雷射焊接方法、雷射焊接接頭、外板面板以及鐵道車輛用構架的製作方法

2023-06-01 17:52:06

專利名稱：雷射焊接方法、雷射焊接接頭、外板面板以及鐵道車輛用構架的製作方法
技術領域：
本發明涉及雷射焊接方法、雷射焊接接頭、使用它的外板面板以及鐵道車輛用構架。特別適用於無塗漆的鐵道車輛用構架或公共汽車、卡車等的車體。
背景技術：
向來，作為鐵道車輛用構架，除了不鏽鋼構件(不鏽鋼製造的鐵道車輛用構架)、圖45(a)所示的輕型不鏽鋼構件201(外板+骨架+外板增強構件)和圖45(b)所示的雙片不鏽鋼構架202(外板+整體加壓成型內板)外已知有雙外殼型不鏽鋼構架(參照例如專利文獻1)。這樣的不鏽鋼構架不需要塗漆，具有維修容易、也不會被腐蝕等諸多優點。
在鐵道車體用構架中，進行外板與外板增強構件的接合時從減小熱畸變的考慮出發，多使用電阻點焊，但是為了防止電流向已經進行點焊的焊接點分流，點焊時進行點焊的間距通常採用50～80mm。
通常的鐵道車輛用構架特別是側構架在設計上有幾個要留意的地方。在這裡，所謂側構架是指利用一片或多片側外板面板(具有外板與外板增強構件)構成的構架。
由於車體的自重·乘客形成負載的垂直載荷F1，如圖46(a)所示，側外板面板101主要受到面內剪作用。又，由於車輛之間的前後力(車端壓縮載荷)的作用，如圖46(b)所示，由於通過連結器的載荷F2，也產生面內軸壓縮·面內彎曲作用。在強度設計上，第1應該留意的破壞模式是側外板面板的壓曲，以其準則為依據決定結構概要。
例如在外板在廣大範圍受到壓縮的部位(例如車輛端部壓縮載荷時的車體的中央腰板下部)，如圖46(c)所示，將具有所需要的面外剛性的外板增強構件101(防撓曲材料)接合於外板102的內側。通常鐵道車輛的側構架受到的車體長度方向上的壓縮作用更大，因此通常沿著車體的長度方向在外板的內側設置外板增強構件(防撓曲材料)。
又，在外板在廣大範圍主要受到剪切的部位(例如垂直載荷時的臺車正上方的門套)，將外板增強材料以相對於軌道方向成45°的角度接合於外板是比較理想的，但是使其具有這樣的角度進行接合在製造上是麻煩的，因此實際上將增強構件配置於水平方向(軌道方向)上或垂直方向上。在壓曲強度上都是相同的。
都是如上所述的不鏽鋼構架存在幾個問題。
(i)第1個存在問題是，對於整體壓曲和局部壓曲的強度都低。
如上所述，外板與外板增強構件的接合從減小熱畸變的考慮出發，多使用電阻點焊，但是為了防止電流向已經進行點焊的焊接點分流，其點焊的間距通常是50～80mm。在這種情況下，應力不能夠很好分散於增強構件中，有時候不能夠得到理論上的壓曲強度。
也就是說，作為防撓曲面板的面外彎曲剛性比理論值低，有可能由於比設想低的載荷而引起整體壓曲。又，對於與外板增強構件(防撓曲材料)平行的方向的壓縮，在點焊的焊接點之間外板有被壓曲的危險，對於這樣的局部壓曲其強度也比理論上的壓曲強度低。
例如，參考下述壓曲強度的考慮方法可知，外板增強構件(防撓曲材料)的間距採用80mm，在與其平行的方向上對外板施加壓縮應力時，如果增強構件連續接合於外板，則估計能夠耐受達160MPa的力，而如果增強構件以80mm的點焊間距點焊焊接於外板，則只能夠耐受60MPa左右的力。
而且壓接的點周圍的畸變在外板上產生初始畸變，這也使得局部壓曲強度大大降低。
(ii)第2個存在問題是，應力集中的部位的永久變形(拉伸側)、或局部壓曲(壓縮側)。
在側外板上，在側外板的開口部的角落部發生應力集中。特別是上下班班車用的側構架中，窗戶出入口等開口部多，這些地方的角落部的應力集中成問題。
在這些應力集中部位，在拉伸側引起永久變形，在壓縮側引起壓曲變形，最終發生破壞。作為對此實施的對策，可以考慮在拉伸側將板狀的外板增強構件加在內側予以增厚，減小應力。在壓縮側理論上也可以同樣應對，但是用電阻點焊焊接組裝的已有的不鏽鋼構架存在幾個問題。
也就是，如上所述，電阻點焊的點焊間距通常是50～80mm左右，但是在這種情況下，應力沒有很好分散於增強板中，有時候不能夠得到理論上的壓曲強度。而且即使是特地貼上增強板，也由於為接合增強板而增加點焊，通過壓接·熱量輸入的焊接點周圍的畸變在外板上產生初始畸變，有時反而使局部壓曲強度減小。
(iii)第3個存在問題是水密性。
在不鏽鋼構架的組裝中使用得很多的電阻點焊焊接只能夠構成重疊接頭，因此外板之間或外板與邊緣構件(窗框、門擋板等)的接合也形成重疊接頭。
但是，這些接頭為了防止從外部滲水，有必要採取措施以保持水密性，但是由於在重疊部發生微小的間隙而且點焊是間斷焊接的焊接方法，所以通過預先在重疊部夾入密封材料然後進行焊接，以確保水密性。或是通過在重疊端部將密封材料堆積為角焊縫形狀以確保水密性。
但是，由於風雨和洗車，密封材料隨著時間的經過逐步劣化、斷裂，會發生向車內滲水的情況。但是普通鋼和鋁合金製造的構架由於能夠連續焊接，不會發生這樣的問題。
(iv)第4個存在問題是外板(側外板、端部外板)的美觀性。
在不鏽鋼構架的組裝中使用得很多的電阻點焊，由於在施工時進行點狀按壓，按壓力和熱量輸入使得其周圍發生畸變，而且在焊接點也產生凹狀壓痕，這些因素有損於外板的美觀性。特別是對側外板和端部外板的美觀性的損害會降低產品的價值。
還有，由於點焊而造成的外板的「燒傷」雖然有可能通過電解處理方法消除，但是壓痕比較深，在接合之後通過研磨使其看不出是困難的。
又可以利用彩色帶(薄膜)覆蓋，但是即使是覆蓋，也由於觀察角度的關係，壓痕有可能更加明顯。
(v)第5個存在問題是內部骨架的複雜性。
作為將內裝物品·設備類安裝於構架的結構，向來採用在主要結構或內部骨架上(次級結構材料)上焊接螺紋墊圈，或另行設置配件應對。
這些配件、螺紋墊圈幾乎都是每一種車輛分別設計，安裝於構架上的安裝場所也各式各樣，隨著車輛種類、部位的改變而改變。
從而，螺紋墊圈、內部骨架、配件等零部件個數增加，零部件的製作、焊接等需要大量工時。而且由於安裝位置沒有標準化，安裝的尺寸管理也很煩雜。
本發明人發現外板與外板增強構件的接合如果採用雷射焊接代替電阻點焊，則能夠解決上述存在問題。
但是如上所述，採用雷射焊接的情況下為了抑制雷射焊接的接合強度的波動，得到作為結構構件的穩定質量，需要有一定程度的熔入深度。但是如果熔入深度過大，則有時候會在焊接處的背面發生高溫氧化變色(背面燒傷)或露出焊道。也已經了解到其解決辦法(參照例如專利文獻2)。利用焊接時對焊接處的背面進行的冷卻或進行後處理也能夠排除氧化變色。
但是在採用已有技術的情況下有時候由於雷射光束進行局部性加熱的焊接部的收縮，重疊接頭上的構件有發生微小的折曲，該折曲將在焊接處的背面沿著焊接線作為凸狀焊接痕出現。伴隨該折曲的凸狀的焊接痕與雷射光束造成的熔池的貫通和氧化變色相比是很輕微的。但是用戶為了提高外板的質量和附加價值，要求消除這種焊接痕跡。
對此，也可以調整雷射輸出進行焊接以使該焊接痕跡不發生，但是在例如下板1.5mm厚，上板1mm厚度的情況下，接頭界面的焊道寬度為0.3mm～0.5mm，向下板的熔入深度為0.1mm～0.2mm，這樣程度的熔入深度的情況下在受到某種幹擾的影響時完全不能夠接合。反之，如果產生凸狀的焊接痕，則能夠可靠地形成接頭，接合質量與外觀質量同時確保是困難的。
還有，在下板的厚度為3mm以上的情況下，即使是確保充分的熔入深度也能夠確認外板幾乎不受影響，但是下板的板厚增加超過需要，導致結構構件的重量顯著增加，這是不理想的。
在這裡，發明人銳意進行研究，發現如果對外板的外側面在與所述雷射光束的焊接線方向大致平行的方向上實施研磨加工(例如在鐵道車輛的不鏽鋼骨架上實施通常使用的利用砂帶磨削的精加工)，則通過改變光線散射的程度能夠使得焊接線幾乎看不見。
專利文獻1日本特許第2763983號公報專利文獻2日本特許第2929447號公報發明內容本發明是鑑於如上所述的情況而作出的，其目的在於提供能夠使得焊接壓痕在視覺上變得不明顯的雷射焊接方法、雷射焊接接頭、外板面板、和鐵道車輛用構架、以及能夠得到的不因點焊焊接之間的壓曲或初始畸變而造成壓曲強度下降的，實現要求的壓曲強度的鐵道車輛用構架。
本發明的雷射焊接方法，是將多片板狀構件重疊，一邊移動雷射光束一邊從其面外方向連續照射雷射光束，將到位於照射雷射光束的板狀構件的相反側的板狀構件的內部為止的區域加熱熔化，一邊控制雷射光束的輸出或雷射光束移動速度，使所述加熱熔化形成的熔池的底部不達到所述相反側的板狀構件的外側面，一邊對所述多片板狀構件進行焊接的方法，其特徵在於，對所述相反側的板狀構件的外側面，在與雷射光束進行焊接的焊接線方向大致平行的方向上預先實施研磨加工。在這裡，所謂「板狀構件」不必在整體上為板狀，而是也包含利用雷射焊接進行接合的部分為板狀的情況。「研磨加工」是利用帶狀砂輪機進行的研磨加工，是使與日本工業標準「JIS R 600」規定的沙粒接觸的砂帶旋轉，在一個方向上對鋼板的表面斷續(不連續)地進行研磨以進行精加工(相當於「JIS G 4305」中NO.3和NO.4所示的表面精加工)。
如果這樣做，則作為構成外側面的板狀構件採用在與雷射光束進行焊接的焊接線方向大致平行的方向上實施研磨加工的板狀構件，通過改變光線散射的程度能夠使得焊接線幾乎看不見，所以對外側面沒有進行作為後加工的表面精加工，在外側面出現的凸狀的焊接痕跡在視覺上也不明顯。
本發明的雷射焊接接頭，是將多片板狀構件重疊，一邊移動雷射光束一邊從其面外方向連續照射雷射光束，將到照射雷射光束的板狀構件的相反側的板狀構件的內部為止的區域加熱熔化，一邊控制雷射光束的輸出或雷射光束移動速度，使所述加熱熔化形成的熔池的底部不達到所述相反側的板狀構件的外側面，一邊對所述多片板狀構件進行焊接形成的雷射焊接接頭，其特徵在於，對所述相反側的板狀構件的外側面，在與雷射光束的焊接線方向大致平行的方向上實施研磨加工。在這裡，所謂「在與雷射光束的焊接線方向大致平行的方向上實施研磨加工」，也包含構成外側面的板狀構件的內側上接合的板狀構件(例如骨料或內襯材料等安裝零件)的結構上，(i)在不能將焊接線方向限定於特定的一個方向的情況下，使研磨方向與對外觀(外側面)影響最大的焊接線方向一致、(ii)在不能將焊接線方向限定於特定的一個方向的情況下，將成為與研磨方向不一致的焊接線的板狀構件，焊接於利用與研磨方向大致一致的焊接線接合的板狀構件上、(iii)在不能將焊接線方向限定於特定的一個方向的情況下，在其焊接痕上安裝保護材料或表面裝飾材料，以使得從外側面一側不能夠或難於看出與研磨方向不一致的焊接線的焊接痕(伴隨折曲發生的凸狀的焊接痕)。又，對板狀構件的外側面，在與雷射光束的焊接線方向大致平行的方向上實施研磨加工，可以在接合前實施，也可以在接合後實施。
如果這樣做，則作為構成外側面的板狀構件，由於在與雷射光束的焊接線方向大致平行的方向上實施研磨加工，由於不連續研磨的外側面上的光線散射狀況的關係，焊接線的焊接痕幾乎看不見。也就是說在外側面上出現的，伴隨折曲發生的凸狀的焊接痕變得在視覺上不明顯，外板變得更美觀。
這樣，重疊焊接接頭的構成構件中採用對作為焊接處的背面的外側面(重疊焊接接頭的下側的板狀構件的下表面)利用帶狀砂輪機等進行在與焊接線大致平行的方向上實施研磨處理的構件時，即使是有充分的熔入的部分熔入焊接接頭，也能夠利用光的散射等使得如上所述發生的焊接痕幾乎看不出(視覺上不明顯)。因此能夠不實施任何後處理就構成漂亮的外側面。也就是說，能夠既確保穩定而且合適的接合強度，同時又確保漂亮的外觀質量。
下面就將兩片板狀構件重疊進行接合的情況對此進行說明，首先，如圖1(a)所示，將板狀構件1、2(例如SUS301L、SUS304等冷軋不鏽鋼板)重疊，一邊移動雷射光束R一邊從該板狀構件2的，與板狀構件1接觸的面的相反側面一側開始連續對板狀構件1、2照射雷射光束，將到照射雷射光束R的板狀構件2的相反側的板狀構件1的內部為止的區域加熱熔化，一邊控制雷射光束R的輸出或雷射光束移動速度，使所述加熱熔化形成的熔池P的底部不達到相反側的板狀構件1的外側面S1，一邊接合板狀構件1、2，因此在外側面S1上不出現焊道。在這種情況下，如圖1(b)所示，由於雷射焊接引起的熱收縮，伴隨角度為θ的折曲產生凸狀焊接痕。而且如圖1(c)所示，該折曲部(折曲線L)形成筋狀出現於外側的板狀構件1的外側面上。但是，如圖1(d)所示，由於對外側面S1施加平行於焊接線的研磨加工，打在外側面S1上的光線的散射狀況使得作為焊接痕的折曲部(折曲線L)幾乎看不見。還有，表面光滑時，如圖17(a)所示，來自特定方向的光線以折曲部為界線清楚地分為反射方向R1、R2指向視點，因此看得見折曲線L，但是在沿焊接線方向進行了研磨加工的表面，如圖17(b)所示，來自所有的方向的光線經過反射都指向視點，因此折曲部L看不見。
因此，(i)焊接線在外側面不出現，能夠得到漂亮的外側面，而且焊接畸變小，能夠謀求提高尺寸精度，所以對於質量的提高是有利的。又，(ii)雷射焊接的焊接速度快，施工效率高，因此能夠謀求降低成本。還有，(iii)利用雷射焊接方法能夠連續進行焊接，能夠不要密封材料，因此能夠謀求減少維修保養成本。
本發明的外板面板，是將第1增強構件與外板的內側重疊，一邊移動雷射光束一邊從該第1增強構件一側連續照射雷射光束，將到所述外板的內部為止的區域加熱熔化，一邊控制雷射光束的輸出或雷射光束移動速度，使所述加熱熔化形成的熔池的底部不達到所述外板的外側面，一邊將其接合形成的外板面板，其特徵在於，對所述外板的外側面，在與所述雷射光束的焊接線方向大致平行的方向上實施研磨加工。
如果這樣做，則對於外板的外側面，在與雷射光束的焊接線方向大致平行的方向上實施研磨加工，因此由於光線散射狀況的關係，在外側面幾乎看不見焊接線。也就是說在外板面板(外板)的外側面上出現的凸狀的焊接痕變得在視覺上不明顯。
可以將上述外板面板使用於鐵道車輛用構架。也就是說，本發明的鐵道車輛用構架，是將第1增強構件重疊於外板的內側，一邊移動雷射光束一邊從該第1增強構件一側連續照射雷射光束，將到所述外板的內部為止的區域加熱熔化，一邊控制雷射光束的輸出或雷射光束移動速度使所述加熱熔化形成的熔池的底部不達到所述外板的外側面一邊進行接合，將所述接合形成的外板面板作為側構架的側面外板使用的鐵道車輛用構架，其特徵在於，對所述外板面板的外板的外側面，在與所述雷射光束的焊接線方向大致平行的方向上實施了研磨加工，所述焊接線方向與特定方向(車輛長度方向或車輛高度方向)一致。
如果這樣做，則由於對外板面板的外板，在與雷射光束的焊接線方向大致平行的方向上實施研磨加工，所以由於光線散射狀況的關係，焊接線變得幾乎看不見。由於在外側面上出現的凸狀的焊接痕變得在視覺上不明顯，所以提高了外板的美觀性，特別適用於不塗漆的鐵道車輛用構架。
最好是在本發明的鐵道車輛用構架中，所述第1增強構件具有斷面為帽形的部分，該部分具有斷面大致為「コ」字形(口字去掉左邊一豎)的主體部和在該主體部的開口端緣上連接，相互向相反方向延伸，利用雷射焊接接合於所述外板上的法蘭部，所述主體部在車輛的長度方向上延伸。
如果這樣做，則第1增強構件與外板構成的斷面完全成為閉斷面，不僅第1增強構件的長度方向上的彎曲剛性極高，而且該方向上的外板壓曲強度也變大。又由於第1增強構件在車輛的長度方向上接合，不難使焊接線方向與研磨加工方向一致。
所述主體部的斷面的大致為「コ」字形的形狀，也可以是從底部到開口側的間隔為一定值，但是也可以是所述主體部的斷面的大致為「コ」字形的形狀形成越向開口側間隔慢慢變大的結構，在所述第1增強構件中與所述外板相反側上設置在與所述第1增強構件垂直的方向上延伸的斷面為帽形的第2增強構件，該第2增強構件的法蘭部連接於所述第1增強構件的主體部。在這裡，第2增強構件的形狀沒有特別限定，但是為了得到適當的焊接長度，最好是斷面為帽狀。又，第2增強構件的接合方法也沒有特別限定，但是在利用雷射焊接方法接合的情況下，也可以採用熔池的底部貫通所述第1增強構件的主體部的焊接結構。
如果這樣做，則在第1增強構件上重疊設置在垂直於第1增強構件的方向上延伸的斷面為帽狀的第2增強構件，因此垂直於第1增強構件的方向上的面外彎曲剛性得到提高。而且由於利用雷射焊接方法與外板接合的第1增強構件形成帽狀斷面(梯形狀)，能夠提高在與第1增強構件垂直的方向上的對於面外剪切變形的剛性。而且由於採用熔池的底部貫通第1增強構件的主體部的雷射焊接方法，能夠不影響外觀地確保穩定而且足夠的強度。
本發明的不同於上面所述的鐵道車輛用構架，具有側構架的外板與連接於該外板的內側，對外板進行增強的第3增強構件，該第3增強構件配置於車體的長度方向上，所述第3增強構件用雷射焊接接合於所述外板上，其特徵在於，將在所述外板發生的面內應力分量分解為車體長度方向和與其垂直的方向的單軸應力σx、σy以及剪切應力τ，設定由所述雷射焊接的焊接線的間隔定義的增強構件的間距，以使得這些應力在由Euler壓曲的公式和塑性修正的公式決定的壓曲壓力值以下。還有，外板與第3增強構件的雷射焊接基本上採用連續焊接，但是也可以對結構上不需要連續焊接的部位(例如外板上發生的應力小，不擔心壓曲的部位)或結構上不能夠連續焊接的部位不進行連續焊接。
上述發明是根據下面說明的壓曲強度考慮方法作出的。
對於矩形平板的Euler壓曲公式表示如下(參照圖18(a))。
(數學公式1)cre=K2E12(1-v2)(tb)2---(1)]]>其中，E為縱向彈性係數，v為泊松比，t為平板的厚度。
又，K為壓曲係數，在矩形板的4個邊為單純支持(旋轉支持)的情況下，理論上K值如下所示，即表示為(數學公式2)K={(+1)2(1)4(1)---(2)]]>其中，α為邊長比，(數學公式3)
=ab---(3)]]>又，在發生的應力大的情況下，塑性的影響可以忽略不計，因此根據例如Johnson的實驗公式進行修正。即(數學公式4)cr={cre(crer/2)r(1-r4cre)(cre>r/2)---(4)]]>其中σY為材料的屈服強度。
同樣，剪切壓曲應力如下式所示(參照圖18(b))，即(數學公式5)cre=K2E12(1-v2)(tb)2---(5)]]>K＝6(4邊支持、α＞＞1)…(6)cr={cre(crer/2=r/23)r(1-r4cre)(cre>r/2=r/23)---(7)]]>實際構架的結構中，在薄的外板上接合以防止撓曲為目的的增強構件構成外板面板，但是利用增強構件圍成矩形的外板必須決定增強構件的配置與間距以使得該外板不發生壓曲。
在構架的垂直載荷和車輛端部的壓縮載荷中的任一項中，在側構架的外板上發生的面內應力在許多地方其車體長度方向的應力比與其垂直的方向上的應力(鉛直方向的應力)大，因此應該將增強構件配置得使增強構件包圍的外板矩形區域的長邊方向為車體的長度方向。因為從圖18(c)所示的壓曲模式可知，在長邊方向上的壓縮能夠耐受的壓曲是短邊方向上的壓縮能夠耐受的壓曲的數倍。
下面將其用數學公式表示。
(數學公式6)
cr,xe=42E12(1-v2)(tb)2=4A(tb)2(>>1)---(8)]]>cr,ye=(+1)22E12(1-v2)(tb)2=12(+1)2A(tb)2=(1+22+14)A(tb)2A(tb)2---(9)]]>cre=62E12(1-v2)(tb)2=6A(tb)2(>>1)---(10)]]>其中，A=2E12(1-v2)]]>因此，如果長邊的長度為短邊的長度的5倍以上，則上述近似成立。
根據這些公式，將矩形區域的短邊長度b與壓曲應力(σcr、x、σcr、y、τcr)的關係圖示於圖19(a)～(c)。
在外板面板中，配置增強構件的間距可以視為與矩形區域的短邊長度b相當。
從而，反之如果能夠通過應力分析或結構試驗預測發生的應力(σx、σy、τ)，則能夠利用圖19(a)～(c)決定增強構件的間距b。將其用公式表示如下。
(數學公式7)b=min(t4Ax*,tAy*,t6A*)---(11)]]>其中，(數學公式8)x*={x(xr/2)r2/{4(r-x)}(x>r/2)---(12)]]>y*={y(yr/2)r2/{4(r-y)}(y>r/2)---(13)]]>*={(r/23)y2/{12(r/3-)}(>r/23)---(14)]]>又，本發明的另一不同於上面所述的鐵道車輛用構架，具有側構架的外板與連接於該外板的內側，使外板增強剛性的第3增強構件，該第3增強構件配置於軌道方向上，所述第3增強構件用雷射焊接接合於所述外板上，其特徵在於，由所述雷射焊接的焊接線的間隔定義的所述第3增強構件的間距，在所述第3增強構件延伸的方向上根據所述第3增強構件的負載負擔達到最大的地方的壓曲強度設定。
如果這樣做，則作為外板與第3增強構件的接合手段採用連續雷射焊接，因此，像以往利用電阻點焊進行接合的情況那樣在點焊的焊接點之間的壓曲或初始畸變造成的壓曲強度的下降不會發生，能夠得到所要求的壓曲強度。從而，如果按照理論決定增強構件的間距，則不需要將小增強板貼在外板上進行增強，能夠減少零部件個數和工時。
又，本發明的另一不同於上面所述的鐵道車輛用構架，具有側構架的外板與連接於該外板的內側，使外板增強剛性的第3增強構件，該第3增強構件配置於車體的長度方向上，所述第3增強構件用雷射焊接接合於所述外板上，而且可以形成這樣的結構，即所述第3增強構件，其斷面為帽狀，具有斷面大致為「コ」字形的「コ」字形部、以及連接於該「コ」字形部的端緣，設置為在相反方向上延伸的，雷射焊接於所述外板上的兩個安裝法蘭部，使所述第3增強構件的「コ」字形部的寬度比設置於其他部分的第1構件的「コ」字形部的寬度小。而且其特徵在於，對於與車體長度方向垂直的方向的面外彎曲，利用另行設置的縱骨增強其剛性。
如果這樣做，則使外板的剛性增強的第3增強構件的斷面形狀的種類比以往少得多，可以採用2種，能夠降低零部件的製作成本。而且由於零部件的種類少，容易謀求提高零部件的尺寸精度。
在本發明中，所述第3增強構件可以採用這樣的結構，即其斷面為帽狀，具有斷面大致為「コ」字形的「コ」字形部、以及連接於該「コ」字形部的端緣，設置為相互在相反方向上延伸，雷射焊接於所述外板上的兩個安裝法蘭部，所述第3增強構件在「コ」字形部內預先安裝提高其近旁的外板的剛性的第4增強構件。
如果這樣做，則不增加工序，即使是用第3增強構件增強局部壓曲強度也不足的情況下也能夠簡單而且可靠地謀求實現必要的最低限度的增強。
在本發明中，也可以採用在所述第3增強構件的頭部形成利用雷射焊接將所述第4增強構件焊接於所述外板上用的開口部或切口部的結構。
如果這樣做，則不僅第3增強構件，第4增強構件也可以直接接合於外板，因此能夠進一步謀求外板的局部增強，能夠有效增加壓曲強度。
在本發明中，所述第3增強構件也可以形成這樣的結構，即具有利用雷射焊接接合於所述外板上的基部、以及相對該基部膨出的內部為中空的膨出部，端部被堵塞。
如果這樣做，則能夠去掉第3增強構件的自由邊緣的端部，因此能夠增加端部的壓曲強度、剛性。
在本發明中，最好是在形成於所述外板上的開口部的角落部，利用雷射焊接在所述第3增強構件的端部接合內板框架，將所述第3增強構件的端部相互連接。
如果這樣做，則由於採用設置內板框架這樣的簡單結構，容易謀求第3增強構件端部的增強，能夠謀求提高容易發生應力集中的開口部的角落部的強度。
在本發明中，也可以所述第3增強構件與內板框架利用雷射焊接方法接合，而且使其焊接線閉合。「使其焊接線閉合」意味著環狀(橢圓形、圓形)的焊接線或矩形的焊接線。
如果這樣做，則即使雷射焊接的接合部是狹小的，也能夠確保長的焊接線，而且焊接線是閉合的，因此不會在焊道的端部發生應力集中，能夠得到所需要的強度。
在本發明中，最好是在所述外板上形成的開口部的周邊設置邊緣構件，在該邊緣構件上，形成在將所述第3增強構件雷射焊接於所述外板上時能夠與雷射光束一起移動，將第3增強構件的接合部分按壓在外板上的壓輥能夠進入的切口部。
如果這樣做，則在將第3增強構件利用雷射焊接方法焊接於外板上時，在第3增強構件的端部(邊緣構件)附近能夠避免邊緣構件與壓輥相互幹擾，能夠一直連續焊接到端部附近。
在本發明中，所述第3增強構件可以採用如下所述的結構，即其斷面為帽狀，具有斷面大致為「コ」字形的「コ」字形部、以及連接於該「コ」字形部的端緣，設置為相互在相反方向上延伸，雷射焊接於所述外板上的兩個安裝法蘭部，所述第3增強構件在作為自由邊緣的端部外側接合內板框架，所述內板框架具有連接於所述第3增強構件的「コ」字形部的主體部、連接於該主體部，在堵塞所述端部的方向上延伸的腳部、以及連接於該腳部，與所述外板接合的法蘭部。
如果這樣做，則由於通過內板框架將第3增強構件的端部接合於外板，能夠提高端部的剛性和強度。
在本發明中，也可以採用如下所述的結構，即所述第3增強構件在作為自由邊緣的端部外側接合內板框架，所述內板框架具有與所述第3增強構件的「コ」字形部接合的第1法蘭部、與所述外板接合的第2法蘭部、從該第1和第2法蘭部相互平行地延伸到相同的高度的第1和第2腳部、以及將該第1和第2腳部的上端緣接合起來，與所述外板平行延伸的水平部。
如果這樣做，則內板框架比第3增強構件高，因此能夠進一步提高面外剛性。
在本發明中，也可以採用如下所述的結構，即側構架的側面外板或屋頂構架的屋頂外板中的任意一個或兩者的，在車體的長度方向上延伸的端緣部具有折曲部分，在該折曲部分所述側面外板和屋頂外板利用連續雷射焊接方法接合。
如果這樣做，則由於設置折曲部分而提高了剛性，能夠承受進行雷射焊接時的反作用力。
在本發明中，最好是所述折曲部分在所述屋頂外板上形成向上方開放的斷面為「コ」字形的形狀。
如果這樣做，則在確保剛性的同時能夠形成落水管(「コ」字形部分)。
在本發明中，最好是端部構架的端部外板與側構架的側外板通過斷面大致為「L」字形的端部轉角柱接合，並且使接合的外板形成正交接合，設置用連續雷射焊接接合於所述端部轉角柱，與其之間構成閉空間的另一構件，或在所述端部轉角柱上形成與所述端部外板之間構成閉空間的閉空間構成部分，所述閉空間作為從所述屋頂將雨水引向地表的落水管起作用。
如果這樣做，則不必特別設置水管等構件就能夠實現從所述屋頂將雨水引向地表的落水管。
在本發明中，最好是對所述外板的外表面實施用刷拋光或噴丸處理的表面處理。
如果這樣做，則比較容易得到具有高精度而且漂亮的外板的外表面的不鏽鋼構架。
在本發明中，可以採用這樣的結構，即加工為「コ」字形斷面的長軌道構件安裝於所述外板的內側，通過使用具有系合於所述軌道構件的頭部的安裝螺杆安裝內裝物品·設備類。
如果這樣做，則由於在外板上安裝軌道構件，能夠謀求減少零部件數目，減少內部骨架等二維構件的安裝工時，使尺寸管理更加容易。
在本發明中，最好是所述外板，其壁厚比所述第3增強構件厚，採用3mm以上的壁厚。
如果這樣做，則焊接線不會在外板表面上出現。
在本發明中，也可以在形成於所述外板的開口部的周邊設置邊緣構件於外側，所述邊緣構件，其與所述外板接合的部分形成將平板折曲形成的重疊板結構，從所述外板一側開始進行連續雷射焊接。
如果這樣做，則即使是進行貫通焊接，在外板的表面上也不會出現焊接線。
如果採用本發明的焊接方法、焊接接頭、外板面板以及鐵道車輛用構架，則與已有的電阻點焊焊接得到的接頭相比，能夠確保構架的剛性(輕量化)和尺寸精度的提高，而且能夠謀求提高外觀的美觀性。又，作為外板，如果採用預先在與雷射光束的焊接線方向平行的方向上對外側面實施研磨加工的外板，則不需要後處理，因此能夠提高生產效率。
又，如果採用本發明的另一種鐵道車輛用構架，則由於將側構架的外板與增強該外板的第3增強構件接合時採用連續雷射焊接方法，不會發生點焊焊接點之間的壓曲或初始畸變造成的壓曲強度下降，能夠得到所要求的壓曲強度。從而，只要按照理論決定增強構件的間距，不必在外板上貼小增強板，有利於減少零部件數目和工時。


圖1(a)～(d)分別為本發明的雷射焊接接頭的原理的說明圖。
圖2(a)～(c)分別為本發明的外板面板的說明圖。
圖3表示從車外側觀察本發明的鐵道車輛的側構架的狀態。
圖4表示從車內側觀察該鐵道車輛的側構架的狀態。
圖5是圖4的A-A線的剖面圖。
圖6是圖4的B-B線的剖面圖。
圖7是圖4的C-C線的剖面圖。
圖8是圖4的D-D線的剖面圖。
圖9是圖4的E-E線的剖面圖。
圖10是圖4的F-F線的剖面圖。
圖11是圖5的G部的放大圖。
圖12是圖7的H部的放大圖。
圖13是圖7的J部的放大圖。
圖14是圖7的K部的放大圖。
圖15是表示上下板接合部的寬度與每單位焊接長度的拉伸剪切強度的關係的關係圖。
圖16是表示組裝本發明的鐵道車輛的側構架的步驟的一個例子的說明圖。
圖17(a)、(b)分別為焊接線變得看不見的的原理的說明圖。
圖18(a)是矩形板的壓曲問題的說明圖，(b)是矩形板的剪切壓曲問題的說明圖，(c)是長方形板的壓曲模式的說明圖。
圖19(a)是短邊長b與長邊方向的壓曲應力σcr、x的關係的說明圖，(b)是短邊長b與短邊方向的壓曲應力σcr、y的關係的說明圖，(c)是短邊長b與剪切壓曲應力τcr的關係的說明圖。
圖20是本發明第2實施形態的鐵道車輛用構架的立體圖。
圖21是表示外板與外板增強構件的關係的說明圖。
圖22(a)、(b)分別表示在外板增強構件構件的端部設置小型增強構件的實施形態，(c)是表示外板增強構件的變形例的立體圖。
圖23(a)是表示開口部的角落部的立體圖，(b)是表示開口部的角落部的其他例子的立體圖，(c)是表示開口部的角落部的又一例子的立體圖。
圖24(a)是表示開口部的角落部的其他例子的立體圖，(b)是表示開口部的角落部的其他例子的立體圖，(c)是表示開口部的角落部的其他例子的立體圖，(d)是表示開口部的角落部的其他例子的立體圖。
圖25(a)是表示側外板與屋頂外板的接合部分的立體圖，(b)是表示側外板與屋頂外板的接合部分的另一例子的立體圖。
圖26(a)、(b)分別是側外板與端部外板的接合部分的立體圖。
圖27是側外板(腰板)與側梁的接合部分的立體圖。
圖28(a)是側外板的接合部分的說明圖，(b)、(c)分別是側外板的接合部分的說明圖。
圖29是側外板與邊緣構件的接合部分的立體圖。
圖30是側外板與邊緣構件的接合部分的立體圖。
圖31(a)是外板增強構件的接合方法的說明圖，(b)外板增強構件的接合方法的另一例子的說明圖。
圖32是表示開口部的角落部的其他例子的立體圖。
圖33(a)是表示開口部的角落部的其他例子的立體圖，(b)是焊接方法的說明圖。
圖34(a)、(b)分別為內裝物品·設備類的安裝結構的說明圖。
圖35(a)為圖24的A部的詳圖，(b)為圖24的B部的詳圖。
圖36(a)、(b)為側構架的組裝方法的說明圖。
圖37(a)、(b)為側構架的組裝方法的說明圖。
圖38(a)、(b)為側構架的組裝方法的說明圖。
圖39(a)、(b)為側構架的組裝方法的說明圖。
圖40是表示組裝本發明的鐵道車輛的側構架的步驟的一個例子的說明圖。
圖41(a)是雷射焊接接頭的原理的說明圖，(b)～(d)分別為外板面板的說明圖。
圖42表示從車外側觀察本發明的第2實施形態的鐵道車輛的側構架的狀態。
圖43表示從車內側觀察該鐵道車輛的側構架的狀態。
圖44是表示從車內側觀察該鐵道車輛的側構架的狀態的立體圖。
圖45(a)、(b)分別為已有的不鏽鋼構架的說明圖。
圖46(a)、(b)分別為已有的鐵道車輛用構架的變形的狀態的說明圖，(c)為已有的外板與外板增強構件的關係的說明圖。
具體實施例方式
第1實施形態圖2是說明將本發明的雷射焊接接頭使用於鐵道車輛用構架的情況的基本原理的說明圖。
如圖2(a)、(b)所示，外板11(預先與雷射光束焊接的焊接線方向大致平行地在外側面11a上利用帶狀砂輪機實施研磨加工的表面研磨材料)的內表面側上接合斷面大致為帽狀的第1增強構件12時，使用熔池的底部不達到外板11的外側面11a的部分熔入雷射焊接。這時與雷射光束的焊接線方向大致平行地對外板11的外側面11a實施研磨加工。也就是說，雷射光束的焊接線方向與對外側面11a的研磨加工方向(面板研磨加工方向)採取大致相同的方向。
各第1增強構件12具有斷面為帽狀，向開口側慢慢擴大間隔的斷面大致為「コ」字形的主體部12a、以及相互在相反方向上延伸地連接於該主體部12a的開口端緣上，利用雷射焊接接合於所述外板11上的法蘭部12b、12c。主體部12a具有在接合狀態與外板11大致並行的基板部12aa、以及從基板部12aa的兩側緣向開口端緣一側間隔擴大地向法蘭部12b、12c一側延伸的側板部12ab、12ac。
這樣，主體部12a由於是側板部12ab、12ac的間隔向法蘭部12b、12c一側慢慢擴大的斷面大致為「コ」字形的形狀，所以第1增強構件12在與其垂直的方向上不容易因與外板面平行的方向起作用的剪切負荷而發生變形(剪切變形)。從而，在像作為鐵道車輛用構架的外板面板使用的情況那樣，為了抑制斷面變形，對與第1增強構件12垂直的方向也要求高面外彎曲剛性的情況下，可以利用以雷射焊接方法在第1增強構件12(主體部12a)上，在與其垂直的方向上接合斷面為帽狀的第2增強構件13的方法應對。這是因為在第2增強構件13與外板之間產生的剪切變形被第1增強構件12所抑制，所以能夠不降低作為外板面板的面外剪切剛性而對於其結果不管是怎樣重的載荷也能夠維持高面外彎曲剛性。通過這樣做，即使是不將第2增強構件13直接與外板11接合也能夠確保面外彎曲剛性，因此能夠使得外板11保持美麗。
第2增強構件13也如圖2(c)所示，具有斷面大致為「コ」字形的主體部13a和相互在相反方向上延伸地連接於該主體部13a的開口端緣，利用雷射焊接方法接合於所述外板11上的法蘭部13b、13c。
在像該第2增強構件13那樣在構件的結構上其焊接線方向與外板11的外側面的表面研磨方向(表面研削精加工方向)不一致的情況下，該第2增強構件13利用雷射焊接方法接合於直接接合在外板11上的第1增強構件12(主體部12aa)，以此防止在外觀(外側面)上露出焊接痕。在這種情況下，雷射焊接由於焊接痕不在從外板能夠看到的地方露出，因此不同於外板11與第1增強構件12(法蘭部12b、12c)接合的情況，在施工時可以採用容易控制的完全熔入雷射焊接。這樣，在用雷射焊接方法接合整個結構的情況下，通過分別採用部分熔入雷射焊接方法和完全熔入雷射焊接方法，作為整個結構，能夠確保不損害外觀而且容易地確保必要的接合強度。
下面接著按照圖3～圖14對將這樣的雷射焊接接頭或外板面板使用於鐵道車輛用構架的例子進行說明。
如圖3所示，外板21(例如厚度1.5mm)分為腰板部分21A、車窗周圍部分21B、以及橫幕板部分21C三個部分，它們的端緣部相互重疊著，利用部分熔入雷射焊接方法接合為一體。
該外板21的各部分21A～21C，其外側面預先經過研磨加工，其研磨加工的方向與車輛長度方向(軌道方向)一致，所述雷射光束的焊接線方向也平行於車輛長度方向。還有，22是窗開口部，23是門開口部。
如圖4～9、12～14所示，利用部分熔入雷射焊接在外板21的各部分21A、21B、21C的內側沿著車輛長度方向平行地接合斷面為帽狀的內板面板(例如厚度為1mm)25～29。也就是說內板面板25～29沿著車輛的長度方向延伸，所述雷射焊接的焊接線方向與該車輛的長度方向一致。
如圖4所示，在外板21的腰板部分21A的內側，沿著車輛的長度方向延伸地設置4個斷面為帽狀的內板面板25。各內板面板25在上下保持規定的間距地平行配置。在車窗周圍部分21B(外板)的內側上，在窗開口部22的前後，從下側開始依序設置具有兩個凸部的內板面板26、4個斷面為帽狀的內板面板27、具有兩個凸部的內板面板28。內板面板26、27、28都沿著車輛長度方向延伸地上下保持規定的間距平行配置。在外板21的橫幕板部分21C的內側，沿著車輛的長度方向延伸地，上下保持規定的隔離距離平行地配置兩片內板面板29。
在內板面板25～29的車內側的窗開口部22的前後，為了謀求簡化結構，在內板面板25～29上重疊設置在垂直於內板面板25～29的方向上延伸的斷面為帽狀的後門柱31。後門柱31的法蘭部通過熔池的底部貫通內板面板25～29的完全熔入雷射焊接接合於內板面板25～29的主體部。以此謀求提高側開口周圍的剛性。後門柱31是與上述第2增強構件對應的，如圖5以及圖11所示，具有斷面為「コ」字形的主體部31a、以及利用雷射焊接方法在該主體部31a上相互在相反方向上延伸地連接，利用雷射焊接方法接合在內板面板25～29上的法蘭部31b、31c。
又如圖4所示，在窗開口部22的下部設置斷面為帽狀的窗柱32。如圖10所示，該窗柱32也與上述後門柱31同樣具有斷面為「コ」字形的主體部32a、以及在該主體部32a上相互在相反方向上延伸地連接的法蘭部32b、32c，法蘭部32b、32c利用熔池的底部貫通內板面板25等的完全熔入雷射焊接方法接合於內板面板25等的主體部。
上述內板面板25～29分別與上述第1增強構件12對應，如圖6所示形成斷面為帽狀的形狀，向開口側慢慢擴大開口的間隔。例如內板面板25，如圖8所示，具有向開口側其間隔慢慢擴大的斷面為「コ」字形的主體部25a、以及在該主體部25a上相互在相反方向上延伸地連接，利用雷射焊接方法接合於所述外板21A的法蘭部25b、25c。
如圖4所示，分別利用雷射焊接方法在窗開口部22的下側接合腰帶33，在上側接合橫幕帶34。腰帶33和橫幕帶34如圖8和圖9所示，與上述內板面板25～29同樣形成帽狀斷面，向開口側慢慢擴大開口的間隔。還有，24A為窗框，24B為門框。
又如圖4所示，窗開口的4個角上分別設置接頭37，與下側的接頭相對，夾著後門柱31設置另外的接頭36。
這些內板面板25～29與外板21的接合，是將內板面板25～29重疊於外板21的內側，一邊移動雷射光束一邊從內板面板25～29一側連續照射雷射光束，將到外板21的內部為止的區域加熱熔化，一邊控制雷射光束的輸出或雷射光束的移動速度，使所述加熱熔化形成的熔池的底部不達到外板21的外側面，一邊進行焊接(部分熔入雷射焊接)。這樣，通過統一外板21和內板面板25～29的接頭形式(部分熔入雷射焊接接頭)，能夠謀求焊接施工的穩定。又，外板21的面外變形由於有剛性大的構架(內板面板25～29、後門柱(戶尻柱)31、窗柱32等)的支持，能夠提高斷面尺寸的精度。
外板21(21A～21C)都是外側面經過在與所述雷射光束的焊接線方向大致平行的車輛長度方向上實施了研磨加工(表面處理)的板狀構件。所述研磨加工，最好是利用帶狀砂輪機進行砂帶研磨加工。在日本國內經常使用為通常線路的車輛的外板。使用例如SUS304#80BG材料試製時，以2.5kW的雷射輸出對內板面板(厚度1mm)與外板(厚度1.5mm)從上板一側進行焊接時，上下板接合部的寬度與每單位焊接長度的拉伸剪切強度的關係被確認為如圖15所示的關係。由此可知只要控制焊接速度使焊接寬度w為0.7mm左右，就能夠確保所需要的接合強度(剪切拉伸強度5kN/cm左右)。還有，必需要上板的板厚比下板的板厚小，否則會發生焊接燒傷，因此根據各種試驗，認為有必要使下板的厚度為上板的厚度的1.5倍以上(例如上板為1mm，下板為1.5mm，或上板為1mm，下板為2mm)。
除了上面所述外，鐵道車輛用側構架的製作如圖16所示，也可以用反覆形成凹凸形狀的(斷面為帽狀的內板面板連接形成的)內板面板取代斷面為帽狀的內板面板進行。
在這種情況下，首先在與橫幕板部分、車窗周圍部分、以及腰板部分對應的外板41A、41B、41C的內側上，分別利用部分熔入雷射焊接方法沿著車輛的長度方向接合與所述外板對應的規定大小的內板42A、42B、42C，製作橫幕板部用外板面板43A、車窗周圍部用外板面板43B、以及腰板部用外板面板43C。在這種情況下，內板面板42A～42C中凹部的部分(與外板41A～41C的內側面接觸的部分)沿著車輛的長度方向延伸，該部分利用部分熔入雷射焊接方法接合於外板41A～41C。
然後，以規定的位置關係利用部分熔入雷射焊接方法沿著車輛的長度方向接合橫幕板部、車窗周圍部、以及腰板部用外板面板43A～43C，形成結構體49』。
其後，在窗開口部的上下利用部分熔入雷射焊接方法沿著車輛的長度方向接合橫幕帶44A、44B、腰帶45，形成結構體49」。而且通過接合車輛的長度方向的正交方向的後門柱46、窗柱47、門框48確保必要的剛性，形成側構架49。
第2實施形態圖20是本發明第2實施形態的鐵道車輛用構架的立體圖。
如圖20所示，鐵道車輛用構架301具有左右側構架302、屋頂構架303、前後端部構架304、以及底架305。側構架302具有外板306、以及接合於該外板306的內側的外板增強構件307A、307B(第3增強構件)，它們利用雷射焊接接合(屋頂構架303和端部構架304也一樣)。該外板增強構件307A(307B)具有斷面為「コ」字形的「コ」字形部307Aa、以及連續的連接於該「コ」字形部307Aa的兩端邊緣在相互相反的方向上延伸的安裝部307Ab、307Ac，構成斷面為帽狀的形狀，在該安裝部307Ab、307Ac的部分，雷射焊接於外板306。
使用於雷射焊接的雷射照射裝置(未圖示)安裝於具有多個關節的機械手的手腕上。該多關節機械手具有多個軸(例如6個軸)，在應該焊接的薄板(例如外板306得到固定的狀態下，能夠沿著預定的焊接線U使雷射照射裝置移動。在進行重疊雷射焊接的雷射照射裝置上成一整體地安裝著雷射聚光器和按壓手段。該雷射照射裝置形成例如具有壓輥的按壓手段(壓輥331)沿著焊接線U移動，一邊按壓工件的焊接位置近旁一邊從雷射聚光器向焊接位置照射雷射光束312，能夠以此一邊確保重疊部分的緊貼一邊正確保持雷射光束的焦距的結構。
又，外板306與設置於該外板306的開口部(窗開口部S1、出入開口部S2)周邊的邊緣構件308(窗框、門擋板等)利用連續雷射焊接方法接合。在這種情況下，接頭可以是重疊接頭也可以是對接接頭。還有，雖然沒有具體圖示，但是外板之間也利用連續雷射焊接方法接合。
但是，在將外板306上發生的面內應力分量分解為軌道方向和與其垂直的方向的單軸應力σx、σy以及剪切應力τ，以往對車輛進行應力分析時，推斷作用於窗開口部S1的角落部的應力σx、σy、τ大約為(σx、σy、τ)＝(130、50、35)〔MPa〕將該推斷的應力σx、σy、τ代入上述式(11)時，推斷出窗開口部S1的角落部附近的增強構件307A的間距b的理論值大約為b＝min(104，87，255)＝87mm實際上，為了在強度上更加安全，窗開口部S1的角落部附近的外板增強構件307A的間距b選定為80mm。這樣，可以說根據雷射焊接的焊接線U的間隔定義的外板增強構件307A的間距b是根據外板307A延伸的軌道方向上外板增強構件307A的載荷負擔達到最大的地方的壓曲強度決定的。
而且如圖21所示，通過將雷射焊接(焊接線U)的間隔L1定為80mm(帽子的寬度L2＝50mm)，能夠使上述外板增強構件307A的間距b為80mm。設置於外板306的其他部位的外板增強構件的帽子的寬度L2以及與其相關的雷射焊接間隔L1也利用與上面所述的方法相同的方法設定。具體地說，例如外板增強構件307B的帽子的寬度L2設定為70mm，雷射焊接間隔L1設定為100mm。又，相鄰的外板增強構件307A、307B的雷射焊接間隔L3根據外板增強構件307A、307B的形狀和尺寸、以及上述雷射焊接的間隔L1等適當設定。在這裡，上述間隔L3設定為20～50mm。又，上述外板增強構件307A、307B的高度H根據側構架302的外板306總體的壓曲強度適當設定。在這裡，上述高度H設定為25mm。
但是，如果對外板306的每一部位設定外板增強構件的斷面形狀，則外板增強構件的種類變多。從而，在這一實施形態中將外板增強構件的斷面形狀限定於上述兩種。
這樣，將上述窗開口部S1的角落部以及出入口開口部S2的上角落部附近設置的外板增強構件307A的帽子的寬度L2(「コ」字形部分的寬度)設定為50mm，設置於其他部分的增強構件307B的帽子的寬度設定為70mm，形成側構架。因此，將作用的應力大，載荷負擔大的窗開口部S1的角落部、出入口開口部S2的上角落部附近設置的外板增強構件307A的帽子的寬度做得比在其他部位設置的外板增強構件307B的帽子的寬度小。還有，對於與軌道方向垂直的方向的面外彎曲，則利用另行設置的縱骨進行增強。
但是，在外板306與外板增強構件307A、307B之間形成閉空間。如圖21所示，外板306和/或外板增強構件307A、307B的鄰近閉空間的部分沒有得到增強，因此在承受條件比較惡劣的載荷等的側構架的情況下，外板306在外板增強構件307A、307B延伸的方向的垂直方向上有可能壓曲。為了對上述外板306和/或外板增強構件307A、307B的鄰近閉空間的部分進行增強，也可以在外板306上接合外板增強構件307A、307B構成閉空間之前外板306的在與所述閉空間對應的部位接合小型的增強板。而且為了提高工作效率，也可以採用圖22(a)～(c)所示的結構。
如圖22(a)所示，通過預先在斷面為帽狀的外板增強構件307的內部設置斷面為帽狀的小型增強構件311(第4增強構件)，能夠謀求局部增強。也就是說，只要在外板增強構件307端部內配置增強構件311，在外板增強構件307的「コ」字形部307a兩側部預先利用焊接方法在焊接線U上接合增強構件311的兩側部311a，將兩個增強構件307、311預先形成一體即可。
如果這樣做，則只要利用雷射焊接方法將外板增強構件307接合於外板306，增強構件311也就被安裝於外板306上，形成外板增強構件307的開口部得到增強的狀態，因此能夠不增加工序而使所需要的部分得到最低限度的增強。
而且除了上述增強外，又可以如圖22(b)所示，通過在外板增強構件307(「コ」字形部307a的頭部)上設置的開口307b(或切口)，利用雷射焊接用的雷射束312(或點焊的焊槍)將增強構件311的底部接合於外板306。藉助於此，能夠進一步增強外板306的壓曲強度。
又，上述斷面為帽狀的外板增強構件307A通常是將平板材料壓力加工成V字形製成的。但是外板增強構件307A由於是二維斷面，一到側窗或側出入口的開口部S1、S2，外板增強附近307A的端部成了閉斷面打開了的自由端(指維持相同的斷面形狀在特定的方向上延伸的構件的端部，該端部開放，未經任何增強或三維加工)，在保持這樣的狀態的狀況下，剛性可能變弱。
因此，也可以如圖22(c)所示，採用具有基部313a和對該基部313a的中央部分實施深衝成型形成的內部中空的膨出部313b的增強構件313(端部閉塞)代替上述外板增強構件。如圖22(c)所示，上述基部313a其端部的整個一周沿著一點鎖線所示的焊接線U藉助於雷射焊接與外板306接合。以此能夠增加增強構件313的端部的壓曲強度和剛性。特別是如果採用雷射焊接等連續焊接方法，則能夠完全堵塞住增強構件313的端部的周圍，也就是不在增強構件313的端部形成上述自由邊緣，因此能夠進一步增加增強構件313的端部的剛性。
還有，在如上所述採用壓力加工成V字形的材料作為外板增強構件的情況下，最好是如圖23(a)所示，在例如側窗的開口部S1的周邊部分，將平板狀的內板框架314放置於外板增強構件307的斷面為「コ」字形的「コ」字形部分307a上，利用雷射焊接方法將它們接合，使外板增強構件307的(自由邊緣的)端部相互接合。這樣可能比較容易增強外板增強構件307的端部。
又可以如圖23(b)、(c)所示，採用具有某種程度的高度的內板框架315、316代替平板狀的內板框架314。在這種情況下，斷面為「L」字形的部分315b、316b與雷射焊接於外板增強構件307的部分315a、316a連接於與外板306相反的一側。以此使得內板框架315、316的剛性比上述平板狀的內板框架314大。其結果是，能夠進一步加強外板增強構件307的端部的剛性。
上述結構(參照圖23(a)～(c))不僅可以使用於外板306的側窗的開口部S1的周邊部分，而且也可以使用於其他開口部的角落部。
但是，在這樣的開口部，外板增強構件307的「コ」字形部307a上設置的內板框架314上形成如圖23(b)、(c)所示的自由邊緣的情況下，剪切力不容易分散在內板框架314上，特別是在上述開口部的角落部有時候強度不足。
因此，最好是如圖24(a)所示，使連接於內板框架314A的主體部的腳部314a從外板增強構件307的「コ」字形部307a上設置的內板框架314A的主體部延伸下降到外板306上，堵塞所述外板增強構件307的端部的開口，將在垂直於該腳部314a的方向上連續的法蘭部314b利用雷射焊接直接接合於外板306上。這樣，不在內板框架314上形成圖23(b)、(c)所示的自由邊緣，因此能夠進一步提高外板增強構件307的端部的剛性·強度。這也可以使用於開口部S1的角落部，如果用這樣使腳部314a和法蘭部314b形成為一體的內板框架314A增強開口部S1周圍，則能夠進一步提高開口部的剛性·角落部的強度。
還有，如果在將斷面為帽狀的外板增強構件307接合於外板306上之後安裝這些開口部S1的邊緣增強的內板框架314A，則能夠避免內板框架314A與下述壓輥相互幹擾。
而且也可以如圖24(b)所示，將內板框架314B中腳部14a的與開口部S1的角落部對應的部分314c利用深衝成型等方法形成彎曲形狀。這樣能夠得到充分確保開口部S1的角落部的強度的內板框架314B。
而且，在還有必要進一步增加外板增強構件307的面外剛性的情況下，也可以使用具有不相等的腳斷面的內板框架314C代替上述內板框架314A、314B。如圖24(c)所示，內板框架314C具有第1腳部314d、垂直於該下端緣連續的第1法蘭部314e、腳的長度做得比第1腳部314d長，與其保持規定的距離大致平行配置的第2腳部314f、垂直於該第2腳部314f的下端緣連續的第2法蘭部314g、以及跨越第1腳部314d的上端緣與第2腳部314f之間形成的水平部314h。第1法蘭部314e與第2法蘭部314g在相互背離的方向上延伸。內板框架314C形成在將第1法蘭部314e接合於外板增強構件307(「コ」字形部307a)，將第2法蘭部314g接合於外板306的狀態下，水平部314h與增強構件307的「コ」字形部上表面保持規定的距離大致平行配置的結構。藉助於此，能夠使外板增強構件307的面外剛性增加。
在這種情況下，也如圖24(d)所示，也可以將內板框架314D中與開口部的角落部對應的部分314k形成為彎曲形狀。這樣能夠增加開口部S1的角落部的強度。
如果如上所述構成，則(i)由於將雷射焊接使用於各種要件的接合，所以不會像已有的結構那樣由於外板的點焊焊接點之間的壓曲或初始畸變而使壓曲強度下降，能夠得到設計的壓曲強度，(ii)從而，如果按照理論決定外板增強構件的間距，就沒有必要在外板上貼增強板，這樣可以減少零部件數目和工時，(iii)而且由於外板增強的種類比以往少得多，只有兩種，零部件製作成本得以降低。(iv)還由於零部件的種類少，具有容易謀求提高零部件的尺寸精度等優點。
但是由於利用連續雷射焊接方法連續以冶金學方式連續接合重疊部，不再需要作為另一零件的密封材料，而且也不會因其隨著時間而劣化引起滲水。這是因為雷射焊接不同於電弧焊接，能量密度高而且幾乎不會發生熱畸變。
這樣，利用不使用密封材料只進行連續雷射焊接能夠確保水密性的方法，即使是不另行設置水管、落水管，也能夠只利用骨架的結構構件形成落水管等水路。
具體地說，側外板與屋頂外板的接合利用雷射焊接方法進行，但是在這種情況下，通常為了承受雷射焊接時的反作用力，將屋頂外板或側外板中的某一方或雙方的端部彎曲，形成作為提高剛性的手段的彎曲部分。例如如圖25(a)所示，將側構架的側外板306A(橫幕板)的端部向內側彎曲，形成作為向下方開放的斷面為「コ」字形的實施雷射焊接時的反作用力承受部的彎曲部分306Aa。將屋頂構架的屋頂外板306B(長梁)的端部向外側彎曲，形成作為上方開放的斷面為「コ」字形的落水管的彎曲部分306Ba。將側構架的彎曲部分306Aa的上表面與屋頂構架的彎曲部分306Ba的下表面重疊，沿著焊接線U對兩者的重疊部分進行雷射焊接將兩者接合。這樣能夠在確保剛性的同時形成落水管部(彎曲部分306Ba)。
又可以如圖25(b)所示，將側構架的範圍擴展到側外板306A(橫幕板)上部的屋頂外板(長梁)，將該側外板306A的端部306Ab向上方彎折，同時將應該與其接合的屋頂外板306B的端部306Bb向外側彎折，將其作為反作用力承受部。該反作用力承受部由於形成向上方開放的「コ」字形斷面，所以可以就這樣作為落水管使用。
又如圖26(a)、(b)所示，側構架以及端部構架預先對端部構架的端部外板321上接合的水平斷面大致為「L」字形的端部轉角柱，將其作為反作用力承受構件，利用連續雷射焊接方法接合側外板323。端部外板321與側外板323形成相互正交的位置關係。
這是，又如圖26(a)所示，設置在與端部轉角柱322之間構成閉空間的另一構件324，這樣能夠構成將雨水從屋頂引向地表的落水管。這樣，就不必另行設置將雨水從屋頂引向地表的水管。端部轉角柱322具有與端部外板321接合的第1面板部322a和與側外板323接合的第2面板部322b。構件324具有分別接合於端部轉角柱322的面板部322a、322b的法蘭部324a、324b以及位於它們之間的「ㄑ」字形的主體部324c。該主體部324c與端部轉角柱322之間形成作為水路(落水管)的閉空間。
又如圖26(b)所示，也可以在端部轉角柱322A與端部外板321之間構成閉空間。在這種情況下，斷面為帽狀的閉空間構成部分322c連接於端部轉角柱322A的端部外板321一側。閉空間構成部分322c的兩側的法蘭部322d、322e利用連續雷射焊接方法連接於端部外板321，確保水密性。
又，如圖27所示，側外板323以及臺框架(側梁325)通過將「コ」字形斷面的側梁325作為反作用力承受構件，利用連續雷射焊接方法在其上接合側外板323的下部(腰板)的方法接合。
在側外板上，如圖28(a)所示，將外板323A、323B的端部相互重疊，或將外板323B與框架構件326(開口部的邊緣構件)相互重疊，對前兩者或後兩者進行連續雷射焊接，以此構成重疊接頭。這些工作在構架接合之前以各構架單元的狀態將外板323A、323B、或外板323B與框架構件326安裝於夾具上然後進行連續雷射焊接，以此不需要設置反作用力承受構件。又，不僅這樣的重疊接頭，如圖28(b)、(c)所示，也能夠構成對接接頭J1、重疊角焊縫接頭J2的結構。
但是在利用連續雷射焊接方法將上述外板323B與框架構件326(開口部邊緣構件)加以焊接時，構成框架構件326的板材的厚度與外板323B的板厚相同程度或比其小的情況下，外板323B的表面會發生焊接淬硬(焊接時發生的青色花樣)、折角，有時候會發生焊道貫通。在這種情況下，沿著開口部周圍能夠看見焊接痕，有損於美觀。
在這裡，如圖29所示，窗框和門擋板等的外側上的邊緣構件326可以採用比外板306厚度大的厚板。作為外側上的構件的邊緣構件326的板厚只要是3mm以上，不管表面處理的種類和狀態如何，都可以使焊接線U幾乎看不見。
又如圖30所示，通過構成在構成邊緣構件327的重疊接頭的部分捲入板材，在內部形成空間的捲起部327a，可使得即使是貫通焊接也不會對外表面發生影響。這樣的捲起部327a可以通過將板材拉伸成型、輥軋(roll)成型或對板材實施V形彎曲壓力加工、對鋼管進行壓力加工等方法形成。在這種情況下，也可以在捲起部327a的內部不形成空間而使板材等相互接觸。還有，不必一定在捲起部327a的內部形成空間，只要邊緣構件327的與外板306的接合部分形成將平板彎折形成的重疊板結構即可。
如果這樣做，能夠在抑制不必要的重量增加的同時保持水密性，而且也能夠進一步提高外觀設計的美觀性。又，如果這樣構成捲起部，則即使是有必要將框架+外板+骨架三者重疊，也由於捲起部的貫通可能性小，所以能夠三者同時進行重疊焊接。
又，如果是例如窗框，也可以如上所述採用厚板(3mm以上)作為車窗周圍部(吹寄部)的外板，廢除窗框。在這種情況下，也可以減少零部件數目。
但是，如圖31(a)所示，在進行重疊雷射焊接時，為了確保重疊部分的緊貼性同時正確確保雷射光束312的焦距，使用與雷射光束一起移動的壓輥331(直徑100mm左右)。該壓輥331形成能夠在利用雷射焊接方法將增強構件307焊接於外板306上時與雷射光束312一起移動，將增強構件307的接合部分按壓於外板306上的結構。
這時一旦將邊緣構件332(窗框、門擋板等的框架)安裝於外板增強構件307的端部，壓輥331會對邊緣構件332發生影響，因而雷射焊接不能夠連續進行到端部。為此，向來是將壓輥331取下再進行焊接，所以需要多費工時。反之，如果邊緣構件332安裝於後，則會發生壓輥331影響外板增強構件307因而有時不能夠施工的情況。
因此，如圖31(a)所示，也可以只在壓輥331通過的部分將邊緣構件332的一部分(法蘭332a等)切除，以此在邊緣構件332上形成使壓輥331能夠進入到外板增強構件307的端部近旁的切口部332b。這樣能夠不取下壓輥331就在一個工序中迅速而且正確地以雷射焊接方法焊接外板306與外板增強構件307。
又如圖31(b)所示，將具有大於邊緣構件332的高度的長按壓夾具333配置於外板增強構件307上，也可以從該夾具333上面以壓輥331將外板增強構件307與夾具333一起按壓。
如果這樣做，則有不將手按在結構構件上就能夠在外板6上焊接外板增強構件307直到端部的優點。
然後，為了比較容易地得到具有高精度且漂亮的外板面的不鏽鋼骨架，在利用連續雷射焊接方法組裝外板面板之後對外板的表面用刷拋光或實施噴丸處理，對該表面進行精加工。或者也可以在利用雷射焊接方法組裝構架之後對外板用刷拋光或實施噴丸處理，對其進行精加工。又可以利用彩色帶覆蓋焊接線部。還有，雷射焊接的接頭也可以是貫通重疊焊接、部分熔入重疊焊接、對接焊接中的任一種。
或者如果外板306的厚度採用3mm以上，則能夠與外板的表面處理、焊接線的方向無關地，焊接線不出現於外板面上地進行部分熔入雷射焊接。
如果這樣做，則即使是不實施用刷拋光等後處理，只實施焊接工序也能夠確保外板的美觀性。
又，作為另一實施例，外板的板厚即使是採用以往的厚度，也可以使焊接線的方向為一定的方向，特別是在側外板統一於車體的長度方向，這樣，即使是有一些焊接痕出現於外板面上也能夠使其不明顯(不引人注目)。
為了使在外板上出現的焊接線全部為一定的方向，在本實施形態中，採用以雷射焊接方法接合外板與長條的外板增強構件(橫骨)，從其上向與外板增強構件垂直的方向通過主框架(縱骨)的「浮動骨結構」。
在這種浮動骨結構中，在使縱骨與橫骨交叉，利用雷射焊接方法接合的情況下，接合時為了確保重疊部緊貼，使用上述壓輥。如果位於上側的縱骨的法蘭的板厚或剛性不足，則縱骨的法蘭部與橫骨一起撓曲，不能夠確保緊貼性。為了消除這樣的情況，需要另行設置大型的按壓夾具，會使生產效率和成本惡化。
利用使位於上面的縱骨的板厚(2.5mm)比位於下面的橫骨(1mm)厚，或使縱骨的法蘭的端部彎曲以確保剛性等對策，即使沒有大型夾具也能夠消除橫骨的撓曲，利用簡便的壓輥就能夠進行該部的焊接，因此生產效率和成本是理想的。
又，在橫骨和縱骨的交叉部接近側窗或側出入口等外板開口的角落部的情況下，容易在橫骨和縱骨之間產生大的剪切力，只有橫骨和縱骨的狹小的法蘭重疊部的接合有時候不能夠確保強度。
因此，如圖32所示擴展縱骨341的法蘭341a，構成角撐板狀的延長部(以下稱為「角撐板部」)341b，能夠確保接合面積。在這種情況下，最好是將橫骨(外板增強構件307)按照外板306的開口角落部的形狀延長到端部。
通過將上述角撐板部341b與外板增強構件307的延長部接合，能夠構成立體角撐板。還有，該角撐板部341b也可以是位於上方的縱骨341以外的另一零件。又，該角撐板部341b與外板增強構件307的延長部的接合最好是採用雷射焊接方法。
如果這樣做，則能夠減小橫骨(增強構件307)與縱骨341的重疊部產生的剪切力。而且能夠利用立體角撐板減輕外板306上產生的應力。
又，在橫骨(外板增強構件307)、縱骨341的重疊部、和橫骨(外板增強構件307)與角撐板部341b的重疊部分等狹窄部分上使用雷射焊接的情況下，焊接線U間斷地變短，因此在這樣的狹小部，也可以如圖33(a)所示，使雷射光束的光軸旋轉以使焊接線閉合構成環狀的焊接線U1(直徑10～20mm左右的環狀焊接)。環的直徑根據接合部面積以及要求的強度等適當設定。
如果這樣做，則在狹小部也能夠確保長的焊接線U1，因此能夠得到必要的強度。又，由於沒有焊接端部，所以也不容易發生龜裂。
還有，進行這種環狀焊接時，如圖33(b)所示，如果使用筒狀的按壓夾具351，則能夠確保上下構件緊貼，進行恰當的雷射焊接。
圖34(a)表示在側外板上安裝內裝物品·設備類的結構的一個例子。如圖34(a)所示，將板材彎折加工成軌道狀的長軌道構件361利用雷射焊接方法沿著車體長度方向，或沿著與車體長度方向垂直的方向安裝於側外板306。該軌道構件361具備系合方頭的特殊螺栓、螺母等安裝部362的頭部的凹部。軌道構件361，其凹部的兩側的兩側部形成雙重壁部，通過將一枚板材彎折形成，使得安裝部從該雙重壁部的外側壁部的兩端部向相反的方向延伸。作為內裝物品·設備類的凳子和內裝面板，安裝於與軌道構件361系合的安裝器具362上。如上所述進行，能夠在側外板上安裝內裝物品、設備類。
又，也可以如圖34(b)所示，與上面所述同樣在屋頂構架的橫骨(椽子)363上沿著車體長度方向安裝軌道構件364，在該軌道構件364上系合安裝器具365。藉助於此，能夠在屋頂構架的橫骨363上懸掛作為內裝物品·設備類的天花板管道和螢光燈等單元。
也可以如圖35(a)所示，在臺框305的底板(瓦楞鋼板)之間沿著車體長度方向接合軌道構件371，安裝凳子(座位徑跡)。
又可以如圖35(b)所示，將軌道構件372座位臺框的橫梁使用，以此在軌道構件372上懸掛底板下設備類。
在這種情況下，軌道構件藉助於拉伸成型或輥軋成型加工形成軌道狀。這種長軌道構件利用雷射焊接方法安裝於外板或主框架上。還有，在這裡利用雷射方法將軌道構件安裝於主框架上，但是也可以利用電弧焊接或電阻點焊方法代替這種方法將軌道構件安裝於主框架上。
如果這樣做，則能夠謀求減少零部件數目、減少內部骨架等二次構件的安裝工時，能夠謀求尺寸管理的方便。
又，如果採用上述拉伸成型，則能夠以比一般的加壓成型便宜得多的價格對軌道構件進行高精度的成型加工。其結果是，能夠以高精度將安裝器具的頭部嵌入軌道構件。
下面對側構架的組裝方法、以及將側構架分割為多個單元進行製造，在這些單元製造後利用雷射焊接方法將其接合形成側構架的方法進行說明。
(1)在第1種方法中，如圖36(a)、(b)所示，分別製造兩種側單元381A、381B、橫幕板單元382、以及門擋板383，其後用雷射焊接方法將這些構件接合，形成側構架384。在這種情況下，也可以用雷射焊接方法組裝側單元381A、381B、橫幕板單元382。
(2)在第2種方法中，如圖37(a)、(b)所示，分別製造包含橫幕板部381Ca、381Da的側單元381C、381D以及門擋板383，其後用雷射焊接方法將這些部件接合形成側構架385。
上述側單元381C、381D用雷射焊接方法組裝。門擋板383的接合方法也是雷射焊接。側單元381C、381D的橫幕板部381Ca、381Da之間的接合方法採用雷射焊接或電弧焊接。
(3)在第3種方法中，如圖38(a)、(b)所示，分別製造包含橫幕板部381Ca、381Da的側單元381C、381D以及延伸到橫幕板部的門擋板383A，其後用雷射焊接方法將這些部件接合形成側構架386。門擋板383A的延伸到橫幕板部的部分位於側單元381C、381D的橫幕板部381Ca、381Da的外側。
上述側單元381C、381D用雷射焊接方法組裝。門擋板383A的接合方法、側單元381C、381D的橫幕板部381Ca、381Da之間的接合方法如上所述。
(4)在第4種方法中，如圖39(a)、(b)所示，分別製造包含橫幕板部381Ea、381Fa以及半開門擋板381Ea、381Fa的側單元381E、381F，其後用雷射焊接方法將側單元381E、381F接合形成側構架387。
上述側單元381E、381F用雷射焊接方法組裝。
如果這樣做，則能夠提高側構架384～387的施工速度，提高側外板的美觀性，確保水密性而無密封，有利於提高尺寸精度。
但是，上述側單元381A～381F的組裝方法，例如，如圖40所示，將側外板分割為腰板141A、吹寄板(窗戶周圍的構件)141B、橫幕板141C，各外板141A～141C上利用雷射焊接方法接合外板增強構件142A～142C，製作腰面板143A、吹寄面板143B、橫幕面板143C。
這時在外板141A與外板增強構件142A的法蘭部構成重疊接頭，如圖41(a)(b)(c)(d)所示，利用從外板141A、外板增強構件142A一側開始的部分熔入雷射焊接將兩者接合。外板141B、141C與外板增強構件142B、142C的法蘭部的接合也一樣。還有，窗框(未圖示)同樣預先利用雷射焊接方法接合於吹寄板141B。
吹寄板141B的下端緣以及橫幕板141C的下端緣上設置堵塞部，吹寄板141B的下端緣的堵塞部與腰板141A的上端、以及橫幕板141C的下端與吹寄板141B的上端形成重疊接頭，利用雷射焊接方法對該部分進行焊接，以此形成側單元121(參照圖42)。還有，122為窗開口部，123為門開口部。
再利用雷射焊接方法將位於上述重疊接頭部的腰帶145、橫幕帶144A、144B接合於外板(參照圖43)。這時，由於腰帶145、橫幕帶144A、144B的存在，如果能夠配置腰帶145、橫幕帶144B、144C，使其對腰面板143A與吹寄面板143B或吹寄面板與橫幕面板的雷射焊接施工不造成妨礙，則也可以預先將腰帶145、橫幕帶144A、144B接合於吹寄板141B上。
接著，利用雷射焊接方法在外板增強構件142A的頭部上接合前門柱(戶先柱)146A、後門柱(戶尻柱)146B、中間柱146C的各縱柱146(參照圖40、圖41(d)、以及圖43)。這時也可以是短的焊接線，或者如果是環狀的焊接線則接合強度更加穩定。還有，148為門框。
最後可以用雷射焊接方法在腰帶145、橫幕帶144A、144B與後門柱146B的結合部及其近旁接合角撐板150A～150D，完成側單元121的製作(參照圖44)。
而且上述側單元的製造方法也可以使用於端部構架單元、屋頂單元、臺框單元的製作。
在製作屋頂構架單元的情況下，利用連續雷射焊接方法將屋頂外板相互接合，然後從外板一側利用雷射焊接方法將椽子與屋頂外板接合。這時屋頂構架由於不要求高度美觀，所以即使雷射焊接是貫通焊接或是部分熔入焊接都可以。
在臺框單元的情況下，側梁與橫梁隔著角撐板利用雷射焊接方法或電阻點焊方法接合製作框架組，然後瓦楞鋼板的底板與橫梁利用從底板側來的雷射焊接進行接合。這時臺框下部和底板面由於在車體完成後成為死角或隱蔽部，所以不要求美觀，因此雷射焊接是貫通焊接還是部分熔入焊接都可以。
然後，這些左右側單元、屋頂單元、臺框單元、以及前後端部單元利用圖25～圖37所示的方法接合，組裝成鐵道車輛用構架。
還有，上述實施形態只是一個例子，在不損害本發明的要旨的範圍內可以有各種變更，本發明不限定於上述實施形態。
權利要求
1.一種雷射焊接方法，將多片板狀構件重疊，一邊移動雷射光束一邊從其面外方向連續照射雷射光束，將到照射雷射光束的板狀構件的相反側的板狀構件的內部為止的區域加熱熔化，一邊控制雷射光束的輸出或雷射光束移動速度，使所述加熱熔化形成的熔池的底部不達到所述相反側的板狀構件的外側面，一邊對所述多片板狀構件進行焊接，其特徵在於，對所述相反側的板狀構件的外側面，在與雷射光束的焊接線方向大致平行的方向上預先實施研磨加工。
2.一種雷射焊接接頭，是將多片板狀構件重疊，一邊移動雷射光束一邊從其面外方向連續照射雷射光束，將到照射雷射光束的板狀構件的相反側的板狀構件的內部為止的區域加熱熔化，一邊控制雷射光束的輸出或雷射光束移動速度，使所述加熱熔化形成的熔池的底部不達到所述相反側的板狀構件的外側面，一邊對所述多片板狀構件進行焊接形成的雷射焊接接頭，其特徵在於，對所述相反側的板狀構件的外側面，在與雷射光束的焊接線方向大致平行的方向上實施研磨加工。
3.一種外板面板，是將第1增強構件與外板的內側重疊，一邊移動雷射光束一邊從該第1增強構件一側連續照射雷射光束，將到所述外板的內部為止的區域加熱熔化，一邊控制雷射光束的輸出或雷射光束移動速度，使所述加熱熔化形成的熔池的底部不達到所述外板的外側面，一邊將其接合形成的外板面板，其特徵在於，對所述外板的外側面，在與所述雷射光束的焊接線方向大致平行的方向上實施研磨加工。
4.一種鐵道車輛用構架，是將第1增強構件重疊於外板的內側，一邊移動雷射光束一邊從該第1增強構件一側連續照射雷射光束，將到所述外板的內部為止的區域加熱熔化，一邊控制雷射光束的輸出或雷射光束移動速度使所述加熱熔化形成的熔池的底部不達到所述外板的外側面，一邊將其接合形成的外板面板作為側構架的側面外板使用的鐵道車輛用構架，其特徵在於，對所述外板面板的外板的外側面，在與所述雷射光束的焊接線方向大致平行的方向上實施研磨加工，所述焊接線方向與特定方向一致。
5.根據權利要求4所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，所述第1增強構件具有斷面為帽形的部分，該部分具有斷面大致為「コ」字形的主體部和在該主體部的開口端緣上連接，相互向相反方向延伸，利用雷射焊接接合於所述外板上的法蘭部，所述主體部在車輛的長度方向上延伸。
6.根據權利要求5所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，所述主體部的斷面大致為「コ」字形的形狀形成越向開口側間隔慢慢變大的結構，在所述第1增強構件中與所述外板相反側上設置在與所述第1增強構件垂直的方向上延伸的斷面為帽形的第2增強構件，該第2增強構件的法蘭部連接於所述第1增強構件的主體部。
7.一種鐵道車輛用構架，具有側構架的外板與連接於該外板的內側，對外板進行增強的第3增強構件，該第3增強構件的一部分或全部配置於車體的長度方向上，所述第3增強構件用雷射焊接接合於所述外板上，其特徵在於，將在所述外板發生的面內應力分量分解為車體長度方向和與其垂直的方向的單軸應力σx、σy以及剪切應力τ，設定由所述雷射焊接的焊接線的間隔定義的增強構件的間距，以使得這些應力在由Euler壓曲的公式和塑性修正的公式決定的壓曲壓力值以下。
8.一種鐵道車輛用構架，具有側構架的外板與連接於該外板的內側，使外板增強剛性的第3增強構件，該第3增強構件的一部分或全部配置於車體的長度方向上，所述第3增強構件用雷射焊接接合於所述外板上，其特徵在於，由所述雷射焊接的焊接線的間隔定義的所述第3增強構件的間距，在所述第3增強構件延伸的方向上根據所述第3增強構件的負載負擔達到最大的地方的壓曲強度設定。
9.一種鐵道車輛用構架，具有側構架的外板與連接於該外板的內側，使外板增強剛性的第3增強構件，該第3增強構件配置於軌道方向上，所述第3增強構件用雷射焊接接合於所述外板上，其特徵在於，所述第3增強構件，其斷面為帽狀，具有斷面大致為「コ」字形的「コ」字形部、以及連接於該「コ」字形部的端緣，設置為在相反方向上延伸的，雷射焊接於所述外板上的兩個安裝法蘭部，使所述第3增強構件的「コ」字形部的寬度比設置於其他部分的第1構件的「コ」字形部的寬度小。
10.根據權利要求7所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，所述第3增強構件，其斷面為帽狀，具有斷面大致為「コ」字形的「コ」字形部、以及連接於該「コ」字形部的端緣，設置為相互在相反方向上延伸，雷射焊接於所述外板上的兩個安裝法蘭部，所述第3增強構件在「コ」字形部內預先安裝提高該「コ」字形開口部的剛性的第4增強構件。
11.根據權利要求8所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，所述第3增強構件，其斷面為帽狀，具有斷面大致為「コ」字形的「コ」字形部、以及連接於該「コ」字形部的端緣，設置為相互在相反方向上延伸，雷射焊接於所述外板上的兩個安裝法蘭部，所述第3增強構件在「コ」字形部內預先安裝提高該「コ」字形開口部的剛性的第4增強構件。
12.根據權利要求9所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，所述第3增強構件，其斷面為帽狀，具有斷面大致為「コ」字形的「コ」字形部、以及連接於該「コ」字形部的端緣，設置為相互在相反方向上延伸，雷射焊接於所述外板上的兩個安裝法蘭部，所述第3增強構件在「コ」字形部內預先安裝提高該「コ」字形開口部的剛性的第4增強構件。
13.根據權利要求10所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，在所述第3增強構件的「コ」字形部的頭部形成利用雷射焊接將所述第4增強構件焊接於所述外板上用的開口部或切口部。
14.根據權利要求11所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，在所述第3增強構件的「コ」字形部的頭部形成利用雷射焊接將所述第4增強構件焊接於所述外板上用的開口部或切口部。
15.根據權利要求12所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，在所述第3增強構件的「コ」字形部的頭部形成利用雷射焊接將所述第4增強構件焊接於所述外板上用的開口部或切口部。
16.根據權利要求7所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，所述第3增強構件具有利用雷射焊接接合於所述外板上的基部、以及相對該基部膨出的內部為中空的膨出部，端部被堵塞。
17.根據權利要求8所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，所述第3增強構件具有利用雷射焊接接合於所述外板上的基部、以及相對該基部膨出的內部為中空的膨出部，端部被堵塞。
18.根據權利要求7所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，在形成於所述外板上的開口部的角落部，利用雷射焊接在所述第3增強構件的端部接合內板框架，將所述第3增強構件的端部相互連接。
19.根據權利要求8所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，在形成於所述外板上的開口部的角落部，利用雷射焊接在所述第3增強構件的端部接合內板框架，將所述第3增強構件的端部相互連接。
20.根據權利要求9所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，在形成於所述外板上的開口部的角落部，利用雷射焊接在所述第3增強構件的端部接合內板框架，將所述第3增強構件的端部相互連接。
21.根據權利要求18所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，所述第3增強構件與內板框架利用雷射焊接方法接合，而且使其焊接線閉合。
22.根據權利要求19所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，所述第3增強構件與內板框架利用雷射焊接方法接合，而且使其焊接線閉合。
23.根據權利要求20所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，所述第3增強構件與內板框架利用雷射焊接方法接合，而且使其焊接線閉合。
24.根據權利要求7所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，在所述外板上形成的開口部的周邊設置邊緣構件，在該邊緣構件上，形成在將所述第3增強構件雷射焊接於所述外板上時能夠與雷射光束一起移動，將第3增強構件的接合部分按壓在外板上的壓輥能夠進入的切口部。
25.根據權利要求8所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，在所述外板上形成的開口部的周邊設置邊緣構件，在該邊緣構件上，形成在將所述第3增強構件雷射焊接於所述外板上時能夠與雷射光束一起移動，將第3增強構件的接合部分按壓在外板上的壓輥能夠進入的切口部。
26.根據權利要求9所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，在所述外板上形成的開口部的周邊設置邊緣構件，在該邊緣構件上，形成在將所述第3增強構件雷射焊接於所述外板上時能夠與雷射光束一起移動，將第3增強構件的接合部分按壓在外板上的壓輥能夠進入的切口部。
27.根據權利要求7所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，所述第3增強構件，其斷面為帽狀，具有斷面大致為「コ」字形的「コ」字形部、以及連接於該「コ」字形部的端緣，設置為相互在相反方向上延伸，雷射焊接於所述外板上的兩個安裝法蘭部，所述第3增強構件在作為自由邊緣的端部外側接合內板框架，所述內板框架具有連接於所述第3增強構件的「コ」字形部的主體部、連接於該主體部，在堵塞所述端部的方向上延伸的腳部、以及連接於該腳部，與所述外板接合的法蘭部。
28.根據權利要求8所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，所述第3增強構件，其斷面為帽狀，具有斷面大致為「コ」字形的「コ」字形部、以及連接於該「コ」字形部的端緣，設置為相互在相反方向上延伸，雷射焊接於所述外板上的兩個安裝法蘭部，所述第3增強構件在作為自由邊緣的端部外側接合內板框架，所述內板框架具有連接於所述第3增強構件的「コ」字形部的主體部、連接於該主體部，在堵塞所述端部的方向上延伸的腳部、以及連接於該腳部，與所述外板接合的法蘭部。
29.根據權利要求7所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，所述第3增強構件在作為自由邊緣的端部外側接合內板框架，所述內板框架具有與所述第3增強構件的「コ」字形部接合的第1法蘭部、與所述外板接合的第2法蘭部、從該第1和第2法蘭部相互平行地延伸到相同的高度的第1和第2腳部、以及將該第1和第2腳部的上端緣接合起來，與所述外板平行延伸的水平部。
30.根據權利要求8所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，所述第3增強構件在作為自由邊緣的端部外側接合內板框架，所述內板框架具有與所述第3增強構件的「コ」字形部接合的第1法蘭部、與所述外板接合的第2法蘭部、從該第1和第2法蘭部相互平行地延伸到相同的高度的第1和第2腳部、以及將該第1和第2腳部的上端緣接合起來，與所述外板平行延伸的水平部。
31.根據權利要求7所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，側構架的側面外板或屋頂構架的屋頂外板中的任意一個或兩者的，在車體的長度方向上延伸的端緣部具有折曲部分，在該折曲部分所述側面外板和屋頂外板利用連續雷射焊接方法接合。
32.根據權利要求8所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，側構架的側面外板或屋頂構架的屋頂外板中的任意一個或兩者的，在車體的長度方向上延伸的端緣部具有折曲部分，在該折曲部分所述側面外板和屋頂外板利用連續雷射焊接方法接合。
33.根據權利要求9所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，側構架的側面外板或屋頂構架的屋頂外板中的任意一個或兩者的，在車體的長度方向上延伸的端緣部具有折曲部分，在該折曲部分所述側面外板和屋頂外板利用連續雷射焊接方法接合。
34.根據權利要求31所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，所述折曲部分在所述屋頂外板上形成向上方開放的斷面為「コ」字形的形狀。
35.根據權利要求32所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，所述折曲部分在所述屋頂外板上形成向上方開放的斷面為「コ」字形的形狀。
36.根據權利要求33所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，所述折曲部分在所述屋頂外板上形成向上方開放的斷面為「コ」字形的形狀。
37.根據權利要求7所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，端部構架的端部外板與側構架的側外板通過斷面大致為「L」字形的端部轉角柱接合，並且使接合的外板形成正交接合，設置用連續雷射焊接接合於所述端部轉角柱，與其之間構成閉空間的另一構件，或在所述端部轉角柱上形成與所述端部外板之間構成閉空間的閉空間構成部分，所述閉空間作為從所述屋頂將雨水引向地表的落水管起作用。
38.根據權利要求8所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，端部構架的端部外板與側構架的側外板通過斷面大致為「L」字形的端部轉角柱接合，並且使接合的外板形成正交接合，設置用連續雷射焊接接合於所述端部轉角柱，與其之間構成閉空間的特別構架，或在所述端部轉角柱上形成與所述端部外板之間構成閉空間的閉空間構成部分，所述閉空間作為從所述屋頂將雨水引向地表的落水管起作用。
39.根據權利要求9所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，端部構架的端部外板與側構架的側外板通過斷面大致為「L」字形的端部轉角柱接合，並且使接合的外板形成正交接合，設置用連續雷射焊接接合於所述端部轉角柱，與其之間構成閉空間的特別構架，或在所述端部轉角柱上形成與所述端部外板之間構成閉空間的閉空間構成部分，所述閉空間作為從所述屋頂將雨水引向地表的落水管起作用。
40.根據權利要求7所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，對所述外板的外表面實施用刷拋光或噴丸處理的表面處理。
41.根據權利要求8所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，對所述外板的外表面實施用刷拋光或噴丸處理的表面處理。
42.根據權利要求9所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，對所述外板的外表面實施用刷拋光或噴丸處理的表面處理。
43.根據權利要求7所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，加工為「コ」字形斷面的長軌道構件安裝於所述外板的內側，通過使用具有系合於所述軌道構件的頭部的安裝螺杆安裝內裝物品·設備類。
44.根據權利要求8所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，加工為「コ」字形斷面的長軌道構件安裝於所述外板的內側，通過使用具有系合於所述軌道構件的頭部的安裝螺杆安裝內裝物品·設備類。
45.根據權利要求9所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，加工為「コ」字形斷面的長軌道構件安裝於所述外板的內側，通過使用具有系合於所述軌道構件的頭部的安裝螺杆安裝內裝物品·設備類。
46.根據權利要求7所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，所述外板，其壁厚比所述第3增強構件厚，採用3mm以上的壁厚。
47.根據權利要求8所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，所述外板，其壁厚比所述第3增強構件厚，採用3mm以上的壁厚。
48.根據權利要求9所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，所述外板，其壁厚比所述第3增強構件厚，採用3mm以上的壁厚。
49.根據權利要求7所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，在形成於所述外板的開口部的周邊設置邊緣構件於外側，所述邊緣構件，其與所述外板接合的部分形成將平板折曲形成的重疊板結構，從所述外板一側開始進行雷射焊接。
50.根據權利要求8所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，在形成於所述外板的開口部的周邊設置邊緣構件於外側，所述邊緣構件，其與所述外板接合的部分形成將平板折曲形成的重疊板結構，從所述外板一側開始進行雷射焊接。
51.根據權利要求9所述的鐵道車輛用構架，其特徵在於，在形成於所述外板的開口部的周邊設置邊緣構件於外側，所述邊緣構件，其與所述外板接合的部分形成將平板折曲形成的重疊板結構，從所述外板一側開始進行雷射焊接。
全文摘要
本發明提供一種將多片板狀構件(1、2)重疊，一邊移動雷射光束一邊從其面外方向連續照射的方法，這種方法是對照射雷射光束的板狀構件(2)的相反側(1)的外側面，在與雷射光束的焊接線方向大致平行的方向上預先實施研磨加工，使得焊接痕在視覺上不明顯的雷射焊接方法。
文檔編號B61D17/04GK1953839SQ200580015809
公開日2007年4月25日 申請日期2005年4月12日 優先權日2004年5月18日
發明者小牧修, 平島利行, 村田隆行, 丸谷武央 申請人:川崎重工業株式會社