JP2008238208A - Metallic material joining method and metallic material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属材の接合方法及び金属材に関する。 The present invention relates to a metal material joining method and a metal material.
従来、例えば鉄道車両の構体の製造にあたり、面板状の外板パネルの内側に、例えば断面ハット型の骨部材をレーザ溶接などによって接合したものが数多く存在している。例えば、特許文献1に記載の鉄道車両の外板・付帯物の溶接方法では、外板と骨部材などの付帯物との研磨目を一方向に揃え、この研磨目の方向にレーザ溶接部を形成している。
上述したような外板パネル及び骨部材といった金属材の接合では、接合強度を確保する観点から、接合を行う際の各金属材の密着性が重要となっている。しかしながら、金属材には、プレス加工やロールフォーミング加工といった成形工程で製造ばらつきが生じることが多い。製造ばらつきが大きく所望の形状が得られていない場合、外板パネルに骨部材を載置した際に金属材のフランジ部が外板パネルに対して浮いてしまい、密着性が損なわれることが有り得る。 In the joining of metal materials such as the outer panel and the bone member as described above, the adhesion of each metal material at the time of joining is important from the viewpoint of securing the joining strength. However, manufacturing variations often occur in metal materials in a molding process such as press working or roll forming. When manufacturing variation is large and a desired shape is not obtained, when a bone member is placed on the outer panel, the flange portion of the metal material may float with respect to the outer panel, and adhesion may be impaired. .
一般的な方法としては、溶接ヘッドに取り付けた加圧ローラなどで骨部材のフランジ部を外板パネルに押し付ける方法などが採用されている。しかしながら、金属材の屈曲部分は加工硬化していることが多いため、外板パネルに密着させるようにフランジ部を加圧すると、屈曲部分の形状が保存されたままフランジ部が変形してしまう場合があった。そのため、フランジ部の平坦性が損なわれ、接合の際における各金属材の密着性の確保が困難となる場合があった。 As a general method, a method of pressing a flange portion of a bone member against an outer panel with a pressure roller attached to a welding head or the like is employed. However, since the bent part of the metal material is often work-hardened, if the flange part is pressed so as to be in close contact with the outer panel, the flange part may be deformed while the shape of the bent part is preserved. was there. For this reason, the flatness of the flange portion is impaired, and it may be difficult to ensure the adhesion of each metal material during bonding.
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、接合の際における各金属材の密着性を十分に確保できる金属材の接合方法及びこれに用いる金属材を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a metal material joining method capable of sufficiently ensuring the adhesion of each metal material during joining, and a metal material used in the method. To do.
上記課題の解決のため、本発明に係る金属材の接合方法は、面板状の第1の金属材に対し、面板状の頂部、頂部の両端部に立設されたウェブ部、ウェブ部の先端部から外側に突出するように設けられたフランジ部を備えた長尺の第2の金属材を接合する金属材の接合方法であって、第2の金属材のフランジ部は、その先端部が基端部に対して頂部側に位置するように傾斜しており、第2の金属材におけるウェブ部を内側に向かって加圧しながら、第1の金属材に当接させたフランジ部の長手方向に沿って溶接部を形成することを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problems, the metal material joining method according to the present invention is a face plate-like first metal material, a face plate-like top portion, a web portion erected at both ends of the top portion, and a tip of the web portion. A metal material joining method for joining a long second metal material provided with a flange portion provided so as to protrude outward from the portion, wherein the flange portion of the second metal material has a tip portion thereof. The longitudinal direction of the flange portion which is inclined so as to be located on the top side with respect to the base end portion and presses the web portion of the second metal material inward while being brought into contact with the first metal material It is characterized in that a welded portion is formed along.
この金属材の接合方法では、面板状の第1の金属材に接合する第2の金属材として、フランジの先端部が基端部に対して頂部側に位置するように傾斜したものを用いる。そして、第2の金属材のフランジ部を第1の金属材に当接させるに際し、第2の金属材のウェブ部を内側に向かって加圧する。これにより、ウェブ部の先端部から外側に突出するフランジ部が、加圧によって内側に傾動するウェブ部の角度に応じて第1の金属材側に傾動し、フランジ部全体が第1の金属材に密着することとなる。この金属材の接合方法では、第2の金属材におけるウェブ部を変形させるが、ウェブ部とフランジ部との交差部分は変形させない。そのため、フランジ部の傾動にあたって、当該交差部分の形状が保存されたままフランジ部が変形してしまうことはなく、フランジ部と第1の金属材との密着性を十分に確保することができる。 In this metal material joining method, the second metal material to be joined to the face plate-like first metal material is one that is inclined so that the distal end portion of the flange is positioned on the top side with respect to the proximal end portion. Then, when the flange portion of the second metal material is brought into contact with the first metal material, the web portion of the second metal material is pressurized inward. Thereby, the flange part which protrudes outside from the front-end | tip part of a web part inclines to the 1st metal material side according to the angle of the web part which inclines inside by pressurization, and the whole flange part is the 1st metal material. Will be in close contact. In this metal material joining method, the web portion of the second metal material is deformed, but the intersecting portion of the web portion and the flange portion is not deformed. Therefore, when the flange portion is tilted, the flange portion is not deformed while the shape of the intersecting portion is preserved, and sufficient adhesion between the flange portion and the first metal material can be ensured.
また、ウェブ部を第2の金属材の長手方向に沿ってそれぞれ加圧することが好ましい。こうすると、より確実にフランジ部の第1の金属材への傾動を行うことができる。また、加圧によるウェブ部の変形も防止できる。 Moreover, it is preferable to pressurize a web part along the longitudinal direction of a 2nd metal material, respectively. If it carries out like this, tilting to the 1st metal material of a flange part can be performed more reliably. Further, deformation of the web portion due to pressurization can be prevented.
また、溶接部をレーザ溶接によって形成することが好ましい。これにより、接合部分の機械的強度を十分に確保できる。 Moreover, it is preferable to form a welding part by laser welding. Thereby, the mechanical strength of the joint portion can be sufficiently secured.
また、本発明に係る金属材は、面板状の頂部、頂部の両端部に立設されたウェブ部、ウェブ部の端部から外側に突出するように設けられたフランジ部を備え、フランジ部は、その先端部が基端部に対して頂部側に位置するように傾斜していることを特徴としている。 Further, the metal material according to the present invention includes a face plate-like top portion, a web portion erected on both ends of the top portion, and a flange portion provided so as to protrude outward from the end portion of the web portion, The tip portion is inclined so as to be located on the top side with respect to the base end portion.
この金属材では、ウェブ部を内側に向かって加圧することにより、ウェブ部の先端部から外側に突出するフランジ部を傾動させることができ、フランジ部全体を面板状の金属材に密着させることが可能となっている。ウェブ部を加圧し、ウェブ部とフランジ部との交差部分には加圧力を加えないことで、フランジ部の傾動にあたって当該交差部分の形状が保存されたままフランジ部が変形してしまうことはなく、フランジ部と第1の金属材との密着性を十分に確保することができる。 In this metal material, by pressing the web portion inward, the flange portion protruding outward from the tip portion of the web portion can be tilted, and the entire flange portion can be brought into close contact with the face plate-like metal material. It is possible. By pressing the web part and applying no pressure to the intersection between the web part and the flange part, the flange part will not be deformed while the shape of the intersection part is preserved when the flange part is tilted. Adequate adhesion between the flange portion and the first metal material can be ensured.
本発明に係る金属材の接合方法及び金属材によれば、接合の際における各金属材の密着性を十分に確保できる金属材の接合方法及びこれに用いる金属材を提供する。 According to the metal material joining method and the metal material according to the present invention, there are provided a metal material joining method capable of sufficiently ensuring the adhesion of each metal material at the time of joining, and a metal material used therefor.
以下、図面を参照しながら、本発明に係る金属材の接合方法及び金属材の好適な実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a metal material joining method and a metal material according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る金属材の接合方法を用いて接合した金属材の一例を示す斜視図である。図1に示す例では、鉄道車両(図示せず)の側構体を構成する外板パネル(第1の金属材)1と、外板パネル1を補強する骨部材(第2の金属材)2とを接合している。 FIG. 1 is a perspective view showing an example of a metal material joined by using a metal material joining method according to an embodiment of the present invention. In the example shown in FIG. 1, an outer panel (first metal material) 1 constituting a side structure of a railway vehicle (not shown) and a bone member (second metal material) 2 that reinforces the outer panel 1. And are joined.
外板パネル1は、例えばステンレス鋼からなり、厚さ約2mmの面板状をなしている。外板パネル1は、鉄道車両の窓よりも上方の部分を構成する幕パネル、窓よりも下方の部分を構成する腰パネル、窓とドアとの間の部分を構成する吹寄せパネルといった側構体の各部分を構成する。なお、外板パネル1の材質は、アルミ合金、高張力鋼、その他の一般鋼であってもよい。 The outer panel 1 is made of, for example, stainless steel and has a face plate shape with a thickness of about 2 mm. The outer panel 1 is composed of a side panel such as a curtain panel that forms a portion above the window of the railway vehicle, a waist panel that forms a portion below the window, and a blowing panel that forms a portion between the window and the door. Configure each part. The material of the outer panel 1 may be an aluminum alloy, high-tensile steel, or other general steel.
骨部材2は、例えばステンレス鋼からなる長尺の型材であり、厚さ約2mmの断面ハット状をなしている。骨部材2は、面板状の頂部21と、頂部21の両端部21aにそれぞれ立設される一対のウェブ部22,22によって構成されるチャンネル部20と、各ウェブ部22,22の先端部22aから外側に突出する一対のフランジ部23,23とを備えている。
The
骨部材2は、チャンネル部20が鉄道車両の車室内側に突出するようにして、鉄道車両の長手方向(水平方向)に沿って延在している。骨部材2のフランジ部23,23は、外板パネル1の内面側に密着した状態となっている。そして、骨部材2は、フランジ部23,23の長手方向に沿って所定の間隔で形成されたスポット状の溶接部Wにより、外板パネル1の内面1aに強固に固定されている。
The
続いて、上述した外板パネル1と骨部材2との接合方法について説明する。
Next, a method for joining the outer panel 1 and the
まず、図2に示すように、外板パネル1と骨部材2とを用意する。骨部材2としては、例えば頂部21の幅が約50mm、ウェブ部22の高さが約40mm、フランジ部23,23の幅が約30mmのものを用いる。また、骨部材2においては、頂部21とウェブ部22とがなす開放角θ1が約90°となっているのに対し、ウェブ部22とフランジ部23とがなす開放角θ2が約88°となっている。
First, as shown in FIG. 2, an outer panel 1 and a
このように、接合前の骨部材2のフランジ部23,23は、各ウェブ部22,22の先端部22aからウェブ部22,22に対して直角に突出するのではなく、フランジ部23,23の先端部23aが基端部23bに対して頂部21側に位置するように、頂部21側に約2°程度傾斜して突出した状態となっている。
Thus, the
外板パネル1と骨部材2とを用意した後、まず、内面1aを上向きにして外板パネル1を定盤(図示せず)上に載置する。次に、チャンネル部20が外板パネル1の内面1aから突出するような向きにして、骨部材2を外板パネル1上に載置する。このとき、上述したように、骨部材2のフランジ部23,23が頂部21側に約2°程度傾斜して突出した状態となっているため、骨部材2を外板パネル1上に載置すると、骨部材2は、フランジ部23,23の基端部23bのみが外板パネル1の内面1aに当接することとなる。
After preparing the outer panel 1 and the
次に、加圧装置(図示せず)を用いて骨部材2への加圧を行う。加圧装置は、長尺の押さえ板31を有する加圧治具32を複数(本実施形態では2つ)備えている。固定装置は、動作開始を指示する動作指示情報の入力を受けると、骨部材2のウェブ部22の外方からチャンネル部20を挟み込むように加圧治具32,32をそれぞれスライドさせる。そして、ウェブ部22の略中央部分に押さえ板31を押し当てることにより、骨部材2の長手方向に沿って、ウェブ部22をチャンネル部20の内側に向けてそれぞれ加圧する。
Next, the
加圧治具32,32によるウェブ部22への加圧により、ウェブ部22は、頂部21の両端部21aが支点となって、ウェブ部22の先端部22a同士が互いに接近するように、チャンネル部20の内側に向かって約2°程度傾動する。これにより、ウェブ部22の先端部22aから屈曲して外側に突出するフランジ部23が、加圧によって内側に傾動したウェブ部22の角度に応じて外板パネル1側に約2°程度傾動する。したがって、フランジ部23は、外板パネル1aと略平行な状態となり、フランジ部23全体が外板パネル1の内面1aに密着することとなる。
By pressing the
最後に、加圧治具32,32による骨部材2への加圧を続けながら、レーザ溶接ヘッド33をフランジ部23の上方にセットする。そして、レーザ溶接ヘッド33をフランジ部23の長手方向に沿って相対移動させながら、レーザ溶接ヘッド33の先端から例えば波長1.06μm、出力約4.0kWのYAGレーザを所定の時間間隔で出射させる。これにより、フランジ部23の略中央部分に、フランジ部23の長手方向に沿って所定の間隔でスポット状の溶接部Wが形成され、図1に示した外板パネル1と骨部材2との接合材が完成する。
Finally, the
以上説明したように、本実施形態に係る金属材の接合方法では、外板パネル1に接合する骨部材2として、フランジ23の先端部23aが基端部23bに対して頂部21側に位置するように傾斜したものを用いる。そして、骨部材2のフランジ部23を外板パネル1に当接させるに際し、骨部材2におけるウェブ部22を内側に向かって加圧し、ウェブ部22の先端部22aから外側に突出するフランジ部23を外板パネル1側に傾動させる。
As described above, in the metal material joining method according to the present embodiment, the
フランジ部23を外板パネル23に向けて上方から直接加圧する場合、フランジ部23が変形する際に、屈曲によって加工硬化しているウェブ部22とフランジ部23との交差部分の形状が保存されてしまうことがある。この場合、フランジ部23の平坦性が損なわれ、外板パネル1との密着性の確保が困難となる。これに対し、本実施形態に係る金属材の接合方法では、骨部材2におけるウェブ部22を変形させており、ウェブ部22とフランジ部23との交差部分を変形させてはいない。したがって、当該交差部分の形状が保存されたままフランジ部23が変形してしまうことはなく、フランジ部23と外板パネル1との十分な密着性が確保される。この結果、接合材の接合強度が十分に確保される。
When the
また、フランジ部23の傾動においては、頂部21とウェブ部22とがなす開放角θ1が小さくなる方向にウェブ部22を加圧し、ウェブ部22及びフランジ部23を、頂部21の両端部21aを固定端とする単純支持梁のように変形させている。このような変形の実現にあたっては、フランジ部23を外板パネル23に向けて上方から直接加圧する場合のように、ウェブ部22とフランジ部23とがなす開放角θ2が大きくなる方向にフランジ部23を加圧する場合と比べると、小さい加圧力で済む。したがって、加圧装置の大型化を抑制できる。
Further, in the tilting of the
さらに、この金属材の接合方法では、加圧治具32,32により、ウェブ部22の略中央部分を骨部材2の長手方向に沿ってそれぞれ加圧している。このような構成により、より確実にウェブ部22の傾動を行うことができ、フランジ部23と外板パネル1との密着性が更に高められる。また、加圧によってウェブ部22が変形してしまうことも抑制される。
Furthermore, in this metal material joining method, the
本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば骨部材2は、フランジ部23の先端部23aが基端部23bに対して頂部21側に位置するように傾斜しているものであればよく、頂部21とウェブ部22とは必ずしも直交していなくてもよい。例えば図4(a)に示すように、頂部21とウェブ部22とがなす開放角θ1が約92°となっている骨部材41を用いてもよいし、例えば図4(b)に示すように、頂部21とウェブ部22とがなす開放角θ1が約88°となっている骨部材42を用いてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the
骨部材41,42のいずれにおいても、ウェブ部22とフランジ部23とがなす開放角θ2は、上述した骨部材2と同様に約88°となっている。このような骨部材41,42を用いても、接合の際にウェブ部22を内側に加圧することにより、外板パネル1とフランジ部23との密着性を容易に確保することが可能である。また、溶接部Wは、スポット状に限られることはなく、フランジ部23の長手方向に沿った連続溶接部であってもよい。
In any of the
1…外板パネル(第1の金属材)、2,41,42…骨部材(第2の金属材)、21…頂部、21a…頂部の両端部、22…ウェブ部、22a…ウェブ部の先端部、23…フランジ部、23a…フランジ部の先端部、23b…フランジ部の基端部、W…溶接部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Outer panel (1st metal material), 2, 41, 42 ... Bone member (2nd metal material), 21 ... Top part, 21a ... Both ends of top part, 22 ... Web part, 22a ... Web
Claims (4)
前記第2の金属材の前記フランジ部は、その先端部が基端部に対して前記頂部側に位置するように傾斜しており、
前記第2の金属材における前記ウェブ部を内側に向かって加圧しながら、前記第1の金属材に当接させた前記フランジ部の長手方向に沿って溶接部を形成することを特徴とする金属材の接合方法。 For the face plate-like first metal material, a face plate-like top part, a web part erected on both ends of the top part, and a flange part provided so as to protrude outward from the tip part of the web part are provided. A method of joining a metal material for joining a long second metal material,
The flange portion of the second metal material is inclined so that a tip portion thereof is positioned on the top side with respect to a base end portion,
The weld portion is formed along the longitudinal direction of the flange portion in contact with the first metal material while the web portion of the second metal material is pressed inward. Material joining method.
前記フランジ部は、その先端部が基端部に対して前記頂部側に位置するように傾斜していることを特徴とする金属材。 A face plate-like top part, a web part erected on both ends of the top part, and a flange part provided so as to protrude outward from the end part of the web part,
The flange portion is inclined such that a tip end portion thereof is located on the top side with respect to a base end portion.
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WO2021010060A1 (en) * | 2019-07-12 | 2021-01-21 | 本田技研工業株式会社 | Semi-finished product for joined product, and method for manufacturing joined product employing same |
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