(57)【要約】      （修正有）【課題】クロスヘッド型ディーゼル機関等のピストンとともにシリンダ内とクランクケース内を上下に往復運動をして摩耗するピストンロッドを、ロッド外周面を削正加工して小径の異径サイズのものとすることなく、表層剥離も生じなく、他のシリンダとの互換性を維持でき、品質を十分に保持できて、耐久性の向上がはかれように補修したピストンロッドとそのために使用する溶接肉盛装置を提供する。【解決手段】摺動状態で使用されて、摺動面に摩耗が生じるピストンロッド等のロッド１の外周摺動面に所要の溶接肉盛用の溶着金属４を被覆するもので、炭素鋼鍛鋼品や機械構造用炭素鋼鋼材のロッドの外周摺動面に溶接を行って所要の溶接肉盛の溶着金属を被覆するようにしている。【選択図】図１
0003151729.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
摺動状態で使用されて、摺動面に摩耗が生じるピストンロッド等のロッドの外周摺動面に所要の溶接肉盛用の溶着金属を被覆したことを特徴とするピストンロッド等のロッド。
【請求項２】
炭素鋼鍛鋼品や機械構造用炭素鋼鋼材のロッドの外周摺動面に溶接を行って所要の溶接肉盛の溶着金属を被覆して補修した請求項１に記載のピストンロッド等のロッド。
【請求項３】
クロスヘッド型ディーゼル機関等のピストンロッドの所定量摩耗した外周摺動面に所定の炭素当量Ｃｅｑ（％）に対して予熱温度ＰＴ（℃）＝Ｃｅｑ×Ｋ（Ｋ＝３５０〜５００）で溶接肉盛するロッドを予熱し、摩耗したロッドの外周摺動面に溶接で溶接肉盛補修の溶着金属を被覆し、溶接肉盛後に３５０〜４００℃×１．５〜２．０Ｈｒの熱処理を行い、さらに約１０Ｈｒ保温徐冷して補修した請求項２に記載のピストンロッド等のロッド。
【請求項４】
クロスヘッド型ディーゼル機関等のピストンロッドの所定量摩耗した外周摺動面に所定の炭素当量Ｃｅｑ（％）に対して予熱温度ＰＴ（℃）＝Ｃｅｑ×Ｋ（Ｋ＝３５０〜５００）で溶接肉盛するロッドを予熱し、摩耗したロッドの外周摺動面に溶接で溶接肉盛補修の溶着金属を被覆し、溶接肉盛後にロッドを５００〜６００℃の温度に昇温し、その後多段階にわたって３０〜８０℃／ｈで温度を低下して各段階でそれぞれ１時間以上保持する熱処理を行って補修した請求項１または２に記載のピストンロッド等のロッド。
【請求項５】
摺動状態で使用されて、摺動面に摩耗が生じて外周摺動面に所要の溶接肉盛用の溶着金属を被覆するピストンロッド等のロッドを水平にして旋回装置に所定の回転速度で回転自在に配設するとともに、水平にしたロッドの外周摺動面の上面に溶接用ノズルを対向して所定の速度でロッドの上面にそって平行に走行自在にキャリッジを配設し、  上記ロッドの溶接用ノズルの前方に１ないし複数の予熱用バーナを配設して炭素当量Ｃｅｑ（％）に対して予熱温度ＰＴ（℃）＝Ｃｅｑ×Ｋ（Ｋ＝３５０〜５００）で溶接肉盛するロッドを予熱し、摩耗したロッドの外周摺動面に溶接で溶接肉盛補修の溶着金属を被覆するようにしたことを特徴とするピストンロッド等のロッド溶接肉盛装置。
【請求項６】
ロッドの上面の温度を温度センサーで検出して１ないし複数の予熱用バーナの予熱量を調節するようにした請求項５に記載のピストンロッド等のロッド溶接肉盛装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、機械要素の補修分野における、船舶のクロスヘッド型ディーゼル機関等のピストンロッド等のロッドおよびその溶接肉盛装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
クロスヘッド型ディーゼル機関等では、ピストンの下部にピストンロッドを連結し、ピストンとともにシリンダ内とクランクケース内を上下に往復運動している。そして、シリンダケースとクランクケースとの境界にパッキンボックスを設置して、爆発による燃焼生成物がクランクケース内に侵入しないようしている。
【０００３】
しかし、このパッキンボックスのパッキンがピストンロッドの外周面を摩耗して、ついにはシール効果がなくなり、シリンダ内の爆発による燃焼生成物がクランクケース内に侵入し、機関の潤滑油を劣化させて潤滑油として使用に耐えなくさせたり、最悪の場合はクランク内で火災に至らしめるおそれのあるものであった。
【０００４】
そこで、摩耗限界に達したピストンロッドのロッド外周面を削正加工し、ピストンロッドもパッキンボックスのパッキンも小径の異径サイズのものにして使用継続するようにしている。
いる。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、この場合、他のシリンダとの互換性がなくなるとともに、メンテナンスの管理が煩雑となる。また、修理費用が膨大になり、かつ、異径サイズのピストンロッドに修理可能寸法に限界がある。さらに、溶射による補修も考えられるが、使用中に表層剥離につながるケースがあり、信頼性に欠ける等の課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本考案は、上記のような点に鑑みたもので、上記の課題を解決するために、摺動状態で使用されて、摺動面に摩耗が生じるピストンロッド等のロッドの外周摺動面に所要の溶接肉盛用の溶着金属を被覆したことを特徴とするピストンロッド等のロッドを提供するものである。
【０００７】
また、炭素鋼鍛鋼品（ＪＩＳ−Ｇ３２０１  以下同じ）や機械構造用炭素鋼鋼材（ＪＩＳ−Ｇ４０５１  以下同じ）のロッドの外周摺動面に溶接を行って所要の溶接肉盛の溶着金属を被覆して補修したピストンロッド等のロッドを提供するものである。
【０００８】
さらに、クロスヘッド型ディーゼル機関等のピストンロッドの所定量減耗した外周摺動面に所定の炭素当量Ｃｅｑ（％）に対して予熱温度ＰＴ（℃）＝Ｃｅｑ×Ｋ（Ｋ＝３５０〜５００）で溶接肉盛するロッドを予熱し、摩耗したロッドの外周摺動面に溶接で溶接肉盛補修の溶着金属を被覆し、溶接肉盛後に３５０〜４００℃×１．５〜２．０Ｈｒの熱処理を行い、さらに約１０Ｈｒ保温徐冷して補修したピストンロッド等のロッドを提供するものである。
【０００９】
さらに、クロスヘッド型ディーゼル機関等のピストンロッドの所定量減耗した外周摺動面に所定の炭素当量Ｃｅｑ（％）に対して予熱温度ＰＴ（℃）＝Ｃｅｑ×Ｋ（Ｋ＝３５０〜５００）で溶接肉盛するロッドを予熱し、摩耗したロッドの外周摺動面に溶接で溶接肉盛補修の溶着金属を被覆し、溶接肉盛後にロッドを５００〜６００℃の温度に昇温し、その後多段階にわたって３０〜８０℃／ｈで温度を低下して各段階でそれぞれ１時間以上保持する熱処理を行って補修したピストンロッド等のロッドを提供するものである。
【００１０】
さらにまた、摺動状態で使用されて、摺動面に摩耗が生じて外周摺動面に所要の溶接肉盛用の溶着金属を被覆するピストンロッド等のロッドを水平にして旋回装置に所定の回転速度で回転自在に配設するとともに、水平にしたロッドの外周摺動面の上面に溶接用ノズルを対向して所定の速度でロッドの上面にそって平行に走行自在にキャリッジを配設し、上記ロッドの溶接用ノズルの前方に１ないし複数の予熱用バーナを配設して炭素当量Ｃｅｑ（％）に対して予熱温度ＰＴ（℃）＝Ｃｅｑ×Ｋ（Ｋ＝３５０〜５００）で溶接肉盛するロッドを予熱し、摩耗したロッドの外周摺動面に溶接で溶接肉盛補修の溶着金属を被覆するようにしたことを特徴とするピストンロッド等のロッド溶接肉盛装置を提供するものである。
【００１１】
またさらに、ロッドの上面の温度を温度センサーで検出して１ないし複数の予熱用バーナの予熱量を調節するようにしたピストンロッド等のロッド溶接肉盛装置を提供するものである。
【考案の効果】
【００１２】
本考案のピストンロッド等のロッドは、請求項１のように摺動状態で使用されて摺動面に摩耗が生じるピストンロッド等のロッドの外周摺動面に所要の溶接肉盛用の溶着金属を被覆したことによって、他のシリンダとの互換性を維持でき、メンテナンスの管理も容易で、また修理費用も割安になり、複数回のピストンロッドの修理も可能で、表層剥離も生じなく、品質を十分に保持できて、耐久性の向上がはかれる。
【００１３】
また、請求項２のように炭素鋼鍛鋼品や機械構造用炭素鋼鋼材のロッドの外周摺動面に溶接を行って所要の溶接肉盛の溶着金属を被覆して補修することによって、上記したように効果的な補修をすることができる。
【００１４】
さらに、請求項３のようにクロスヘッド型ディーゼル機関等のピストンロッドの所定量摩耗した外周摺動面に所定の炭素当量Ｃｅｑ（％）に対して予熱温度ＰＴ（℃）＝Ｃｅｑ×Ｋ（Ｋ＝３５０〜５００）で溶接肉盛するロッドを予熱し、摩耗したロッドの外周摺動面に溶接で溶接肉盛補修の溶着金属を被覆し、溶接肉盛後に３５０〜４００℃×１．５〜２．０Ｈｒの熱処理を行い、さらに約１０Ｈｒ保温徐冷して補修することによって、クロスヘッド型ディーゼル機関等のピストンロッドを上記したようにして耐久性よく補修することができる。
【００１５】
さらに、請求項４のようにクロスヘッド型ディーゼル機関等のピストンロッドの所定量摩耗した外周摺動面に所定の炭素当量Ｃｅｑ（％）に対して予熱温度ＰＴ（℃）＝Ｃｅｑ×Ｋ（Ｋ＝３５０〜５００）で溶接肉盛するロッドを予熱し、摩耗したロッドの外周摺動面に溶接で溶接肉盛補修の溶着金属を被覆し、溶接肉盛後にロッドを５００〜６００℃の温度に昇温し、その後多段階にわたって３０〜８０℃／ｈで温度を低下して各段階でそれぞれ１時間以上保持する熱処理を行って補修することによって、高炭素含有の炭素鋼鍛鋼品や機械構造用炭素鋼鋼材のロッドの応力除去および低温割れ等を有効に防止でき、上記したようにクロスヘッド型ディーゼル機関等のピストンロッドを耐久性よく補修することができる。
【００１６】
またさらに、請求項５のように摺動状態で使用されて、摺動面に摩耗が生じて外周摺動面に所要の溶接肉盛用の溶着金属を被覆するピストンロッド等のロッドを水平にして旋回装置に所定の回転速度で回転自在に配設するとともに、水平にしたロッドの外周摺動面の上面に溶接用ノズルを対向して所定の速度でロッドの上面にそって平行に走行自在にキャリッジを配設し、上記ロッドの溶接用ノズルの前方に１ないし複数の予熱用バーナを配設して炭素当量Ｃｅｑ（％）に対して予熱温度ＰＴ（℃）＝Ｃｅｑ×Ｋ（Ｋ＝３５０〜５００）で溶接肉盛するロッドを予熱し、摩耗したロッドの外周摺動面に溶接で溶接肉盛補修の溶着金属を被覆するようにしたことによって、摺動状態で使用されて、摺動面に摩耗が生じるピストンロッド等のロッドの外周摺動面を均一状に所要の予熱温度に予熱できてクロスヘッド型ディーゼル機関等のピストンロッドを低温割れを生じることなく、耐久性よく補修することができる。
【００１７】
またさらに  請求項６のようにロッドの上面の温度を温度センサーで検出して１ないし複数の予熱用バーナの予熱量を調節するようにしたことによって、ピストンロッド等のロッドの外周摺動面を均一状に所要の予熱温度に予熱できて上記したようにして耐久性よく補修することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本考案の一実施例のクロスヘッド型ディーゼル機関のピストンロッドの側面図、
【図２】同上のサブマージアーク溶接装置の溶接肉盛補修の概要説明図、
【図３】同上の溶接肉盛後の熱処理の概要処理説明図、
【図４】同上の他の実施例のロッド溶接肉盛補修の予熱説明用断面図。
【考案を実施するための形態】
【００１９】
本考案のピストンロッド等のロッドおよびその溶接肉盛装置は、摺動状態で使用されて、摺動面に摩耗が生じるピストンロッド等のロッドの外周摺動面に所要の溶接肉盛用の溶着金属を被覆することを特徴としている。
【００２０】
ピストンロッド１は、図１のように船舶等で使用されているクロスヘッド型ディーゼル機関のピストンロッドや、鍛造油圧プレス、射出成形装置等のピストンロッドのパッキンやブッシュ等でロッド外周面が摺動して摩耗し、再利用されるものに適用できる。その材質としては、高負荷や過酷な使用状態での耐久性が必要なことから、炭素鋼鍛鋼品や機械構造用炭素鋼鋼材の比較的大きい直径の、再利用に値するものに適用できるものである。
【００２１】
たとえば、船舶等で使用されているクロスヘッド型ディーゼル機関の１００〜５００ｍｍ径、１０００〜４０００ｍｍ長さ等のピストンロッド１は、３〜５年使用されると、ロッド１の外周摺動面が１〜４ｍｍ程減耗し、継続して使用するのに差し支えが生じる。そのため、オーバーホールするのに、図２のようにピストンヘッド２を取り外し、荒削り下地加工したピストンロッド１をサブマージアーク等の溶接装置３に水平状態として回転可能に装着して所要の溶着金属４を溶接肉盛して被覆して補修するようにしている。
【００２２】
ピストンロッド１としては、炭素鋼鍛鋼品や機械構造用炭素鋼鋼材のものについて、該当する溶着金属材料に化学成分Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｒ、Ｍｏを含んだものを使用し、たとえばＳＦ４９０Ａ、ＳＦ５９０Ａ等の炭素鋼鍛鋼品やＳ４５ＣやＳ５５Ｃ等の機械構造用炭素鋼鋼材について、溶着金属材料がＧ５０／ＵＳ−５１１  ＪＩＳ−Ｚ３１８３  Ｓ６４１−１ＣＭまたはＧ８０／ＵＳ−５１１  ＪＩＳ−Ｚ３１８３  Ｓ６４１−１ＣＭ（いずれも神戸製鋼製品）等の所要品をＪＩＳ−Ｚ３１８３  Ｓ６４１−１ＣＭに準拠して使用できる。
【００２３】
また、たとえば、サブマージアーク等の溶接装置３による肉盛溶接は、ロッド１の外周摺動面に上記した溶接肉盛補修の溶着金属４を１層ないし多層に被覆して補修する炭素当量について
Ｃｅｑ（％）＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５＋（Ｎｉ＋Ｃｕ）／１５…（１）  に対し、
溶接肉盛するロッド１の予熱温度
ＰＴ（℃）＝Ｃｅｑ×Ｋ    （Ｋ＝３５０〜５００）  …                    （２）で溶接肉盛するロッド１を予熱する。溶接肉盛後に３５０〜４００℃×１．５〜２．０Ｈｒの熱処理を行い、熱処理後直ちに保温材中で約１０Ｈｒ保温冷却処理して行える。
【００２４】
そして、サブマージアーク等の溶接装置３の予熱としては、図２のようにピストンロッド１を水平ローラ５に搭載して一端部を旋回装置６に装着し、溶接ノズル７の前方側に予熱用バーナやヒータ等の加熱手段８を１ないし複数個を一定間隔等に拡縮装置等を介したりしてロッド１の表面に対向して配設し、キャリッジ９に搭載して所要の速度で走行駆動自在とした溶接ノズル７の送り込み量に相対的に対応して上記した予熱温度を保持できるように熱調整できる。
【００２５】
また、ロッド１の肉盛溶接後の他の熱処理としては、電気炉等の熱処理炉で、図３のようにロッド１を５００〜６００℃の温度に昇温し、その後数段階から十数段階の多段階にわたって３０〜８０℃／ｈで温度を低下して各段階の温度でそれぞれ１時間以上保持する熱処理を行って補修することによって、１層ないし多層の溶接肉盛での高炭素含有の炭素鋼鍛鋼品や機械構造用炭素鋼鋼材のロッドの応力除去、溶着金属とＨＡＺ部分の均一徐冷効果を高められ、組織の均一化がはかれ、低温割れ等の原因を有効に除去するようにできる。数段階から十数段階の多段階にわたる熱処理は、ロッド１の材質、径、長さ等に対応して適宜に決定でき、また３０〜８０℃／ｈで温度を低下して１時間以上、好ましくは２〜４時間保持することが、応力除去、溶着金属とＨＡＺ部分の組織の均一化に好ましい。
【００２６】
また、図４のように溶接肉盛するピストンロッド１のまわりに耐熱性の蛇腹等の保温筒１０を伸縮可能等に被覆して、加熱手段８の省エネルギー化をはかるようにすることが好ましい。
【００２７】
このようにして処理材の炭素当量に対応して所要の予熱温度、熱処理を行って、低温割れの防止、応力除去ができることが分かり、クロスヘッド型ディーゼル機関等のピストンロッドを耐久性よく、複数回のピストンロッドの修理も可能で、表層剥離も生じなく、品質を十分に保持できて、耐久性の向上がはかれる。
【実施例】
【００２８】
表１は、本考案の一実施例のクロスヘッド型ディーゼル機関のピストンロッド１の化学成分表である。
表１  ピストンロッドの化学成分表
【表１】
0003151729.tif 000003
【００２９】
表２は、上記表１に対応した溶接装置３による肉盛溶接の溶着金属の化学成分表である。
表２  肉盛溶接ロッドの溶接棒の化学成分例
【表２】
0003151729.tif 000004
【００３０】
溶接装置３による補修は、図２のようにピストン２をはずして所定の荒削り下処理したピストンロッド１を水平ローラ５に搭載して一端部を旋回装置６に装着して一定の回転速度で回転駆動するようにし、溶接ノズル７の前方側に予熱用バーナの加熱手段８を複数個を所定間隔でロッド１の表面に対向して配設して上記した予熱温度に予熱し、予熱温度に対応して溶接ノズル７の送り込み量を調整して対応して肉盛溶接するようにしている。溶接装置３は、交流アーク電流を使用し、下向き、単パス、溶接電流４００〜４２０Ａ、溶接電圧３０〜３５Ｖ、溶接速度約５８ｃｍ／ｍｉｎの自動溶接で行った。
【００３１】
溶接装置３としては、溶接するロッド１の炭素当量として、上記した式（１）のＣｅｑにもとずいた予熱温度の１８０〜２５０℃で加熱し、溶接ノズル７に上記した所要の溶接棒、フラックスの溶接材料を供給し、ロッド１の表面を表面温度計１１で表面温度を測定して予熱温度を確認しながら摩耗したＳＦ５９０Ａ、３００ｍｍ径、３０００ｍｍ長さのピストンロッド１の外周摺動面に１層の溶着金属４を被覆した。そして、溶接肉盛後に３５０〜４００℃×１．５〜２．０Ｈｒの熱処理を行い、熱処理後直ちに保温材中で約１０Ｈｒ保温冷却を行った。
【００３２】
なお、肉盛溶接後の熱処理として、図３のようにロッド１を約５８０℃の温度に昇温し、その後７０℃／ｈで冷却して約５１０℃の温度に低下して３時間保持し、また８０℃／ｈで冷却して約４３０℃の温度に低下して３時間保持し、さらに８０℃／ｈで冷却して３５０℃の温度で３時間保持するようにもでき、このように３段階にわたる熱処理を行って徐冷し、溶接肉盛によるロッドの応力除去および低温割れ等を有効に防止するようにできる。
【００３３】
溶接肉盛後、上記のようにして熱処理をし、保温徐冷を施し、所定の精度に仕上げ研磨し、外観検査、非破壊検査を行って製品化した。その結果、低温割れはなく、外観、内部の状況は良好で、品質も十分に保証できるものであった。
【００３４】
上記では、サブマージアークの溶接装置３について述べたが、被覆アーク溶接、ティグ溶接、炭酸ガスアーク溶接、プラズマアーク溶接等にも適用でき、またピストンロッド１としては炭素鋼鍛鋼品の高炭素鋼のものについて説明したが、機械構造用炭素鋼鋼材の高炭素鋼のものについても適用できる。さらに、補修のものだけでなく、必要により新製品のものについても、ピストンロッドの外周面に上記のように予め溶接肉盛りして仕上げして耐久性を向上するようにできる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本考案のピストンロッドおよびその溶接肉盛装置は、上記したクロスヘッド型ディーゼル機関ピストンロッドや、鍛造油圧プレス、射出成形装置等のピストンロッドのパッキンやブッシュ等でロッド外周面が摺動して摩耗し、再利用されるもの等に利用できる。
【符号の説明】
【００３６】
１…ピストンロッド    ２…ピストンヘッド    ３…溶接装置    ４…溶接金属
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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