KR100810436B1 - Manufacturing method of material for fuel injection nozzle using HIP processing - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선박 엔진과 같은 대형 디젤엔진에 사용되는 연료 분사 노즐용 소재를 HIP 공법을 이용하여 강도가 상이한 인코넬 분말(INCONEL POWDER)과 SKD 61 공구강이 소결 접합된 상태로 제공하여 연료 분사 노즐의 헤드 부위가 이종재료가 접합된 상태로 가공하여 사용할 수 있도록 한 HIP 공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법에 관한 것이다.The present invention provides a fuel injection nozzle material used for a large diesel engine, such as a ship engine, in a state in which Inconel POWDER and SKD 61 tool steel having different strengths are sintered and bonded by using a HIP method to provide a fuel injection nozzle head. The site relates to a method for producing a fuel injection nozzle material using the HIP method that can be processed and used in a state in which dissimilar materials are bonded.

본 발명은 HIP 공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법에 있어서, 인코넬 분말과 SKD 61 공구강을 성분 분석표를 통해 소재를 검사하는 단계; 연료 분사 노즐의 외형대로 상기 SKD 61 공구강을 가공하는 단계; 하측은 개방되고 상측은 밀봉되며, 상기 가공된 SKD 61 공구강이 내입되어 조립될 수 있는 크기의 내경을 가지는 캔을 형성하는 단계; 상기 캔의 내부와 연결되는 진공배기용 튜브를 형성하고, 진공배기관과 진공펌프에 의해 상기 캔의 내부가 진공상태가 유지되도록 하는 단계; 상기 캔에 인코넬 분말을 SKD 61 공구강의 규격에 맞게 일정량 투입하는 인코넬 분말 투입 단계; 상기 SKD 61 공구강을 캔의 내부에 내입되게 조립한 후, 상기 캔과 SKD 61 공구강이 맞닿는 부위가 밀봉되게 TIG 용접하여 노즐캔을 형성하는 단계; 상기 노즐캔을 전기로 내에 장입하고, 노즐캔의 상측에 형성된 진공배기용 튜브와 진공펌프를 진공배기관으로 연결한 후, 노즐캔 내부를 10-3∼10-6torr의 진공도를 유지하면서 500℃의 온도에서 3시간 동안 인코넬 분말의 불순물을 진공펌프로 흡입하여 제거하는 탈가스 단계; 상기 노즐캔을 냉각시킨 후, 노즐캔의 용접부위에 대한 기밀성을 헬륨가스 검출기로 검사하는 단계; 상기 노즐캔 상측에 형성된 진공배기용 튜브를 유압압착기로 압착한 후, 용접기로 절단함과 동시에 완전하게 밀봉하는 단계; 상기 노즐캔을 HIP 장비내에 장입한 후, 내부의 압력이 30MPa이 유지되도록 아르곤(Ar) 가스를 공급하고, HIP 장비내에 형성된 발열체를 3시간 동안 발열하여 온도를 1150℃로 상승시켜 내부 압력을 100MPa이 되도록 하는 단계; 상기 노즐캔 내의 인코넬 분말과 SKD 61 공구강이 소결 접합되도록 100MPa의 내부 압력으로 1시간 동안 유지시켜 연료 분사 노즐용 소재를 획득하는 단계;로 이루어지는 HIP 공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법에 관한 것이다.The present invention provides a method of manufacturing a fuel injection nozzle material using the HIP method, the method comprising: inspecting the material of the Inconel powder and SKD 61 tool steel through the component analysis table; Machining the SKD 61 tool steel to the shape of a fuel injection nozzle; Forming a can having an inner diameter that is open at a lower side and sealed at an upper side, and has a size that allows the machined SKD 61 tool steel to be embedded and assembled; Forming a vacuum exhaust tube connected to the inside of the can, and maintaining the inside of the can in a vacuum state by a vacuum exhaust pipe and a vacuum pump; Inconel powder input step of injecting a predetermined amount of Inconel powder in accordance with the standard of SKD 61 tool steel in the can; Assembling the SKD 61 tool steel to be inserted into the can, and then forming a nozzle can by TIG welding the sealing portion where the can and the SKD 61 tool steel contact each other are sealed; After charging the nozzle can into an electric furnace, connecting the vacuum exhaust tube and the vacuum pump formed on the upper side of the nozzle can with a vacuum exhaust pipe, the inside of the nozzle can was maintained at 500 ° C. while maintaining a vacuum degree of 10 −3 to 10 −6 torr. A degassing step of sucking and removing impurities of the Inconel powder with a vacuum pump at a temperature of 3 hours; After cooling the nozzle can, checking the airtightness of the welded portion of the nozzle can with a helium gas detector; Pressing the vacuum exhaust tube formed on the upper side of the nozzle can with a hydraulic press and cutting the tube with a welder to seal the tube completely; After charging the nozzle can into the HIP equipment, argon (Ar) gas was supplied to maintain the internal pressure of 30 MPa, and the heating element formed in the HIP equipment was heated for 3 hours to raise the temperature to 1150 ° C., thereby increasing the internal pressure to 100 MPa. To become; A method of manufacturing a fuel injection nozzle material using a HIP method comprising the step of maintaining the inconel powder and the SKD 61 tool steel in the nozzle can for 1 hour at an internal pressure of 100MPa so as to sinter bonding. will be.

연료 분사 노즐, HIP 공법, 인코넬 분말, 소결 접합, 노즐캔 Fuel Injection Nozzle, HIP Method, Inconel Powder, Sinter Bonding, Nozzle Can

Description

ＨＩＰ 공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법{Manufacturing method of material for fuel injection nozzle using HIP processing}Manufacturing method of material for fuel injection nozzle using HIP processing

본 발명은 HIP 공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박 엔진과 같은 대형 디젤엔진에 사용되는 연료 분사 노즐용 소재를 HIP 공법을 이용하여 강도가 상이한 인코넬 분말(INCONEL POWDER)과 SKD 61 공구강이 소결 접합된 상태로 제공하여 연료 분사 노즐의 헤드 부위가 이종재료가 접합된 상태로 가공하여 사용할 수 있도록 한 HIP 공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a fuel injection nozzle material using the HIP method, and more specifically, to a fuel injection nozzle material used for a large diesel engine such as a ship engine using the HIP method, inconel powder having different strength ( INCONEL POWDER) and the SKD 61 tool steel are provided in a sintered state in which the fuel injection nozzle material is manufactured using a HIP method in which the head portion of the fuel injection nozzle can be processed and used in a state in which different materials are bonded. .

일반적으로 선박의 엔진과 같이 2행정 방식에 따른 대형 디젤엔진의 연료분사노즐은 노즐 본체와 노즐 헤드를 갖는 것이 사용되는데, 상기 노즐 헤드에는 복수의 노즐 구멍이 제공되며, 이들 구멍에 의하여 연료가 연소 챔버 내로 분사되며, 분사공정을 시작 또는 종료시키기 위하여 연료 분사 노즐에 노즐 구멍으로 통하는 통로를 개폐시키도록 밸브 시트와 함께 작동되는 이동 가능한 노즐 니들(nozzle needle)이 연료분사노즐에 장착되게 구성한다.In general, a fuel injection nozzle of a large diesel engine according to a two-stroke type, such as an engine of a ship, has a nozzle body and a nozzle head, and the nozzle head is provided with a plurality of nozzle holes, and the fuel burns by these holes. A movable nozzle needle, which is injected into the chamber and operated with the valve seat to open and close a passage through the nozzle hole to the fuel injection nozzle to start or end the injection process, is configured to be mounted to the fuel injection nozzle.

상기 노즐 헤드는 실린더의 연소 챔버 내부로 돌출되는 구성으로 이루어져 작동되는 과정에서 고열, 기계적 및 화학적 부하를 지속적으로 제공받기 때문에 자연적으로 마모되기 쉬운 제품인데, 기계적 부하는 1000바 이상인 높은 분사 압력에 의한 것이고, 열 부하는 연소 챔버 내의 고온 및 연소 온도와 새로 공급되는 소기(scavenging air) 온도 사이의 엄청난 온도 차이로 인하여 발생하는 열에 의한 것이고, 화학적 부하는 주로 고온, 부식 또는 열부식에 의한 것이다.The nozzle head is configured to protrude into the combustion chamber of the cylinder, so that the product is easily worn due to high thermal, mechanical, and chemical loads in the process of operation, and the mechanical load is higher than 1000 bar due to the high injection pressure. The thermal load is due to the heat generated by the enormous temperature difference between the high and combustion temperatures in the combustion chamber and the newly supplied scavenging air temperature, and the chemical load is mainly due to high temperature, corrosion or thermal corrosion.

상기 노즐 헤드에 가해지는 고열, 기계적 및 화학적 부하로 인해 자연적인 마모가 커서 노즐 헤드의 수명이 단축되는 문제점이 있고, 이로 인해 수명이 다한 노즐 헤드는 교체를 해주어야 하는데, 이러한 교체작업은 노동 및 비용의 부담이 매우 크기 때문에 작업 효율성 및 경제성이 저하되는 문제점이 있다.Due to the high thermal, mechanical and chemical loads applied to the nozzle head, there is a problem in that the wear life of the nozzle head is shortened due to large natural wear, and thus, the nozzle head that has reached the end of its life must be replaced. Since the burden is very large, there is a problem in that work efficiency and economic efficiency are deteriorated.

본 발명은 상기의 종래 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, HIP 공법을 이용하여 강도가 상이한 인코넬 분말(INCONEL POWDER)과 SKD 61 공구강이 소결 접합된 연료 분사 노즐용 소재를 제공함으로써, 연료 분사 노즐의 노즐 헤드 부위에 강도가 상이한 이종재료를 접합된 상태로 가공하여 사용할 수 있어 내열성 및 내마모성이 향상되도록 하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and provides a fuel injection nozzle material in which Inconel POWDER and SKD 61 tool steel having different strengths are sintered and joined using a HIP method, thereby providing a fuel injection nozzle. It is an object to improve the heat resistance and abrasion resistance can be used by processing a different material with different strength in the bonded state to the nozzle head portion.

상기의 목적을 달성하기 위하여 HIP 공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법에 있어서, 인코넬 분말과 SKD 61 공구강을 성분 분석표를 통해 소재를 검사하는 단계; 연료 분사 노즐의 외형대로 상기 SKD 61 공구강을 가공하는 단계; 하측은 개방되고 상측은 밀봉되며, 상기 가공된 SKD 61 공구강이 내입되어 조립될 수 있는 크기의 내경을 가지는 캔을 형성하는 단계; 상기 캔의 내부와 연결되는 진공배기용 튜브를 형성하고, 진공배기관과 진공펌프에 의해 상기 캔의 내부가 진공상태가 유지되도록 하는 단계; 상기 캔에 인코넬 분말을 SKD 61 공구강의 규격에 맞게 일정량 투입하는 인코넬 분말 투입 단계; 상기 SKD 61 공구강을 캔의 내부에 내입되게 조립한 후, 상기 캔과 SKD 61 공구강이 맞닿는 부위가 밀봉되게 TIG 용접하여 노즐캔을 형성하는 단계; 상기 노즐캔을 전기로 내에 장입하고, 노즐캔의 상측에 형성된 진공배기용 튜브와 진공펌프를 진공배기관으로 연결한 후, 노즐캔 내부를 10-3∼10-6torr의 진공도를 유지하면서 500℃의 온도에서 3시간 동안 인코넬 분말의 불순물을 진공펌프로 흡입하여 제거하는 탈가스 단계; 상기 노즐캔을 냉각시킨 후, 노즐캔의 용접부위에 대한 기밀성을 헬륨가스 검출기로 검사하는 단계; 상기 노즐캔 상측에 형성된 진공배기용 튜브를 유압압착기로 압착한 후, 용접기로 절단함과 동시에 완전하게 밀봉하는 단계; 상기 노즐캔을 HIP 장비내에 장입한 후, 내부의 압력이 30MPa이 유지되도록 아르곤(Ar) 가스를 공급하고, HIP 장비내에 형성된 발열체를 3시간 동안 발열하여 온도를 1150℃로 상승시켜 내부 압력을 100MPa이 되도록 하는 단계; 상기 노즐캔 내의 인코넬 분말과 SKD 61 공구강이 소결 접합되도록 100MPa의 내부 압력으로 1시간 동안 유지시켜 연료 분사 노즐용 소재를 획득하는 단계;로 이루어지는 HIP 공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법을 구현하고자 한 것이다.In order to achieve the above object, a method of manufacturing a material for a fuel injection nozzle using the HIP method, the method comprising: inspecting the material of the Inconel powder and SKD 61 tool steel through a component analysis table; Machining the SKD 61 tool steel to the shape of a fuel injection nozzle; Forming a can having an inner diameter that is open at a lower side and sealed at an upper side, and has a size that allows the machined SKD 61 tool steel to be embedded and assembled; Forming a vacuum exhaust tube connected to the inside of the can, and maintaining the inside of the can in a vacuum state by a vacuum exhaust pipe and a vacuum pump; Inconel powder input step of injecting a predetermined amount of Inconel powder in accordance with the standard of SKD 61 tool steel in the can; Assembling the SKD 61 tool steel to be inserted into the can, and then forming a nozzle can by TIG welding the sealing portion where the can and the SKD 61 tool steel contact each other are sealed; After charging the nozzle can into an electric furnace, connecting the vacuum exhaust tube and the vacuum pump formed on the upper side of the nozzle can with a vacuum exhaust pipe, the inside of the nozzle can was maintained at 500 ° C. while maintaining a vacuum degree of 10 −3 to 10 −6 torr. A degassing step of sucking and removing impurities of the Inconel powder with a vacuum pump at a temperature of 3 hours; After cooling the nozzle can, checking the airtightness of the welded portion of the nozzle can with a helium gas detector; Pressing the vacuum exhaust tube formed on the upper side of the nozzle can with a hydraulic press and cutting the tube with a welder to seal the tube completely; After charging the nozzle can into the HIP equipment, argon (Ar) gas was supplied to maintain the internal pressure of 30 MPa, and the heating element formed in the HIP equipment was heated for 3 hours to raise the temperature to 1150 ° C., thereby increasing the internal pressure to 100 MPa. To become; Implementing a method for manufacturing a fuel injection nozzle material using a HIP method comprising the step of maintaining the injectel powder and SKD 61 tool steel in the nozzle can for 1 hour at an internal pressure of 100MPa to sinter bonded. It would be.

본 발명은 선박 엔진의 연료 분사 노즐(70)을 복합재료로 제작하기 위해 SKD 61 공구강(TOOL STEEL)(10)과 인코넬 분말(INCONEL POWDER)(20)을 이용하여 소결 접합한 연료 분사 노즐용 소재(60)를 제공할 수 있도록 한 것으로, 캐닝(CANNING) 작업을 통해 조립된 노즐캔(40)을 HIP(Hot Isostatic Press ; 열간 등방 가압) 공법을 이용하여 이종재료를 소결 접합해 수명이 우수한 연료 분사 노즐용 소재(60)를 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 연료 분사 노즐용 소재(60)에 관한 것이다.The present invention is a fuel injection nozzle material sintered and bonded using SKD 61 tool steel (10) and Inconel powder (INCONEL POWDER) 20 to produce a fuel injection nozzle 70 of a ship engine as a composite material It is possible to provide (60), and the fuel can has excellent lifespan by sintering and dissipating different materials using the HIP (Hot Isostatic Press) method of the nozzle can 40 assembled through the canning operation. A method of manufacturing the injection nozzle material 60 and a fuel injection nozzle material 60 produced thereby.

본 발명에 사용되는 전기로(50)는 노즐캔이 장입되어 고정되는 받침대(51)와 상기 전기로(50) 내에 형성되는 열선으로 이루어진 발열부(52)를 구비하고, 전기로(50) 내에 장입되는 노즐캔(40)의 진공배기용 튜브(31)와 진공 배기관(54)으로 연결된 진공펌프(53)를 구비하고, 상기 노즐캔(40)의 용접부 결함여부를 검사하는 헬륨가스 검출기(55)를 구비하여 구성한다.The electric furnace 50 used in the present invention includes a pedestal 51 into which a nozzle can is inserted and fixed, and a heat generation unit 52 formed of a heating wire formed in the electric furnace 50, and in the electric furnace 50. A helium gas detector 55 having a vacuum pump 53 connected to a vacuum exhaust tube 31 of a nozzle can 40 to be charged and a vacuum exhaust pipe 54, and inspecting whether a welded part of the nozzle can 40 is defective. ) Is configured.

본 발명은 HIP 공법을 이용하여 이종재료를 소결 접합하여 내열성 및 내마모 성을 향상시키도록 한 것으로, 상기 HIP 공법은 주조품의 수축 공동이나 가스 기공의 제거, 세라믹스나 분말 야금 제품 등의 소결품 내부의 잔류 기공의 제거 등에 널리 사용되고 있는 공법이다.The present invention is to improve the heat resistance and wear resistance by sintering the different materials using the HIP method, the HIP method is to remove the shrinkage cavity or gas pores of the cast product, the inside of the sintered product such as ceramics or powder metallurgy products This method is widely used for removing residual pores.

본 발명은 노즐의 크기에 맞게 진공 배기용 튜브(31)가 형성된 캔(30)을 구비한 후, 인코넬 분말(INCONEL POWDER)(20)이 투입된 캔(30)에 SKD 61 공구강(10)을 조립하여 용접한 노즐캔(40)을 전기로(50) 내에 장입하고, 상기 전기로(50) 내에 장입된 노즐캔(40) 내부를 진공화시키면서 승온하여 충진된 인코넬 분말(INCONER POWDER)(20)의 습기, 가스 등의 불순물을 제거하고, 상기 노즐캔(40)을 HIP 장비(미도시됨) 내에 장입한 후, 가열하면서 압력 매체가스를 주입하여 승압함으로써, 노즐캔(40)을 열간등방가압하여 노즐캔(40) 내부의 인코넬 분말(INCONEL POWDER)(20)이 소결됨과 동시에 SKD 61 공구강(TOOL STEEL)(10)과 접합되게 하여 연료 분사 노즐용 소재(60)를 획득할 수 있도록 한다.According to the present invention, after the can 30 having the vacuum exhaust tube 31 is formed according to the size of the nozzle, the SKD 61 tool steel 10 is assembled to the can 30 into which the INCONEL POWDER 20 is introduced. The nozzle can 40 welded into the electric furnace 50 and heated up while the inside of the nozzle can 40 charged in the electric furnace 50 is evacuated to be filled with an INCONER POWDER 20. Moisture, gas, and the like, the nozzle can 40 is charged into the HIP equipment (not shown), and then heated and injected by pressurized medium gas while heating, thereby hot isotropic the nozzle can 40. Pressurized to allow the inconel powder 20 inside the nozzle can 40 to be sintered and bonded to the SKD 61 tool steel 10 so as to obtain a fuel injection nozzle material 60. .

본 발명은 선박 엔진과 같은 대형 디젤엔진에 사용되는 연료 분사 노즐용 소재를 제공함에 있어 HIP 공법을 이용하여 노즐캔 내부에 강도가 상이한 인코넬 분말(INCONEL POWDER)과 SKD 61 공구강이 소결 접합된 상태로 제공함으로써, 연료 분사 노즐의 노즐 헤드 부위가 이종재료가 접합된 상태로 가공이 이루어져 실린더의 연소 챔버 내에서 고열, 기계적 및 화학적 부하를 지속적으로 제공받더라도 내마모성이 우수하여 제품의 효용성 및 경제성을 향상시키는 효과가 있다.The present invention provides a material for fuel injection nozzles used in large diesel engines such as marine engines in a state in which Inconel POWDER and SKD 61 tool steel having different strengths are sintered and bonded to the inside of the nozzle can using the HIP method. By providing the nozzle head portion of the fuel injection nozzle in a state where the dissimilar materials are bonded, the wear head is excellent in abrasion resistance even though the heat, mechanical and chemical loads are continuously provided in the combustion chamber of the cylinder, thereby improving the utility and economy of the product. It works.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 적용되는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재(60)의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a fuel injection nozzle material 60 using the HIP method applied to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도1은 본 발명에 적용되는 HIP 공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재(60)의 제조공정을 도시한 흐름도이고, 도2는 본 발명에 적용되는 HIP 공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재(60)의 제조시 사용되는 공구강의 예시도이고, 도3은 본 발명에 적용되는 HIP 공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재(60)의 제조시 사용되는 캔(CAN)(30)의 단면도이고, 도4는 본 발명에 적용되는 HIP 공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재(60)의 제조시 캔(CAN)(30)에 인코넬 분말(INCONEL POWDER)(20)을 투입하는 과정을 도시한 단면도이고, 도5는 본 발명에 적용되는 HIP 공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재(60)의 제조시 캔(CAN)(30)과 공구강(TOOL STEEL)(10)의 조립상태를 도시한 단면도이고, 도6은 본 발명에 적용되는 HIP 공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재(60)를 제조시 사용되는 전기로(50)를 도시한 개략도이고, 도7은 본 발명에 적용되는 HIP 공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재(60)의 제조시 기밀성 검사를 도시한 개략도이고, 도8은 본 발명에 적용되는 HIP 공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재(60)의 제조시 밀봉공정을 도시한 개략도이고, 도9는 본 발명에 적용되는 HIP 공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재(60)를 이용해 제조된 연료 분사 노즐(70)의 단면도이다.1 is a flowchart illustrating a manufacturing process of the fuel injection nozzle material 60 using the HIP method applied to the present invention, Figure 2 is a fuel injection nozzle material 60 using the HIP method applied to the present invention. 3 is an exemplary view of a tool steel used in manufacturing, and FIG. 3 is a cross-sectional view of a CAN 30 used in the manufacture of a fuel injection nozzle material 60 using the HIP method applied to the present invention. 5 is a cross-sectional view illustrating a process of injecting an INCONEL POWDER 20 into a CAN 30 when manufacturing a fuel injection nozzle material 60 using the HIP method applied to the present invention. FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an assembly state of a CAN 30 and a tool steel 10 during the manufacture of a fuel injection nozzle material 60 using the HIP method applied to the present invention. FIG. The electric furnace 50 used in manufacturing the fuel injection nozzle material 60 using the applied HIP method is shown. 7 is a schematic view showing the airtightness test in the manufacture of the fuel injection nozzle material 60 using the HIP method applied to the present invention, Figure 8 is a fuel injection nozzle using the HIP method applied to the present invention 9 is a schematic diagram showing a sealing process in manufacturing the raw material 60, and FIG. 9 is a cross-sectional view of the fuel injection nozzle 70 manufactured using the fuel injection nozzle material 60 using the HIP method applied to the present invention.

본 발명은 선박 엔진의 연료 분사 노즐(70)을 제조함에 있어 HIP 공법을 이용하여 강도가 상이한 SKD 61 공구강(10)과 인코넬 분말(INCONEL POWDER)(20)이 노 즐캔(40)에 의해 조립된 상태로 소결 접합하여 내마모성을 향상시킬 수 있도록 한 것인데, 본 발명의 일실시예에 의해 구현된 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재(60)의 제조과정을 살펴보면, 다음과 같다.According to the present invention, the SKD 61 tool steel 10 and the INCONEL POWDER 20 having different strengths are assembled by the nozzle can 40 in manufacturing a fuel injection nozzle 70 of a ship engine using a HIP method. It is intended to improve the wear resistance by sintering bonding in a state, looking at the manufacturing process of the fuel injection nozzle material 60 using the HIP method implemented by an embodiment of the present invention, as follows.

[제1공정(소재 검사 및 공구강 가공공정)][Step 1 (Material Inspection and Tool Steel Processing)]

인코넬 분말(INCONEL POWDER)(20)의 성분 분석표(INSPECTION CERTIFICATE)를 통해 상태를 확인하고, SKD 61 공구강(10)의 소재 성분 분석표를 통해 상태를 확인한 후, 비금속개재물시험을 할 수 있도록 하고, 상기 SKD 61 공구강(10)은 도2에 도시된 바와 같이 연료 분사 노즐의 외형대로 CNC 선반으로 가공한다.Check the condition through the ingredient analysis table (INSPECTION CERTIFICATE) of the Inconel powder (INCONEL POWDER) (20), check the condition through the material ingredient analysis table of the SKD 61 tool steel (10), and then allow the non-metallic inclusion test, The SKD 61 tool steel 10 is machined into a CNC lathe as the shape of the fuel injection nozzle as shown in FIG.

[제2공정(캔 제조공정)]Second Process (Can Manufacturing Process)

도3에 도시된 바와 같이 상기 캔(30)의 하측은 개방되게 형성하되, 상기 SKD 61 공구강(10)이 내입되어 조립될 수 있는 크기로 내경을 형성하고, 상기 캔(30)의 상측에는 밀봉되게 용접하여 일체로 형성하되, 캔(30)의 내부와 연결되는 진공배기용 튜브(31)를 형성하여 진공배기관(54)과 결합되어 진공펌프(53)에 의해 캔(30)의 내부가 진공상태를 유지할 수 있도록 하고, 상기 캔(30)의 상측에 용접된 부위는 헬륨가스 검출기(55)를 이용하여 용접 결함 여부를 검사할 수 있도록 한다.As shown in FIG. 3, the lower side of the can 30 is formed to be open, and the inner diameter of the SKD 61 tool steel 10 may be formed into an assembled size, and the upper side of the can 30 may be sealed. It is formed so as to be integrally welded, but forms a vacuum exhaust tube 31 connected to the interior of the can 30 and is coupled with the vacuum exhaust pipe 54 so that the interior of the can 30 is vacuumed by the vacuum pump 53. The state can be maintained, and the welded portion on the upper side of the can 30 can be inspected for weld defects using the helium gas detector 55.

[제3공정(인코넬 분말 투입 및 용접공정)][3rd process (Inconel powder input and welding process)]

제2공정을 통해 제작된 상기 캔(30)에 도4에 도시된 바와 같이 인코넬 분말(INCONEL POWDER)(20)을 SKD 61 공구강(10)의 규격에 맞게 일정량을 투입하고, 도5에 도시된 바와 같이 SKD 61 공구강(10)은 인코넬 분말(INCONEL POWDER)(20)이 투입된 캔(30)의 내부에 내입되게 조립한 후, 상기 캔(30)과 SKD 61 공구강(10)의 맞닿는 부위가 밀봉되게 TIG(Tungsten Inert Gas) 용접을 하여 노즐캔(40)을 형성한다.Inconel powder (INCONEL POWDER) 20 is added to the can 30 manufactured through the second process in accordance with the standard of SKD 61 tool steel 10, as shown in Figure 4, shown in Figure 5 As described above, the SKD 61 tool steel 10 is assembled into the can 30 into which the INCONEL POWDER 20 is introduced, and then the contact portion between the can 30 and the SKD 61 tool steel 10 is sealed. The nozzle can 40 is formed by TIG (Tungsten Inert Gas) welding.

[제4공정(탈가스공정)][4th process (Degassing process)]

제3공정을 통해 제작된 상기 노즐캔(40)을 전기로(50)의 받침대(51) 위에 장입하고, 도6에 도시된 바와 같이 상기 노즐캔(40)의 상측에 형성된 진공배기용 튜브(31)와 진공펌프(53)를 진공배기관(54)으로 연결되게 한 후, 상기 진공펌프(53)를 가동하여 노즐캔(40) 내부를 진공화시키면서 온도를 상승시켜 노즐캔(40) 내부에 충진된 인코넬 분말(INCONEL POWDER)(20)의 습기, 가스 등의 불순물을 진공펌프(53)가 흡입하여 노즐캔(40) 내부에는 청정한 환경이 유지될 수 있도록 하는데, 이 때 상기 노즐캔(40) 내부의 진공도는 10-3∼10-6torr를 유지할 수 있도록 하고, 온도는 발열부(52)를 발열하여 500℃를 유지하여 3시간 정도 작업을 한다.The nozzle can 40 produced through the third process is charged onto the pedestal 51 of the electric furnace 50, and as shown in FIG. 6, a tube for vacuum exhaust formed on an upper side of the nozzle can 40 ( 31) and the vacuum pump 53 are connected to the vacuum exhaust pipe 54, and then the vacuum pump 53 is operated to raise the temperature while vacuuming the inside of the nozzle can 40 so that the temperature inside the nozzle can 40 is increased. The vacuum pump 53 inhales impurities such as moisture and gas of the packed Inconel powder 20 so that a clean environment can be maintained in the nozzle can 40. In this case, the nozzle can 40 The internal vacuum degree to maintain 10 -3 ~ 10 -6 torr, and the temperature to heat the heat generating unit 52 to maintain 500 ℃ to work for about 3 hours.

[제5공정(기밀성 검사공정)][Step 5 (Confidentiality Inspection Process)]

제4공정을 통해 상기 노즐캔(40) 내부의 탈가스공정이 완료되면, 상기 노즐캔(40)을 냉각시켜 전기로(50) 외부로 꺼내고, 도7에 도시된 바와 같이 상기 노즐캔(40)의 용접부에 대한 기밀성 검사를 위해 헬륨 가스를 캔(30)과 SKD 61 공구강(10)이 용접된 부위에 분사한 후, 헬륨가스 검출기(55)를 통해 헬륨가스의 검출여부를 체크하여 누설 검사를 한다.When the degassing process inside the nozzle can 40 is completed through the fourth process, the nozzle can 40 is cooled and taken out of the electric furnace 50, and the nozzle can 40 is shown in FIG. 7. Helium gas is sprayed onto the welded area of the can 30 and SKD 61 tool steel 10 for the airtightness test of the welding), and then the helium gas detector 55 detects the detection of helium gas for leak test. Do

[제6공정(밀봉공정)]6th process (sealing process)

상기 노즐캔(40)에 대한 기밀성 검사가 종료되면, 도8에 도시된 바와 같이 상기 노즐캔(40) 상측에 형성된 진공배기용 튜브(31)는 유압압착기(56)를 이용하여 압착하고, 압착된 진공배기용 튜브(31)를 TIG 용접기(미도시됨)를 이용하여 절단함과 동시에 완전하게 밀봉되게 형성한다.When the airtightness test on the nozzle can 40 is finished, the vacuum exhaust tube 31 formed on the nozzle can 40 is compressed using a hydraulic press 56, as shown in FIG. The vacuum exhaust tube 31 is cut using a TIG welder (not shown) and is formed to be completely sealed.

[제7공정(소결 접합공정)][7th process (sintering joining process)]

상기 노즐캔(40)의 밀봉공정이 완료되면, 상기 노즐캔을 HIP 장비(미도시됨) 내에 장입한 후, 가압기(미도시됨)를 이용하여 아르곤(Ar) 가스를 HIP 장비 내부로 공급하여 상기 HIP 장비 내의 압력이 상온에서 30MPa을 유지할 수 있도록 한 후, 상기 HIP 장비 내에 형성된 발열체를 3시간 정도 발열하여 온도를 1150℃까지 상승시키는데, 이 때 아르곤 가스의 압력은 100MPa에 도달하게 된다.When the sealing process of the nozzle can 40 is completed, the nozzle can is charged into the HIP equipment (not shown), and then argon (Ar) gas is supplied into the HIP equipment using a pressurizer (not shown). After the pressure in the HIP equipment to maintain 30MPa at room temperature, the heating element formed in the HIP equipment is heated for about 3 hours to raise the temperature to 1150 ℃, at this time the pressure of the argon gas reaches 100MPa.

상기 HIP 장비 내부의 온도가 1150℃, 압력이 100MPa 상태로 1시간 정도를 유지하게 되면, 상기 노즐캔(40) 내부의 인코넬 분말(INCONEL POWDER)(20)과 SKD 61 공구강(10)이 고온, 고압 상태에서 소결 접합하여 연료 분사 노즐용 소재(60)를 획득한다.When the temperature inside the HIP equipment is maintained at about 1150 ° C. and the pressure is about 100 MPa for about 1 hour, the INCONEL POWDER 20 and the SKD 61 tool steel 10 inside the nozzle can 40 have a high temperature. By sintering at high pressure, the fuel injection nozzle material 60 is obtained.

상기의 공정을 통해 강도가 상이한 인코넬 분말(INCONEL POWDER)(20)과 SKD 61 공구강(10)이 노즐캔(40) 내부에서 소결 접합되어 완전히 밀봉된 상태의 연료 분사 노즐용 소재(60)가 구비되면, 상기 연료 분사 노즐용 소재(60)는 해당 가공업체에서 연료 분사 노즐(70)의 규격에 따라 CNC 선반가공을 하되, 도9에 도시된 바와 같이 노즐 헤드 부위는 SKD 61 공구강(10)과 인코넬 분말(INCONEL POWDER)(20)이 소결 접합된 형상으로 이루어져 내열성 및 내마모성이 향상될 수 있도록 한다.Inconel POWDER 20 and SKD 61 tool steel 10 having different strengths are sintered and bonded in the nozzle can 40 through the above process, and the fuel injection nozzle material 60 is completely sealed. Then, the fuel injection nozzle material 60 is CNC lathe machining according to the specifications of the fuel injection nozzle 70 in the processor, but as shown in Figure 9 the nozzle head portion SKD 61 tool steel 10 and Inconel powder (INCONEL POWDER) 20 is made of a sintered bonded shape to improve the heat resistance and wear resistance.

이상과 같이 본 발명은 선박의 엔진과 같은 대형 디젤엔진에 사용되는 연료 분사 노즐의 노즐 헤드 부위에 이종 재료가 소결 접합된 형상으로 가공 처리할 수 있도록 연료 분사 노즐용 소재(60)를 제공할 수 있도록 한 것으로, 이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시례 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.As described above, the present invention can provide a fuel injection nozzle material 60 to be processed in a shape in which different materials are sintered and bonded to a nozzle head portion of a fuel injection nozzle used in a large diesel engine such as an engine of a ship. The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited to the examples and the accompanying drawings.

도1은 본 발명에 적용되는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조공정을 도시한 흐름도1 is a flow chart showing the manufacturing process of the fuel injection nozzle material using the HIP method applied to the present invention

도2는 본 발명에 적용되는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조시 사용되는 공구강의 예시도Figure 2 is an illustration of the tool steel used in the production of the fuel injection nozzle material using the HIP method applied to the present invention

도3은 본 발명에 적용되는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조시 사용되는 캔(CAN)의 단면도Figure 3 is a cross-sectional view of the can (CAN) used in the manufacture of the fuel injection nozzle material using the HIP method applied to the present invention

도4는 본 발명에 적용되는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조시 캔(CAN)에 인코넬 분말(INCONEL POWDER)를 투입하는 과정을 도시한 단면도Figure 4 is a cross-sectional view showing a process of injecting the Inconel powder (INCONEL POWDER) in the can (CAN) during the manufacture of the fuel injection nozzle material using the HIP method applied to the present invention

도5는 본 발명에 적용되는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조시 캔(CAN)과 공구강(TOOL STEEL)의 조립상태를 도시한 단면도Figure 5 is a cross-sectional view showing the assembly state of the can (CAN) and tool steel (TOOL STEEL) in the manufacture of the fuel injection nozzle material using the HIP method applied to the present invention

도6은 본 발명에 적용되는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재를 제조시 사용되는 전기로를 도시한 개략도Figure 6 is a schematic diagram showing an electric furnace used when manufacturing a fuel injection nozzle material using the HIP method applied to the present invention

도7은 본 발명에 적용되는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조시 기밀성 검사를 도시한 개략도Figure 7 is a schematic diagram showing the airtightness test at the time of manufacturing the material for the fuel injection nozzle using the HIP method applied to the present invention

도8은 본 발명에 적용되는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조시 밀봉공정을 도시한 개략도8 is a schematic diagram showing a sealing process in manufacturing a material for a fuel injection nozzle using a HIP method applied to the present invention

도9는 본 발명에 적용되는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재를 이용해 제조된 연료 분사 노즐의 단면도9 is a cross-sectional view of a fuel injection nozzle manufactured using a fuel injection nozzle material using the HIP method applied to the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호설명** Description of Signs of Main Parts of Drawings *

10. SKD 61 공구강 20. 인코넬 분말10. SKD 61 tool steel 20. Inconel powder

30. 캔 31. 진공배기용 튜브30. Can 31. Vacuum exhaust tube

40. 노즐캔 50. 전기로40. Nozzle Can 50. Electric Furnace

51. 받침대 52. 발열부51. Base 52. Heating part

53. 진공펌프 54. 진공배기관53. Vacuum pump 54. Vacuum exhaust pipe

55. 헬륨가스 검출기 56. 유압압착기55. Helium gas detector 56. Hydraulic press

60. 연료분사노즐용 소재 70. 연료분사노즐60. Materials for fuel injection nozzles 70. Fuel injection nozzles

Claims (2)

HIP 공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법에 있어서,In the manufacturing method of the fuel injection nozzle material using the HIP method, 인코넬 분말과 SKD 61 공구강을 성분 분석표를 통해 소재를 검사하는 단계;Inspecting the material of Inconel powder and SKD 61 tool steel through a component analysis table; 연료 분사 노즐의 외형대로 상기 SKD 61 공구강을 가공하는 단계;Machining the SKD 61 tool steel to the shape of a fuel injection nozzle; 하측은 개방되고 상측은 밀봉되며, 상기 가공된 SKD 61 공구강이 내입되어 조립될 수 있는 크기의 내경을 가지는 캔을 형성하는 단계;Forming a can having an inner diameter that is open at a lower side and sealed at an upper side, and has a size that allows the machined SKD 61 tool steel to be embedded and assembled; 상기 캔의 내부와 연결되는 진공배기용 튜브를 형성하고, 진공배기관과 진공펌프에 의해 상기 캔의 내부가 진공상태가 유지되도록 하는 단계;Forming a vacuum exhaust tube connected to the inside of the can, and maintaining the inside of the can in a vacuum state by a vacuum exhaust pipe and a vacuum pump; 상기 캔에 인코넬 분말을 SKD 61 공구강의 규격에 맞게 일정량 투입하는 인코넬 분말 투입 단계;Inconel powder input step of injecting a predetermined amount of Inconel powder in accordance with the standard of SKD 61 tool steel in the can; 상기 SKD 61 공구강을 캔의 내부에 내입되게 조립한 후, 상기 캔과 SKD 61 공구강이 맞닿는 부위가 밀봉되게 TIG 용접하여 노즐캔을 형성하는 단계;Assembling the SKD 61 tool steel to be inserted into the can, and then forming a nozzle can by TIG welding the sealing portion where the can and the SKD 61 tool steel contact each other are sealed; 상기 노즐캔을 전기로 내에 장입하고, 노즐캔의 상측에 형성된 진공배기용 튜브와 진공펌프를 진공배기관으로 연결한 후, 노즐캔 내부를 10-3∼10-6torr의 진공도를 유지하면서 500℃의 온도에서 3시간 동안 인코넬 분말의 불순물을 진공펌프로 흡입하여 제거하는 탈가스 단계;After charging the nozzle can into an electric furnace, connecting the vacuum exhaust tube and the vacuum pump formed on the upper side of the nozzle can with a vacuum exhaust pipe, the inside of the nozzle can was maintained at 500 ° C. while maintaining a vacuum degree of 10 −3 to 10 −6 torr. A degassing step of sucking and removing impurities of the Inconel powder with a vacuum pump at a temperature of 3 hours; 상기 노즐캔을 냉각시킨 후, 노즐캔의 용접부위에 대한 기밀성을 헬륨가스 검출기로 검사하는 단계;After cooling the nozzle can, checking the airtightness of the welded portion of the nozzle can with a helium gas detector; 상기 노즐캔 상측에 형성된 진공배기용 튜브를 유압압착기로 압착한 후, 용접기로 절단함과 동시에 완전하게 밀봉하는 단계;Pressing the vacuum exhaust tube formed on the upper side of the nozzle can with a hydraulic press and cutting the tube with a welder to seal the tube completely; 상기 노즐캔을 HIP 장비내에 장입한 후, 내부의 압력이 30MPa이 유지되도록 아르곤(Ar) 가스를 공급하고, HIP 장비내에 형성된 발열체를 3시간 동안 발열하여 온도를 1150℃로 상승시켜 내부 압력을 100MPa이 되도록 하는 단계;After charging the nozzle can into the HIP equipment, argon (Ar) gas was supplied to maintain the internal pressure of 30 MPa, and the heating element formed in the HIP equipment was heated for 3 hours to raise the temperature to 1150 ° C., thereby increasing the internal pressure to 100 MPa. To become; 상기 노즐캔 내의 인코넬 분말과 SKD 61 공구강이 소결 접합되도록 100MPa의 내부 압력으로 1시간 동안 유지시켜 연료 분사 노즐용 소재를 획득하는 단계;로 이루어짐을 특징으로 하는 HIP 공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법.The fuel injection nozzle material using the HIP method characterized in that the step of maintaining the inconel powder and the SKD 61 tool steel in the nozzle can is maintained for 1 hour at an internal pressure of 100MPa to obtain a fuel injection nozzle material Manufacturing method. 삭제delete
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