制造车辆结构体的方法

本发明涉及制造车辆结构体的方法，特别是涉及一种制造车辆 结构体的方法，它更适于焊接和连接作为构成车辆结构体的材料的 叠层板来制造车辆结构体。

在现有技术中，铁路车辆结构体一般由具有顶部、侧板、底板和 端板的六面体组成。各部分通过焊接相互连接。至于使用的材料，包 括结构体通常使用轧制钢板，轧制或压制的铝合金板，并要经过现场 使用的检验来确认这些材料的可靠性。

近年来，为了增加铁路车辆的运行速度，它需要使车辆结构体的 重量更轻，因此研制出使用焊接的格状结构铝板作为车辆结构体的 主要构件的车辆结构体。在日本专利申请公开文本第90468(1991) 号中公开了与这一问题有关的装配技术的一个例子。

在使用焊接的格状结构铝板作为车辆结构体的基本构件的情况 下，这些板是通过焊接连接的。在这些板中，由于焊接过程中的热 蚀，因为材料的变形，在成形板的基本构件之间的焊接部分上产生不 良效果。为了形成焊接过程的统一完整，考虑这些不良效果以及焊 接的金属部分的结构缺陷是很重要的。

在制造车辆结构体中，首先由焊接格状结构铝板组成的形成尺 寸小的板块的焊接过程，继之以通过把尺寸小的板块连接在一起形 成尺寸大的板块的焊接过程，最后，通过连接包括顶板、侧板、底板和 端板六个大尺寸的板块装配成六面体形成车辆的一个整体。在这一 装配的方法中，由于要进行适于各个制造步骤的特殊的组合、限定 和焊接的程序，因而要求适当地检查在焊接的格状结构铝板上由热 效应产生的在构件整体性方面的变化和各个焊接过程引起的变形情 况。如在现有技术中，在用轧制的或压制的材料制造的结构体中，通 过加大相邻件接合部的厚度，以及使板件和梁件结合起来而建立所 制结构体的强度可靠性。这些惯用的方法目的是增加构件的结构强 度，但都导致在减轻装配件和所制结构体的重量方面发生障碍。

本发明的目的是提供一种制造车辆结构体的方法，它能够制造 由具有较高可靠性的叠层板组成的车辆结构体。

在制造车辆结构体的方法中，通过焊接连接的材料形成各个叠 层板，再通过焊接所许多叠层板连接在一起，由通过焊接连接许多叠 层板的步骤和在完成通过焊接连接的步骤后，通过对焊接部分和叠 层板的焊接部分的邻近表面的无损检验来检验各个叠层板的材料连 接情况的步骤联合达到上述目的。

通过无损检验来检验焊接部分和薄板的焊接部分的邻近表面， 鉴别在焊接部分邻近材料之间、在材料和焊接的连接部之间和叠层 板的材料自身之间的连接情况，当发现在焊接的连接部分上由于热 效应产生的任何结构缺陷时，要通过加工而得到满足要求的修复，这 种可使制成的车辆结构体具有较高的可靠性。

下面将通过附图进一步叙述本发明，附图如下：

图1是在本发明的车辆结构体制造方法中的制造过程的一个实 施例的略图。

图2显示在图1中制造车辆结构体使用的辐射检验法。

图3显示在图1中制造车辆结构体使用的超声波检验法。

图4显示在图1中制造车辆结构体使用的两种方法：冲击检验 法和锤击检验法。    

图5显示在图1中装配车辆结构体使用的真空法。

图6显示供超声波、冲击检验和锤击检验使用的装置。

图7显示用于检验焊接部分及其邻近区域的方法的另一实施 例。

现在参照附图叙述本发明的一个实施例，图1显示车辆结构体 的基本的制造步骤，以及各步骤的检验情况。构件1是用作构成车辆 结构体10的基本材料的焊接的格状结构铝板(在下文中简称“格状 结构板”)。格状结构板1由一对面板2、3、夹在面板之间的芯部材 料4、加强构件(未显示)以及连接件5所组成。以格状结构形状在面 板2、3之间形成的芯部材料4、用作支承件的以单板或压制件形成 的加强构件和用作加固连接部分的强度而设置在板的边缘上的连接 件5是通过焊接的方法组装在一起，形成格状结构板1。在制造车辆 结构体准备板时，格状结构板1要制成弧形表面的形状，以适合车 辆结构体10的形状。

至于在以上述方法制作的格状结构板1，在面板2、3和芯部构 件4以及加强构件之间的连接情况，在面板2、3和连接件5之间的 连接情况要经过检验。要通过冲击检验、锤击检验和超声波检验来检 验在面板2，3和芯部构件4以及加强构件之间的连接情况。这种检 验的最好标准是连接部分的强度等同于或超过结构体构件材料的强 度，例如，在这些构件使用的所有材料是铝合金的情况下，面板2、3 的厚度是1mm，芯部构件的厚度是0.4mm。至于在面板2、3和速接 件5之间的连接部分要通过超声波试验、辐射试验或透入度试验来 进行检验。在连接件5的厚度是2mm的情况下，它的最好标准是观 察到的缺陷的数目在基准数值以下，几乎近于零。

如图1(1)所示，当一对邻接的格状结构板1和插在板之间的各 连接件5的位置正确地固定时，被焊接在一起，这样就获得一个指 定面积大小的小尺寸板块SB。关于小尺寸板块SB的检验，在板之 间的焊缝是通过射线试验或压力试验来进行检验的，而焊缝的邻近 区域是通过超声波、冲击法或锤击法来进行检验的。在板之间的焊缝 的检验中，要确认各板块(即面板2，3和连接件5)是否牢固地连接， 而在邻接的格状结构板之间没有材料缺陷。在焊缝的邻近区域的检 验中，要检验焊接过程在格状结构板1的面板2、3和连接件5之间 的焊接部分上产生的热效应。另外，也要检验焊接过程在面板2、3和 芯部构件4之间的焊接部分上产生的热效应。在上述检验工作中发 现任何缺陷的情况下，就要判断所发现的缺陷的程度和范围来确定 修复工作和/或组装件的报废。

小尺寸板块SB用于形成在车辆的纵向上由一连串板块组成的 板，即用于形成用作车辆的侧部或顶部的分解部分的板块。

在检验小尺寸板块SB时，因为被检验物的尺寸比较小，所以， 使得对它们的材料操作和搬运过程比较容易，能通过使用大尺寸、 高精度的检验机在短时期内自动地进行检验。

通过布置许多尺寸小的板块SB，制成尺寸大的板块RB，包括 侧板11、顶板12、底板13和端板14。图1(2)显示侧壁板11的制造， 作为尺寸大的板块的一个例子，小尺寸板块SB被用作装配在车辆 的纵向延伸的车窗上部11a和护壁板11b的板块，将窗间壁板11c 和进入门11d加在这些尺寸小的板块SB上，所有这些板块和构件 固定在它们的正确位置上。现在已确立它们的位置。然后通过焊接 连接小尺寸板块SB和各个构件。在小尺寸板块SB自身之间和在小 尺寸板块和各个构件之间的焊缝上通过射线试验或压力试验对如上 述那样制造的侧板11进行检验。至于焊缝的邻近区域的检验则应用 超声波、冲击法或锤击法。在这种情况下，被检验物包括在各个小尺 寸板块SB之间的焊接部分，其焊缝长，焊接所需的热量大，所以，在 焊接的板块之间的连接部分组装精度的允许误差要比形成小尺寸板 块焊接件时组装精度的允许误差更大些，因此对检验工作更应注意。

在检验尺寸大的板块RB中，使用连接在焊接工具上的可移式 检验装置进行自动检验对检验工作更为有利，上述可移式检验装置 可以在侧壁板11的纵长方向上移动。

如图1(3)所示，尺寸大的板块RB包括侧壁板11、顶板12、底 板13和端板14，将其组合并固定它们的正确位置，这样，通过焊接 这些板形成结构体10。在总装结构体中，通过一对端板14完成最后 组装，检验装置和它的辅助装置能通过结构体端部的开口部分搬进 搬出，这就有利于提高组装工作的效率。

在尺寸大的板块RB之间的焊缝的检验是通过射线试验和压力 试验进行的，而焊缝的邻近区域的检验是通过超声波、冲击法或锤 击法进行的。因为对尺寸大的板块的焊接条件比尺寸小的板块的焊 接条件要求更为严格，因此对检验工作必须更加注意。

至此，结构体10的制造已经完成，如图1(4)所示，对结构体10 要进行密封性检验。对结构体的密封性能的这一检验是通过真空法 进行的。

现在，在下文中将叙述在装配工作指定的步骤中进行的各种检 验方法：射线试验、超声波试验、冲击检验、锤击检验和真空法。通过 参看图2，将详细地叙述射线试验。在图2中，通过自动焊接设备23 焊接形成小尺寸板块的格状结构板1。射线源24安装在自动焊接设 备23的分组件自运行焊接设备22内。辐射探测器26安装在和自动 行焊接设备22同步移动的下自运行设备25内。焊缝内部情况因图 象显示装置27上可用肉眼看出。为了用肉眼观察借助图象显示装 置27，通过射线源24辐射的射线穿透焊缝20，并使通过下自运行设 备25内的辐射探测器26探测出的信号数字化。通过人的视觉能检 验的图象以及使用计算机装置通过图象测定装置29自动地鉴别。如 果发现缺陷部分，这些缺陷部分将记录在图象录制装置28上，并将 标记在缺陷部分标记设备30上，用以提高修复工作的效率。

下面将参照图3详细地叙述超声波检验。在图3中，在面板2、3 和连接件5之间的焊接部分或在面板2、3和加强件之间的焊接部 分易发生由焊接过程引起的热效应，从而在这些焊接部分上产生材 料缺陷。当检验这些连接部分时，探测器将经过焊接的连接部分和 各个构件的焊接部分和邻近区域所形成的路线移动。通过向自标部 分发射的超声波，并用超声波试验装置36观察反射波，检验材料的 缺陷，例如在一对具有不同材料的构件之间的焊接部分处脱落。

下面将通过参照图4详细地叙述冲击检验法和锤击检验法。当 材料的缺陷例如在格状结构板1上的焊接部分处脱落时，导致频率 特性的变化，材料的声音或振动的特征能间接地反映材料的缺陷。在 图4中，为了检验焊接部，通过在内部具有振动传感器48和冲击传 感器49的锤47撞击格状结构板1的焊缝的邻近区域，测定推斥力 并与通过承受上述相同冲击力的无缺限部分的数据相比较，这样就 能在显示装置50上显示比较的结果。另外，测定和分析振动频率并 和无缺陷部分的数据相比较，这样就能检则出材料的缺陷。在综合 性和总检验的情况下，它能通过声反应装置放大并从扬声器放出，使 其更容易更快地检验焊接部分，以便检验操作人员能就物理意义上 辨别它。    

最后，通过参照图5来叙述试验制造完毕的结构体的密封性的 真空检验法。当在隧道中运行时，在压力波下，以高速运行的铁道车 辆除需要具有足够的机械强度支承其自身外，还需要具有足够的 密封性。使具有指定长度并和外界大气隔离的真空箱53覆盖在由焊 接的格状结构板构成的结构体20的焊缝20上，通过真空泵53抽 出真空箱的内部空气，并尽可能低地降低内部压力。将一种由空气 和氦组成的混合气体通过在芯部构件4上的小渗透孔充满格状结构 板1，通过氦气探测器55探测在真空箱53中的氦气密度，就能检 验出材料缺陷的存在。为了确定缺陷部分的位置，在焊缝的表面上涂 以成形材料，在表面上出现气泡的位置就能知道缺陷部分的位置。这 一密封性检验主要是针对在尺寸大的板块之间的连接部分的检验， 但通过这一密封性检验也可以检验尺寸大的板块或尺寸小的板块自 身的连接部分。在结构体制造完毕后，进行这一密封性检验，能减少 需要检验的焊接部分的数目，提高检验效率。

图6显示用于超声波试验、冲击检验和锤击检验的装置。该装 置由用于超声波试验、冲击检验或锤击检验的探测器61、用于支承 探测器61的支承件62、用于在其轴向上移动支承件62的膨胀设备 63、用于在与轴向相垂直的方向上移动膨胀设备63的移动设备64、 用于支承和引导移动设备64的导轨65，以及用于支承导轨65具有 许多抽气装置66的框架67所组成。抽气装置66连接在真空泵上， 所以可把框架吸附在被检验的物体上。例如，探测器61通过使用抽 气装置吸附在结构体上并通过膨胀设备63和移动设备64沿被检验 物体的表面移动，因此能在预定的缝隙上达到检验的目的，根据这一 装置能检验任何预定的位置，而与被检验物体的表面开状无关。

图7显示用于检验焊接部分及其邻近区域的方法的另一实施 例。用于实施该方法的装置是超声波检验装置。该装置是由用于检 验焊接部分20的斜角超声波探测器71、用于检验在焊接部分20的 邻近处的焊接部分的垂直超声波探测器72，以及用于安装上述探测 器的框架73所组成。垂直超声波探测器72安装在斜角超声波探测 器71的两边。垂直超声波探测器72用于检验面板2、连接件5和在 焊接部分20邻近处的焊接部分。根据这一装置，能容易地同时检验 焊接部分和它的邻近区域。

还有一种不同于上述检验方法的检验方法，它特别用于单一的 格状结构板1的检验，它是通过在板的芯部构件上的孔和在板的表 面上凸出的条状结构把压缩空气供给格状结构板的内腔。由于膨 胀，在板的变形的表面上凸出的条状结构发生变化告知板材的脱落。 至于焊接部分的检验方法，以下方法是可行的。在连接的一对邻近 的格状结构板时，由于在它们之间插入连接件而形成连续的腔室 空间。由于堵塞了连续腔室空间的两端，就可以通过检查在其中所 供给和含有的空气或特殊气体的泄漏部分，能检验焊接部分的材 料缺陷。在材料缺陷部分上通过某些机械方法或使用成形材料能进 行泄漏气体的检验。

根据本发明的以上叙述，通过有效地检验焊接部分及其邻近表 面能检验出材料的缺陷，就能制造出适用于高速运行的铁道车辆的 非常牢固的结构体。