(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受構造部を備えた鋼製の車輪の表面を肉盛りする車輪肉盛り溶接方法において、
前記表面の一部分が水面上に出るように前記車輪を水中で該車輪の回転中心の回りに回転が可能なように支持する支持工程と、前記車輪を微速回転させる回転工程と、該回転工程中に前記表面の溶接による肉盛りの厚みが目的とする厚みになるまで前記表面を前記車輪の幅方向に繰り返し溶接して前記肉盛りをする溶接工程と、を有し，前記一部分の範囲と前記微速回転の速度とは前記軸受構造部がほぼ前記水中の温度の状態に維持されるように定められる、ことを特徴とする車輪肉盛り溶接方法。
【請求項２】
軸受構造部を備えた鋼製の車輪の表面を肉盛りする車輪肉盛り溶接装置において、
前記表面の一部分が水面上に出るように前記車輪を水中で該車輪の回転中心の回りに回転が可能なように支持可能にする支持手段と、前記車輪を微速回転可能にする回転手段と、該回転手段が前記車輪を前記微速回転させているときに前記表面の溶接による肉盛りの厚みが目的とする厚みになるまで前記表面を前記車輪の幅方向に繰り返し溶接して前記肉盛りを可能にする溶接手段と、を有し，前記一部分の範囲と前記微速回転の速度とは前記軸受構造部がほぼ前記水中の温度の状態に維持されるように定められる、ことを特徴とする車輪肉盛り溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼製の車輪の表面を肉盛り補修する車輪肉盛り溶接方法及び装置に関し、例えばパワーショベルやブルドーザーのような無限軌道帯を有する土木作業用の車両の走行部を構成するトラックローラーやアイドラーの磨耗した表面を肉盛溶接して補修する技術として好都合に利用される。
【０００２】
【従来の技術】
例えば上記のトラックローラーやアイドラーは、無限軌道帯の回転を支えており使用によってその表面が減耗し、一定期間使用するとその減耗量が使用限界に近い２０〜３０ｍｍになる。このように磨耗した車輪は、肉盛り溶接によって補修され再使用されることが多い。その肉盛り溶接方法としては、従来、車輪構造体であるトラックローラーやアイドラーを、車輪と軸とが一体になった状態で車体フレームから取り外し、これらを分解し、軸及びオイルシール等の耐熱性の低い材料を車輪部分から分離すると共に潤滑油も抜き取って車輪部分だけの状態にして、これを余熱した後その表面を溶接によって肉盛りし、その後焼鈍及び焼入れによる表面硬化処理を行うという方法が一般的であった。
【０００３】
しかしながら、このような方法では、焼鈍や焼入れを肉盛り溶接とは別工程で行うことになるので、処理工程が多くなり、肉盛り溶接の全体の施工時間が長くなると共に、施工費用も高くなるという問題があった。又、部品の分解と再組立に多大の時間がかかると供に、車輪だけにして余熱及び焼鈍をしても、トラックローラー等が円筒状部品であるため、全体を高温にして溶接するときに熱応力を伴う不等変形が発生し、それによって軸挿入部等に歪が生じ、この歪修正のための機械加工が必要であった。更に、Ｏリングやフローティングシールなどの部品の交換や潤滑油の新替え等でも余分の費用が発生するという問題があった。
【０００４】
このような従来の方法に対して、トラックローラー及びアイドラーを一体にした組立状態で肉盛り溶接する方法も提案されている。そのうちの特開昭４８−７９１４７号公報では、軸心部分に形成された通油穴から供給され封入された潤滑油で潤滑される軸受で車輪部分を軸に対して回転自在に支持した構造になっているトラックローラーやアイドラーをそのままの組立状態にして、封入されている潤滑油を抜き取り、この部分に冷却水の供給と排出を可能にする治具を装着し、これを介して潤滑部分に冷却水を給排水し、Ｏリングやフローティングシールを含む軸受部分を冷却し、これらの部分への熱影響を緩和しつつ車輪表面を肉盛り溶接できるようにしたトラックローラー肉盛溶接機に於ける冷却装置が示されている。
【０００５】
しかしながら、この装置を使用した肉盛り溶接方法では、１つの小さい通油穴で給排水の両方を行うため冷却水量が少ないと共に、容積の限られた既存の給油部分だけで冷却するため、除熱量が小さく、それによって溶接速度が制限されて施工能率が上がらないこと、潤滑油の十分な排出や再注入に相当の時間を要すること、構成部品内のデッドスペースに潤滑油や水が滞留して完全に抜き取れず、それらが新たに注入した潤滑油に混入してその性状を低下させること、溶接肉盛り部を加熱・急冷する焼入れが難しいと共に、焼入れするとしても少なくとも別工程が必要になり、工程増になったり焼入れ不足で肉盛り部の硬度が低くなり、肉盛り部の減耗速度が速くなること、等の諸問題がある。
【０００６】
又、特開昭４９−３７３３２号公報では、車輪部分と軸部分とからなる転輪を一体の組立状態にし、その両軸端間を回転自在に支持し、これを回転させると共に車輪部分のフランジの端近くの位置に冷却液を噴射し、軸受部分を冷却しつつ、車輪部分の表面を回転方向に溶接して肉盛りして行く転輪の肉盛溶接方法が示されている。しかしながら、この方法でも、焼入れがやり難く、仮に可能であるとしても追加の別工程が必要になるという問題がある。
【０００７】
なお、従来技術として、トラックローラーやアイドラーを組立状態でその半分位の位置まで水中に沈めて、これらを回転させつつその回転方向に溶接して行き、溶接部分を順次水没させて焼入れするようにした肉盛溶接方法は知られている。しかしながら、この方法では、溶接部を回転方向に溶接直後から線状に焼入れして行くので、車輪の幅方向にピッチを代えてその全表面に一層の肉盛り溶接をする間に、加熱と冷却とが過度に繰り返されることになり、その熱履歴によって溶接割れの欠陥が生じ易いことや、溶接の速度と同じ線速度で車輪を回転させるため、回転が速く回転駆動装置の動力が大きくなること等の問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術における上記問題を解決し、トラックローラーやアイドラー等の車輪を、極めて簡単な工程で能率良く低コストで肉盛り溶接できると共に、支持軸と一体で着脱可能な車輪に対しては、その支持軸と一体に組み立てた状態で、潤滑油もそのままの状態に保持し、追加の焼入れ工程を設けることなく目的とする硬度を維持でき、溶接肉盛り部に欠陥の発生がなく、機械加工が不要で生産性の高い車輪肉盛り溶接方法及びその装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、請求項１の発明は、軸受構造部を備えた鋼製の車輪の表面を肉盛りする車輪肉盛り溶接方法において、
前記表面の一部分が水面上に出るように前記車輪を水中で該車輪の回転中心の回りに回転が可能なように支持する支持工程と、前記車輪を微速回転させる回転工程と、該回転工程中に前記表面の溶接による肉盛りの厚みが目的とする厚みになるまで前記表面を前記車輪の幅方向に繰り返し溶接して前記肉盛りをする溶接工程と、を有し，前記一部分の範囲と前記微速回転の速度とは前記軸受構造部がほぼ前記水中の温度の状態に維持されるように定められる、ことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、軸受構造部を備えた鋼製の車輪の表面を肉盛りする車輪肉盛り溶接装置において、
前記表面の一部分が水面上に出るように前記車輪を水中で該車輪の回転中心の回りに回転が可能なように支持可能にする支持手段と、前記車輪を微速回転可能にする回転手段と、該回転手段が前記車輪を前記微速回転させているときに前記表面の溶接による肉盛りの厚みが目的とする厚みになるまで前記表面を前記車輪の幅方向に繰り返し溶接して前記肉盛りを可能にする溶接手段と、を有し，前記一部分の範囲と前記微速回転の速度とは前記軸受構造部がほぼ前記水中の温度の状態に維持されるように定められる、ことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の車輪肉盛り溶接方法を示す工程図で、図２はこの方法を実施可能な車輪肉盛り溶接装置の構成例を示す。又、図３はこの方法及び装置で肉盛り溶接される車輪の一例であるトラックローラーの組立状態を示す。
【００１２】
車輪肉盛り溶接方法は、鋼製の車輪として本例ではトラックローラー１００の車輪１の表面１１を肉盛りする方法であり、支持工程Ａ、回転工程Ｂ、溶接工程Ｃを有する。１個の車輪の肉盛り溶接はこれらの工程で終了するが、続いて２個目の車輪の肉盛り溶接をするときには、本例では、回転工程Ｂ及び溶接工程Ｃの次に一部水抜き工程Ｄ及び車輪取外し工程Ｅを設け、それから支持工程Ａ以下を繰り返すようにしている。
【００１３】
支持工程Ａは、表面１１の一部分１１ａが水面Ｆの上に出るように車輪１を水中Ｗで車輪１の回転中心である中心軸Ｏの回りに矢印の如く回転可能なように支持する工程であり、本例では、取付Ａ１  及び水張りＡ２  で構成されている。取付及び取外しを可能にする支持手段としては、本例では支持装置２を設けている。又、車輪１を水中で支持するために支持手段も兼ねた水槽３及び注排水装置４が設けられている。
【００１４】
トラックローラー１００は、図３に示す如く、パワーショベルやブルドーザーのような土木作業用の作業車等においてこれを走行させるようにリンク結合された無限軌道帯上に乗せられる車輪１、作業車のフレームに固定取付されその重量を支持して車輪１に伝達する軸１０１、車輪１と軸１０１との間に介在し通油穴１０２から潤滑油が供給され封入されていて軸上でローラを回転自在に支持する軸受構造部１０３、これと軸１０１とに取り付けられたＯリングを含むフローティングシール１０４、軸１０１に取り付けられたカバー１０５、等によって構成されている。
【００１５】
本発明の方法及び装置では、車輪１としてこのように各部品が取り付けられトラックローラー１００として組み立てられた状態になっている車輪を取り扱うことができる。そのため、前記通油穴１０２はプラグ１０６で閉鎖される。なお、このような組立状態のものでなく、軸や軸受と分離された車輪１だけに対しても本発明を適用することができ、その場合でも、肉盛り溶接工程の大幅な簡略化等の効果を得ることができる。
【００１６】
この車輪１の支持装置２は、車輪１を水槽３に回転可能に装着するための通常のものであり、車輪１の中心軸Ｏを心押し状態で支持するための両側のロッド２１、２２、これらを水槽３に取り付けるための取付部材２３、心押し支持のために必要となる押し力を発生させる押圧機構２４、等によって構成されている。詳細図示を省略しているが、押圧機構２４としては、バネやねじやエアーシリンダや油圧シリンダ等の適当な機構が使用される。
【００１７】
水面Ｆの上に残る表面１１の一部分１１ａの範囲は、後述するように溶接の作業性及び溶接肉盛り部の焼入れ効果が良くなるように定められる。このような条件は、車輪１のロール部分の直径や車輪１を回転させる速度や溶接部分の水面上の高さ等に関連して定められる。
【００１８】
水槽３は、車輪１の大部分を水中に沈めて支持できるように、上記の支持装置２に加えて、同様に支持手段を構成する注排水装置４として、水道水配管に接続される注水系４１及び排水配管に接続される排水系４２を備えると共に、本例では、水面高さを細かく調整できるようにする水位調整機構４３を備えている。又、水の低温熱量を十分利用できるようにゆるやかな水流を形成させる攪拌機４４が設けられている。
【００１９】
本例の水位調整機構４３は、図４に示す如く、立ち上がり管４３１、水排出用の切欠き堰４３２が開口した内管４３３、この内管を回転させることによってこれを昇降移動可能にするねじ部４３４、このねじ部が形成され内外管の間をシールしつつ内管を昇降可能にする中間筒４３５、内外管の間にオーバーフローした水を排水する排水短管４３６、等によって構成されている。なお、このように機構に代えて、注水系４１に電磁弁等の自動開閉弁を設け、水槽３にレベルスイッチを設けて、制御信号によって目的とするレベルまで水を追加注水するような自動化対応を容易にする水位調整機構を用いることも可能である。
【００２０】
この支持工程Ａでは、車輪１が水中Ｗで支持されるようにするが、通常、取付Ａ１  によって水槽３内がドライな状態でロッド２１、２２間に車輪１を取り付け、その後水張りＡ２  によって一部分１１ａが水上に出るように水を張り込むことになる。この支持工程では、通常簡易な形式のクレーンが使用される。
【００２１】
回転工程Ｂでは、車輪１を微速回転させる。そのため本例では、このような回転を可能にする回転手段としての回転装置５が設けられている。回転装置５は、減速機付きモータ５１、プーリー５２、ベルト５３、支持装置２の構成部品でもある前記ロッド２２、この回転を車輪１の軸１０１に伝達するチャック部材５４等で構成されていて、モータ５１の回転を例えば１時間に２〜３回転という微速回転にして軸１０１を介して車輪１に伝達する。
【００２２】
この回転速度は、車輪１の大きさ等に対応して、モータの回転速度を可変にしたり減速機を変速可能なものにする等の方法で調整可能になっている。なお、軸１０１と車輪１との間には軸受構造部１０３が介在し両者間が回転可能になっているが、微速回転であるため水中における回転抵抗トルクが殆ど発生しないので、軸受構造部１０３の回転抵抗によって車輪１を確実に回転させることができる。その結果、軸１０１と車輪１との間を特別の固縛治具等によって固定する必要がなく、作業を容易、迅速且つ能率的にすることができる。
【００２３】
溶接工程Ｃは、回転工程Ｂ中に表面１１の溶接による肉盛りの厚みが目的とする厚みとして例えば２５ｍｍ程度になるまで表面１１を車輪１の幅方向であるＸ方向に繰り返し溶接して肉盛りをする。この溶接工程Ｃは、適当な溶接機を用いて手動で行われてもよいが、通常、溶接手段としての溶接ロボット６を使用して行われる。
【００２４】
溶接ロボット６は、図２（ｂ）に概略構造を示す如く、線状の溶接材やシールドガスを供給可能な本体部６１、回転や伸縮の可能なアーム部６２、トーチ６３、制御装置６４、等によって構成されていて、トーチ６３をＸＹＺの三次元方向に動かして溶接位置を目的とする位置に設定できると共に、その位置からＸ方向及びＺ方向に動かして肉盛り溶接できるように構成されている。なおトーチ６３は、１個だけでもよいが、通常並列又は直列に複数個使用される。
【００２５】
図５は溶接ロボット６によって車輪１を微速回転させつつその幅Ｘ方向に溶接を進めるときの状態を示す。
同図（ａ）に示す如く、図において丸で示すトーチ６３を仮に時間ｔの間に幅Ｘ方向にＰ１  位置からＱ１  ’位置まで車輪１の幅Ｂだけ動かすとすれば、Ｐ１  に対応する車輪１上の位置は、溶接後ｔ時間経過する間に車輪１の回転によってＹ方向に距離ｙだけ送られてＷＰ１  になり、一方、Ｑ１  ’に対応する車輪１上の位置ＷＱ１  ’は，ｔ時間経過しても溶接された直後であるためＹ方向への送り距離が０でＱ１  ’と同じ位置になり’、又、ｙに対応するＰ１  −Ｑ１  ’の間の溶接後のＹ方向への送り距離は、矢印で示す如くＰ１  からのＸ方向への距離に比例して減少する。
【００２６】
その結果、実際の溶接線Ｌ１  ’は、ＷＰ１  からＱ１  ’＝ＷＱ１  ’までの傾斜した線になる。なおこの図では、このような動きを分かりやすくするために、ｙを実際の値よりも大きくして示している。この場合、車輪１を微速回転させているので、このような方法で幅方向に溶接幅のできるように溶接することにより、回転方向にも連続した溶接面にすることができる。この場合、トーチ６３を２本又はそれ以上並列に配置し、溶接幅を広くするようにすれば、溶接面の連続性が一層良くなる。
【００２７】
上記（ａ）のようにトーチ６３を丁度幅Ｘ方向に動かしてもよいが、同図（ｂ）の如く、トーチ６３の移動完了位置を送り距離ｙだけ進めたＱ１  位置にすれば、一層良好な溶接状態が得られる。即ち、時間ｔが経過してトーチがＱ１  位置に到達したときにも、その車輪上の溶接位置ＷＱ１  がＰ１  の車輪上の位置ＷＰ１  と同じｙだけ進んだ位置になっているので、結局、実際の溶接線Ｌ１  は、ＷＰ１  からＱ１  ＝ＷＱ１  まで幅Ｘ方向に平行な線として形成される。
【００２８】
このようにして１回の幅方向へのトーチの移動が終了すると、アークを止めることなく、短時間Δｔの間にトーチ６３をＱ１  位置からＰ１  位置に復動させる。この動作によって、幅方向への１ピッチの溶接が終了する。この１ピッチの溶接時間はｔ＋Δｔである。このΔｔの間にも車輪１はＹ方向に回転しているので、その送り距離をΔｙとすると、１ピッチの送り距離はｙ＋Δｙ＝ピッチｐである。そして、１ピッチの溶接では、結局車輪１上にＰ１  位置からｙ＋Δｙ＝ｐだけ送られたＷＰ１の位置にＸに平行なＷＱ１までの溶接線Ｌ１が形成される。
【００２９】
溶接ロボット６ではこのような溶接が連続して施工され、溶接線Ｌ１以下ピッチｐ毎にＬ２以下の溶接線が形成される。このような溶接線Ｌは、溶接線材の直径に対応した溶接幅Ｗｂ＝ｐをもって形成される。このピッチｐは送り速度によって定まるが、溶接線材によって定まる溶接幅との関係で、ピッチ毎の溶接幅が適当にオーバーラップするように定められている。
【００３０】
この状態を図５（ｃ）及び（ｄ）に示している。このとき車輪１の表面に形成される溶接による肉盛り高さｈも、同様に溶接線材の直径等によって定まる。又、肉盛り高さｈは、ピッチ毎に溶接幅が形成されるためΔｈで示すように多少波打った状態になるが、このΔｈは僅かな値である。
【００３１】
なお、前記の如く、図５（ａ）のようにトーチ６３を幅Ｘ方向にＰ１  位置からＱ１  ’位置まで動かし、溶接線がＬ１  ’のようにＷＰ１  からＱ１  ’までの傾斜した線になるようにすることも可能である。このときには、溶接線Ｌ１  ’は同図（ｅ）のようにＹ方向に少し傾斜した線になる。本発明の方法において幅方向に溶接するとは、このように幅方向にトーチを動かして溶接線を少し傾斜した形状に形成させたり、同図（ｂ）及び（ｃ）のように、トーチ６３の方を幅方向から少し傾斜させて往復動させ、溶接線を正確に幅方向に形成させることなどを含んだ概念である。
【００３２】
図６はこのような幅方向への溶接部がＹ方向に進んで順次水面Ｆから水中Ｗに入るときの状態を示す。
図示の如く、溶接位置Ｐでは、溶接熱によって車輪１の表面１１のＰ部分が高温Ｔｈとして１５００〜１５５０℃程度になる。又、表面１１の溶接による肉盛り部分１１ｂでは、溶接位置Ｐから離れて行くに従って温度が下がるが、水面Ｆの上に出ている時間が比較的短いため、高温Ｔｈからの温度降下ΔＴがそれほど大きくならない間に水面Ｆに到達して水中に入って行くことになる。その結果、図中の表面温度を表した表面温度曲線Ｃ１  に示す如く、肉盛り部分１１ｂは水中に入って急激に温度降下し、焼入れ効果が生じてその部分の硬度が十分高くなる。
【００３３】
このような作用効果は、従来のように車輪の半分位を水没させて回転方向に溶接して行く方法やその他の方法では得られない。即ち、従来の方法では、入熱量である溶接電流を大きくすると、それに対応して回転速度を速くする必要があり、冷却温度即ち焼き入れ温度の調整が困難になると共に、高入熱高速下で幅方向には部分溶接になっているため、部分的焼き入れ状態が顕著になってひずみや欠陥の発生回避が困難になる。これに対して本発明の適用によって微速回転の下に幅方向に溶接すれば、入熱量や回転速度に対応する冷却量や焼入れ温度を極めて細かく調整することができる。そして、車輪の回転速度を最適なように選択することにより、冷却カーブを調整し、ひずみや欠陥の発生を確実に防止し、焼入れ効果が最も大きくなるようにすることができる。
【００３４】
一方、車輪１の大部分は水中にあると共に、車輪が微速回転していて水面下の大部分が常に水と接触し時間をかけて冷却された状態になっているので、図中の水温Ｔｗ線及びこれより多少高い低温ＴＬ  線のように、表面の肉盛り部分１１ｂから車輪の内部に入った所では温度の低い状態になっている。従って、図３に示すように表面１１から十分離れた内部に存在する車輪１の軸受構造部１０３、フローティングシール１０４、これらの部分に存在する潤滑油等はほぼ水温状態に維持される。
【００３５】
その結果、軸部分と車輪部分とを一体組立状態で肉盛り溶接をしても、軸受構造部等を完全に保護することができる。なお、従来技術のように、空気中で溶接して軸受部分に小量の冷却水を給排水したり、車輪の半分を水没させたり、車輪の表面に水をかけるような方法では、本発明のように溶接入熱に対する完全な保護を達成することは不可能である。
【００３６】
更に、車輪１の大部分が水温程度の均一的な温度分布になっていて、高温部分は溶接位置Ｐ近傍の表面だけであり車輪の局部的な範囲に限られているため、車輪全体としての熱応力の発生がなく、従って例えば車輪が楕円状に変形するなどの熱変形及びそれに伴う残留熱歪みが生じない。又、車輪を回転させながら幅方向に溶接するため、溶接肉盛り高さも一定になる。その結果、車輪の直径が正しく同じ寸法に維持されることになり、従来の方法で必要であった外径寸法の歪み取りのための機械加工が、本発明では不要になる。
【００３７】
以上のような方法によって車輪１を回転させつつその幅方向に肉盛り溶接をして車輪が１回転すると、その１回転で形成された肉盛り高さｈだけトーチ６３を上方であるＺ方向に上げて同様の溶接を繰り返し、車輪を何回か回転させて最終的に目的とする肉盛り厚さＨにする。
【００３８】
この場合、１回転の溶接で２〜３ｍｍ程度肉盛りされるため、それだけ車輪の半径が大きくなり、従って水面Ｆの位置が同じであれば、溶接位置Ｐが水面から離れて、溶接後水中に入るまでの時間、即ち焼き入れまでの時間が多少長くなり、焼き入れ効果が変わってくる可能性があるので、１回転の溶接を完了する毎に水面Ｆを肉盛り分だけ高くすることが望ましい。
【００３９】
そのため、本例の装置では図４に示す水位調整機構４３を設けているのでこれを使用することも可能になる。即ち、その内管４４３の上端を持ってこれを回転させて上昇させ、切欠き堰４４２を１回の肉盛り高さｈだけ上昇させ、その位置から水をオーバーフローさせるようにして水面をｈだけ上がった位置にする。このような操作を１回転毎に行うことにより、どの層に対しても溶接後の焼き入れ時間を同じにし、多層肉盛りにおけるすべての層の肉盛り部の硬度をほぼ一定値にすることができる。
【００４０】
図７はこのような多層肉盛り溶接を完了したときの表面の一部分を示す。
図５でも示したように、表面１１には全体的に僅かに波状に溶接表面が形成されるが、トラックローラ等の車輪としては、これを乗せる無限軌道帯との間ですぐに適当な当たりが付くので、このままの状態で全く問題なく使用することができる。従って、この点においても、溶接肉盛り後の機械加工は不要である。なお、最後の回転における溶接開始位置であり終了位置である溶接位置Ｐでは、図示のように前回転における溶接肉盛り部１１ｂと重なって少し盛り上がる肉盛り端１１ｃができるので、この部分はハンドグラインダー等で削り落とすことになる。但しこの作業は簡単なものである。
【００４１】
又、以上のような溶接工程において、図３に示す車輪１のように溶接される表面１１の端にフランジ１２があり、図８に示すようにフランジの角度等によってトーチ６３の先端の幅部分がフランジ１２に当たり、幅方向に溶接するときの最終端でのフランジの付け根部１２ａの溶接が制限され隙間１１ｄができる場合には、１回転又は数回転の幅方向の溶接が終了したときに、隙間１１ｄの部分を円周方向に溶接することになる。このときには、車輪１を微速回転より速い数分間に１回転程度の低速で回転させる。
【００４２】
発明者等は、本発明を適用した車輪肉盛り溶接方法を用いて実際のトラックローラで溶接肉盛り実験を行い、以下のような結果を得た：
0003634815.tif 000002
【００４３】
【表１】
0003634815.tif 000003
溶接肉盛り部の硬度としては、車輪表面として十分な強靱性を有するようにＨＲＣで３０前後以上の値を目的としており、実験結果によればほぼ目的を達成することができた。この場合、溶接条件等を最適なように種々調整することにより、より高い硬度を得ることが可能である。又、加工硬度の得られるショットピーニング等の表面硬化処理をすることにより、更に硬度を高めるようしてもよい。なお、溶接肉盛り部分でない車輪の原材料の部分の硬度は４０〜５０ＨＲＣであった。
【００４４】
以上の如く、本発明の方法による溶接肉盛りによれば、車輪構造体を一体組立状態で簡単に短時間で溶接欠陥なく車輪の肉盛りをして、実用に耐えられるだけの十分な硬度を得ることができた。
【００４５】
１回の作業で１台のトラックローラー１００の２個の車輪の溶接肉盛りを完了すると、通常ブルドーザー等が１０個以上の複数個装備しているトラックローラーを順次溶接肉盛りすることになる。又、溶接肉盛り工場として、受け入れた多数の車輪を順次溶接していくことになる。その場合には、図１において、回転工程Ｂ及び溶接工程Ｃの終了後、一部水抜き工程Ｄ及び車輪取外し工程Ｅを介在させた後、支持工程Ａ以下を繰り返すことになる。
【００４６】
一部水抜き工程Ｄでは、車輪１の支持位置である中心軸Ｏの位置が水面上に露出する程度まで水を抜く。これによって水張り作業が容易になり、車輪取外し工程Ｅで溶接肉盛りの完了したトラックローラーを支持装置２から取り外す。そして、２回目の支持工程Ａでは、一部水抜きされ作業が容易化された状態で次のトラックローラーの支持装置への取付Ａ１  を行うことになる。又、水張りＡ２  では、相当程度水の残った状態から、最初のときと同様に一部分１１ａを残して水を張ることになる。このときの注水量は僅かであるから、短時間で水張りをすることができる。
【００４７】
このような工程により、能率良く順次複数のトラックローラーの溶接肉盛り補修を施工することができる。なお、このような車輪１の支持方法は、作業の便宜性のためのものであり、支持工程Ａでは、例えば一部水抜きをすることなく車輪の支持作業をしてもよく、車輪の一部分１１ａを水面上に出して車輪１を支持できる適当な他の支持方法を採用可能である。
【００４８】
図９は本発明を適用した車輪溶接肉盛り装置の全体構成の他の例を示す。
本例の装置では、水槽３を大きくし、１台の溶接ロボット６によって仕様の異なる２個のトラックローラー１００−１及び１００−２を順番に溶接できるようにしている。１００−２は、車輪のロールの両側にフランジ１２が設けられている構造のものである。但し、同じ構造のトラックローラー１００−１だけを２個セットするようにしてもよい。このような装置によれば、２個のトラックローラーを並行して同時期にに着脱することができ、溶接の段取り作業の能率化を図ることができる。その結果、複数の車輪を溶接するときの全体しての補修作業期間が短縮され、その分だけ溶接ロボットの稼働率を上げることができる。
【００４９】
図１０は車輪溶接肉盛り装置の全体構成の更に他の例を示す。
本例の装置は、図９と同じ水槽３を水槽３−１及び３−２として２基備えていて、これらに対して１台の溶接ロボット６を配設している。このようにすれば、更に能率良く連続溶接肉盛り補修を進めることができる。
【００５０】
図１１は車輪溶接肉盛り装置の全体構成の更に他の例を示す。
本例の装置は、図９と同じ水槽３を水槽３−１及び車輪としてガイドローラーであるアイドラー２００の車輪を入れられるアイドラー用水槽３−３からなる２基の水槽を備えていて、これらに対して１台の溶接ロボット６を配設している。アイドラー２００は、詳細図示を省略しているが、パワーショベルやブルドーザー等の無限軌道帯の前後端に位置しその周回動を案内するように設けられていてトラックローラーより相当直径の大きくなった車輪である。このアイドラーも溶接肉盛りによってその軌道面を補修することができる。
【００５１】
この場合、アイドラーは大径であるため水深を深くする必要があるので、これに対して別の水槽を設けることにより、トラックローラー用の水槽３−１を適当な水深にして処理能率の良い装置にすることができる。又、アイドラーでは、直径が大きいため、中心の軸受部分に対する外周の溶接熱の影響が小さくなるが、本発明の適用により、一層安全に溶接肉盛り補修ができることになる。更に、溶接と並行して焼き入れすることにより、簡単に効率良く且つ精度よく溶接肉盛り部分の必要硬度を確保することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、請求項１の発明においては、車輪の肉盛り溶接の支持工程では、車輪の表面の一部分が水面上に出るように車輪を水中で支持するので、表面の一部分以外の部分は水で冷却されるため、車輪の軸のある中心部近傍を含み車輪の大部分が水温に近い低い温度に維持される。
【００５３】
その結果、車輪の表面のうち水面上に出た一部分が溶接によって加熱されても、車輪全体にはその熱影響が及ばない。従って、車輪に熱応力が発生せず、熱歪みが生じないため焼鈍する必要がなくなる。又、車輪をその支持軸と一体とした組み立てた状態で車輪の肉盛り溶接をしたときには、車輪の軸受部分に封入されている潤滑油やオイルシール等の耐熱性のない部品の異常な昇温を防止し、その劣化や損傷を確実に防止することができる。
【００５４】
そして、車輪がその回転中心回りに回転が可能なようにこれを水中で支持するので、車輪のうち水面上に出た表面で肉盛り溶接することにより、車輪の表面近傍を除く大部分の過度な昇温を防止しつつ、車輪の表面の全体を溶接し肉盛りすることが可能になる。この場合、車輪を回転中心回りに回転可能に支持するので、車輪が常に心出しのできた状態で回転するため、表面を肉盛り溶接するときにその部分を含めた全体の円筒形成を維持することができる。その結果、真円度の保持された肉盛り溶接をすることができる。
【００５５】
回転工程では、車輪を微速回転させので、一部分の水面上に出た表面が水に漬かるまでに適度な時間が得られるため、車輪の幅方向に溶接を進行させることが可能になる。そしてこの場合、車輪の大部分が水面下にあっても、流体摩擦による回転抵抗トルクが殆ど発生しない。その結果、車輪を精度良く確実に一定速度で水中で回転させることができる。又、回転のための動力を十分小さくすることができる。
【００５６】
溶接工程では、車輪を微速の回転工程中にその幅方向に溶接するので、水面上に出た表面の一部分において、車輪をその円周方向ではなくこれに直角な幅方向の同じ位置で適当な速度で肉盛り溶接を繰り返すことにより、幅方向から円周方向に向かって溶接を進行させ、回転の進行によって回転方向に溶接面積を増やして行くことができる。その結果、微速回転であっても、一定時間で完了できる肉盛り溶接の面積が十分広くなり、能率良く溶接することができる。
【００５７】
又、一定時間に一定の範囲の面積の溶接が完了すれば、水面上には車輪のうちの一部分が出ているだけであるから、溶接後の十分温度の高くなった状態を維持しつつ、溶接完了部分が回転しつつゆるやかな速度で順次水中に入って行くので、十分且つ適度な焼入れ効果が生じて、肉盛り溶接として要求される車輪表面の硬度を得ることができる。この場合、幅方向溶接と微速回転との組合せにより、入熱量と回転速度を微細に調整することができ、又、それよって幅広い範囲の溶接溶材の選択も可能になる。その結果、低コストで容易な作業の下に、再使用において耐久性の良い車輪の肉盛溶接をすることができる。
【００５８】
そして、このような溶接による肉盛りの厚みが目的とする厚みになるまで表面を繰り返し溶接するので、車輪が製造時と同じ程度の直径になるだけの必要とされる肉盛り厚みが得られると共に、複数層からなる溶接肉盛りの各層毎に必要な表面硬度を確保できる。その結果、肉盛りした厚みの全ての層において良好な使用状態を確保することができる。
【００５９】
以上のような車輪肉盛り溶接方法によれば、車輪を例えば簡単な構造の水槽内で水中支持して車輪の幅方向に溶接を繰り返すだけであるから、特別な余熱工程や焼鈍工程がなく溶接肉盛りの全工程が極めて簡単であり、能率良く且つ低コストで肉盛り溶接することができる。そして、支持部に車輪を着脱するだけの操作により、自動溶接が可能になるため、肉盛り溶接工事の生産性を高くすることができる。
【００６０】
又、例えば土木作業車のトラックローラーやアイドラーのように支持軸と一体で着脱可能な車輪に対しては、車輪の大部分における十分な水中冷却効果により、その支持軸と一体に組み立てた状態で、潤滑油もそのままの状態に保持して溶接できるので、肉盛り溶接の生産性を一層高くすることができる。そして、潤滑油やオイルシール関係の部品の交換を不要にし、一層のコスト低減を図ることができる。
【００６１】
又、溶接表面だけの適度な焼入れ効果により、溶接肉盛り部に欠陥が生じないと共に、別の焼入れと焼鈍工程が不要になるため、溶接肉盛り後の機械加工が不要になり、この点でも更に生産性を良くすることができる。
【００６２】
請求項２の発明においては、車輪肉盛り溶接装置を所定の構成を備えた支持手段と回転手段と溶接手段とを有する構造にするので、上記のような諸作用効果を発生させる方法を実施するのに適した装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した車輪肉盛り溶接方法の構成例を示す説明図である。
【図２】本発明を適用した車輪肉盛り溶接装置の概略構成の一例を示す説明図で、（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ正面及び側面の断面状態を示す。
【図３】本発明の方法が適用される車輪構造体の一例であるトラックローラーの断面を含む正面図である。
【図４】（ａ）は上記装置に適用される水位調整機構の縦断面図で（ｂ）及び（ｃ）はその内筒の側面図である。
【図５】（ａ）乃至（ｅ）は溶接線の状態を示す説明図である。
【図６】溶接肉盛り部を含む車輪各部の温度分布を示す説明図である。
【図７】多層盛りの最後の部分の形状を示す断面図である。
【図８】フランジ部分の溶接状態を示す説明図である。
【図９】本発明を適用した車輪肉盛り溶接装置の他の構成例を示し、（ａ）は平面図で（ｂ）は側面図である。
【図１０】本発明を適用した車輪肉盛り溶接装置の更に他の例を示す平面図である。
【図１１】本発明を適用した車輪肉盛り溶接装置の更に他の例を示す平面図である。
【符号の説明】
１            車輪
２            支持装置（支持手段）
３            水槽（支持手段）
４            注排水装置（支持手段）
５            回転装置（回転手段）
６            溶接ロボット（溶接手段）
１１          表面
１１ａ        一部分
Ａ            支持工程
Ａ１            取付（支持工程）
Ａ２            水張り（支持工程）
Ｂ            回転工程
Ｃ            溶接工程Ｃ
Ｆ            水面
Ｗ            水中
Ｏ            中心軸（回転中心）
Ｘ            幅方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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