專利名稱：局部加強(qiáng)薄金屬結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種局部加強(qiáng)薄金屬結(jié)構(gòu)的方法。
諸如鐵路車輛之類的車體結(jié)構(gòu)由成形金屬面板構(gòu)成，并且這些成形金屬面板進(jìn)行裁剪，以便在表面上具有例如窗戶空位開口或門開口。
金屬面板必須能夠承受不均勻分布的各類負(fù)荷。為了確保適合于力的分布的抵抗力以及為了優(yōu)化面板的質(zhì)量，組成的面板制成為例如一部分由具有某種機(jī)械強(qiáng)度和某種厚度的材料的板構(gòu)成，以及另一部分由具有更大機(jī)械強(qiáng)度的材料的板或者具有更大厚度的板構(gòu)成。通過增加諸如金屬板支柱或者包括模制或鍛造部件在內(nèi)的支柱之類的額外厚度的金屬構(gòu)件來提供加強(qiáng)部分。所有這些加強(qiáng)部分具有使得金屬面板的制造復(fù)雜以及增加成本和面板質(zhì)量的缺點。然而，需要進(jìn)行加強(qiáng)的一些區(qū)域不需要這些明顯的加強(qiáng)機(jī)構(gòu)。特別是對于在車輛的車體結(jié)構(gòu)的鑒定測試過程中經(jīng)受高的測試力但是在使用中經(jīng)受不顯著的力的窗戶空位的角部更是如此。加強(qiáng)這些角部以便允許它們在鑒定條件下承受各種負(fù)荷的需求導(dǎo)致生產(chǎn)有時是復(fù)雜及昂貴的并且完全無用地增加車輛的質(zhì)量的加強(qiáng)部分。
本發(fā)明的目的在于通過給出一種以經(jīng)濟(jì)、快速及便利方式局部加強(qiáng)薄金屬結(jié)構(gòu)的機(jī)構(gòu)而解決該缺點。
為了該目的，本發(fā)明的主旨是一種用于局部加強(qiáng)薄金屬結(jié)構(gòu)的方法，根據(jù)該方法，在金屬結(jié)構(gòu)的至少一個面上，在必須進(jìn)行加強(qiáng)的區(qū)域產(chǎn)生焊縫類型的金屬堆積層，該金屬堆積層由具有優(yōu)于構(gòu)成薄金屬結(jié)構(gòu)的材料的機(jī)械特性的材料構(gòu)成。結(jié)果是由底層和沉積層構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，整體具有例如彈性極限(Re)和最大斷裂強(qiáng)度(Rm)比處理前更高的機(jī)械特性。
優(yōu)選地，堆積層通過與構(gòu)成薄金屬結(jié)構(gòu)的材料同金屬族的材料制成。
構(gòu)成薄金屬結(jié)構(gòu)的材料可以是不銹鋼，并且堆積材料可以是鎢鉻鈷合金。
優(yōu)選地，金屬堆積層沿著應(yīng)力線布置，但也可以在至少一個表面上布置。
堆積層可以作用在兩面上，在彼此相對的區(qū)域并且也在邊緣上(薄金屬結(jié)構(gòu)的厚度)。
金屬堆積層可以例如通過激光實現(xiàn)。
本發(fā)明也涉及由金屬堆積層局部加強(qiáng)的薄金屬結(jié)構(gòu)。
薄金屬結(jié)構(gòu)例如構(gòu)成車輛特別是鐵路車輛的、公路車輛的或船的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
特別地，當(dāng)車輛是鐵路車輛時，加強(qiáng)區(qū)域例如是諸如窗戶空位、門、表面開口的角部之類的車體面板的奇異點，橫向構(gòu)件或者在車體與轉(zhuǎn)向架接觸區(qū)域內(nèi)的軸承。
現(xiàn)在將要參照附圖，僅僅以非限制性實例的方式更詳細(xì)地描述本發(fā)明，附圖為

圖1是鐵路車輛的車體結(jié)構(gòu)的側(cè)面板、定義面(termed face)的透視圖；圖2是鐵路車輛的側(cè)面的窗口空位的角部的局部視圖；圖3A、3B和3C示出從截面看三個實施例的鐵路車輛的側(cè)面板的窗戶空位的角部的加強(qiáng)部分；圖4示出另一實施例的用于鐵路車輛的車體的側(cè)面板的窗戶空位的角部的局部加強(qiáng)部分，其考慮到應(yīng)力場的分布。
在圖1中總體上用1指示的鐵路車輛的車體的側(cè)面板是由以公知方式特別是通過焊接裁剪和裝配的一個或多個薄金屬板構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，該側(cè)面板特別包括諸如意欲形成窗戶的空位之類的多個開口2或者意欲形成門的更大的開口3。這些開口的角部4是會應(yīng)力集中的區(qū)域，上述的應(yīng)力集中會在這些各個區(qū)域影響結(jié)構(gòu)面板的機(jī)械強(qiáng)度。在使用中，一般這些區(qū)域4不是特別地受應(yīng)力，但是在車輛鑒定的測試過程中，這些區(qū)域4遭受必須在不發(fā)生任何局部塑性變形的情況下能夠承受的高的應(yīng)力。為了加強(qiáng)這些區(qū)域4，通過用具有高的機(jī)械特性的金屬材料進(jìn)行堆積而提供加強(qiáng)部分。
如圖2中放大示出的，金屬板5包括形成窗戶空位的角部4的圓化裁剪部分。圍繞窗戶空位的角部的裁剪部分，在金屬板5上布置提供面結(jié)構(gòu)的總體剛性的加強(qiáng)部分6。
窗戶空位的角部4的直接相鄰處包括以總體上月牙形狀實現(xiàn)的加強(qiáng)堆積層7，但是也可以是將要在后面說明的更合適的形狀。如圖3A、3B、3C所示，窗戶空位的角部4的加強(qiáng)部分可以僅僅在金屬板5的一個表面8上實施。因此獲得加強(qiáng)堆積層。在裁剪部分的區(qū)域內(nèi)可以在金屬板5的一個表面8和金屬板5的邊緣8’上都實施加強(qiáng)部分。然后獲得了加強(qiáng)堆積層7以及在金屬板5的切割邊緣上延伸加強(qiáng)堆積層7的加強(qiáng)堆積層7’。也可以在上表面8上和在下表面8”上以及在切割邊緣8’上實施加強(qiáng)部分。然后獲得圍繞金屬板5的裁剪部分的加強(qiáng)堆積層7、7’和7”。
加強(qiáng)堆積層由通過堆積應(yīng)用金屬而獲得的沉積物構(gòu)成，其成分適合于構(gòu)成所述結(jié)構(gòu)的支撐板的金屬成分。相同適用于其它堆積層?？梢酝ㄟ^堆焊類型的已知堆積技術(shù)來實施堆積，上述堆焊例如用于實現(xiàn)硬的堆積層或其它堆積層，并且構(gòu)成為在局部加熱的金屬板表面上傳送為粉末金屬或金屬絲形式的金屬，該金屬熔化、焊接并在金屬板的表面上形成一層焊縫。
在本發(fā)明的框架內(nèi)，優(yōu)選通過使用特別在專利EP074580或者專利US5418350中描述的激光同軸噴嘴的激光輔助堆積方法來執(zhí)行堆積。噴嘴使得能夠在金屬板的明確限定的表面上同步地傳送由惰性氣體攜帶的粉末金屬、第二伴隨氣體以及同時影響金屬板的局部加熱和粉末金屬的熔化的激光束。在僅僅產(chǎn)生底層的很表面的加熱的情況下，該方法帶來了沉積層與底層的良好結(jié)合，由此具有很少或者不影響底層的機(jī)械性能以及特別是限制被處理結(jié)構(gòu)的變形的優(yōu)點。
通過形成焊縫而執(zhí)行沉積，該焊縫可以通過掃過無論任何形狀的表面而將之覆蓋。該表面也可以是圓形形狀并且通過以螺旋形完成的沉積物而進(jìn)行覆蓋。
也能夠產(chǎn)生如圖4所示的沉積物，并且這也是實施例的優(yōu)選模式。在實施例的該模式中，金屬板5的窗戶空位的角部4通過由多個焊縫10A、10B、10C和10D構(gòu)成的沉積物9進(jìn)行加強(qiáng)，上述焊縫根據(jù)在窗戶空位的角部所經(jīng)受的不同類型的負(fù)荷下的應(yīng)力場沿著力的主線延伸。所述焊縫形成“魚骨”型結(jié)構(gòu)。
堆積材料的特性應(yīng)當(dāng)適合于其進(jìn)行沉積的底層(也即金屬板)的特性。堆積材料可以從本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員所知的焊接材料或堆積材料中選擇，適合于構(gòu)成金屬板的材料。堆積材料的成分也可以在具體情況的基礎(chǔ)上進(jìn)行適應(yīng)性改變。
通常，選擇堆積材料使得沉積物的彈性極限高于底層的，并且使得在處理結(jié)束時沉積物的斷裂延展性優(yōu)選地至少可比于底層的斷裂延展性。優(yōu)選地，沉積物的彈性極限是25％，更優(yōu)選的是50％，并且進(jìn)一步優(yōu)選的是比底層的彈性極限高80％。
所沉積材料和底層之間的適應(yīng)性也具有避免腐蝕問題的目的和優(yōu)點。出于此目的，對應(yīng)于沉積物以及對應(yīng)于底層的金屬應(yīng)當(dāng)是同族，特別是為了避免引起電化學(xué)電池現(xiàn)象。
特別是當(dāng)?shù)讓佑射X、鋁合金或者諸如奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼或碳鋼之類的鋼構(gòu)成時，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員能夠選擇合適的材料。
加強(qiáng)沉積物的厚度可以順序是從十分之幾微米到幾微米，并且優(yōu)選是在0.5mm到1.5mm之間。
以實例方式，為了加強(qiáng)在1.4003類型的鐵素體不銹鋼板上裁剪的窗戶空位的角部，該鐵素體不銹鋼板根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN 10.088-2具有2.5mm的厚度，生產(chǎn)由Gr25鎢鉻鈷合金粉末(公知的)獲得的0.98mm厚的加強(qiáng)層。沉積的鎢鉻鈷合金的彈性極限是構(gòu)成金屬板的鐵素體鋼的彈性極限的兩倍。
從而獲得鐵路車輛的側(cè)面，其中窗戶空位的角部在鑒定測試中不再塑化。另外，這種壁重量很少增加并且執(zhí)行加強(qiáng)處理的成本較低。
這種加強(qiáng)方法也可以用于局部加強(qiáng)由裁剪的金屬板構(gòu)成以及例如通過焊接裝配的廣泛的不同結(jié)構(gòu)。
這些結(jié)構(gòu)特別是鐵路車輛或公路車輛的車體面板，或者用于船的構(gòu)件。
加強(qiáng)區(qū)域可以是由于提供具有帶有奇異點(小直徑曲率)的形狀的開口而經(jīng)受特定應(yīng)力的區(qū)域。它們也可以是因為它們意欲完成特定功能而必須加強(qiáng)的區(qū)域。這些特別是車體/轉(zhuǎn)向架連接橫向構(gòu)件，或者形成軸承的區(qū)域，例如用于在車輛車體和轉(zhuǎn)向架之間的連接。
剛剛已經(jīng)進(jìn)行描述的應(yīng)用是非限制性的，并且本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將會根據(jù)本發(fā)明將該方法應(yīng)用到任何其他適合的結(jié)構(gòu)中去。
權(quán)利要求
1.一種局部加強(qiáng)薄金屬結(jié)構(gòu)(5)的方法，其特征在于，在金屬結(jié)構(gòu)的至少一個面(8、8”)上，在必須進(jìn)行加強(qiáng)的區(qū)域(4)產(chǎn)生焊縫類型的金屬堆積層(7、7”、9)，該金屬堆積層(7、7”、9)由具有優(yōu)于構(gòu)成薄金屬結(jié)構(gòu)的材料的機(jī)械特性的材料構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，堆積材料是與構(gòu)成薄金屬結(jié)構(gòu)的材料相同金屬族的材料。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，構(gòu)成薄金屬結(jié)構(gòu)的材料是不銹鋼，并且堆積材料是鎢鉻鈷合金。
4.如權(quán)利要求1到3中任一項所述的方法，其特征在于，金屬堆積層(9)根據(jù)加強(qiáng)部分(10A、10B、10C、10D)的線進(jìn)行布置。
5.如權(quán)利要求1到3中任一項所述的方法，其特征在于，金屬堆積層(7、7”)在金屬結(jié)構(gòu)的至少一個表面(8、8”)上布置。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，堆積層進(jìn)一步在金屬結(jié)構(gòu)的切割邊緣(8，)上生成。
7.如權(quán)利要求1到6中任一項所述的方法，其特征在于，堆積層(7、7”)在兩個面(8、8”)上、在彼此相對的區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)。
8.如權(quán)利要求5、6或7中任一項所述的方法，其特征在于，布置在至少一個表面上的堆積層(7、7”)由螺旋形沉積構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求1到8中任一項所述的方法，其特征在于，金屬堆積層通過激光實現(xiàn)。
10.一種薄金屬結(jié)構(gòu)，其特征在于，其根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一個，由金屬堆積層局部加強(qiáng)。
11.如權(quán)利要求10所述的薄金屬結(jié)構(gòu)，其特征在于，其構(gòu)成車輛特別是鐵路車輛、公路車輛或船的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
12.如權(quán)利要求11所述的薄金屬結(jié)構(gòu)，其特征在于，車輛是鐵路車輛，并且加強(qiáng)區(qū)域是諸如如下區(qū)域中至少一個車體面板的奇異點、特別是窗戶空位的角部、橫向構(gòu)件或者在車體與轉(zhuǎn)向架接觸區(qū)域內(nèi)的軸承。
全文摘要
一種局部加強(qiáng)薄金屬結(jié)構(gòu)(5)的方法，根據(jù)該方法，在金屬結(jié)構(gòu)的至少一個面上，在必須進(jìn)行加強(qiáng)的區(qū)域(4)內(nèi)產(chǎn)生焊縫類型的金屬堆積層(9)，該金屬堆積層(9)由具有優(yōu)于構(gòu)成薄金屬結(jié)構(gòu)的材料的機(jī)械特性的材料構(gòu)成。其在鐵路車輛結(jié)構(gòu)中應(yīng)用。
文檔編號B23K26/00GK1733414SQ20051008766
公開日2006年2月15日 申請日期2005年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月30日
發(fā)明者S·羅爾, G·貝納爾 申請人:阿爾斯通運(yùn)輸股份有限公司