專利名稱：摩擦攪拌連接方法和車體的制作方法
技術領域：
本發明涉及摩擦攪拌連接方法。特別是涉及適合于制作在軌道上行駛的車輛，例如鐵道車輛的車體的制作的連接方法。
背景技術：
摩擦攪拌連接方法是使插入連接部的圓棒(稱為旋轉工具)一邊旋轉一邊沿連接線移動，使連接部發熱、軟化，使之塑性流動，固相連接的方法。旋轉工具由大直徑部和小直徑部來組成。把小直徑部插入待連接構件，使大直徑部的端面接觸于前述構件。在小直徑部上設有螺旋部。在待連接的兩個構件的對接部設置凸部，從此一凸部側插入旋轉工具，制成靠凸部的金屬填埋兩個構件之間的間隙。使旋轉工具的大直徑部進入凸部內。中空型材的摩擦攪拌連接以連接兩個面板的連接板為支撐板把中空型材彼此摩擦攪拌連接。這些示于專利第3070735號公報(USP6050474)，特開2000-334581號公報(EP1055478A1)中。
此外，在特開2000-233285號公報的圖14中，把填補料配置在兩個構件之間的間隙中進行摩擦攪拌連接。此外，在特開2000-167677號公報(EP0992314A2)中，在摩擦攪拌連接有凸部的第1構件和沒有凸部的第2構件時，在第2構件側間斷地進行堆焊，然后進行摩擦攪拌連接。
如果在待連接的兩個構件之間有間隙，則無法摩擦攪拌連接。因此，在旋轉工具插入側設置凸部，靠凸部的金屬填埋間隙。但是，現實地說如果間隙例如超過1mm則良好的連接是困難的。如果間隙加大雖然可以考慮加大旋轉工具的直徑，但是容易發生問題。
鐵道車輛等軌道車輛的車體由構成車內側面的側構架，屋頂構架，構成地面的底架等來組成。車體的制作步驟首先連接多個按壓型材，分別制作側構架、屋頂構架、底架。接著把它們連接成車體。由于側構架、屋頂構架、底架長度約20m，寬度約3m，所以其制作誤差很大。因此，連接部的間隙很容易就超過1mm。
發明內容
本發明的目的在于提供一種即使間隙大也能良好地連接的連接方法。
本發明的第2目的在于提供一種容易地進行車體的底架與側構架的摩擦攪拌連接，或者側構架與屋頂構架的摩擦攪拌連接的連接方法。
上述目的可以通過在兩個構件的對接部的間隙中配置填埋間隙構件，然后進行摩擦攪拌連接來實現。
此外，填埋間隙構件也可以切削兩個構件的對接部而設置間隙，把填埋間隙構件配置在此一間隙中。
此外，也可以通過切削兩個構件的對接部，使兩者接近之后進行摩擦攪拌連接來實現。
上述第2目的的底架與側構架的摩擦攪拌連接，由于在成為支撐底架面板的機構的兩個側構架之間配置支撐裝置而進行，所以容易進行。
側構架與屋頂構架的摩擦攪拌連接，由于在兩個側構架之間配置支撐裝置而進行，所以容易進行。
圖1是本發明的一個實施例的連接過程圖。
圖2是圖1的II-II剖視圖。
圖3是圖1的III-III剖視圖。
圖4是圖1的IV-IV剖視圖。
圖5是本發明的另一個實施例的連接裝置的構成圖。
圖6是本發明的另一個實施例的連接裝置的主視圖。
圖7是圖6的VII-VII剖視圖。
圖8是圖7的VIII-VIII剖視圖。
圖9是圖6的底架與側構架的連接部的縱剖視圖。
圖10是本發明的另一個實施例的與圖9相當的圖。
圖11是本發明的另一個實施例的與圖9相當的圖。
圖12是本發明的另一個實施例的連接裝置的主視圖。
圖13是圖12的側構架與屋頂構架的連接部的縱剖視圖。
圖14是本發明的另一個實施例的連接裝置的主視圖。
圖15是本發明的另一個實施例的連接過程圖。
具體實施例方式
首先用圖1至圖4來說明本發明的基本實施例。在圖1中，連接作業按從(A)到(D)的順序來進行。
在圖1(A)中，把板狀的兩個構件10、20放在架座50上使之對接。兩個構件10、20對接成間隙盡可能小。在構件10上沿著與構件20的對接部有突出片15，構件20放在其上。構件10、20在對接部的上表面側設有凸部12、22。在此一狀態下用夾具(未畫出)把構件10、20固定于架座50上。構件10、20為鋁合金制的。把對接部稱為連接線。
上述這樣約束后，用切削工具60從上方切削兩個構件10、20的對接面。借此在對接面產生一定寬度的間隙(溝槽)40。切削的寬度(間隙，溝槽)40大于使構件10、20對接之際產生的間隙。間隙40的下面(切削的下面)直到突出片15的上表面。(圖1(A))用檢測器檢測兩個凸部12、22的寬度，使切削工具60的中心位于其中心，進行切削。檢測凸部12、22的上表面的位置而把切削工具60的插入深度保持恒定。切削進行干切削。用壓縮空氣吹散切屑，用吸塵器吸引。作為切削工具60雖然在圖1中示出端面銑刀，但是也可以是圓鋸。
接著把填補料30配置在通過切屑產生的間隙40中。填補料30的高度尺寸為填補料30的上表面位于凸部12、22的上表面下方的大小。填補料30的上表面位于去掉凸部12、22的構件10、20的板11、21的上表面延長線的上方。填補料30的寬度盡可能接近間隙40的寬度，最好是容易插入的大小。間隙40的寬度與填補料30的寬度之差小于1mm。(圖1(B)，圖2)接著從上方按壓間隙40附近的凸部12、22的上表面，使凸部12、22的角部向間隙40側彎曲。借此向下方推壓填補料30，固定于構件10、20。此一固定是為了在用旋轉工具80進行摩擦攪拌連接之際，填補料30不移動。
此一斂縫作業通過使滾輪70沿著間隙40行走來進行。滾輪70的前端為梯形。滾輪70的寬度中心位于兩個構件10、20的中心(間隙40的中心)。靠滾輪70梯形的斜面來按壓凸部12、22的角部。借此凸部12、22的角部被斂縫。用檢測器檢測兩個凸部12、22的寬度，使滾輪70的中心位于其中心，進行按壓。用檢測器檢測兩個凸部12、22的寬度，使滾輪70的中心位于其中心。(圖1(B)，圖3)滾輪70借助于氣缸裝置75以規定的力把凸部12、22向溝槽40按壓。氣缸裝置75伸縮自如以便允許凸部12、22的高度位置的變化。如果有下文述及的定位焊縫，則滾輪70越過它們。
接著，把旋轉工具80從上方插入對接部，把構件10、20和填補料30三者摩擦攪拌連接。旋轉工具80沿著連接線移動。旋轉工具80的小直徑部82的前端達到突出片15。小直徑部82的直徑大于間隙40的寬度。由檢測器來檢測兩個凸部12、22的寬度，使旋轉工具80的中心位于其中心，進行摩擦攪拌連接。旋轉工具80的插入深度，檢測凸部12、22的上表面的位置而保持恒定。(圖1(C)、(D)，圖4)摩擦攪拌連接之后，根據需要切削掉板11、21的上表面以上的凸部12、22和連接部，使之平滑。
說明各部的大小之一例。間隙40的寬度3mm，間隙40的深度6mm，板11、21的厚度4mm，凸部12、22的高度(除板11、21部分之外)2mm，凸部12、22的寬度8mm，填補料30的寬度2.5mm，填補料30的高度5.5mm，旋轉工具80的大直徑部81的直徑15mm，小直徑部82的直徑6mm，旋轉工具80的傾斜角4°。在摩擦攪拌連接時大直徑部81與小直徑部82的邊界(準確地說是大直徑部81的最下端)位于板11、21的上表面與填補料30的上表面之間。
這樣一來，在使兩個構件對接之際即使沿著連接線有1mm以上的間隙，也由于通過切削來擴大成規定的間隙，接著配置填補料30使間隙不足1mm，接著進行摩擦攪拌連接，所以也能夠是良好的連接。與板11、21的厚度相當的部分的間隙40和填補料30的間隙，利用凸部11、21和填補料30上部的金屬來填埋。
在僅靠斂縫不能充分固定填補料30的場合，通過弧焊把填補料30間斷地定位焊接于凸部11、21。
說明圖5的實施例。61是作為切削工具的圓鋸。在圓鋸61的后方，由吸引口65吸引切屑。此外，切屑靠橡膠制的排除板66而不會進到后方。填補料30卷繞在滾筒90上。填補料從滾筒90借助于導向輥93b、93c、93d順利地彎曲成圓弧形，經由筒形導向器95插入間隙40。這種滾輪93b、93c、93d，導向器95適當地位于滾筒90與滾輪之間。填補料30一進入間隙40，就靠滾輪70固定，靠旋轉工具80來摩擦攪拌連接。這些元件設置在一個臺車上。滾筒90隨著臺車的行走而放出填補料30。
在把凸部12、22斂縫而固定填補料30之際，一開始可以通過焊接把填補料30的端部固定于凸部12、22。
雖然在上述實施例中使填補料30進入間隙40的滾輪70和把凸部12、22斂縫的滾輪70是同一個，但是兩者可以由各自的滾輪來進行。把填補料30插入間隙40的滾輪按壓填補料30的上表面。
此外，雖然靠滾輪70把凸部12、22斂縫而固定填補料30，但是也可以靠滾輪70按壓填補料30的上表面而使之固定。可以使填補料30的上表面比凸部12、22的上表面突出。可以沿著臺車的行走方向設置多個滾輪70而牢固地固定。
此外，雖然靠滾輪70按壓凸部12、22而進行，但是可以間歇地敲擊兩個凸部12、22而進行。敲擊構件像鑿子那樣制成小斷面積。此外，可以吹出壓縮空氣來排除切削溝槽40之際的切屑。
在進行摩擦攪拌連接、平滑之后，進行發線精加工的場合，填補料30的材質可以用與母材的構件10、20相同材質。用與母材不同材質的填補料，在連接部不涂漆而進行發線精加工的場合，容易看到連接部變色，美觀性變差。但是，如果用與母材相同材質的填補料，則變色減少，美觀性不惡化。
說明圖6至圖9的實施例。這適用于軌道車輛例如鐵道車輛的車體的制作。軌道車輛的車體由成為地面的底架110，構成側面的側構架120、120，成為屋頂的屋頂構架130等來組成。首先，把屋頂構架130放在一對側構架120、120的上部并連接成一體。接著，把這些放在底架上并連接成一體。這里說明底架與側構架的摩擦攪拌連接裝置。
底架110放在并固定于架座210。把側構架120、120放在底架110上。屋頂構架130連接于側構架120、120的上部。把側構架120、120與屋頂構架130連接之后，放在底架110上。
側構架120的上部靠支撐裝置230從側方來支撐。支撐裝置230設置在沿車體兩側面設置的框架220上。支撐裝置230在水平方向上伸縮自如。在車體的內側配置支撐裝置240，規定一對側構架120、120的間隔或垂直度。支撐裝置240位于側構架120、120的上部與上部之間、下部與下部之間、以及上部與下部之間。支撐裝置240是加大兩個側構架120、120的間隔的支撐棒或減小間隔的鏈條等。兩者全都帶有松緊螺絲扣，能夠變更間隔。鏈條掛在窗子等上并拉緊。此外，側構架120的下端被從車外側推向車內側。
在車體的兩側面上有連接裝置300、300。連接裝置300的上下靠軌道301、302來支撐，沿著車體直線狀地行走。連接裝置300設置在臺車310上。連接裝置300經由滾輪架在下部的軌道301上，此外有接觸于軌道的左右表面的滾輪。此外，在連接裝置300的上部有接觸于上部軌道302的左右表面的滾輪。軌道302設置在框架220的上部。
連接裝置300是前述實施例的元件。連接裝置300設置在臺車310的升降臺320上。升降臺320被臺車310的四角形框架左右的柱子導向而升降。在升降臺的上部有沿上下方向旋轉的座330。在此一旋轉座330的上面有沿水平方向移動的座340。在移動座340的上面有上下動的座350。在此一上下動座350、350上設置前述實施例的元件。也就是說，在一方的座350上設置著圓鋸61，其驅動裝置，吸引口65，排除板66，傳感器等。在另一方的座350上設置著滾輪70、93b、93c、93d，導向器95，旋轉工具80，其驅動裝置，傳感器等。滾筒90設置在臺車310的上部。
各個前述傳感器檢測凸部的寬度、位置，使水平座340、上下動座350移動，控制圓鋸61、旋轉工具80的位置、深度。水平移動座340改變對車體的距離。
旋轉座330用于待連接部分的車體形狀對垂直面傾斜的場合。
在圖9中，底架110、側構架120分別連接多個中空型材。使側構架120下端的中空型材121各自的面板121b、121c對接于底架110端部的中空型材111。中空型材111稱為側梁，高度或板厚大于另一個中空型材112。
車內側的面板121c放在中空型材111上面的面板111b上。兩者實質上正交。從車內側用弧焊來角焊此一對接部。
車外側的面板121b對接于中空型材111上部的角部的凹部111d，搭接于凹部111d。從車外側摩擦攪拌連接此一對接部。
凹部111d位于中空型材111上面的面板111b和車外側的垂直板111c的連接部。凹部111d分別向上方和車外側開口。在凹部111d上有向上突出的突出片111f。突出片111f搭接于面板121b的背面。
圓鋸61厚度的中心也就是旋轉工具80的軸心延長線位于面板111b板厚的范圍內。借此靠面板111b來支撐摩擦攪拌連接時的載荷，防止連接部的變形，使良好的連接成為可能。
底架110的中空型材111、112上面的面板111b、112b實質上位于同一平面。在面板121b下端的車外側，和連接板111c上端的車外側分別有凸部12、22。
左側的側構架120和底架110的連接部的構成與以上構成相同。
說明連接步驟。把底架110放在架座210上，把側構架120、120放于其上，靠支撐裝置230、240把側構架120固定于規定位置。從車內側、車外側間斷地定位焊接底架110和側構架120、120。接著，車內側正式地弧焊面板121b和111b。
接著，使左右連接裝置300、300同步行走，同步地進行連接。借助于連接裝置300的圓鋸61在連接部設溝槽40，把填補料30配置于其中，最后進行摩擦攪拌連接。
從車體縱長方向的端部用圓鋸61開始作成溝槽(間隙)40的切削。如果作成規定長度的溝槽40則停止臺車310的行走，從滾筒90放出填補料30，插入溝槽40。
接著，把插入溝槽40的填補料30定位焊接于凸部12、22。焊接位置是插入溝槽40的填補料30的起始端。接著，使滾輪70向溝槽40一側突出到規定位置，開始臺車310的行走。再次開始切削。開始填補料30向溝槽40的插入，并且靠滾輪70來進行固定。
摩擦攪拌連接裝置的旋轉工具80一移動到連接線的起始端，就使臺車310的行走停止。一邊使旋轉工具80旋轉，一邊使之插入待連接部分。接著，再次開始臺車310的行走。
使左右的連接裝置300、300同步地進行摩擦攪拌連接。也就是說，實質上左側連接裝置的旋轉工具80的軸心位于右連接裝置300的旋轉工具80的軸心延長線上。在兩者之間有底架110的面板111b、112b。因此，借此來支撐摩擦攪拌連接時的大載荷，可以防止底架110的變形。
但是，一般來說，旋轉工具80的軸心對行走方向傾斜。因此，另一方旋轉工具80往往不存在于一方的旋轉工具軸心延長線上。在此一場合也是，雖然不能靠另一方的旋轉工具80來支撐一方的旋轉工具80的載荷，但是支撐著附近。因此，可以防止底架等的變形而進行摩擦攪拌連接。
作為靠另一方側來支撐一方的旋轉工具80的載荷的裝置，靠滾輪來支撐前述一方的旋轉工具80的軸心延長線上，與前述一方的旋轉工具80同步地行走。在滾輪由多個組成的場合沿連接線設置。此外，設置支撐另一方的連接部周圍的支撐裝置來支撐。對前述一方的旋轉工具80也可以是除掉旋轉工具80的支撐裝置。在此一場合，支撐裝置支撐連接部或未連接部。
車體通常設有中凸形。如果在底車架110上設有中凸形，則切削的高度位置、摩擦攪拌連接的高度位置隨著中凸形而上下移動。在此一場合端面銑刀比圓鋸更合適。
雖然在上述實施例中穩定時通過凸部12、22的斂縫來固定填補料，但是也可以通過焊接按規定間隔來固定。焊接位置設在圓鋸61與導向器95之間。
中空型材121的面板121b與中空型材111的面板111c的連接實際上可以靠連接平行的兩個面板(一個是111c)的連接板111g和面板111c的連接部111h來進行。連接部111h以上的面板111c凹下以便面板121b搭接。借此面板121b的下端對接于連接部111h以上的面板111c。連接板111c位于旋轉工具80軸心延長線上。借此可以支撐旋轉工具80的載荷。面板121c的端部焊接于面板111b。
說明圖10的實施例。在底架110端部的中空型材111的車外側有向上突出的片(相當于面板)111j。使側構架的中空型材121的車外側面板121b對接于它。在片111j與面板121b的對接部的背面有連接內外的面板121b、121c的連接板121d。連接板121d實質上正交于面板121b、121c。因此，連接板121d位于連接時的旋轉工具80軸心延長線上。在連接板121d與面板121b的連接部上與前述實施例同樣有搭接于面板121b的凹部和突出片。
把面板121c與面板111b焊接后，把支撐裝置250配置成接觸于面板121c。支撐裝置250沿車體的縱長方向設置多個。支撐裝置250伸縮自如。接著，進行摩擦攪拌連接。一方的旋轉工具80的載荷經由支撐裝置250傳遞到另一方的旋轉工具80一側。
說明圖11的實施例。在中空型材111的上方突出著兩個突出片111p、111p。兩個突出片(相當于面板)111p、111p靠連接片111q連接著。連接片111q與連接片121d同樣地設置著。在連接片111q與突出片111p、111p的連接部上與前述實施例同樣有搭接于面板121b、121c的凹部和突出片。
把面板121c與突出片111p焊接后，配置支撐裝置250。最好是支撐裝置250接觸于面板121c、突出片111p兩方。使連接板111q位于旋轉工具80軸心延長線上，進行摩擦攪拌連接。
再者，在本實施例中，由于如果縮短突出片111p的長度，則底架110強固，所以可以不要支撐裝置250。
說明圖12至圖13的實施例。這是屋頂構架130與側構架120、120的連接裝置。把側構架120、120豎立放在架座210B上，把屋頂構架130在它們之上。借助于支撐裝置230B、240B從車體的內外來支撐它們。支撐裝置240B從車內側伸長并推壓屋頂構架130、側構架120。支撐裝置230B、240B相當于前述實施例的支撐裝置230、240。此外，側構架120的下端進入架座210B的凹部而被定位。
借助于支撐裝置240B把側構架120、120，屋頂構架130固定于規定位置，弧焊側構架120、120和屋頂構架130的車內側的對接部。把支撐裝置250配置在焊接了的此一左右的焊接部之間。支撐裝置250支撐焊接部附近。支撐裝置250是支撐棒。
接著，如前所述使左右的臺車310B、310B行走，靠連接裝置300B、300B來切削溝槽，填充填補料，進行摩擦攪拌連接。摩擦攪拌連接的載荷經由連接部的連接板123c、支撐裝置250支撐于另一方的連接板123c、旋轉工具80。
說明側構架120上端的中空型材126和屋頂構架130下端的中空型材131的連接部的構成。中空型材126(131)的兩個面板126b、126c(131b、131c)桁架狀地配置連接板126d(131d)。面板131b的端部與面板131c的端部靠傾斜的連接板131d來連接。沒有連接面板126b的端部與面板126c的端部的連接板。因此，面板131c(126b)的端部比面板131b(126c)更向端部一側突出。在面板131b與兩個連接板131d、131d的連接部(交點)上與前述實施例同樣有凹部，在背面有突出片。在面板126c與端部的連接板126d的連接部(交點)上與前述實施例同樣有凹部，在背面有突出片。中空型材126的面板126b搭接于面板131b的凹部和突出片。中空型材131的面板131c搭接于面板126c的凹部和突出片。在車外側的面板126b、131b的對接部上有凸部12、22。圓鋸61的厚度的中心、旋轉工具80軸心延長線位于兩個連接板131d、131d的交點。
摩擦攪拌連接時的載荷經由兩個連接板131d、131d傳遞到面板126c。然后經由支撐裝置250傳遞到另一方的側構架120。
說明圖14的實施例。在兩個側構架120、120之間有設置在架座210B上的支撐裝置250B，設置著支撐裝置250。焊接了車內側之后，靠支撐裝置250來支撐。支撐裝置250像前述實施例那樣可以是滾輪或旋轉工具。在是滾輪或旋轉工具的場合支撐裝置250與旋轉工具80同步移動。
說明圖15的實施例。如前所述把兩個構件10、20對接之后，沿連接線進行弧焊。沿連接線連續地進行。特別是，焊接存在著間隙的部位，盡可能填埋間隙。(圖15(A)、(B))接著，靠旋轉工具80來進行摩擦攪拌連接。在此一場合，在凸部12、22中判斷隆起的焊縫B而進行。也就是說，使旋轉工具80的大直徑部81的最下端位于隆起的焊縫B內進行摩擦攪拌連接。再者，也可以焊接在構件10、20上設有凸部12、22者。(圖15(C)、(D))前述焊接是作為間隙的填補料來進行的。由于本來沒有間隙地對接，所以其對接部為I型坡口。因此，有時間隙的下部沒有焊縫(填補料)。但是，隆起的焊縫B或凸部12、22成為填補料。此一焊接的強度為沒有摩擦攪拌連接部分的焊縫B不因摩擦攪拌的力而剝離的程度就可以了。
使兩個構件對接，進行切削，接著移動對接以便使兩個構件的溝槽減小或消除，在此一狀態下可以進行摩擦攪拌連接。
本發明的技術范圍不限于權利要求書的各權利要求記載的詞句或者解決問題用的手段項中記載的詞句，凡是同行據此容易置換的范圍全都包括在內。
如果用本發明，則由于在兩個構件對接部的間隙中配置填埋間隙的構件，然后進行摩擦攪拌連接，所以可以是良好的連接。
此外，如果切削兩個構件的對接部，使兩者接近之后進行摩擦攪拌連接，則可以是良好的連接。
車體的底架與側構架的摩擦攪拌連接，由于在成為支撐底架面板的機構的兩個側構架之間配置支撐裝置而進行，所以容易進行。
側構架與屋頂構架的摩擦攪拌連接，由于在兩個側構架之間配置支撐裝置而進行，所以容易進行。
權利要求
1.一種車體制作方法，其特征在于，把側構架分別放在底架的兩端，在對一方的前述側構架的車外側與前述底架的車外側進行摩擦攪拌連接的一方的旋轉工具的軸心延長線上，實質上依次布置前述底架的面板、另一方的前述側構架的車外側與前述底架的車外側的連接部、從車外側支撐該連接部的支撐裝置的狀態下，由前述旋轉工具來進行摩擦攪拌連接。
2.如權利要求1的車體制作方法，其特征在于，前述支撐裝置是對另一方的前述側構架的車外側與前述底架的車外側進行摩擦攪拌連接的旋轉工具，各個前述旋轉工具同步地沿連接線移動。
3.如權利要求1的車體制作方法，其特征在于，前述支撐裝置與前述旋轉工具同步地沿連接線移動。
4.如權利要求1的車體制作方法，其特征在于，前述底架和前述側構架的連接部分分別由中空型材來構成，前述底架和各個前述側構架的連接部當中分別焊接車內側，進行前述摩擦攪拌連接。
全文摘要
本發明提供一種即使兩個構件的對接部的間隙大也可以良好的連接的方法。用切削工具(60)沿兩個構件(10、20)的對接部切削。把填補料(30)插入通過切削產生的間隙(40)，靠滾輪(70)推壓凸部(12、22)，使凸部(12、22)斂縫而固定填補料(30)。接著靠旋轉工具(80)摩擦攪拌連接凸部(12、22)、填補料(30)。也可以不進行切削而進行焊接使填補料填埋間隙。此外，也可以進行切削，使兩個構件接近，進行摩擦攪拌連接。
文檔編號B29C65/06GK1923424SQ20061008773
公開日2007年3月7日 申請日期2001年7月25日 優先權日2001年1月17日
發明者江角昌邦, 福寄一成 申請人:株式會社日立制作所