KR100899780B1 - Ｈｉｐ공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법 - Google Patents

Ｈｉｐ공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박 엔진과 같은 대형 디젤엔진에 사용되는 연료 분사 노즐용 소재를 HIP공법을 이용하여 강도가 상이한 인코넬 분말(INCONEL POWDER)과 SKD 61 공구강이 소결 접합함에 있어 진공 브레이징(Vacuum Brazing)을 이용하여 상기 이종재료의 접합을 용이하게 하는 노즐캔의 밀봉작업을 할 수 있도록 한 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 인코넬 분말과 SKD 61 공구강을 성분 분석표를 통해 소재를 검사하는 제1단계; 연료 분사 노즐의 외형대로 상기 SKD 61 공구강을 가공하는 제2단계; 양측이 개방되고, 상기 가공된 SKD 61 공구강이 내입되어 조립될 수 있는 크기의 내경을 가지는 캔 파이프와 하부가 볼록한 형상으로 이루어져 상기 캔 파이프의 상측 내부에 끼움 고정되는 캔 캡으로 이루어지는 캔을 구비하는 제3단계; 상기 가공된 SKD 61 공구강이 캔 파이프 내부에 내입되게 조립하는 제4단계; 상기 캔 파이프의 개방된 부위로 인코넬 분말을 SKD 61 공구강의 규격에 맞게 일정량 투입하는 인코넬 분말을 투입하는 제5단계; 상기 캔 파이프의 개방된 부위의 내부에 캔 캡을 끼움 조립시켜 노즐캔을 형성하는 제6단계; 상기 노즐캔의 조립된 틈새부위를 밀봉하는 제7단계: 상기 노즐캔을 HIP 장비 내에 장입한 후, 내부의 압력이 30MPa이 유지되도록 아르곤(Ar) 가스를 공급하고, HIP 장비 내에 형성된 발열체를 3시간 동안 발열하여 온도를 1150℃로 상승시켜 내부 압력을 100MPa이 되도록 하는 제8단계; 상기 노즐캔 내의 인코넬 분말과 SKD 61 공구강이 소결 접합되도록 100MPa의 내부 압력으로 1시간 동안 유지시켜 연료 분사 노즐용 소재를 획득하는 제9단계;로 이루어지는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법에 있어서, 상기 제7단계는 노즐캔의 조립된 틈새부위에 브레이징 용가재를 도포하는 제7-1단계; 상기 노즐캔을 진공챔버에 장입한 후, 진공펌프를 가동하여 노즐캔 내부를 10-3∼10-6torr의 진공도를 유지한 상태에서 발열부를 발열시켜 인코넬 분말의 불순물이 노즐캔의 도포된 고상(固相)상태의 용가재를 통해 진공펌프로 흡입되어 제거하는 탈가스가 진행되는 제7-2단계; 상기 노즐캔에 도포된 용가재가 액상(液相)상태가 되도록 진공 챔버 내의 온도를 발열시켜 상기 액상상태의 용가재에 의해 노즐캔의 조립된 틈새부위가 브레이징되어 완전하게 밀봉하는 제7-3단계;로 이루어지는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법에 관한 것이다.
연료 분사 노즐, HIP 공법, 인코넬 분말, 진공 브레이징, 노즐캔

Description

ＨＩＰ공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법{Manufacturing method of material for fuel injection nozzle using HIP processing}
본 발명은 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박 엔진과 같은 대형 디젤엔진에 사용되는 연료 분사 노즐용 소재를 HIP공법을 이용하여 강도가 상이한 인코넬 분말(INCONEL POWDER)과 SKD 61 공구강이 소결 접합함에 있어 진공 브레이징(Vacuum Brazing)을 이용하여 상기 이종재료의 접합을 용이하게 하는 노즐캔의 밀봉작업을 할 수 있도록 한 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법에 관한 것이다.
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.
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.
상기 노즐 헤드에 가해지는 고열, 기계적 및 화학적 부하로 인해 자발적인 마모가 커서 노즐 헤드의 수명이 단축되는 문제점이 있고, 이로 인해 수명이 다한 노즐 헤드는 교체를 해주어야 하는데, 이러한 교체작업은 노종 및 비용의 부담이 매우 크기 때문에 작업 효율성 및 경제성이 저하되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 출원인이 선출원한 특허 제2007-106453호인 "HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법"과 특허 제2007-106454호인 "HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법"을 살펴보면, 선박 엔진의 연료 분사 노즐을 복합재료로 제작하기 위해 SKD 61 공구강(TOOL STEEL)과 인코넬 분말(INCONEL POWDER)을 이용하여 소결 접합한 연료 분사 노즐용 소재를 제공할 수 있도록 한 것으로, 캐닝(CANNING)작업을 통해 조립된 노즐캔을 HIP(Hot Isostaic Press;열간 등방 가압)공법을 이용하여 이종재료를 소결 접합해 수명이 우수한 연료 분사 노즐용 소재를 제조할 수 있도록 한 것이다.
상기 선출원된 양 발명의 가공공정 중 인코넬 분말(INCONEL POWDER)이 투입된 캔에 SKD 61 공구강을 조립한 후, 밀봉하는 공정을 살펴보면, 상기 특허 제2007-106453호인 "HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법"의 경우 일 측이 개방되게 형성된 캔의 내부로 인코넬 분말(INCONEL POWDER)을 SKD 61 공구강의 규격에 맞게 일정량 투입하고, SKD 61 공구강은 인코넬 분말이 투입된 캔의 내부에 내입되게 조립한 후, 상기 캔과 SKD 61 공구강이 맞닿는 부위에 TIG(Tungsten Inert Gas)용접을 하여 밀봉되게 한다.
상기 특허 제2007-106454호인 "HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법"의 경우 상기 특허발명과 동일한 방식으로 인코넬 분말(INCONEL POWDER)이 투입된 캔에 SKD 61 공구강을 조립하여 형성된 노즐캔을 진공챔버에 장입하고, 상기 진공챔버 내의 진공에 의해 노즐캔 내부에 충진된 인코넬 분말의 습기, 가스 등의 불순물을 제거하는 탈가스공정을 진행한 후, 전자빔장치를 이용하여 상기 노즐캔의 조립된 부위, 즉 캔과 SKD 61 공구강이 맞닿는 부분에 전자빔 용접을 하여 밀봉되게 한다.
상기 양 특허발명의 경우 HIP공법을 이용하여 이종재료인 인코넬 분말(INCONEL POWDER)과 SKD 61 공구강을 소결 접합하기 위한 전 단계로서, 인코넬 분말이 투입된 캔과 SKD 61 공구강이 맞닿는 부위를 밀봉하기 위한 기술적인 수단으로 TIG 용접방식을 이용하거나 진공챔버 내의 전자빔장치를 이용하여 용접하게 된다.
상기와 같이 양 특허발명은 HIP공법을 이용하여 이종재료인 인코넬 분말(INCONEL POWDER)과 SKD 61 공구강을 소결 접합하기 위해서는 인코넬 분말이 투입된 캔의 내부에 SKD 61 공구강이 내입되게 조립 형성된 노즐캔에 대한 밀봉작업을 개별적으로 처리해야 하기 때문에 작업시간이 지연되고, 상기 개별적인 노즐캔 의 밀봉작업으로 인해 소량생산을 할 수 밖에 없어서 작업능률이 저하된다는 문제점이 있다.
한편, 납땜의 일 종류인 브레이징(Brazing)은 450℃ 이상에서 모재(base metal) 보다 낮은 용융점을 가지는 용가재(filler metal)를 사용하여 모재는 용융시키지 않고, 용가재만 용융시켜 두 모재간의 좁은 틈 사이를 용융금속의 퍼짐성(spreadability)과 습착성(wettability) 및 모세관 현상을 이용하여 채운 후, 용가재와 모재간의 확산, 합금, 접착(adhesion) 등의 현상에 의해서 두 모재를 접합시키는 접합공정을 말하는데, 모재를 용융시키지 않는다는 점이 용접과 서로 상이한 점이다.
특히 진공 브레이징(vacuum brazing)이란 브레이징 공정을 진공분위기 내에서 행하는 것으로, 진공 내에서 브레이징을 하게 되면, 청정한 분위기로 인해 산화가 되지 않을 뿐만 아니라 금속 표면의 산화막(oxide film)이 분해되거나 확산에 의해 쉽게 제거되어 용융금속의 유동금속의 유동성과 습착성을 향상시키게 되고, 이로 인해 산화막을 제거하기 위한 용제(flux)를 사용할 필요가 없으므로 브레이징이 끝난 후, 용제를 제거하기 위한 후처리가 필요없고, 또한 균일한 가열을 함으로 두께 변화가 크고 복잡한 조립품을 효과적으로 접합할 수 있다.
상기 진공 브레이징은 용융점이 높아 용접이 곤란한 초합금(superalloy)이나 내열금속(refractory metal) 또는 서로 상이한 금속(dissimilar metal) 및 금속과 비금속 등을 아주 효과적으로 접합할 수 있어 항공기산업, 핵관련산업, 전자부품산업 등 중요 산업분야에서의 적용도가 갈수록 증가하고 있는 추세이다.
이에 인코넬 분말(INCONEL POWDER)이 투입된 캔에 SKD 61 공구강이 조립한 후, 상기 캔과 SKD 61 공구강의 맞닿는 부위의 밀봉작업시, 진공 브레이징방식을 이용하여 노즐캔을 대량으로 제조할 수 있도록 하는 필요성이 대두되고 있다.
본 발명은 상기의 종래 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 인코넬 분말(INCONEL POWDER)이 투입된 캔에 SKD 61 공구강을 내입하여 조립되는 노즐캔을 형성함에 있어 다수 개의 노즐캔을 진공챔버 내에 장입하여 진공 브레이징방식으로 노즐캔의 접합부위를 일괄적으로 밀봉처리한 후, 강도가 상이한 이종재료를 HIP공법을 이용하여 소결 접합할 수 있도록 하는데 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 인코넬 분말과 SKD 61 공구강을 성분 분석표를 통해 소재를 검사하는 제1단계; 연료 분사 노즐의 외형대로 상기 SKD 61 공구강을 가공하는 제2단계; 양측이 개방되고, 상기 가공된 SKD 61 공구강이 내입되어 조립될 수 있는 크기의 내경을 가지는 캔 파이프와 하부가 볼록한 형상으로 이루어져 상기 캔 파이프의 상측 내부에 끼움 고정되는 캔 캡으로 이루어지는 캔을 구비하는 제3단계; 상기 가공된 SKD 61 공구강이 캔 파이프 내부에 내입되게 조립하는 제4단계; 상기 캔 파이프의 개방된 부위로 인코넬 분말을 SKD 61 공구강의 규격에 맞게 일정량 투입하는 인코넬 분말을 투입하는 제5단계; 상기 캔 파이프의 개방된 부위의 내부에 캔 캡을 끼움 조립시켜 노즐캔을 형성하는 제6단계; 상기 노즐캔의 조립된 틈새부위를 밀봉하는 제7단계: 상기 노즐캔을 HIP 장비 내에 장입한 후, 내부의 압력이 30MPa이 유지되도록 아르곤(Ar) 가스를 공급하고, HIP 장비 내에 형성된 발열체를 3시간 동안 발열하여 온도를 1150℃로 상승시켜 내부 압력을 100MPa이 되도록 하는 제8단계; 상기 노즐캔 내의 인코넬 분말과 SKD 61 공구강이 소결 접합되도록 100MPa의 내부 압력으로 1시간 동안 유지시켜 연료 분사 노즐용 소재를 획득하는 제9단계;로 이루어지는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법에 있어서, 상기 제7단계는 노즐캔의 조립된 틈새부위에 브레이징 용가재를 도포하는 제7-1단계; 상기 노즐캔을 진공챔버에 장입한 후, 진공펌프를 가동하여 노즐캔 내부를 10-3∼10-6torr의 진공도를 유지한 상태에서 발열부를 발열시켜 인코넬 분말의 불순물이 노즐캔의 도포된 고상(固相)상태의 용가재를 통해 진공펌프로 흡입되어 제거하는 탈가스가 진행되는 제7-2단계; 상기 노즐캔에 도포된 용가재가 액상(液相)상태가 되도록 진공 챔버 내의 온도를 발열시켜 상기 액상상태의 용가재에 의해 노즐캔의 조립된 틈새부위가 브레이징되어 완전하게 밀봉하는 제7-3단계;로 이루어지는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법을 구현하고자 한 것이다.
본 발명은 강도가 상이한 이종재료인 인코넬 분말(INCONEL POWDER)과 SKD 61 공구강을 HIP공법에 의해 소결 접합하기 위한 전 단계로서, 인코넬 분말이 투입된 캔과 SKD 61 공구강이 조립 형성되는 노즐캔의 제조시, 진공 브레이징방식을 이용하여 상기 캔과 SKD 61 공구강의 맞닿는 부위가 진공상태에서 완전하게 밀봉될 수 있도록 함으로써, 다수 개의 노즐캔에 대한 밀봉작업을 진공챔버 내에서 일괄적으로 처리할 수 있어 연료 분사 노즐용 소재의 대량생산이 가능하여 생산량을 향상시키는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 적용되는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
도1은 본 발명에 적용되는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조공정을 도시한 흐름도이고, 도2는 본 발명에 적용되는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조시 사용되는 공구강의 예시도이고, 도3ab는 본 발명에 적용되는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조시 사용되는 캔 파이프와 캔 캡의 단면도이고, 도4abc는 본 발명에 적용되는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조시 인코넬 분말이 투입된 캔과 공구강이 조립되는 과정을 도시한 단면도이고, 도5는 본 발명에 적용되는 노즐캔의 조립된 부위에 용가재가 도포된 상태를 도시한 단면도이고, 도6은 본 발명에 적용되는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재를 제조시 사용되는 진공 브레이징로를 도시한 개략도이고, 도7은 본 발명에 적용되는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재를 이용해 제조된 연료 분사 노즐의 단면도이다.
본 발명은 선박 엔진 등과 같이 2행정 방식에 따른 대형 디젤엔진에 사용되는 연료분사노즐(60)을 HIP공법에 의해 강도가 상이한 SKD 61 공구강(10)과 인코넬 분말(INCONEL POWDER)(20)이 소결 접합되게 하는 방식으로 제조하기 위한 전 단계로, 상기 인코넬 분말(20)이 투입된 캔(30)과 SKD 61 공구강(10)의 조립된 부위 및 상기 캔(30)을 이루는 캔 파이프(31)와 캔 캡(32)의 조립된 부위를 진공 브레이징방식으로 완전하게 밀봉하여 노즐캔(40)을 대량으로 제조할 수 있도록 한 것인데, 아래에서는 본 발명의 일실시예에 의해 구현된 진공 브레이징에 의해 노즐캔(40)의 밀봉되는 공정을 포함한 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조과정을 살펴보기로 한다.
[제1공정(소재 검사 및 공구강 가공공정)]
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 바와같이 연료 분사 노즐의 외형대로 CNC 선반으로 가공한다.
[제2공정(캔 제조공정)]
상기 캔(30)은 SUS304 재질을 이용하여 SKD 61 공구강(10)과 인코넬 분말(INCONEL POWDER)(20)소결 접합될 수 있도록 하는 것으로, 캔 파이프(31)의 상부 내측에 캔 캡(32)이 끼움 조립되어 이루어지는데, 상기 캔 파이프(31)는 도3a에 도시된 바와 같이 양측이 개방되게 형성하되, 상기 SKD 61 공구강(10)이 내입되어 조립될 수 있는 크기로 내경을 형성하고, 상기 캔 캡(32)은 도3b에 도시된 바와 같이 하부가 볼록한 'U'자 형상으로 이루어져 상기 캔 파이프(31)의 상측 내부에 끼움 조립될 수 있는 크기로 외경을 형성한다.
[제3공정(인코넬 분말 투입 및 조립공정)]
도4a에 도시된 바와 같이 상기 제1공정을 통해 가공된 SKD 61 공구강(10)은 캔 파이프(31)의 내부에 내입되게 조립하고, 도4b에 도시된 바와 같이 상기 캔 파이프(31)의 개방된 상부로 인코넬 분말(INCONEL POWDER)(20)을 SKD 61 공구강(10) 의 규격에 맞게 일정량을 투입하고, 도4c에 도시된 바와 같이 상기 캔 파이프(31)의 상측 내부에 캔 캡(32)을 끼움 고정시켜 노즐캔(40)을 형성한다.
[제4공정(용가재 도포공정)]
상기 제3공정을 통해 인코넬 분말(INCONEL POWDER)(20)이 투입된 캔(30)과 SKD 61 공구강(10)이 조립된 노즐캔(40)이 형성되면, 상기 SKD 61 공구강(10)과 캔 파이프(31)의 조립된 틈새부위 및 상기 캔 파이프(31)와 캔 캡(32)의 끼움 조립된 틈새부위에 도5에 도시된 바와 같이 브레이징 용가재(Filler Metal)(50)를 도포한다.
[제5공정(탈가스공정)]
상기 제4공정을 통해 노즐캔(40)의 조립된 틈새부위에 용가재(50)가 도포되면, 상기 노즐캔(40)을 진공챔버(60)의 받침대(61) 위에 장입한 후, 도6에 도시된 바와 같이 진공펌프(63)를 가동하여 진공챔버(60) 내부를 진공화시키는데, 이 때 상기 진공챔버(60) 내의 진공도가 10-3∼10-6torr에 도달하게 되면, 상기 노즐캔(40) 내부의 진공도 또한 동일하게 10-3∼10-6torr에 도달하게 되고, 상기 진공챔버(60) 내의 진공상태에서 발열부(62)를 발열하여 500℃에서 3시간 동안 유지함으로써, 상기 노즐캔의 내부에 충진된 인코넬 분말(INCONEL POWDER)(20)의 습기, 가스 등의 불순물은 노즐캔(40)에 용가재(50)가 도포된 부위, 즉 캔(30)과 SKD 61 공구강(10)의 조립된 부위 및 캔 파이프(31)와 캔 캡(32)의 조립된 부위의 미세한 틈을 통해 진공펌프(63)로 흡입되어 노즐캔(40) 내부에는 청정한 환경이 유지되는 탈가스과정 이 진행된다.
[제6공정(밀봉공정)]
상기와 같이 진공챔버(60) 내의 진공상태에서 발열부(62)를 발열하여 500℃에서 3시간 정도 유지하여 상기 노즐캔(40)에 도포된 용가재(50)가 고상(固相)상태인 경우에는 노즐캔(40) 내부의 탈가스과정이 계속 진행되고, 상기 탈가스과정이 완료되면, 상기 진공챔버(60) 내의 발열부(62)를 발열하여 1150℃로 승온하고, 이로 인해 상기 용가재(50)가 액상(液相)상태가 되면, 상기 노즐캔(40)에 도포된 용가재(50)는 캔(30)과 SKD 61 공구강(10)의 조립된 틈새부위 및 캔 파이프(31)와 캔 캡(32)의 조립된 틈새부위에 퍼짐성(spreadability)과 습착성(wettability) 및 모세관 현상으로 인해 채워지게 됨으로써, 상기 용가재(50)와 모재간의 확산, 합금, 접착(adhesion) 등의 현상에 의해서 두 모재를 접합시켜 완전하게 밀봉되게 형성하고, 이 때 브레이징되는 승온시간과 유지시간은 노즐캔(40)의 크기와 용가재의 종류에 따라 달라질 수도 있다.
상기와 같이 본 발명에 의한 진공 브레이징방식을 이용하여 노즐캔(40)을 밀봉하는 경우 상기 노즐캔(40)을 개별적으로 밀봉공정을 거치는 것이 아니라 다수 개의 노즐캔(40)을 진공챔버(60) 내로 장입한 후, 일괄적으로 브레이징하여 노즐캔(40)에 도포된 용가재(50)에 의해 완전하게 밀봉될 수 있도록 한 것이기 때문에 연료 분사 노즐용 소재의 대량생산이 가능하게 된다.
[제7공정(소결 접합공정)]
상기 노즐캔(40)의 밀봉공정이 완료되면, 상기 노즐캔(40)은 HIP 장비(미도 시됨) 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.
상기 HIP 장비 내부의 온도가 1150℃, 압력이 100MPa 상태로 1시간 정도를 유지하게 되면, 상기 노즐캔(40) 내부의 인코넬 분말(INCONEL POWDER)과 SKD 61 공구강이 고온, 고압 상태에서 소결 접합하여 연료 분사 노즐용 소재를 획득한다.
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 소재가 구비되면, 상기 연료 분사 노즐용 소재는 해당 가공업체에서 연료 분사 노즐의 규격에 따라 CNC 선반가공을 하되, 도9에 도시된 바와 같이 노즐 헤드부위는 SKD 61 공구강(10)과 인코넬 분말(INCONEL POWDER)(20)이 소결 접합된 형상으로 이루어져 내열성 및 내마모성이 향상될 수 있도록 한다.
이상과 같이 본 발명은 인코넬 분말(INCONEL POWDER)(20)이 투입된 캔(30)과 SKD 61 공구강(10)이 조립되어 형성된 노즐캔(40)의 조립된 틈새부위에 용가재(50)를 도포한 후, 진공 브레이징방식을 이용하여 다수 개의 노즐캔(40)을 일괄적으로 완전하게 밀봉될 수 있도록 한 것으로, 이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.
도1은 본 발명에 적용되는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조공정을 도시한 흐름도
도2는 본 발명에 적용되는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조시 사용되는 공구강의 예시도
도3ab는 본 발명에 적용되는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조시 사용되는 캔 파이프와 캔 캡의 단면도
도4abc는 본 발명에 적용되는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조시 인코넬 분말이 투입된 캔과 공구강이 조립되는 과정을 도시한 단면도
도5는 본 발명에 적용되는 노즐캔의 조립된 부위에 용가재가 도포된 상태를 도시한 단면도
도6은 본 발명에 적용되는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재를 제조시 사용되는 진공 브레이징로를 도시한 개략도
도7은 본 발명에 적용되는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재를 이용해 제조된 연료 분사 노즐의 단면도
*도면의 주요부분에 대한 부호설명*
10. SKD 61 공구강 20. 인코넬 분말
30. 캔 31. 캔 파이프
32. 캔 캡 40. 노즐캔
50. 용가재 60. 진공챔버
61. 받침대 62. 발열부
63. 진공펌프 70. 연료분사노즐

Claims (1)

  1. 인코넬 분말과 SKD 61 공구강을 성분 분석표를 통해 소재를 검사하는 제1단계; 연료 분사 노즐의 외형대로 상기 SKD 61 공구강을 가공하는 제2단계; 양측이 개방되고, 상기 가공된 SKD 61 공구강이 내입되어 조립될 수 있는 크기의 내경을 가지는 캔 파이프와 하부가 볼록한 형상으로 이루어져 상기 캔 파이프의 상측 내부에 끼움 고정되는 캔 캡으로 이루어지는 캔을 구비하는 제3단계; 상기 가공된 SKD 61 공구강이 캔 파이프 내부에 내입되게 조립하는 제4단계; 상기 캔 파이프의 개방된 부위로 인코넬 분말을 SKD 61 공구강의 규격에 맞게 일정량 투입하는 인코넬 분말을 투입하는 제5단계; 상기 캔 파이프의 개방된 부위의 내부에 캔 캡을 끼움 조립시켜 노즐캔을 형성하는 제6단계; 상기 노즐캔의 조립된 틈새부위를 밀봉하는 제7단계: 상기 노즐캔을 HIP 장비 내에 장입한 후, 내부의 압력이 30MPa이 유지되도록 아르곤(Ar) 가스를 공급하고, HIP 장비 내에 형성된 발열체를 3시간 동안 발열하여 온도를 1150℃로 상승시켜 내부 압력을 100MPa이 되도록 하는 제8단계; 상기 노즐캔 내의 인코넬 분말과 SKD 61 공구강이 소결 접합되도록 100MPa의 내부 압력으로 1시간 동안 유지시켜 연료 분사 노즐용 소재를 획득하는 제9단계;로 이루어지는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법에 있어서,
    상기 제7단계는 노즐캔의 조립된 틈새부위에 브레이징 용가재를 도포하는 제7-1단계;
    상기 노즐캔을 진공챔버에 장입한 후, 진공펌프를 가동하여 노즐캔 내부를 10-3∼10-6torr의 진공도를 유지한 상태에서 발열부를 발열시켜 인코넬 분말의 불순물이 노즐캔의 도포된 고상(固相)상태의 용가재를 통해 진공펌프로 흡입되어 제거하는 탈가스가 진행되는 제7-2단계;
    상기 노즐캔에 도포된 용가재가 액상(液相)상태가 되도록 진공 챔버 내의 온도를 발열시켜 상기 액상상태의 용가재에 의해 노즐캔의 조립된 틈새부위가 브레이징되어 완전하게 밀봉하는 제7-3단계;로 이루어짐을 특징으로 하는 HIP공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0263687A (ja) * 1988-08-26 1990-03-02 Nec Kansai Ltd 熱間等方圧プレスによる拡散接合方法
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0263687A (ja) * 1988-08-26 1990-03-02 Nec Kansai Ltd 熱間等方圧プレスによる拡散接合方法
KR100810437B1 (ko) * 2007-10-23 2008-03-04 이명배 Ｈｉｐ 공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101683430B1 (ko) 2016-09-22 2016-12-06 이명배 선박엔진용 연료분사노즐의 소재 생산 자동화 시스템 및 방법

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