KR100582364B1

KR100582364B1 - Method of Manufacturing Exhaust Valve for Heavy Duty Marine Engine

Info

Publication number: KR100582364B1
Application number: KR1020020001398A
Authority: KR
Inventors: 이이다아키오
Original assignee: 가부시키가이샤 나브에어
Priority date: 2001-05-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2006-05-22
Also published as: KR20020086211A; JP2002332813A; JP3595280B2

Abstract

본 발명은 대형 선박용 디젤 엔진의 배기 밸브를 제조함에 있어서, 제조 설비의 소형화와 재료의 이용율을 높이는데 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the miniaturization of manufacturing equipment and the increase in the utilization rate of materials in manufacturing exhaust valves for large marine diesel engines.

밸브(1)를 우산부(2)와 스템부(3)로 나누어 제조하고, 그 들을 플래시버트 용접으로서 일체화 한다. 우산부(2)는 석출 경화형 니켈기 내열 합금을 소재로 하여 단조하여 성형한다.The valve 1 is divided into an umbrella part 2 and a stem part 3 and manufactured, and they are integrated by flash butt welding. The umbrella part 2 is forged and molded using a precipitation hardening nickel-based heat-resistant alloy as a material.

디젤 엔진, 배기 밸브, 스템부, 플래시버트 용접, 석출 경화, 내열 합금Diesel Engine, Exhaust Valve, Stem, Flash Butt Welding, Precipitation Hardening, Heat-resistant Alloy

Description

Method of Manufacturing Exhaust Valve for Heavy Duty Marine Engine

도 1은 본 발명에 관한 대형 선박용 디젤 엔진의 배기 밸브의 제조 방법을 도시한 설명도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which shows the manufacturing method of the exhaust valve of the large marine diesel engine which concerns on this invention.

도 2는 본 발명에 관한 대형 선박용 디젤 엔진의 배기 밸브 설명도.2 is an explanatory view of an exhaust valve of a large marine diesel engine according to the present invention;

도 3은 플래시버트 용접을 하는 경우의 바람직한 접합면 형상을 도시한 설명도.FIG. 3 is an explanatory diagram showing a preferable bonding surface shape in the case of performing flash butt welding. FIG.

도 4는 종래 예의 설명도.4 is an explanatory diagram of a conventional example.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

1 : 밸브 2 : 우산부1: valve 2: umbrella

3, 3' : 스템부3, 3 ': stem part

본 발명은 대형 선박용 디젤 엔진의 배기 밸브 및 그 배기 밸브의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an exhaust valve of a large marine diesel engine and a method of manufacturing the exhaust valve.

또한, 본 발명에 있어서 대형 선박용 디젤 엔진이란 탱커, 화물선, 객선 등에 탑재되는 회전수가 60rpm 정도의 저속 엔진을 지칭하며, 2 사이클과 4 사이클을 포함한다.In addition, in the present invention, a large marine diesel engine refers to a low speed engine having a rotational speed of about 60 rpm mounted on a tanker, a cargo ship, a ship, and includes two cycles and four cycles.

대형 선박용 밸브는 거대할 뿐만 아니라, 특히 배기 밸브에는 밸브 시트와의 접촉면(페이스면)에 Hv= 390 이상이라는 높은 경도가 요구된다.Large marine valves are not only huge, but especially exhaust valves require a high hardness of Hv = 390 or more on the contact surface (face surface) with the valve seat.

그 때문 오래 전에는 내열강으로 형성된 밸브의 페이스면을 육성(肉盛)용접 또는 용사로서 강화하였지만, 근년, 특수한 소재를 사용하여 일체로서 형성하는 기술, 예를 들면, 일본특허공보 소64-8699호 공보에 기재된 바와 같이, 석출 경화형 내열 합금을 재료로 하여, 우산부를 700℃ 내지 900℃의 온도 범위에서 가공율 20% 이상의 단조에 의해 Hv= 390 이상의 경도를 확보하는 기술이 제안되어 있다.For this reason, in the past, the face surface of a valve formed of heat-resistant steel was strengthened by wet welding or thermal spraying. In recent years, however, a technique of forming a body integrally using a special material, for example, JP-A-64-8699 As described in the following, a technique of securing the hardness of Hv = 390 or more by forging an umbrella portion at a processing rate of 20% or more in a temperature range of 700 ° C. to 900 ° C. using a precipitation hardening heat resistant alloy as a material is proposed.

또한, 단조로 일체 성형하는 경우엔, 우산부와 스템부와의 축심을 확실히 일치시키기 위해, 도 4에 도시한 바와 같이, 축심의 어긋남을 고려하여 미리 스템부(3')를 큰 지름으로 형성하고, 우산부의 축심에 일치시켜 스템부(3)를 깎아 내었다.In the case of integrally forming by forging, in order to ensure the shaft center between the umbrella portion and the stem portion is reliably matched, as shown in FIG. The stem 3 was scraped off in accordance with the axis of the umbrella.

긴 스템부를 갖는 거대한 대형 선박용 디젤 엔진의 배기 밸브를 일체로 단조하기 위해서는 대형의 단조 설비가 필요하고, 그 뿐만 아니라 열처리에 이용될 수 있는 로(爐)도 한정된다.In order to integrally forge the exhaust valve of a large marine diesel engine having a long stem, a large forging facility is required, as well as a furnace that can be used for heat treatment.

또한, 종래의 기술은 가공율 20% 이상이며 또한, 단조 온도가 700 내지 900℃라는 악조건에 구속되기 때문에 형(型)에 대하여 큰 부담을 강요시키는 결과로 되어, 형의 수명을 단축시키는 치명적인 결함이 있었다.In addition, the conventional technique has a processing rate of 20% or more, and is constrained by the bad condition that the forging temperature is 700 to 900 ° C, resulting in a large burden on the mold, and a fatal defect that shortens the life of the mold. There was this.

또한, 스템부를 깎아 내기 때문에 단조 성형함에도 불구하고, 재료의 이용률이 낮았다.In addition, since the stem was scraped off, the use rate of the material was low despite forging molding.

본 발명은 적어도 제조 설비의 소형화를 도모하는 것을 목적으로 하며, 그것에 더하여 재료의 낭비를 최소한으로 하고, 형 수명을 연장시키는 것을 가능하게 하는 대형 선박용 디젤 엔진의 배기 밸브를 제조하는 방법을 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims at least to miniaturize a manufacturing facility, and in addition, provides a method of manufacturing an exhaust valve of a large marine diesel engine that makes it possible to minimize material waste and extend mold life.

본 발명의 구성은, 석출 경화형 니켈기(基) 내열 합금을 소재로 하고, 단조로 성형된 우산부와, 그 우산부와는 별도체로서 내열 합금으로 임의 수단으로 형성된 스템부를 접합하여 일체로 형성된 대형 선박용 디젤 엔진의 배기 밸브와, 석출 경화형 니켈기 내열 합금을 소재로 하고, 단조로써 성형된 우산부와, 그 우산부와는 별도체로서 내열 합금으로 임의 수단으로 형성된 스템부를 접합하여 일체로 결합하여 형성하는 것을 특징으로 하는 대형 선박용 디젤 엔진의 배기 밸브의 제조 방법이다.The structure of the present invention is formed integrally by joining an integrally formed umbrella portion formed of a precipitation hardening type nickel-based heat-resistant alloy, and a stem portion formed by any means of a heat-resistant alloy as a separate body from the umbrella portion. The exhaust valve of a large marine diesel engine, a precipitation hardening nickel base heat-resistant alloy, and an umbrella part formed by forging, and a stem part formed by any means of a heat-resistant alloy as a separate body from the umbrella part are joined together. It is a manufacturing method of the exhaust valve of the large marine diesel engine characterized by forming in the

그리고, 상기 대형 선박용 디젤 엔진의 배기 밸브에 있어서는, 우산부를 형성하는 석출 경화형 니켈기 내열 합금이, 단련도(단련비(鍛鍊比)라고도 한다) 3 내지 5를 만족하는 것 및 우산부와 스템부를 플래시버트 용접에 의해 접합하는 것이 바람직하다.In the exhaust valve of the diesel engine for large ships, the precipitation hardening nickel-based heat-resistant alloy forming the umbrella portion satisfies the annealing degree (also referred to as an annealing ratio) 3 to 5, and the umbrella portion and the stem portion are flashed. It is preferable to join by butt welding.

또한, 대형 선박용 디젤 엔진의 배기 밸브의 제조 방법에 있어서도, 우산부의 소재로서 단련도 3 내지 5의 석출 경화형 니켈기 내열 합금을 채용하는 것이 바 람직하다.Moreover, also in the manufacturing method of the exhaust valve of a large marine diesel engine, it is preferable to employ | adopt the precipitation hardening type nickel-type heat-resistant alloy of the hardening degree 3-5 as a raw material of an umbrella part.

본 발명에 관한 대형 선박용 디젤 엔진의 배기 밸브 및 그 배기 밸브의 제조 방법을 도면에 의거하여 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION The exhaust valve of the large marine diesel engine which concerns on this invention, and the manufacturing method of the exhaust valve are demonstrated based on drawing.

도 1은 대형 선박용 디젤 엔진의 배기 밸브(1)에 있어서의 우산부(2)와 스템부(3)를 도시한 것으로, 우산부(2)는 석출 경화형 내열 합금으로서 OANA-80A(상품명 : 카펜터 테크놀러지 코포레이션제)를 사용하였다.1 shows an umbrella portion 2 and a stem portion 3 in an exhaust valve 1 of a large marine diesel engine. The umbrella portion 2 is an OANA-80A (trade name: Carpenter) as a precipitation hardening heat resistant alloy. Technology Corporation) was used.

첨언하면, OANA-80A는 니켈 73.84%, 크롬 19.56%, 티탄 2.5%, 알루미늄 1.6%, 철 1.2%를 주성분으로 하고, 소량의 탄소, 망간, 규소, 인, 유황, 몰리브덴, 구리, 코발트, 주석, 텅스텐, 바나듐, 지르코늄, 붕소, 납, 니오브를 포함한다. 그리고 본 실시예에서는, OANA-80A중에서, 특히 단련도 4의 것을 선택하여 채용되었다.Incidentally, OANA-80A is based on 73.84% nickel, 19.56% chromium, 2.5% titanium, 1.6% aluminum and 1.2% iron, and contains a small amount of carbon, manganese, silicon, phosphorus, sulfur, molybdenum, copper, cobalt and tin. Contains tungsten, vanadium, zirconium, boron, lead, niobium. In the present embodiment, among the OANA-80A, one having an annealing degree of 4 was selected and adopted.

우산부는 1180℃ 이내의 온도에서 성형된 업셋(upset)품을, 업셋 단조하여 형성되고, 이 때의 단조 온도는 업셋과 같은 1180℃ 이내로 제한된다.The umbrella portion is formed by upset forging an upset product molded at a temperature of 1180 ° C or less, and the forging temperature at this time is limited to 1180 ° C or the same as the upset.

계속해서 단조 종지(終止) 온도를 950℃의 고용화(固溶化) 온도까지 내리고, 그 온도를 8시간 이상 유지함으로써 용체화(溶體化) 처리를 하고, 급냉 후, 705℃로 16시간의 시효효과 처리를 2번 행하였다.Subsequently, the forging end temperature was lowered to a solid solution temperature of 950 ° C., and the solution was maintained for 8 hours or longer, followed by solution treatment. After quenching, the solution was cooled to 705 ° C. for 16 hours. Aging effect treatment was performed twice.

그 결과, Hv의 값을 390 내지 410(평균치를 396)까지 높이는데 성공하였다.As a result, it succeeded in raising the value of Hv to 390-410 (average value 396).

또한, 상기 단조 온도를 1180℃ 이내로 억제하는 동시에, 단조 종지 온도를 950℃까지 내리고, 그 후 급냉하는 일련의 공정은 경도를 높게 유지하는데 극히, 효과적 인 것과 고용화 처리를 생략하는 것도 가능한 것을 확인하였다.In addition, it is confirmed that the series of steps of suppressing the forging temperature to within 1180 ° C. and lowering the forging end temperature to 950 ° C. and then quenching it is extremely effective in maintaining high hardness and omitting the solubilization treatment. It was.

상기 급냉처리는 수냉, 유냉, 공냉의 어느 것이라도 지장이 없고, 급냉하는지의 여부, 그 것에 수반되는 고용화 처리의 유무, 단조 온도의 변경도 자유롭게 설정할 수 있다.The quenching treatment is free from any of water cooling, oil cooling and air cooling, and can be freely set whether or not quenching is performed, whether or not the solubilization treatment accompanying it and the forging temperature are changed.

또한, 소재의 단련도는 4를 권장하지만, 3 내지 5의 범위이면, 표면에 균열을 생기게 하지 않고, Hv= 390이상의 경도를 명백하게 확인할 수 있었다.In addition, although the workability of the material is recommended to 4, if it is in the range of 3 to 5, the hardness of Hv = 390 or more can be clearly confirmed without causing cracks on the surface.

한편, 스템부(3)는 필요 최소한의 제원을 만족하는 내열 합금제의 봉상(棒狀) 소재를 소망 길이로 절단한 것을 열처리한 후, 흑피층을 깎아 내는 정도의 절삭가공에 의해 형성되어 있다.On the other hand, the stem part 3 is formed by the cutting process which cuts off a black skin layer after heat-processing what cut the rod-shaped material made from the heat-resistant alloy which satisfy | fills a minimum required specification to a desired length. .

그 때문에 특별한 제조 장치가 불필요하고, 재료의 낭비도 거의 없다.Therefore, a special manufacturing apparatus is unnecessary and there is almost no waste of material.

더구나 저렴한 재료중에서 선택할 수 있기 때문에 코스트 다운에 안성마춤이라고 할 수 있다.Moreover, it can be said to be an excellent choice for cost down because you can choose from inexpensive materials.

이와 같이 따로따로 제조된 우산부(2)와 스템부(3)를 플래시버트 용접으로 접합하여 일체화 한다(도 2 참조).Thus, the umbrella part 2 and the stem part 3 which are separately manufactured are joined by flash butt welding, and are integrated (refer FIG. 2).

접합 수단을 플래시버트 용접으로 하면, 우산부의 용접되어 먹혀들어가는 부분이 작게 되기 때문에, 접합 부분을 우산부에 대하여 극한까지 가까이 하는 것이 가능해져, 적어도 단조로써 성형하여야 하는 우산부의 크기를 축소하는데 유리하다.When the joining means is flash-butt welded, the welded portion of the umbrella portion is reduced, so that it is possible to bring the joining portion closer to the extreme with respect to the umbrella portion, which is advantageous in reducing the size of the umbrella portion to be molded by at least forging. .

또한, 우산부와 스템부와의 접합 수단은 플래시버트 용접 이외에 예를 들면, 일반적인 전기용접, 마찰압접, 압착 그 밖의 수단을 이용할 수 있으며, 플래시버트 용접과 마찰압접에 관해서는, 접합면을 도 3에 예시한 바와 같이 문질러지는 발상(鉢狀)의 오목부와 원추상의 볼록부의 조합으로 함으로써, 접촉 면적의 확대를 도모할 수 있다.In addition, the means for joining the umbrella portion and the stem portion may use, for example, general electric welding, friction welding, or other means in addition to the flash butt welding. As illustrated in Fig. 3, the contact area can be enlarged by using a combination of the concave concave portion of the concave convex portion and the conical convex portion.

또한, 높은 경도가 요구되는 우산부만에 필요한 경도가 확보될 수 있는 재료를 채용하고, 스템부는 저렴한 재료로 하면 경제적이기도 하다.In addition, it is also economical to adopt a material that can secure the hardness required for only the umbrella portion where high hardness is required, and the stem portion is made of an inexpensive material.

또한, 우산부와 스템부와의 축심(軸心)은 접합시에 정확히 맞추어지기 때문에 절삭량이 얼마 안되므로 재료의 낭비도 적다.In addition, since the center of gravity between the umbrella portion and the stem portion is precisely matched at the time of joining, the cutting amount is little, so there is little waste of material.

상기 실시예는 우산부를 형성하였기 때문에 온도나 가공율에 구애되는 일 없이 제조 가능하게 되고, 형에 대한 부담을 대폭 경감할 수 있다.Since the said embodiment formed the umbrella part, it can manufacture without being concerned about temperature or a processing rate, and can reduce a burden on a mold significantly.

우산부의 소재는 OANA-80A에 한정되는 것이 아니고, 석출 경화형 니켈기 내열 합금이라면 기존의 모든 재료를 이용할 수 있고, 스템부는 내열 합금이며, 더구나 우산부와 접합 가능하면 특히, 한정되는 것이 아니며, 제조 방법도 절삭 이외에 단조를 이용할 수도 있다.The material of the umbrella portion is not limited to OANA-80A. Any precipitation material may be used as long as it is a precipitation hardening nickel-based heat-resistant alloy, and the stem portion may be a heat-resistant alloy. The method may also use forging other than cutting.

또한, 본 발명은 대형 선박용 디젤 엔진의 배기 밸브에 관한 기술이지만, 대형 선박용 디젤 엔진은 발전기의 엔진으로서 전용되는 것이 많아, 따라서 그와 같은 발전용으로 사용되는 디젤 엔진의 배기 밸브에도 적용된다.Moreover, although this invention is a technique regarding the exhaust valve of a large marine diesel engine, many large marine diesel engines are exclusively used as an engine of a generator, Therefore, it is applied also to the exhaust valve of the diesel engine used for such power generation.

본 발명에 의하면 우산부와 스템부가 개개로 형성되기 때문에 거대한 대형 선박용 디젤 엔진의 배기 밸브에 있어서, 단조에 의지할 수밖에 없는 우산부에 대형의 장치는 필요없게 된다. According to the present invention, since the umbrella portion and the stem portion are formed separately, in the exhaust valve of a large marine diesel engine for large vessels, a large apparatus is not necessary for the umbrella portion which can only rely on forging.

또한, 우산부와 스템부와의 축심을 정확히 합치시킬 수 있기 때문에 절삭량은 극히 조금으로 되므로 재료의 낭비가 적다.In addition, since the center of gravity between the umbrella portion and the stem portion can be exactly matched, the cutting amount is extremely small, thus reducing the waste of materials.

또한, 단련도 3 내지 5의 재료를 채용하면, 단조 온도를 올리거나 가공율을 내리는 등 하여 형에 대한 부담을 경감하는 것이 가능하게 되어, 형 수명을 연장시키기 위해서 효과적이고, 플래시버트 용접을 이용하여 접합하면, 접합부를 우산부에 가까이 하는데 유리하게 된다.In addition, by adopting a material having an annealing degree of 3 to 5, it is possible to reduce the burden on the mold by raising the forging temperature or lowering the processing rate, and is effective to prolong the mold life. When joining together, it is advantageous to bring the joining portion closer to the umbrella portion.

Claims

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Manufacture of an exhaust valve made of a precipitation hardening nickel-based heat-resistant alloy, which is formed by forging an umbrella part, and a separate body from the umbrella part, and which are integrally joined by forming a stem part formed by any means by a heat-resistant alloy. As a method,

A method for producing an exhaust valve for a large marine diesel engine, characterized by employing a precipitation hardening type nickel heat resistant alloy having an annealing degree of 3 to 5 as a material of an umbrella portion.

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