로는 강도적으로 약간 안전측으로 하기 위하여, 창 개구부(S1)의 모서리부 근처의 외판 보강부재(307A)의 피치(b)를 80㎜로 하고 있다. 이것으로부터 레이저 용접에 의한 용접선(U)의 간격에 따라 정의되는 외판 보강부재(307A)의 피치(b)는 외판 보강부재(307A)가 연장하고 있는 레일 방향에 있어서 외판 보강부재(307A)의 하중 부담이 가장 심해지는 장소의 좌굴 강도에 기초하여 결정되고 있다고 말할 수 있다.
그리고, 도 21에 도시한 바와 같이, 레이저 용접(용접선(U))의 간격(L1)을 80㎜(모자 폭(L2)=50㎜)로 함으로써 상술한 외판 보강부재(307A)의 피치(b)를 80㎜로 하는 것이 실현된다. 외판(306) 외의 부위에 설치된 외판 보강부재의 모자 폭(L2) 및 이것에 관련한 레이저 용접의 간격(L1)도 상기와 동일 방법으로 설정된다. 구체적으로는, 예를 들면, 외판 보강부재(307B)의 모자 폭(L2)이 70㎜로, 레이저 용접의 간격(L1)이 100㎜로 설정된다. 또한, 인접하는 외판 보강부재(307A),(307B)의 레이저 용접의 간격(L3)은 외판 보강부재(307A),(307B)의 형상 및 치수, 아울러 상기 레이저 용접의 간격(L1) 등에 따라 적당하게 설정된다. 여기서는, 상기 간격(L3)은 20~50㎜로 설정되어 있다. 또한, 상기 외판 보강부재(307A),(307B)의 높이(H)는 측구조체(302)의 외판(306)의 전체 좌굴 강도에 기초하여 적당하게 설정된다. 여기서는, 상기 높이(H)는 25㎜로 설정되어 있다.
그런데, 외판 보강부재의 단면 형상을 외판(306)의 부위마다에 설정하면, 외판 보강부재의 종류가 많아진다. 따라서, 이 실시 형태에서는 외판 보강부재의 단 면 형상을 상기 2종류로 한정하고 있다.
그리하여, 상기 창 개구부(S1)의 모서리부 및 출입구 개구부(S2)의 모서리부 근처에 설치되는 외판 보강부재(307A)의 모자 폭(L2)(ㄷ자 부분의 폭)을 50㎜로, 그 외의 부위에 설치되는 보강부재(307A)의 모자 폭을 70㎜로 설정하여, 측구조체가 형성되어 있다. 따라서, 작용하는 응력이 높고 하중 부담이 큰 창 개구부(S1)의 모서리부, 출입구 개구부(S2)의 상 모서리부 근처에 설치되는 외판 보강부재(307A)의 모자 폭을 그 외의 부위에 설치되는 외판 보강부재(307B)의 모자 폭보다도 작게 하고 있다. 또한, 레일 방향에 직교하는 방향의 면외 휨에 대하여 별도로 설치되는 종골(縱骨)에 의해 보강된다.
그런데, 외판(306)과 외판 보강부재(307A),(307B) 사이에는 폐공간이 형성되어 있다. 도 21에 도시한 바와 같이, 외판(306) 및/또는 외판 보강부재(307A),(307B)의 폐공간을 향하는 부분은 보강되어 있지 않으므로 비교적 조건이 나쁜 하중 등을 받는 측구조체의 경우, 외판(306)이 외판 보강부재(307A)(307B)가 연장하는 방향에 직교하는 방향에 있어서 좌굴될 우려가 있다. 상술한 외판(306) 및/또는 외판 보강부재(307A),(307B)의 폐공간을 향하는 부분을 보강하기 위하여, 외판(306)에 외판 보강부재/또는 외판 보강부재(307A)(307B)가 접합되고 폐공간이 구성되기 전에 외판(306)의 상기 폐공간에 대응하는 부위에 소형 보강판을 접합하여도 좋다. 또한, 작업성을 높이기 위하여 도 22a~도 22c에 도시한 바와 같은 구조를 사용하여도 좋다.
도 22a에 도시한 바와 같이, 단면 모자 형상의 외판 보강부재(307) 내부에 미리 단면 ㄷ자 형상의 소형 보강부재(311)(제4 보강부재)를 설치하여 둠으로써 국부 보강을 도모하는 것이 가능해진다. 즉, 외판 보강부재(307)의 단부 내에 보강부재(311)를 배치하고, 외판 보강부재(307)의 ㄷ자 형상부(307a)의 양측부에 보강부재(311)의 양측부(311a)를 용접선(U)에 있어서 미리 레이저 용접에 의해 접합하고, 양 보강부재(307),(311)를 일체로 하여 두면 좋다.
이와 같이 하면, 외판 보강부재(307)를 외판(306)에 레이저 용접에 의해 접합하는 것만으로 보강부재(311)도 외판(306)에 설치되고, 외판 보강부재(307)의 개구부가 보강된 상태로 되므로 공정을 증가시킴 없이 주요 부분을 필요 최소한으로 보강하는 것이 가능해진다.
더욱이, 상기 보강에 더하여, 도 22b에 도시한 바와 같이, 외판 보강부재(307)(ㄷ자 형상부)(307a)의 두부(頭部))에 설치한 개구부(307b)(혹은 결결)를 통하여 레이저 용접의 빔(312)(혹은 스폿 용접의 건(gun))에 의해 보강부재(311)의 저부를 외판(306)에 접합하여도 좋다. 이로써, 외판(306)의 좌굴 강도를 더 증가하는 것이 가능해진다.
또한, 전술한 단면 모자 형상의 외판 보강부재(307A)는 통상, 평판재를 V 굽힘 프레스(press) 하여 제작된다. 그러나, 외판 보강부재(307A)는 2차원 단면 때문에 측창(側窓)과 출입구의 개구부(S1),(S2)에 이르면, 외판 보강부재(307A)의 단부는 폐단면이 개방된 프리 에지(free edge)(동일 단면 형상을 유지하고 특정 방향으로 연장한 부재의 단부로, 그 단부가 개방되고 전혀 보강 혹은 3차원 가공이 실시되어 있지 않은 것을 말한다)로 되고 그 대로는 강성이 약해질 수 있다.
그래서, 상기 외판 보강부재를 대신하여, 도 22c에 도시한 바와 같은 기부(313a)와 이 기부(313a)의 중앙부에 대하여 시보리(絞り) 성형에 의해 형성되고 내부가 중공(中空)인 팽출부(313b)를 갖는 보강부재(313)(단부가 막혀 있음)를 이용하여도 좋다. 도 22c에 도시한 바와 같이, 상기 기부(313a)는 그 단부 전체 주위에 걸쳐 일점쇄선으로 표시하는 용접선(U)을 따라 레이저 용접에 의해 외판(306)에 접합되어 있다. 이로써, 보강부재(313)의 단부에서의 좌굴 강도, 강성을 증가시키는 것이 가능해진다. 특히, 레이저 용접 등의 연속 용접을 사용하면, 보강부재(313)의 단부의 주위를 완전하게 막을 수 있다. 즉 보강부재(313)의 단부에 상기 프리 에지가 형성되지 않으므로 보강부재(313)의 단부의 강성을 더 증가하는 것이 가능해진다.
또한, 상기와 같이 외판 보강부재로서 V 굽힘 프레스(press)재를 이용하는 경우에는 도 23a에 도시한 바와 같이, 예를 들면, 측창의 개구부(S1)의 주연부분에 있어서, 평판 형상의 내판 프레임(314)을 외판 보강부재(307)의 단면 ㄷ자 형상의 ㄷ자 형상부(307a) 상에 놓아두고, 그것들을 레이저 용접에 의해 접합하여 외판 보강부재(307)의(프리 에지의) 단부를 서로 결합하는 것이 바람직하다. 이로써, 외판 보강부재(307)의 단부를 용이하게 보강하는 것이 가능해진다.
또한, 평판 형상의 내판 프레임(314)을 대신하여 도 23b와 도 23c에 도시한 바와 같이, 어느 정도의 높이를 갖는 내판 프레임(315),(316)을 사용하여도 좋다. 이 경우, 외판 보강부재(307)에 레이저 용접되는 부분(315a),(316a)에 대하여 단면 L자 형상의 부분(315b),(316b)이 외판(306)과는 반대측에 연접되어 있다. 이로써, 내판 프레임(315),(316)의 강성은 상기 평판 형상의 내판 프레임(314)에 비교하여 커진다. 그 결과, 외판 보강부재(307)의 단부 강성을 더 증가하는 것이 가능해진다.
상술한 구조(도 23a~도 23c 참조)는 외판(306)의 측창의 개구부(S1)의 주연부분뿐 아니라, 그 외의 개구구의 모서리부에도 적용하는 것이 가능하다.
단, 이와 같은 개구부에 있어서, 외판 보강부재(307)의 ㄷ자 형상부(307a) 상에 설치된 내판 프레임(314)에, 도 23b와 도 23c에 도시한 바와 같은 프리 에지가 형성되는 경우, 내판 프레임(314)에 전단력이 분산되기 어렵고, 특히 상기 개구부의 모서리부에 있어서 강도 부족이 되는 적이 있다.
그 때문에, 도 24a에 도시한 바와 같이, 외판 보강부재(307)의 ㄷ자 형상부(307a) 상에 설치된 내판 프레임(314A)의 본체부로부터 이 본체부에 연접되는 각부(脚部)(314a)를 상기 외판 보강부재(307)의 단부의 개구를 막도록 연장하여 외판(306) 상에 내리고, 이 각부(314a)에 직교하는 방향으로 연접하는 플랜지부(314b)를 외판(306)에 직접으로 레이저 용접에 의해 접합하는 것이 바람직하다. 이로써, 내판 프레임(314)에 도 23b와 도 23c에 도시한 바와 같은 프리 에지가 형성되지 않으므로 외판 보강부재(307)의 단부의 강성ㆍ강도를 더욱 높이는 것이 가능해진다. 이것은 개구부(S1)의 모서리부에도 적용이 가능하고, 이와 같이 각부(314a) 및 플랜지부(314b)를 일체화한 내판 프레임(314A)으로 개구부(S1) 주위를 보강하면, 개구부의 강성ㆍ모서리부의 강도를 더욱 높이는 것이 가능해진다.
또한, 이들 개구부(S1)의 연보강(緣補强)인 내판 프레임(314A)을 단면 모자 형상의 외판 보강부재(307)가 외판(306)에 연접된 후에 설치하면, 내판 프레임(314A)이 후술하는 압력 롤러와 간섭하는 것을 회피하는 것이 가능해진다.
더욱이, 도 24b에 도시한 바와 같이, 내판 프레임(314B) 중 각부(14a)의 개구부(S1)의 모서리부에 대응하는 부분(314c)을 시보리(絞り) 성형 등에 의해 만곡(灣曲) 형상으로 형성하여도 좋다. 이로써 개구부(S1)의 모서리부의 강도를 충분히 확보한 내판 프레임(314B)을 얻는 것이 가능해진다.
또한, 외판 보강부재(307)의 면외 강성을 더 증가시킬 필요가 있는 경우에는, 상기 내판 프레임(314A),(314B)을 대신하여 부등각(不等脚) 단면을 가지는 내판 프레임(314C)을 사용하여도 좋다. 도 24c에 도시한 바와 같이, 내판 프레임(314C)은 제1 각부(314d)와, 이 하단연(下端緣)에 직교하여 연속하는 제1 플랜지부(314e)와, 제1 각부(314d)보다 각장(脚長)이 길게 형성되고 이것에 소정의 거리를 이격하여 대략 평행하게 배치되는 제2 각부(314f)와, 이 제2 각부(314f)의 하단연에 직교하여 연속하는 제2 플랜지부(314g)와, 제2 각부(314d)의 상단연과 제2 각부(314f) 사이를 걸치도록 형성되는 수평부(314h)를 구비한다. 제1 플랜지부(314e)와 제2 플랜지부(314g)는 서로 이반(離反)하는 방향으로 연장하고 있다. 내판 프레임(314C)은 제1 플랜지부(314e)를 외판 보강부재(307)(ㄷ자 형상부(307a)에, 제2 플랜지부(314g)를 외판(306)에 각각 접합한 상태에서 수평부(314h)가 보강부재(307)의 ㄷ자 형상부 상면과 소정의 거리를 이격하여 평행하게 배치되도록 구성되어 있다. 이로써 외판 보강부재(307)의 면외 강성을 증가시키는 것이 가능해진다.
이 경우도, 도 24d에 도시한 바와 같이, 내판 프레임(314D) 중 개구부의 모서리부에 대응하는 부분(314k)을 만곡 형상으로 형성하여도 좋다. 이로써, 개구부(S1)의 모서리부의 강도를 증가할 수 있다.
상기와 같이 구성하면, (ⅰ) 각종 요소의 접합에 레이저 용접을 사용하므로 종래 구조와 같은 외판의 스폿 용접점 사이의 좌굴 혹은 초기 왜곡에 의한 좌굴 강도의 저하가 없고, 설계대로 좌굴 강도를 얻는 것이 가능해진다. (ⅱ) 따라서, 이론대로 외판 보강부재의 피치를 결정하면 작은 보강 프레임을 외판에 꼭 댈 필요가 없고 이로써 부품점수 및 공정수를 감소하는 것이 가능해진다. (ⅲ) 또한 외판 보강의 종류가 종래에 비교하여 현격하게 작게 2종류로 되고, 부품 제작의 비용(cost)을 낮출 수 있다. (ⅳ) 더욱이 부품의 종류가 적기 때문에 부품의 치수 정밀도 향상을 도모하기 쉬운 등의 장점(merit)을 얻을 수 있다.
그런데, 연속 레이저 용접에 의해 야금적(冶金的)으로 중첩부를 연속적으로 접합하고 있기 때문에, 새롭게 별개 부품으로서의 실링(seal)재를 필요로 하지 않고, 또한 노후 열화에 의한 침수도 없다. 이것은 레이저 용접이 아크 용접과 상이하고, 에너지 밀도가 높고 열(熱) 왜곡이 거의 생기지 않음에 기인한다.
이와 같이, 실링(seal) 재를 사용함 없이 연속 레이저 용접만으로 수밀성을 확보할 수 있는 것을 이용하여 별도 수관(水管)ㆍ빗물받이 등의 수로를 형성할 수 있다.
구체적으로는, 측외판과 지붕외판의 결합은 연속 레이저 용접에 의해 행하지만, 그 경우에는, 통상, 레이저 용접 때에서의 반력받이(反力受け)를 위하여 지붕 외판 혹은 측외판의 어느 하나가 한쪽 혹은 양쪽의 단부를 절곡하고, 강성 향상 수단으로서의 절곡부분을 형성한다. 예를 들면, 도 25a에 도시한 바와 같이, 측구조체의 측외판(306A)(막판)의 단부를 내측으로 절곡하고, 하측으로 개방되는 단면 ㄷ자 형상의 레이저 용접 시공 때의 반력받이부(反力受け部)로서의 절곡부분(306Aa)을 형성한다. 지붕구조체의 지붕외판(306B)(장항(長桁))의 단부를 외측으로 절곡하고, 상측으로 개방되는 단면 ㄷ자 형상의 빗물받이부로서의 절곡부분(306Ba)을 형성한다. 측구조체의 절곡부분(306Aa)의 상면과, 지붕구조체의 절곡부분(306Ba)의 하면을 중첩하고, 양자의 중첩부분을 용접선(U)을 따라 레이저 용접하여 접합한다. 이로써, 강성 확보와 동시에 빗물받이부(절곡부분(306Ba))를 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 도 25b에 도시한 바와 같이, 측구조체의 범위를 측외판(306A)(막판) 상부의 지붕 외판(장항(長桁))까지 넓히고, 이 측외판(306A)의 단부(306Ab)를 상측으로 절곡함과 동시에 이것을 접합해야할 지붕외판(306B)의 단부(306Bb)를 외측으로 절곡하여 이것을 반력받이부로 하여도 좋다. 이 반력받이부는 상측으로 개방된 단면 ㄷ자 형상으로 형성되어 있으므로 그 대로 빗물받이로서 사용할 수 있다.
또한, 도 26a와 도 26b에 도시한 바와 같이, 측구조체 및 처구조체는 미리 처구조체의 처외판(321)에 접합된 수평 단면 대략 L자 형상의 처우주(妻隅柱)(322)에 대하여 이것을 반력받이로 하고 측외판(323)을 연속 레이저 용접에 의해 접합함으로써 결합된다. 처외판(321)과 측외판(323)은 서로 직교하는 위치 관계가 된다.
그 때, 도 26a에 도시한 바와 같이, 처우주(322)와의 사이에서 폐공간(閉空 間)을 구성하는 것과 같은 별개 부재(324)를 설치함으로써 지붕에서부터 지표(地表)로 빗물을 인도하는 빗물받이를 구성하는 것이 가능해진다. 이로써, 지붕에서부터 지표로 인도하는 수관(水管)을 별개로 설치할 필요가 없어진다. 처우주(322)는 처외판(321)에 접합되는 제1 면판부(322a)와, 측외판(323)에 접합되는 제2 면판부(322b)를 갖는다. 부재(324)는 처우주(322)의 면판부(322a),(322b)에 각각 접합되는 플랜지부(324a),(324b)와, 그것들 사이에 위치하는 く자 형상의 본체부(324c)를 갖는다. 이 본체부(324c)와 처우주(322) 사이에 수로(水路)(빗물받이)로서의 폐공간이 형성된다.
또한, 도 26b에 도시한 바와 같이, 처우주(322A)와 처외판(321) 사이에서 폐공간을 구성할 수도 있다. 이 경우에는 처우주(322A)의 처외판(321) 측에 단면 모자 형상의 폐공간 구성부분(322c)이 연접되어 있다. 폐공간 구성부분(322c)의 양측 플랜지부(322d),(322e)가 처외판(321)에 연속 레이저 용접되고, 수밀성이 확보된다.
또한, 도 27에 도시한 바와 같이, 측외판(323) 및 대 프레임(측량(側粱 )(325))은 단면 ㄷ자 형상의 측량(325)을 반력받이로 하고, 이것에 측외판(323)의 하부(요판)를 연속 레이저 용접에 의해 접합함으로써 용접된다.
측외판에 있어서는, 도 28a에 도시한 바와 같이, 외판(323A),(323B) 단부끼리를 중첩하든지 혹은 외판(323B)과 프레임 부재(326)(개구부의 연부재)를 중첩하고, 전(前) 양자 또는 후(後) 양자를 연속 레이저 용접함으로써 중첩 조인트를 구성한다. 이들 작업은, 구조체의 결합 전에 각 구조체 유닛의 상태로 외 판(323A),(323B)을, 또는 외판(323B)과 프레임 부재(326)를 지그(jig)에 설치하고 연속 레이저 용접하므로 반력받이를 설치할 필요가 없다. 또한, 이와 같은 중첩 조인트뿐만 아니라 도 28b와 도 28c에 도시한 바와 같이, 맞댐 조인트(J1), 중첩 모서리살 조인트(J2)에 의한 구성도 가능하다.
그런데, 전술한 외판(322B)과 프레임 부재(326)(개구부 연부재)를 연속 레이저 용접할 때에는 프레임 부재(326)를 구성하는 판재의 두께가 외판(323B)의 판 두께와 동일 정도이든지 혹은 그것 이하에서는 외판(323B)의 표면에 용접 그을음(燒け), 각절(角折れ)이 생기고, 경우에 따라서는 용접 비드(bead)가 관통한다. 이 경우, 개구부 주위를 따라 용접흔이 보이게 되고 미관을 해친다.
그래서, 도 29에 도시한 바와 같이, 창 프레임이나 도어 마스크 등의, 외측에 외치하는 연부재(326)를, 외판(306)보다 두께가 두꺼운 후판(厚板)으로 할 수 있다. 외측에 위치하는 부재인 연부재(326)의 판 두께가 3㎜ 이상이면, 표면 처리의 종류에 상관없이 용접선(U)을 거의 보이지 않게 할 수 있다.
또한, 도 30에 도시한 바와 같이, 연부재(327)의 중첩 조인트를 구성하는 부분에, 판재를 끌어넣어 내부에 공간이 형성되는 롤(roll)부(327a)를 구성함으로써 관통 용접으로서도 외표면에 영향이 나지 않도록 할 수도 있다. 이와 같은 롤부(327a)는 판재를 드로우(draw) 성형, 롤 성형하든지 혹은 판재를 V 굽힘 프레스, 강관(鋼管)을 프레스하는 등 하여 형성될 수 있다. 이 경우, 롤부(327a)의 내부에 공간이 형성됨 없이 판재끼리가 접촉하여도 좋다. 또한, 롤부(327a)의 내부에 공간이 반드시 형성되어 있을 필요는 없고, 연부재(327)의 외판(306)과의 접합부분이 평판을 절곡하여 이루어지는 중첩판 구조가 되어 있으면 좋다.
이와 같이 하면, 불필요한 중량 증가를 억제하면서 수밀을 유지하고, 게다가 디자인성(意匠性)도 높이는 것이 가능해진다. 또한, 이와 같이 롤부를 구성해 두면, 가령, 프레임+외판+골재의 3장 중첩이 필요하더라도, 롤부의 관통의 우려가 적으므로 3장 동시에 중첩 용접을 할 수 있다.
또한, 예를 들면, 창 프레임이라면, 취기부(吹寄部)의 외판을, 전술한 바와 같이 후판(3㎜ 이상)으로 하고, 창 프레임을 폐지하는 것도 가능하다. 이 경우는, 부품점수도 줄일 수 있다.
그런데, 도 31a에 도시한 바와 같이, 중첩 레이저 용접을 하는 경우, 중첩부분의 밀착성을 확보함과 아울러 레이저 빔(312)의 초점 거리를 정확하게 유지하기 위하여, 레이저 빔과 함께 이동하는 압 롤러(331)(직경 100㎜ 정도)를 사용한다. 이 압 롤러(331)는 외판(306)에 보강부재(307)를 레이저 용접할 때에, 레이저 빔(312)과 함께 이동하여 보강부재(307)의 접합부분을 외판(306)에 꽉 누르도록 구성되어 있다.
이때, 연부재(332)(창 프레임, 도어 마스크 등의 프레임)를 외판 보강부재(307)의 단부에 설치하고 있으면, 압 롤러(331)가 연부재(332)에 간섭하여 단부까지 연속하여 레이저 용접을 할 수 없다. 그 때문에 종래에는 압 롤러(331)를 떼어내고 용접을 하고 있었으므로 막대한 공수를 필요로 하고 있다. 반대로, 연부재(322)를 후부착(後付け)으로 하면, 압 롤러(331)가 외판 보강부재(307)에 간섭하여 시공할 수 없는 경우가 있다.
그래서, 도 31a에 도시한 바와 같이, 압 롤러(331)가 통과하는 부분만 연부재(332)의 일부(플랜지(332a) 등)를 절결함으로써 압 롤러(331)가 외판 보강부재(307)의 단부 근처까지 진입 가능한 절결부(332b)를 연부재(332)로 형성하여도 좋다. 이로써, 압 롤러(331)를 떼어내지 않고 일 공정으로 빠르고 정확하게 외판(306)과 외판 보강부재(307)의 레이저 용접을 할 수 있다.
또한, 도 31b에 도시한 바와 같이, 연부재(332)의 높이 이상의 높이 치수를 갖는 긴 압 지그(333)를 외판 보강부재(307) 상에 배치하고, 이 지그(333) 상에서부터 압 롤러(331)로 지그(333)마다 외판 보강부재(307)를 꽉 누르는 것도 가능하다.
이와 같이 하면, 구조부재에 수고를 추가함 없이, 외판 보강부재(307)의 단부까지 외판(6)에 용접할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 고정밀도이면서도 미려한 외판면을 갖는 스테인리스 구조체를 비교적 용이하게 얻기 위하여, 연속 레이저 용접에 의해 외판 패널을 조립한 후에는 외판 표면을 브러싱(brushing), 또는 숏 불러스트(shot blast) 처리를 하여 미려하게 마무리한다. 혹은 레이저 용접에 의해 구조체를 조립한 후에, 외판을 브러싱, 또는 숏 블러스트 처리하여 미려하게 마무리하도록 하여도 좋다. 또한, 용접선부를 컬러 밴드(color band)로 덮는 것이라도 좋다. 또한, 레이저 용접에 의한 조인트는 관통 중첩 용접, 부분 용입 중첩 용접, 맞댐 용접 중 어느 것이라도 좋다.
혹은 외판(306)의 막 두께를 3㎜ 이상으로 하면 외판의 표면 처리, 용접선의 방향에 관계없이 외판면에 용접선을 드러내지 않고 부분 용입 레이저 용접을 하는 것이 가능하다.
이와 같이 하면, 브러싱 등의 후처리를 하지 않아도 용접 공정만으로 외판의 미관을 확보할 수 있다.
또 다른 실시예로서, 외판의 막 두께는 종래대로이어도 용접선의 방향을 일정 방향, 특히 측외판에 있어서는 차체 길이 방향으로 통일함으로써 다소 용접흔이 외판면에 나와도 눈에 띄지 않게 하는 (걱정이 되지 않도록 하는) 것도 가능하다.
외판에 나타나는 용접선을 전부 일정 방향으로 하기 위하여, 본 실시 형태에서는 외판과 긴 외판 보강부재(횡골(橫骨))를 레이저 용접하고, 그 위에서부터 외판 보강부재에 직교하는 방향으로 메인 프레임(縱骨)을 통과시키는 「부골구조(浮き骨構造)」를 채용하고 있다.
이 부골구조에 있어서는 횡골과 종골을 교차시키고 레이저 용접에 의해 접합하는 경우, 접합 때는 중첩부의 밀착성을 확보하기 이하여, 전술한 압 롤러가 사용된다. 상측에 위치하는 종골의 플랜지의 막 두께 혹은 강성이 불충분하면, 횡골과 아울러 종골의 플랜지부가 휘고, 밀착성을 확보할 수 없다. 이것을 해소하기 위해서는 대형 압 지그가 별도로 필요해지고 생산성과 비용을 현저하게 악화시킨다
위에 위치하는 종골의 막 두께(2.5㎜)를 아래에 위치하는 횡골(1㎜)보다도 두껍게 하거나, 종골의 플랜지 단부를 절곡하여 강성을 확보하는 등의 대책에 의해 대형 지그가 없더라도 횡골의 휨을 해소할 수 있고, 간편한 압 롤러에 의해 해당부의 용접을 할 수 있으므로 생산성ㆍ 비용이 우수하다.
또한, 횡골과 종골의 교차부가 측창이나 측출입구 등의 외판 개구의 모서리 부에 근접하는 경우, 횡골과 종골 사이에 큰 전단력이 생기기 쉽고, 횡골 및 종골의 협소한 플랜지 중첩부에서의 접합만으로는 강도를 확보할 수 없는 적이 있다.
그래서, 도 32에 도시한 바와 같이, 종골(341)의 플랜지(341a)를 넓히고 거싯(gusset) 형상의 연장부(이하, "거싯부"라고 함)(341b)로 구성하여 접합 면적을 확보할 수 있다. 이 경우, 횡골(외판 보강부재(307))을 외판(306)의 개구 모서리부 형상으로 합치고 단부까지 연장하는 것이 바람직하다.
상기 거싯부(341b)와, 외판 보강부재(307)의 연장부를 접합함으로써 입체 거싯을 구성하는 것이 가능해진다. 또한, 해당 거싯부(314b)는 위에 위치하는 종골(341)과는 별개 부품이어도 좋다. 또한, 해당 거싯부(314b)와, 외판 보강부재(307)의 연장부의 접합은 레이저 용접에 의한 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 횡골(보강부재(307))과 종골(341)의 중첩부에 생기는 전단 응력을 경감하는 것이 가능해진다. 게다가, 외판(306)에 생기는 응력을 입체 거싯에 의해 경감하는 것이 가능해진다.
또한, 횡골(외판 보강부재(307)), 종골(341)의 중첩부나 횡골(외판 보강부재(307)와 거싯부(314b)의 중첩부 등의 협소부에 있어서 레이저 용접을 적용하는 경우, 용접선(U)은 간헐적이고 짧아지기 때문에 이와 같은 협소부에 있어서 도 33a에 도시한 바와 같이, 용접선이 닫히도록 레이저 빔의 광축(光軸)을 회전시켜 링(ring) 형상의 용접선(U1)(직경 10~20㎜ 정도의 링 용접)을 구성하도록 하여도 좋다. 링 직경은 접합부 면적 및 요구 강도 등으로부터 적당하게 설정된다.
이와 같이 하면, 협소부에 있어서도 긴 용접선(U1)을 확보할 수 있으므로 필 요한 강도를 얻을 수 있다. 또한, 용접단부가 없으므로 균열도 생기기 어렵다.
또한, 이 링 용접 때, 도 33b에 도시한 바와 같이, 통상의 압 지그(351)를 이용하면, 상하부재의 밀착성을 확보하여 적절한 레이저 용접을 할 수 있다.
도 34a는 측외판에 내장품, 기기류를 설치하는 구조의 일 예를 도시하고 있다. 도 34a에 도시한 바와 같이, 판재를 절곡하여 레일 형상으로 가공한 긴 레일 부재(361)가 측외판(306)에 차체 길이 방향으로 혹은 차체 길이 방향과 직교하는 방향으로 레이저 용접에 의해 설치되어 있다. 이 레일부재(361)는 모서리 머리의 특수 볼트(bolt), 너트(nut) 등의 설치부(362)의 두부(頭部)가 계합(係合)되는 오목부(凹部)를 구비한다. 레일부재(361)는 그 오목부(凹部)의 양측부가 이중벽부로 되고, 그 이중벽부의 외측 벽부의 양단부로부터 서로 반대 방향으로 설치부가 연장하도록 1장의 판재를 절곡함으로써 형성되어 있다. 내장품ㆍ기기류로서의 의자나 내장 패널은 레일부재(361)에 계합된 설치구(362)에 설치된다. 이상과 같이 함으로써 측외판에 내장품, 기기류를 설치하는 것이 가능해진다.
또한, 도 34b에 도시한 바와 같이, 지붕구조체의 횡골(서까래(垂木))(363)에 차체 길이 방향으로 상기 동일한 레일부재(364)를 설치하고 이 레일부재(364)에 설치구(365)를 계합하여도 좋다. 이로써, 지붕구조체의 횡골(363)에 내장품ㆍ기기류로서의 천정 덕트(duct)나 형광등 등의 유닛을 고정시키는 것이 가능해진다.
도 35a에 도시한 바와 같이, 대 프레임(305)의 상판(床板)(키스톤 플레이트(keystone plate)) 사이에 차체 길이 방향으로 레일부재(371)를 접합하고, 의자를 설치되도록 할 수도 있다(시트 트랙(seat track)).
또한, 도 35b에 도시한 바와 같이, 레일부재(372)를 대 프레임의 횡량(橫粱)으로서 이용함으로써 레일부재(372)에 상하(床下) 기기류를 매달도록 할 수도 있다.
이 경우, 레일부재는 드로우(draw) 성형 혹은 롤 성형에 의해 레일 형상으로 성형 가공된다. 이 긴 레일부재는 레이저 용접에 의해 외판 혹은 메인 프레임에 설치된다. 또한, 여기서는 레이저 용접에 의해 레일부재를 메인 프레임에 설치하고 있지만, 이것 대신에 아크 용접이나 저항 스폿 용접에 의해 레일부재를 메인 프레임에 설치하여도 좋다.
이와 같이 하면, 부품점수의 감소, 내부 골조 등의 2차 구조재의 설치공수 감소, 치수관리의 용이화를 도모할 수 있다.
또한, 상기 드로우 성형에 의하면, 일반적인 프레스 성형보다도 훨씬 저렴하고 고정밀도로 레일부재를 성형 가공할 수 있다. 그 결과, 레일부재로의 설치구의 두부(頭部)의 정밀도가 좋은 서로 끼움을 실현하는 것이 가능해진다.
이어서, 측구조체의 조립 방법 및 측구조체를 복수개의 유닛으로 분할하여 제조하고 그것들의 제조 후에 그것들을 레이저 용접에 의해 접합하여 측구조체로 하는 방법에 관하여 설명한다.
(1) 제1 방법에서는 도 36a에 도시한 바와 같이, 2종류의 측 유닛(381A),(381B), 막판 유닛(382) 및 도어 마스크(383)를 제각기 제조하고, 그 후에, 그것들을 레이저 용접으로써 결합하고, 측구조체(384)로 한다. 이 경우, 측유닛(381A),(381B), 막판 유닛(382)을 레이저 용접으로써 조립하도록 하여도 좋다.
(2) 제2 방법에서는 도 37a에 도시한 바와 같이, 막판부(381Ca),(381Da)를 포함하는 측 유닛(381C),(381D) 및 도어 마스크(383)를 제각기 제조하고, 그 후에, 그것들을 레이저 용접으로써 결합하고 측구조체(385)로 한다.
상기 측 유닛(381C),(381D)는 레이저 용접을 사용하여 조립된다. 도어 마스크(383)의 결합 방법도 레이저 용접이다. 측 유닛(381C),(381D)의 막판부(381Ca),(381Da)끼리의 결합 방법은 레이저 접합 혹은 아크 용접이다.
(3) 제3 방법에서는 도 38a에 도시한 바와 같이, 막판부(381Ca),(381Da)를 포함하는 측 유닛(381C),(381D) 및 막판부까지 연장하는 도어 마스크(383A)를 제각기 제조하고, 그 후에, 그것들을 레이저 용접으로써 결합하고, 측구조체(386)로 한다. 도어 마스크(383A)의 막판부까지 연장한 부분은 측 유닛(381C),(381D)의 막판부(381Ca),(381Da)의 외측에 위치한다.
상기 측 유닛(381C),(381D)은 레이저 용접을 사용하여 조립된다. 도어 마스크(383A)의 결합 방법, 측 유닛(381C),(381D)의 막판부(381Ca),(381Da)끼리의 결합 방법은 전술한 대로이다.
(4) 제4 방법에서는 도 39a에 도시한 바와 같이, 막판부(381Ea),(381Fa) 및 2분할 도어 마스크(381Ea),(381Fa)를 포함하는 측 유닛(381E),(381F)을 제각기 제조하고, 그 후에, 측 유닛(381E),(381F)끼리를 레이저 용접으로써 결합하고, 측구조체(87)로 한다.
상기 측 유닛(381E),(381F)은 레이저 용접을 사용하여 조립된다.
이와 같이 하면, 측구조체(384~387)의 시공 속도를 향상시키고, 측외판의 미 관을 향상시키고, 수밀성을 확보하여 실리스(sealless)로 하고, 치수 정밀도를 향상시키는 일에서 유리하다.
그런데, 전술한 측 유닛(381A~381F)의 조립 방법은 예를 들면, 도 40에 도시한 바와 같이, 측외판을 요판(141A), 취기판(141B), 막판(141C)으로 분할하여 두고, 각각의 외판(141A~141C)에 외판 보강부재(142A~142C)를 레이저 용접으로써 접합하고, 요(腰) 패널(143A), 취기 패널(143B), 막(幕) 패널(143C)을 제작한다.
이 때, 외판(141A)과 외판 보강부재(142A)의 플랜지부에서는 중첩 조인트가 구성되어 있고, 도 41a, 도 41b, 도 41c, 도 41d에 도시한 바와 같이, 외판(141A)과 외판 보강부재(142A)측으로부터의 부분 용입 레이저 용접에 의해 양자가 접합된다. 외판(141B),(141C)과 외판 보강부재(142B),(142C)의 플랜지부의 접합도 동일하다. 또한, 창 프레임(미도시)은 동일하게 하여 미리 취기판(141B)에 레이저 용접에 의해 접합하여 둔다.
취기판(141B)의 하단연 및 막판(141C)의 하단연에는 세기리(せぎり)가 설치되어 있고, 취기판(141B)의 하단연의 세기리(せぎり)부와 요판(141A)의 상단 및 막판(141C)의 하단과 취기판(141B)의 상단에서 중첩 조인트를 형성하고, 이 부분을 레이저 용접함으로써 측 유닛(121)을 형성한다(도 42 참조). 또한, 122는 창 개구부, 123은 도어 개구부이다.
더욱이, 상기 중첩 조인트부에 위치하는 요대(腰帶)(145), 막대(幕帶)(144A),(144B)를 레이저 용접에 의해 외판에 접합한다(도 43 참조). 이 때, 요대(145), 막대(144A),(144B)의 존재에 의해 요 패널(143)과 취기 패널(143B) 혹은 취기 패널과 막 패널의 레이저 용접에 의한 시공에 지장이 없도록 요판(145), 막판(141B),(141C)을 배치할 수 있으면, 요대(145), 막대(144A),(144B)를 미리 취기판(141B)에 접합하여 둘 수도 있다.
다음에, 호선주(戶先柱)(146A), 호고주(146B), 간주(間柱)(146C)의 각 종주(縱柱)(146)를 외판 보강부재(142A)의 두부에 레이저 용접에 의해 접합한다(도 40, 도 41d 및 도 43 참조). 이 때, 짧은 용접선이어도 좋고, 혹은 링 형상의 용접선이면, 접합 강도가 더 안정한다. 또한, 148은 도어 프레임이다.
최종적으로 요대(145), 막대(144A),(144B)와 호고주(146B)의 결합부 및 그 근처에 거싯(150A~150D)을 레이저 용접으로써 접합하여 측 유닛(121)을 완성시킬 수 있다(도 44 참조).
그리고, 상술한 부분인 측 유닛의 제조 방법은 처구조체 유닛, 지붕 유닛, 대 프레임 유닛의 제조에도 적용할 수 있다.
지붕구조체 유닛의 경우는, 지붕외판끼리를 연속 레이저 용접에 의해 접합한 후, 서까래와 지붕외판을 외판측에서의 레이저 용접에 의해 접합한다. 이 때, 지붕구조체에서는 고도의 미관을 요구하지 않으므로 레이저 용접은 관통 용접이나 부분 용입 용접이라도 좋다.
대 프레임 유닛의 경우는, 측량과 횡량을 거싯을 개재하여 레이저 용접 혹은 저항 스폿 용접으로써 접합하여 프레임 조를 제작한 후, 키스톤 플레이트의 상판(床板)과 횡량을 상판(床板)측에서의 레이저 용접에 의해 접합한다. 이 때, 대 프레임 하부 및 상판면(床板面)은 차체 완성 후는 사각(死角) 혹은 은폐부가 되고 미 관의 요구는 없으므로 레이저 용접은 관통 용접이거나 부분 용입 용접이어도 좋다.
그리고, 이것들 좌우의 측 유닛, 지붕 유닛, 대 프레임 유닛 및 전후의 처 유닛은 도 25~도 37에 예시하는 방법에 의해 접합되고, 철도 차량용 구조체가 조립된다.
또한, 상술한 실시 형태는 일 예로서, 본 발명의 요지를 해치지 않는 범위에서 각종 변형은 가능하고, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 아니 한다.
본 발명은 용접흔을 시각적으로 눈에 뛰지 않게 할 수 있는 레이저 용접 방법, 레이저 용접 조인트, 외판 패널 및 철도 차량용 구조체를 제공하고, 아울러 스폿 용접 사이의 좌굴 혹은 초기 뒤틀림에 의한 좌굴 강도의 감소없이 요구대로의 좌굴 강도를 얻을 수 있는 철도 차량용 구조체를 제공한다.

Claims (51)

  1. 복수개의 판 형상 부재를 중첩하고, 그 면외 방향으로부터 레이저 빔을 이동하면서 연속적으로 조사하고, 레이저 빔을 조사한 판 형상 부재의 반대측에 위치하는 판 형상 부재의 내부까지의 영역을 가열 용융하여, 그로써 생긴 용융지의 저부가 상기 반대측의 판 형상 부재의 외측면에 도달하지 않도록 레이저 빔의 출력 또는 빔 이동 속도를 제어하면서 상기 복수개의 판 형상 부재를 접합하는 레이저 용접 방법이며,
    상기 반대측의 판 형상 부재의 외측면에, 미리 상기 레이저 빔에 의한 용접선 방향과 거의 평행하게 연마 가공이 실시되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 방법.
  2. 복수개의 판 형상 부재를 중첩하고, 그 면외 방향으로부터 레이저 빔을 이동하면서 연속적으로 조사하고, 레이저 빔을 조사한 판 형상 부재의 반대측의 판 형상 부재의 내부까지의 영역을 가열 용융하여, 그로써 생긴 용융지의 저부가 상기 반대측의 판 형상 부재의 외측면에 도달하지 않도록 레이저 빔의 출력 또는 빔 이동 속도를 제어하면서 상기 복수개의 판 형상 부재가 접합되어 이루어지는 레이저 용접 조인트이며,
    상기 반대측의 판 형상 부재의 외측면에, 미리 상기 레이저 빔에 의한 용접 선 방향과 거의 평행하게 연마 가공이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 조인트.
  3. 외판의 내측에 제1 보강부재를 중첩하고, 그 제1 보강부재측으로부터 레이저 빔을 이동하면서 연속적으로 조사하고, 상기 외판의 내부까지의 영역을 가열 용융하여, 그로써 생긴 용융지의 저부가 상기 외판의 외측면에 도달하지 않도록 레이저 빔의 출력 또는 빔 이동 속도를 제어하면서 접합되는 외판 패널이며,
    상기 외판은 외측면에 상기 레이저 빔에 의한 용접선 방향과 거의 평행하게 연마 가공이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 외판 패널.
  4. 외판의 내측에 제1 보강부재를 중첩하고, 그 제1 보강부재측으로부터 레이저 빔을 이동하면서 연속적으로 조사하고, 상기 외판의 내부까지의 영역을 가열 용융하여, 그로써 생긴 용융지의 저부가 상기 외판의 외측면에 도달하지 않도록 레이저 빔의 출력 또는 빔 이동 속도를 제어하면서 접합되는 외판 패널을 측구조체의 측외판으로서 사용하는 철도 차량용 구조체이며,
    상기 외판 패널의 외판은 외측면에 상기 레이저 빔에 의한 용접선 방향과 거의 평행하게 연마 가공이 실시되고, 상기 용접선 방향이 특정 방향과 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 보강부재는 모자 형상의 단면 부분을 갖고,
    상기 단면 부분이 대략 ㄷ자 형상의 본체부와, 이 본체부의 개구단연에 서로 반대 방향으로 연장하도록 연접되고 상기 외판에 레이저 용접에 의해 접합되는 플랜지부를 갖는 것이며, 상기 본체부가 차량 길이 방향으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 ㄷ자 형상의 본체부는 개구측을 향하여 서서히 간격이 넓어지는 구성으로 되고,
    상기 제1 보강부재에 있어서 상기 외판과는 반대측에, 상기 제1 보강부재에 직교하는 방향으로 연장하는 모자 단면 형상의 제2 보강부재가 설치되고,
    이 제2 보강부재의 플랜지부가 상기 제1 보강부재의 본체부에 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  7. 측구조체의 외판과, 그 외판의 내측에 접합되고 외판을 보강하는 제3 보강부 재를 갖고, 이 제3 보강부재의 일부 혹은 전부가 차체 길이 방향으로 배치되고, 상기 제3 보강부재가 상기 외판에 레이저 용접으로써 접합되어 있는 철도 차량용 구조체이며,
    상기 외판에 생기는 면내 응력 성분을 차체 길이 방향과 그것에 직교하는 방향의 단축 응력(σx, σy) 및 전단 응력(τ)으로 분해하고, 이것들의 응력이 오일러(Euler) 좌굴 식과 소성 수정 식으로 결정되는 좌굴 응력치 이하가 되도록, 상기 레이저 용접에 의한 용접선의 간격에 의해 정의되는 보강부재의 피치가 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  8. 측구조체의 외판과, 그 외판의 내측에 접합되고 외판을 보강하는 제3 보강부재를 갖고, 이 제3 보강부재의 일부 혹은 전부가 차체 길이 방향으로 배치되고, 상기 제3 보강부재가 상기 외판에 레이저 용접으로써 접합되어 있는 철도 차량용 구조체이며,
    상기 레이저 용접에 의한 용접선의 간격에 의해 정의되는 상기 제3 보강부재의 피치는 상기 제3 보강부재가 연장하고 있는 방향에 있어서 상기 제3 보강부재의 하중 부담이 가장 커지는 지점의 좌굴 강도에 기초하여 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  9. 측구조체의 외판과, 그 외판의 내측에 접합되고 외판을 보강하는 제3 보강부재를 갖고, 이 제3 보강부재가 레일 방향으로 배치되고, 상기 제3 보강부재가 상기 외판에 레이저 용접으로써 접합되어 있는 철도 차량용 구조체이며,
    상기 제3 보강부재는, 모자 형상의 단면이고, 대략 ㄷ자 단면 형상의 ㄷ자 형상부와, 상기 ㄷ자 형상부의 단연에 연속하여 서로 반대 방향으로 연장하도록 설치되고 상기 외판에 레이저 용접되는 2개의 설치 플랜지부를 갖고,
    상기 제3 보강부재의 ㄷ자 형상부의 폭을, 그 외의 부분에 설치되는 제1 부재의 ㄷ자 형상부의 폭보다도 작도록 형성하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제3 보강부재는 모자 형상의 단면이고, 대략 ㄷ자 단면 형상의 ㄷ자 형상부와, 이 ㄷ자 형상부의 단연에 연속하여 서로 반대 방향으로 연장하도록 설치되고 상기 외판에 레이저 용접되는 2개의 설치 플랜지부를 갖고,
    상기 제3 보강부재는 상기 ㄷ자 형상부 내에 그 ㄷ자 형상 개구부의 강성을 높이는 제4 보강부재가 미리 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제3 보강부재는 모자 형상의 단면이고, 대략 ㄷ자 단면 형상의 ㄷ자 형상부와, 이 ㄷ자 형상부의 단연에 연속하여 서로 반대 방향으로 연장하도록 설치되고 상기 외판에 레이저 용접되는 2개의 설치 플랜지부를 갖고,
    상기 제3 보강부재는 상기 ㄷ자 형상부 내에 그 ㄷ자 형상 개구부의 강성을 높이는 제4 보강부재가 미리 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제3 보강부재는 상기 ㄷ자 형상부 내에 그 ㄷ자 형상 개구부의 강성을 높이는 제4 보강부재가 미리 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제3 보강부재의 ㄷ자 형상부의 두부에는, 상기 제4 보강부재를 상기 외판에 대하여 레이저 용접에 의해 접합하기 위한 개구부 또는 절결부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제3 보강부재의 ㄷ자 형상부의 두부에는 상기 제4 보강부재를 상기 외판에 대하여 레이저 용접에 의해 접합하기 위한 개구부 또는 절결부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제3 보강부재의 ㄷ자 형상부의 두부에는 상기 제4 보강부재를 상기 외판에 대하여 레이저 용접에 의해 접합하기 위한 개구부 또는 절결부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  16. 제7항에 있어서,
    상기 제3 보강부재는 상기 외판에 레이저 용접에 의해 접합되는 기부와, 이 기부에 대하여 내부가 중공인 팽출부를 갖고, 단부가 폐쇄되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  17. 제8항에 있어서,
    상기 제3 보강부재는 상기 외판에 레이저 용접에 의해 접합되는 기부와, 이 기부에 대하여 내부가 중공인 팽출부를 갖고, 단부가 폐쇄되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  18. 제7항에 있어서,
    상기 외판에 형성되는 개구부의 모서리부에 있어서, 상기 제3 보강부재의 단부에 대하여 내판 프레임이 레이저 용접에 의해 접합되고, 상기 제3 보강부재의 단부를 서로 결합하고 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  19. 제8항에 있어서,
    상기 외판에 형성되는 개구부의 모서리부에 있어서, 상기 제3 보강부재의 단부에 대하여 내판 프레임이 레이저 용접에 의해 접합되고, 상기 제3 보강부재의 단부를 서로 결합하고 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  20. 제9항에 있어서,
    상기 외판에 형성되는 개구부의 모서리부에 있어서, 상기 제3 보강부재의 단 부에 대하여 내판 프레임이 레이저 용접에 의해 접합되고, 상기 제3 보강부재의 단부를 서로 결합하고 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 제3 보강부재와 내판 프레임은 레이저 용접에 의해 접합되고, 그 용접선이 닫혀 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 제3 보강부재와 내판 프레임은 레이저 용접에 의해 접합되고, 그 용접선이 닫혀 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 제3 보강부재와 내판 프레임은 레이저 용접에 의해 접합되고, 그 용접선이 닫혀 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  24. 제7항에 있어서,
    상기 외판에 형성되는 개구부의 주연에 연부재가 설치되고,
    상기 연부재에, 상기 외판에 상기 제3 보강부재를 레이저 용접하는 때에, 레이저 빔과 함께 이동하고 상기 외판에 상기 제3 보강부재의 접합부분을 가압하는 압 롤러가 접근 가능한 절결부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  25. 제8항에 있어서,
    상기 외판에 형성되는 개구부의 주연에 연부재가 설치되고,
    상기 연부재에, 상기 외판에 상기 제3 보강부재를 레이저 용접하는 때에, 레이저 빔과 함께 이동하고 상기 외판에 상기 제3 보강부재의 접합부분을 가압하는 압 롤러가 접근 가능한 절결부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  26. 제9항에 있어서,
    상기 외판에 형성되는 개구부의 주연에 연부재가 설치되고,
    상기 연부재에, 상기 외판에 상기 제3 보강부재를 레이저 용접하는 때에, 레이저 빔과 함께 이동하고 상기 외판에 상기 제3 보강부재의 접합부분을 가압하는 압 롤러가 접근 가능한 절결부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  27. 제7항에 있어서,
    상기 제3 보강부재는 단면이 모자 형상이고, 대략 ㄷ자 형상 단면의 ㄷ자 형상부와, 이 ㄷ자 형상부의 단연에 연속하여 서로 반대 방향으로 연장하도록 설치되고 상기 외판에 레이저 용접되는 2개의 설치 플랜지부를 갖고,
    상기 제3 보강부재는 프리 에지로 이루어지는 단부 외측에 내판 프레임이 접합되고,
    상기 내판 프레임은 상기 제3 보강부재의 ㄷ자 형상부에 접합되는 본체부와, 이 본체부에 연접되고 상기 단부를 폐쇄하는 방향으로 연장하는 각부와, 이 각부에 연접되고 상기 외판에 접합되는 플랜지부를 갖는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  28. 제8항에 있어서,
    상기 제3 보강부재는 단면이 모자 형상이고, 대략 ㄷ자 형상 단면의 ㄷ자 형상부와, 이 ㄷ자 형상부의 단연에 연속하여 서로 반대 방향으로 연장하도록 설치되고 상기 외판에 레이저 용접되는 2개의 설치 플랜지부를 갖고,
    상기 제3 보강부재는 프리 에지로 이루어지는 단부 외측에 내판 프레임이 접 합되고,
    상기 내판 프레임은 상기 제3 보강부재의 ㄷ자 형상부에 접합되는 본체부와, 이 본체부에 연접되고 상기 단부를 폐쇄하는 방향으로 연장하는 각부와, 이 각부에 연접되고 상기 외판에 접합되는 플랜지부를 갖는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  29. 제7항에 있어서,
    상기 제3 보강부재는 프리 에지로 이루어지는 단부 외측에 내판 프레임이 접합되고,
    상기 내판 프레임은 상기 제3 보강부재의 ㄷ자 형상부에 접합되는 제1 플랜지부와, 상기 외판에 접합되는 제2 플랜지부와, 이 제1 및 제2 플랜지부로부터 서로 평행하게 동일 높이까지 연장하는 제1 및 제2 각부와, 이 제1 및 제2 각부의 상단연을 결합하고 상기 외판과 평행하게 연장하는 수평부를 갖는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  30. 제8항에 있어서,
    상기 제3 보강부재는 프리 에지로 이루어지는 단부 외측에 내판 프레임이 접합되고,
    상기 내판 프레임은 상기 제3 보강부재의 ㄷ자 형상부에 접합되는 제1 플랜지부와, 상기 외판에 접합되는 제2 플랜지부와, 이 제1 및 제2 플랜지부로부터 서로 평행하게 동일 높이까지 연장하는 제1 및 제2 각부와, 이 제1 및 제2 각부의 상단연을 결합하고 상기 외판과 평행하게 연장하는 수평부를 갖는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  31. 제7항에 있어서,
    상기 측구조체의 측외판이 지붕구조체의 지붕외판과 접합되고,
    상기 측구조체의 측외판 또는 지붕구조체의 지붕외판 중 어느 것이든지 한쪽 또는 양쪽의 차체 길이 방향으로 연장하는 단연부가 절곡부분을 갖고, 이 절곡부분에 있어서 상기 측외판과 지붕외판이 연속 레이저 용접에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  32. 제8항에 있어서,
    상기 측구조체의 측외판이 지붕구조체의 지붕외판과 접합되고,
    상기 측구조체의 측외판 또는 지붕구조체의 지붕외판 중 어느 것이든지 한쪽 또는 양쪽의 차체 길이 방향으로 연장하는 단연부가 절곡부분을 갖고, 이 절곡부분에 있어서 상기 측외판과 지붕외판이 연속 레이저 용접에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  33. 제9항에 있어서,
    상기 측구조체의 측외판이 지붕구조체의 지붕외판과 접합되고,
    상기 측구조체의 측외판 또는 지붕구조체의 지붕외판 중 어느 것이든지 한쪽 또는 양쪽의 차체 길이 방향으로 연장하는 단연부가 절곡부분을 갖고, 이 절곡부분에 있어서 상기 측외판과 지붕외판이 연속 레이저 용접에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  34. 제31항에 있어서,
    상기 절곡부분은 상기 지붕외판에 상측으로 개방되는 ㄷ자 형상의 단면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  35. 제32항에 있어서,
    상기 절곡부분은 상기 지붕외판에 상측으로 개방되는 ㄷ자 형상의 단면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  36. 제33항에 있어서,
    상기 절곡부분은 상기 지붕외판에 상측으로 개방되는 ㄷ자 형상의 단면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  37. 제7항에 있어서,
    상기 측구조체의 측외판은 대략 L자 단면 형상의 처우주를 개재하여 처구조체의 처외판과 직교하도록 접합되어 있고,
    상기 측구조체의 측외판과 처구조체의 처외판은 상기 처우주에 연속 레이저 용접으로 접합되고 그것과의 사이에서 폐공간을 구성하는 다른 부재가 설치되거나 혹은 상기 처우주에 상기 처외판과의 사이에서 폐공간을 구성하는 폐공간 구성부분이 형성되고,
    상기 폐공간이 지붕으로부터 지표로 빗물을 이동시키는 빗물받이로서 기능하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  38. 제8항에 있어서,
    상기 측구조체의 측외판은 대략 L자 단면 형상의 처우주를 개재하여 처구조체의 처외판과 직교하도록 접합되어 있고,
    상기 측구조체의 측외판과 처구조체의 처외판은 상기 처우주에 연속 레이저 용접으로 접합되고 그것과의 사이에서 폐공간을 구성하는 다른 부재가 설치되거나 혹은 상기 처우주에 상기 처외판과의 사이에서 폐공간을 구성하는 폐공간 구성부분이 형성되고,
    상기 폐공간이 지붕으로부터 지표로 빗물을 이동시키는 빗물받이로서 기능하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  39. 제9항에 있어서,
    상기 측구조체의 측외판은 대략 L자 단면 형상의 처우주를 개재하여 처구조체의 처외판과 직교하도록 접합되어 있고,
    상기 측구조체의 측외판과 처구조체의 처외판은 상기 처우주에 연속 레이저 용접으로 접합되고 그것과의 사이에서 폐공간을 구성하는 다른 부재가 설치되거나 혹은 상기 처우주에 상기 처외판과의 사이에서 폐공간을 구성하는 폐공간 구성부분이 형성되고,
    상기 폐공간이 지붕으로부터 지표로 빗물을 이동시키는 빗물받이로서 기능하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  40. 제7항에 있어서,
    상기 외판의 표면은 표면 처리로서, 브러싱 또는 숏 블러스트 처리가 실시되고 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  41. 제8항에 있어서,
    상기 외판의 표면은 표면 처리로서, 브러싱 또는 숏 블러스트 처리가 실시되고 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  42. 제9항에 있어서,
    상기 외판의 표면은 표면 처리로서, 브러싱 또는 숏 블러스트 처리가 실시되고 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  43. 제7항에 있어서,
    ㄷ자 단면 형상으로 가공한 긴 레일부재가 상기 외판의 내측에 설치되고, 상기 레일부재에 고정되는 두부를 갖는 설치 볼트를 사용함으로써 내장품 또는 기기류가 설치되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  44. 제8항에 있어서,
    ㄷ자 단면 형상으로 가공한 긴 레일부재가 상기 외판의 내측에 설치되고, 상기 레일부재에 고정되는 두부를 갖는 설치 볼트를 사용함으로써 내장품 또는 기기류가 설치되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  45. 제9항에 있어서,
    ㄷ자 단면 형상으로 가공한 긴 레일부재가 상기 외판의 내측에 설치되고, 상기 레일부재에 고정되는 두부를 갖는 설치 볼트를 사용함으로써 내장품 또는 기기류가 설치되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  46. 제7항에 있어서,
    상기 외판은 상기 제3 보강부재보다도 두께가 두껍고, 3㎜ 이상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  47. 제8항에 있어서,
    상기 외판은 상기 제3 보강부재보다도 두께가 두껍고, 3㎜ 이상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  48. 제9항에 있어서,
    상기 외판은 상기 제3 보강부재보다도 두께가 두껍고, 3㎜ 이상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  49. 제7항에 있어서,
    상기 외판에 형성되는 개구부의 주연에 연부재가 외측에 설치되고,
    상기 연부재는 상기 외판과의 접합부분이 평판을 절곡하여 이루어지는 중첩 판 구조로 이루어져 있고, 상기 외판측으로부터 레이저 용접되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  50. 제8항에 있어서,
    상기 외판에 형성되는 개구부의 주연에 연부재가 외측에 설치되고,
    상기 연부재는 상기 외판과의 접합부분이 평판을 절곡하여 이루어지는 중첩 판 구조로 이루어져 있고, 상기 외판측으로부터 레이저 용접되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
  51. 제9항에 있어서,
    상기 외판에 형성되는 개구부의 주연에 연부재가 외측에 설치되고,
    상기 연부재는 상기 외판과의 접합부분이 평판을 절곡하여 이루어지는 중첩 판 구조로 이루어져 있고, 상기 외판측으로부터 레이저 용접되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 구조체.
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