(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
履帯型機械の無端状トラック用トラックブッシュであって、
第１端（２０）、第２端（３０）及び縦方向軸線を有する円筒状チューブ形状と；
前記第１端（２０）に画成された第１端軸受表面（２２）と、前記第２端（３０）に画成された第２端軸受表面（３２）と；
前記第１端軸受表面（２２）及び前記第２端軸受表面（３２）の少なくとも一方に形成され、前記縦方向軸線に沿った深さを有する円周溝（１２，１３）と；
前記トラックブッシュ（１０）の前記円周溝（１２，１３）中にアーク溶接により堆積されて溶接ジョイントを形成した耐磨耗性及び耐腐食性物質（１４，１５）と；
を具備したトラックブッシュ。
【請求項２】
前記耐磨耗性及び耐腐食性物質（１４，１５）はステンレス鋼である請求項１記載のトラックブッシュ。
【請求項３】
前記耐磨耗性及び耐腐食性物質（１４，１５）はマルテンサイトステンレス鋼である請求項１記載のトラックブッシュ。
【請求項４】
前記円周溝（１２，１３）中にアーク溶接された前記耐磨耗性及び耐腐食性物質（１４，１５）はガスアーク溶接、ガス金属アーク溶接、パルス状ガス金属アーク溶接、又はガスタングステンアーク溶接されている請求項１記載のトラックブッシュ。
【請求項５】
前記耐磨耗性及び耐腐食性物質（１４，１５）はワイヤー供給速度が毎分５．１２８ｍ〜１０．２５６ｍの範囲内でパルス状ガス金属アーク溶接されている請求項４記載のトラックブッシュ。
【請求項６】
前記耐磨耗性及び耐腐食性物質（１４，１５）は、ピーク電圧が２６ボルト〜３５．５ボルトの間、ピーク電流が３８０アンペア〜４３０アンペアの間、背景電流が７０アンペア〜１５０アンペアの間でパルス状ガス金属アーク溶接されている請求項４記載のトラックブッシュ。
【請求項７】
前記耐磨耗性及び耐腐食性物質（１４，１５）は、毎秒９０〜２１０の範囲内のパルスで且つパルス幅が２．０〜２．７ミリ秒の間でパルス状ガス金属アーク溶接されている請求項４記載のトラックブッシュ。
【請求項８】
履帯型機械の無端状トラック用トラックブッシュ（１０）を製造するためのプロセスであって、
円筒状チューブ形状と縦方向軸線を有し、第１端（２０）と，第２端（３０）と、第１端（２０）に画成された第１端軸受表面（２２）と、第２端（３０）に画成された第２端軸受表面（３２）を具備したトラックブッシュ（１０）を提供し；
前記第１端軸受表面（２２）及び前記第２端軸受表面（３２）の少なくとも一つに前記縦方向軸線に沿った深さを有する円周溝（１２，１３）を形成し；
前記トラックブッシュ（１０）の前記円周溝（１２，１３）中に耐磨耗性及び耐腐食性物質（１４，１５）をアーク溶接する；
各ステップから構成されるトラックブッシュ（１０）を製造するためのプロセス。
【請求項９】
前記アーク溶接ステップはガスアーク溶接、ガス金属アーク溶接、パルス状ガス金属アーク溶接、又はガスタングステンアーク溶接からなる請求項８記載のプロセス。
【請求項１０】
前記パルス状ガス金属アーク溶接方法は、パルス状ガス金属アーク溶接器を調整して毎分５．１２８ｍ〜１０．２５６ｍの間のワイヤー供給速度で実施するステップを含む請求項９記載のプロセス。
【請求項１１】
前記パルス状ガス金属アーク溶接方法は、パルス状ガス金属アーク溶接器を調整してピーク電圧２６〜３５．５ボルトの間、ピーク電流３８０〜４３０アンペアの間、背景電流７０〜１５０アンペアの間で実施するステップを含む請求項９記載のプロセス。
【請求項１２】
前記パルス状ガス金属アーク溶接方法は、パルス状ガス金属アーク溶接器を調整して毎秒９０〜２１０の間のパルス数で且つ２．０〜２．７ミリ秒の間のパルス幅で実施するステップを含む請求項９記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は一般的に履帯型機械の無端状トラックのトラックブッシュに関し、特に、改良された耐磨耗性及び耐腐食性のためのアーク溶接された端部処理を有するトラックブッシュ及びその製造プロセスに関する。
背景技術
トラックブッシュは、履帯型機械の無端状トラックのトラックリンクを結合するトラックピンと共に使用される。履帯型機械の一例として土砂移動に利用されるものが挙げられる。従って、これらの履帯型機械は非常に苛酷な作動条件に晒される。
トラックブッシュは内部表面に隣接した２つの端部を有している。これらトラックブッシュの２つの端部及び内部表面が協働して、それぞれトラックシール及びトラックピンに対してスライダする主軸受表面を形成する。泥及び破片がトラックシールのシール表面に対してスライドするトラックブッシュの端部を磨耗させ易い。これは、泥及び破片がシールとトラックブッシュの端部表面の間に捕獲され、遂にはトラックブッシュの端部表面上に磨耗による溝を形成することにより発生する。この磨耗溝が形成されると、ピンジョイントアセンブリから油が漏れ出し、遂にはピンジョイントの破壊につながることになる。加うるに、この磨耗によりピンジョイントはエレメントに露出されるようになり、遂には腐食する。
本発明はこれらの問題の一つ或いはそれ以上を克服せんとするものである。
発明の開示
本発明の一つの側面においては、履帯型機械の無端状トラックのトラックブッシュが提供される。トラックブッシュは第１端と、第２端と、縦方向軸線を有する円筒状チューブ形状を含んでいる。トラックブッシュは更に、第１端に画成された第１端軸受表面と、第２端に画成された第２端軸受表面を含んでいる。第１端軸受表面及び第２端軸受表面の少なくとも一つに円周溝が形成されている。円周溝は縦方向軸線に沿った深さを有している。耐磨耗性及び耐腐食性物質がトラックブッシュの円周溝中にアーク溶接されている。
本発明の他の側面においては、履帯型機械の無端状トラックの耐腐食性トラックブッシュを形成するための方法が提供される。この方法は以下のステップ、即ち、円筒状チューブ形状及び縦方向軸線を有するトラックブッシュを提供するステップを含んでいる。トラックブッシュは第１端と第２端を含み、第１端軸受表面が第１端に画成され、第２端軸受表面が第２端に画成されている。第１端軸受表面及び第２端軸受表面の少なくとも一つに円周溝が形成されている。円周溝は縦方向軸線に沿った深さを有している。耐磨耗性及び耐腐食性物質がトラックブッシュの円周溝中にアーク溶接により溶接されている。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明のプロセスのフローチャート；
図２は本発明のトラックブッシュの断面側面図；
図３はトラックリンク中に取り付けられたトラックシールとシール係合しているトラックブッシュの断面側面図；
図４は図２のトラックブッシュの軸受端の拡大部分の断面側面図；
図５は図４に示されたＡ−Ａ線に沿った拡大図であり、本発明による溶接結合の詳細を示している。
発明を実施するための最良の態様
図１を参照すると、履帯型機械の無端状トラックの耐磨耗性及び耐腐食性トラックブッシュを製作するための概略プロセスが示されている。図２は本発明のトラックブッシュの断面側面図を示している。フローチャートの説明において、かぎかっこ内の数字、即ち「ｎｎｎ」でマークされた機能説明は図１のフローチャートにおけるブロックの番号を示している。作成プロセスは第１端２０、第２端３０及び縦方向軸線を有する円筒状チューブ形状のトラックブッシュ１０を提供するステップを含んでいる。第１端２０には第１端軸受表面２２が画成されており、第２端３０には第２端軸受表面３２が画成されている。好ましくは、図２に数字１２及び１３でそれぞれ示されているように、第１端軸受表面２２及び第２端軸受表面３２には円周溝が形成されている「４」。円周溝１２及び１３は縦方向軸線に沿った深さを有しているのが望ましい。
作成ステップは更に、円周溝１２及び１３中に耐磨耗性及び耐腐食性物質を堆積させるためのガス金属アーク溶接を利用するステップを含んでいる「６」。ガス金属アーク溶接の好ましいタイプはパルス状である。本発明ではガス金属アーク溶接を使用すると説明されているが、ガスタングステン溶接も採用可能である。ガスタングステンアーク溶接は、アークが不活性ガスによりシールドされアークの熱がタングステン電極を溶解せずに耐磨耗性及び耐腐食性物質を溶解するように、アークが消耗されないタングステン電極とトラックブッシュ１０の間に形成される。
本明細書で使用される“溶接界面”という用語は、トラックブッシュ基板と耐磨耗性及び耐腐食性溶接物質の間の領域を意味している。この溶接界面は、耐磨耗性及び耐腐食性物質とトラックブッシュ基板が融点以上に加熱され、固化する間に合体することにより金属学的に形成される。
本明細書で使用される“融合ゾーン”という用語は、トラックブッシュ基板と耐磨耗性及び耐腐食性溶接物質が共に溶解されて、溶解された実際の耐磨耗性及び耐腐食性物質がトラックブッシュ基板に融合している領域を意味している。
本明細書で使用される“ガス金属アーク溶接”という用語は、耐磨耗性及び耐腐食性溶接物質を溶解するために高温アークを確立する電気的特性を提供するための電源と、耐磨耗性及び耐腐食性溶接物質をワイヤー形状で供給するワイヤー供給システムと、耐磨耗性及び耐腐食性溶接物質を円周溝１２及び１３に案内する溶接トーチ及びケーブルアセンブリと、溶接プロセス中に溶接ジョイントを覆い溶接が固化し冷却する時の大気汚染を防止するシールドガス（遮蔽ガス）供給を利用するプロセスを示している。
ガス金属アーク溶接の好ましいタイプはパルス状であり、電流及び電圧は低いバックグランドレベルと高いピークレベルの間で変化する。全体の電流及び電圧レベルは定常ガス金属アーク溶接よりも低い。これは、定常ガス金属アーク溶接に比肩し得る好ましい金属転移モードを維持しながら、溶接の間に発生される熱量を減少させる。パルス状ガス金属アーク溶接は、スパッター（溶接の際飛び出る金属粒子）及び高い熱に起因する望ましくない効果を減少させる。高い熱を適用すると歪みにつながる。加うるに、トラックブッシュの機械的性質の変化につながる微細構造の変化が発生し、幾つかの物質においては残留応力レベルが降伏強さまで高くなる。高い熱に晒されることによる全体的効果は焼戻しであり、その結果柔らかい物質になって組み立ての間に擦り剥けることがある。本発明のプロセスによると、他のタイプの溶接プロセスに比較してトラックブッシュが焼戻しされる可能性を減少しながら、トラックブッシュ上に耐磨耗性及び耐腐食性溶接を形成できることが見出された。
好ましい実施形態の非限定的な例に拠れば、パルス波形を形成する十分に早い反応を得るために、溶接用電源はシリコンで制御される整流器電源に対してインバータ型の電源を利用している。ワイヤー供給器はパルス状プログラムがセットアップされて格納されるように、マイクロプロセッサにより制御される。好ましいタイプのガスは９８パーセントアルゴン、２パーセント酸素の混合物である。望ましいワイヤーはニッケル及びモリブデンの鋼合金であるステンレス鋼である。好ましいタイプのステンレス鋼は、他のタイプのステンレス鋼に比較して優れた耐磨耗品質を提供するマルテンサイトステンレス鋼である。好ましいタイプのマルテンサイトステンレス鋼は“４１０”と称される。一つの特別な説明目的のためのマルテンサイトステンレス鋼は重量パーセントで以下の組成を有している。
炭素              最大０．０６
クローム          １１．０〜１２．５
ニッケル          ４．０〜５．５
モリブデン        ０．４〜０．７
マンガン          最大１．００
シリコン          最大０．９０
リン              最大０．０３
硫黄              最大０．０３
銅                最大０．７５
鉄                組成の残部
好ましいパルス状ガス金属アーク溶接プロセス中には数多くの非限定的パラメータがある。これらのパラメータはトラックブッシュの端部が、約２．１６３ｍｍ（０．０８２インチ）〜約４．９５１ｍｍ（０．１９３インチ）の範囲内の、好ましくは約２．５１３ｍｍ（０．０９８インチ）〜約４．５１３ｍｍ（０．１７６インチ）の範囲内のトラックブッシュ表面からの深さを有する溶接ジョイントを有していることである。溶接ジョイントの幅は約６．３０８ｍｍ（０．２４６インチ）〜約１３．２０５ｍｍ（０．５１５インチ）の範囲内、好ましくは約６．９３４ｍｍ（０．２７３インチ）〜約１２．０ｍｍ（０．４６８インチ）の範囲内である。トラックブッシュ表面からの溶接ジョイントの補強高さは約０．８９７ｍｍ（０．０３５１インチ）〜約２．７４４ｍｍ（０．１０７インチ）であり、好ましくは約１．０ｍｍ（０．０３９０インチ）〜約２．５１３ｍｍ（０．０９７５インチ）の範囲内である。
他の物理的パラメータとして、好ましいワイヤーの直径は約０．５１３ｍｍ（０．０２０インチ）〜約１．３３３ｍｍ（０．０５２インチ）の範囲内であり、好ましくはワイヤーの直径は約１．１５４ｍｍ（０．０４５インチ）である。ワイヤーの供給速度は毎分約５．１２８ｍ（２００インチ）〜約１０．２５６ｍ（４００インチ）の範囲内であり、好ましくは毎分約５．６４１ｍ（２２０インチ）〜約９．７４４ｍ（３８０インチ）の範囲内である。走行速度は毎分約５１２．８ｍｍ（２０インチ）〜約７６９．２ｍｍ（３０インチ）の範囲内であり、好ましくは毎分約４８７．２ｍｍ（１９インチ）〜約７４３．６ｍｍ（２９インチ）の範囲内である。トリム（Ｔｒｉｍ）は約５２〜約８０の範囲内であり、好ましくは約５５〜７７の範囲内である。電気的スティックアウト（Ｓｔｉｃｋｏｕｔ）は約１１．８ｍｍ（０．５インチ）〜約２１．８ｍｍ（０．９インチ）の範囲内であり、好ましくは約１２．８ｍｍ（０．５インチ）から約２０．８ｍｍ（０．８インチ）の範囲内である。遮蔽ガスの流れ率は毎時約７．６立方メートル（３０立方フィート）〜約１２．７立方メートル（５０立方フィート）であり、好ましくは毎時約８．１立方メートル（３２立方フィート）〜約１２．２立方メートル（４８立方フィート）の範囲内である。
更に数多くの電気的作動パラメータがある。ピーク電圧は約２６ボルト〜約３５．５ボルトの範囲内であり、好ましくは約２７ボルト〜約３４．５ボルトの範囲内である。ピーク電流は約３８０アンペア〜約４３０アンペアの範囲内であり、好ましくは約３８５アンペア〜約４２５アンペアの範囲内である。背景電流は約７０アンペア〜約１５０アンペアの範囲内であり、好ましくは約７８アンペア〜約１４２アンペアの範囲内である。１秒当たりのパルスは約９０〜約２１０の範囲内であり、好ましくは約１０２〜１９８の範囲内である。時間に関連したパルス幅は約２．０ミリ秒〜約２．７ミリ秒の範囲内であり、好ましくは約２．０７ミリ秒〜約２．６３ミリ秒の範囲内である。上述した範囲以外の溶接パラメータは、トラックブッシュへの適用のためには不適当な溶接ジョイントであると見なされる。
図３を参照すると、トラックシール９０とシール係合している履帯型機械の無端状トラックのためのトラックブッシュ１０の１端部が示されている。図３は一方の軸受端３２に形成された円周溝１３中に溶接された耐磨耗及び耐腐食性物質１５を有するトラックブッシュ１０を含んだ構造１１を示している。トラックブッシュ１０は、図２に示されているように、第１端軸受表面２２が画成された第１端２０と、第２端軸受表面３２が画成された第２端３０を有している。好ましい実施形態においては、耐磨耗性及び耐腐食性物質１４が円周溝１２中に堆積されており、耐磨耗性及び耐腐食性物質１５が円周溝１３中に堆積されている。円周溝１２及び１３は第１端軸受表面２２及び第２端軸受表面３２にそれぞれ形成されている。加うるに、図３は溝１３中に堆積された耐磨耗性及び耐腐食性溶接物質１５がシールリップ９１を有するトラックシール９０とシール係合しているトラックブッシュ１０を示している。トラックシールはトラックリンク８０に固定されている。図３に見られるように、トラックブッシュ１０とトラックシール９０との間のシール係合はトラックブッシュ１０の耐磨耗性及び耐腐食性溶接物質１５で発生するのが好ましい。
図４を参照すると、ガス金属アーク溶接された耐腐食性鋼物質を有する第２軸受端３２の拡大された断面側面図が示されており、耐磨耗性及び耐腐食性物質とトラックブッシュとの間の溶接界面は符号３８で示されている。
図５は融合ゾーンがトラックブッシュ物質と耐磨耗性及び耐腐食性物質の混合物である組成を含んでいる図４の拡大断面図を示している。
望ましい実施形態においては、パルス状ガス金属アーク溶接はクラック又は多孔性等の欠陥を有していずに、ロックウェルＣ硬度で約ＲＣ５２〜約ＲＣ５８の範囲内、好ましくは約ＲＣ５５の値を有する磨かれた表面を有している。本発明のプロセスはトラックブッシュの製造又は中古のトラックブッシュの改修に有用である。
実施例
図２を参照すると、トラックブッシュ１０はそれぞれ１．５３９ｍｍ（０．０６インチ）の深さ及び６．１５４ｍｍ（０．２４インチ）の幅を有する一対の円周溝１２及び１３を有している。このような円周溝１２及び１３は以下のパラメータの下で溶接されている。
電源：インバータ型
ワイヤーの供給：マイクロプロセッサによる制御
遮蔽ガス：アルゴン９８％及び酸素２％
ワイヤーの供給速度：毎分９．３５９ｍ（３６５インチ）
トリム：８０
電気的スティックアウト：１９．２３ｍｍ（０．７５インチ）
遮蔽ガスの流れ：毎時１０．１７８ｍ3（４０立方フィート）
ワイヤーの型：マルテンサイトステンレス鋼
ワイヤー直径：１．１５ｍｍ（０．０４５インチ）
ピーク電圧：３１．５ボルト
ピーク電流：３９０アンペア
背景電流：１１６アンペア
１秒当たりのパルス数：１８０
パルス幅：２．３ミリ秒
ダウンヒル角：３０度
トーチ角：縦方向ブッシュ軸線に対して１５度
作業角：０〜３度
上述したパラメータにより溶接を行うと、磨耗及び腐食を顕著に減少させる非常に強い溶接を提供できる。
産業上の利用可能性
本発明は、例えば土砂移動機械のような履帯型機械の無端状トラック用トラックリンクを結合するためのトラックピンと共に使用されるトラックブッシュの耐磨耗性及び耐腐食性を向上するのに特に有用である。
パルス状ガス金属アーク溶接プロセスを使用して、耐磨耗性及び耐腐食性物質が円周溝中のトラックブッシュの端部に堆積され、溶接ジョイントを構成する。これにより、溶接ジョイント中の磨耗及び腐食領域に付着される泥及び破片により形成される溶接ジョイントの磨耗溝を除去して、トラックブッシュの寿命が伸長される。泥及び破片が少なくなるので、トラックシールのシール表面に対して摺動するトラックブッシュの端部は、磨耗溝を形成せずに長い間完全なままでいることができる。これらの磨耗溝がピン結合アセンブリから油漏れを引き起こし、遂にはピン結合アセンブリの破壊につながるものである。
本発明の他の側面、目的及び利益は添付図面、発明の詳細な説明及び添付請求の範囲を研究することにより得ることができる。
【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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