KR101211461B1 - 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 헤드부와 스템부를 갖는 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들의 제조방법에 관한 것으로, 스테인리스강을 가공하여 상기 헤드부와 스템부를 갖는 모재를 제조하는 단계와; 상기 모재의 헤드부의 하단에 니켈합금을 용착시켜 제1용접부를 형성하는 단계와; 상기 제1용접부의 외측면이 매끄러운 면을 갖도록 절삭하는 단계와; 절삭된 상기 제1용접부의 외측면 및 상기 헤드부의 외측면에 니켈합금을 용착시켜 제2용접부를 형성하는 단계;를 포함하는 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 종전에 니켈합금으로 제조되던 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들 모재의 재질을 스테인리스강으로 대체하고, 상기 모재의 헤드부 하단면에 용착된 니켈합금 용접부의 외측면을 매끄럽게 절삭 가공후에 측면 용접을 수행함으로써 기공이나 크랙 발생을 최소화해 제품 불량률을 크게 감소시켜 제조 원가를 대폭 절감하는 동시에, 엔진의 바텀피스(bottom piece)와 접촉되는 헤드부의 시트의 면에 홈을 가공 형성하고 상기 홈에 니켈합금을 용착시킴으로써 내마모성 및 내부식성이 우수하고 내구성이 크게 향상된 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들을 제조할 수 있다.

Description

선박용 엔진의 배기밸브 스핀들의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF EXHAUST VALVE SPINDLE OF MARINE ENGINE}

본 발명은 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박용 엔진의 배기포트를 개폐시키는 헤드부와 헤드부의 직선 왕복이동을 가이드하는 스템부를 포함하는 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 대형선박에 사용되는 디젤엔진의 배기밸브 스핀들(exhaust valve spindle, 10)은 엔진의 배기포트를 개폐시키는 헤드부(20)와 상기 헤드부의 직선 왕복이동을 가이드하는 스템부(30)로 구성되어 있는데, 도 1(a),(b)에 도시된 바와 같이 에어 실린더(50) 내에서 혼합 연료가 폭발할 때는 상부로 이동하여 엔진에 고정되어 있는 부품인 바텀피스(bottom piece, 80)와 접촉하여 압력이 빠져나가지 않도록 기밀을 유지하고, 폭발 후에는 하부로 이동하여 배기포트(90)로 연소가스를 배출하는 역할을 하는 핵심부품이다.

이러한 배기밸브 스핀들(10)은 폭발, 연소 행정 중에서 700bar 이상의 압력과 600℃ 이상의 고온의 열악한 환경에 노출되어 있기 때문에, 엔진 부품 중 최악의 조건에서 작동됨으로써 심각한 손상이 자주 발생되고 있다. 게다가, 최근 선박용 엔진의 효율향상과 배기가스의 오염 저감을 위해 연소온도와 엔진출력이 증가하게 됨으로써 배기밸브 스핀들(10)도 더 높은 압력과 온도에 노출되어 보다 가혹한 조건하에서 사용되고 있기 때문에 내열성 등의 우수한 고온특성이 요구된다.

따라서, 이러한 요구를 충족시키기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이 배기밸브 스핀들(10)의 재질로 고온특성이 우수한 니켈 합금인 Nimonic 80A를 사용해 왔으나, 상기 Nimonic 80A는 Ni을 70% 정도 함유하고 고함량의 Cr, Ti 등으로 구성되어 있어 가격이 매우 고가인 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 본 출원인은 헤드부와 스템부를 갖는 모재를 스테인리스강으로 제조하고, 상기 모재의 하단 및 측면에 비드를 다층으로 형성해 니켈합금을 용착시켜 내열성을 확보하는 방법을 개발하여 현재까지 노하우로 보유하고 있으나, 도 3의 사진에 나타난 바와 같이 모재의 하단부에 다층의 비드를 갖는 용접부을 형성한 후에, 그 다층의 비드 측면에 용접부 형성시 용융풀이 충분히 채워지지 않음으로써 기준치 이상의 크기를 갖는 기포가 연속적으로 발생되어 제품 불량률이 매우 높고, 품질 검사에 많은 시간과 비용이 소모되는 문제가 있다.

또한, 선박엔진에 사용되는 연료는 타 분야에 사용되는 엔진에 비하여 그 품질이 떨어지기 때문에 연료 연소 중에 발생하는 Al₂O₃, SiO₂ 등과 같은 경질의 연소 반응물과 미세 오염입자들로 인하여 바텀피스(bottom piece, 80)와 접촉되는 헤드부의 시트(seat)의 면이 마모되면서 부식에 의해 손상받게 되고, 이와 같은 부식이 계속 진행되면 도 3에 도시된 바와 같이 시트의 면에 깊은 구멍이 형성되며(dent mark), 그 결과 상기 구멍을 통한 고온의 연소가스의 흐름인 국부통풍이 발생되어 온도를 국부적으로 상승시킴으로써 부식을 더욱 촉진시키게 되는 바, 결국 엔진의 효율이 저하되고 배기밸브 스핀들이 파손되어 그 수명이 단축되는 문제도 있다.

본 발명은 상술한 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 제품에 기공이나 크랙 발생을 최소화해 제품 불량률을 크게 감소시켜 제조 원가를 대폭 절감시키는 동시에 내마모성 및 내부식성이 우수하고 내구성이 크게 향상된 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들의 제조방법의 제공을 그 목적으로 한다.

본 발명은 헤드부와 스템부를 갖는 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들의 제조방법에 있어서, 스테인리스강을 가공하여 상기 헤드부와 스템부를 갖는 모재를 제조하는 단계와; 상기 모재의 헤드부의 하단에 니켈합금을 용착시켜 제1용접부를 형성하는 단계와; 상기 제1용접부의 외측면이 매끄러운 면을 갖도록 절삭하는 단계와; 절삭된 상기 제1용접부의 외측면 및 상기 헤드부의 외측면에 니켈합금을 용착시켜 제2용접부를 형성하는 단계;를 포함하는 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들의 제조방법을 제공한다.

여기서, 상기 모재 제조 단계에서, 상기 헤드부의 외측으로 돌출된 날개부를 갖도록 모재를 제조하는 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 제2용접부 형성 단계 다음에, 상기 헤드부의 시트의 면의 가장자리에 니켈합금을 용착시켜 제3용접부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것에도 그 특징이 있다.

그리고, 상기 헤드부의 시트의 면 중간에 링 형상의 홈을 가공 형성하고, 상기 홈에 니켈합금을 용착시켜 제4용접부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것에도 그 특징이 있다.

나아가, 상기 제2용접부의 비드는 상기 제1용접부의 비드보다 광폭을 갖는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 의하면, 종전에 니켈합금으로 제조되던 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들 모재의 재질을 스테인리스강으로 대체하고, 상기 모재의 헤드부 하단면에 용착된 니켈합금 용접부의 외측면을 매끄럽게 절삭가공후에 측면 용접을 수행함으로써 기공이나 크랙 발생을 최소화해 제품 불량률을 크게 감소시켜 제조 원가를 대폭 절감하는 동시에, 엔진의 바텀피스(bottom piece)와 접촉되는 헤드부의 시트의 면에 홈을 가공 형성하고 상기 홈에 니켈합금을 용착시킴으로써 내마모성 및 내부식성이 우수하고 내구성이 크게 향상된 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들을 제조할 수 있다.

도 1(a)는 선박용 엔진의 모식도, 도 1(b)는 선박용 엔진의 배기밸브의 모식도.
도 2는 종래에 사용되어 온 니켈 합금인 Nimonic 80A 재질의 배기밸브 스핀들의 개략도.
도 3은 종래의 배기밸브 스핀들의 헤드부 하단에 다층 용접된 비드의 상태를 나타낸 사진.
도 4는 종래의 배기밸브 스핀들의 시트(seat)면에 발생한 덴트마크(dent mark)을 나타낸 사진.
도 5는 본 발명에 따른 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들의 개략도.
도 6(a)는 본 발명의 모재 헤드부 하단에 용접 형성된 제1용접부을 나타낸 개략도이고, 도 6(b)는 본 발명의 헤드부 측면에 날개부가 형성된 것을 나타낸 개략도.
도 7은 본 발명의 제1용접부의 외측면을 상기 헤드부의 외측면과 매끄럽게 이어지도록 절삭 가공한 후의 사진.
도 8은 절삭된 제1용접부의 외측면 및 상기 헤드부의 외측면에 용접 형성된 제2용접부을 나타낸 개략도.
도 9는 헤드부의 시트의 면의 가장자리에 용접 형성된 제3용접부을 나타낸 개략도.
도 10은 헤드부의 시트의 면에 가공 형성된 홈을 타나낸 개략도.
도 11은 홈에 용접 형성된 제4용접부을 나타낸 개략도.
도 12는 헤드부의 측면에 형성된 제2용접부의 비드가 잘 나타난 사진.
도 13은 본 발명에 따른 배기밸브 스핀들의 재질을 표시한 개략도.
도 14는 본 발명의 헤드부의 단면 사진.
도 15는 본 발명의 헤드부에 대한 초음파 탐상방법을 도시한 도면.
도 16은 본 발명의 제4용접부에 대한 비커스 경도 측정 결과를 나타낸 사진.
도 17은 본 발명에 따른 제조방법의 플로우 차트.

본 발명에 따른 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들의 구성에 관하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들(110)은 선박용 엔진의 배기포트(90)를 개폐시키는 헤드부(120)와, 상기 헤드부(120)의 직선 왕복이동을 가이드하는 스템부(130)를 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 헤드부(120)와 스템부(130)를 갖는 모재(100)는 스테인리스강으로 제조되며, 상기 스테인리스 강은 가격이 저렴하고 내열성과 내부식성이 우수한 SNCrW인 것이 바람직하다.

여기서, 상기 SNCrW는 중량%로 C:0.2~0.3%, Si:1.0~2.0%, Mn:0.75~1.35%, Cr:18~20%, Ni:8~10%, W:1.6~2.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된다..

C(탄소)는 탄화물을 형성하고 고온강도를 높이며 내마모성을 개선시키기 때문에 0.2중량%이상 함유하는 것이 바람직하나, 그 함량이 0.3중량%를 초과하면 인성 및 연성이 낮아지므로, 그 함량을 0.2~0.3중량%로 한정한다.

Si(실리콘)은 탈산제로서 첨가하지만 다량 첨가하면 강도 및 인성이 저하되기 때문에 그 함량을 2.0중량% 이하로 한정한다.

Mn(망간)은 탈산제로서 첨가하지만 다량 첨가하면 고온 내부식성이 저하되기 때문에 그 함량을 1.35중량% 이하로 한정한다.

Cr(크롬)은 고온 내식성을 확보하기 위해 적어도 18중량% 이상 함유하는 것이 바람직하나, 그 함량이 20중량%를 초과하면 비용이 증가하고, 고온강도 및 인성의 저하를 초래하기 때문에, 그 함량을 18~20중량%로 한정한다.

Ni(니켈)은 고온강도 및 내식성을 개선시키므로 8중량% 이상 함유하는 것이 바람직하나, 그 함량이 10중량%를 초과하면 비용이 증가하고 첨가 효과가 포화되기 때문에, 그 함량을 8~10중량%로 한정한다.

W(텅스텐)은 고온강도를 향상시키기 때문에 1.6중량% 이상 함유하는 것이 바람직하나, 그 함량이 2.5중량%를 초과하면 인성이 저하되므로, 그 함량을 1.6~2.5중량%로 한정한다.

상기 모재(100)의 헤드부(120)의 하단에는 다층의 비드를 형성하여 용착된 니켈합금의 제1용접부(150)가 형성되어 있고, 상기 제1용접부(150)의 외측면은 그 상측의 헤드부(120)의 외측면과 한 면을 이루어 매끄러운 면을 갖도록 절삭되어 있다.

또한, 상기 제1용접부(150)의 외측면과 헤드부(120)의 외측면에도 다층의 비드를 형성하여 용착된 니켈합금의 제2용접부(160)가 형성된다. 이때, 상기 제2용접부의 비드(161)는 상기 제1용접부의 비드(151)보다 광폭을 갖는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 도 12에 나타난 바와 같이 용접 결합력 증대와 기공 형성을 방지하기 위해 상기 제1용접부(150)의 외측면과 헤드부(120)의 외측면을 모두 커버할 수 있는 광폭의 크기를 갖는 것이 바람직하다.

게다가, 도 9에 도시된 바와 같이 헤드부(120)의 시트(121)의 면의 가장자리와 제2용접부(160)의 위에 니켈합금의 제3용접부(170)가 형성된다. 여기서, 상기 제1용접부, 제2용접부, 제3용접부의 니켈합금은 내열성이 우수한 인코넬625가 바람직하다.

그리고, 상기 헤드부(120)의 시트(121)의 면 중간에 상기 스템부(130)의 주위를 따라 링 형상의 홈(122)이 가공 형성되고, 상기 홈(122)에는 비드를 균일하게 다층으로 육성용접하여 니켈합금을 용착시켜 제4용접부(180)을 형성한다.

이때, 상기 홈(122)의 깊이는 10 ~ 15mm인 것이 바람직한데, 상기 홈(22)의 깊이가 10mm 미만이면 니켈합금이 용착된 층 두께가 적어 바텀피스(80)와의 접촉시 용접부이 마모, 부식되면서 배기밸프 스핀들이 파손되고 연소가스가 누출되어 엔진 효율이 저하될 수 있으며, 상기 홈(122)의 깊이가 15mm를 초과하면 불필요한 부분에까지 고가의 니켈합금 사용하여 비용이 증가할 뿐만 아니라, 증가된 깊이 만큼 비드를 다층으로 용접하여 니켈합금을 용착시켜야 하는 문제가 있기 때문이다.

아울러, 상기 제4용접부(180)의 니켈합금은 내마모성 및 내부식성이 우수한 인코넬718을 사용하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들의 제조방법에 관하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 먼저 스테인리스강을 가공하여 헤드부(120)와 스템부(130)를 갖는 일정한 치수의 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들의 모재(100)를 제조하는 단계(S100)를 수행한다. 즉, 스테인리스강을 단조기로 열간 가공하여 일정한 직경을 갖는 헤드부와 스템부를 포함한 모재(100)를 제조한다. 이때, 도 6(b)에 도시된 바와 같이 상기 모재(100) 제조시 상기 헤드부(120)의 외측으로 돌출된 날개부(140)가 형성되도록 모재(100)를 제조할 수도 있는 바, 이는 상기 모재(100)의 하단과 측면에 용접 결함이 없는 용접부를 형성하기 위함이다.

그 다음에, 상기 모재(100)의 헤드부(120)의 하단에 니켈합금을 용착시켜 제1용접부(150)를 형성하는 단계(S200)를 수행한다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이 니켈합금의 용접봉을 사용하여 헤드부(120)의 하단에 비드를 다층으로 용착시켜 제1용접부(150)를 형성한다.

이때, 상기 제1용접부(150)는 도 3에 도시된 바와 같이 다층 비드 용접으로 인해 매끄럽지 못한 외측면이 형성되어, 상기 외측면에 용접시 기공이 발생되는 문제가 있는 바, 따라서 상기 제1용접부의 외측면이 매끄러운 면을 갖도록 절삭하는 단계(S300)를 수행한다. 즉, CNC선반을 이용하여 상기 제1용접부의 외측면이 도 7에 나타난 사진과 같은 매끄러운 면을 갖도록 절삭한다.

그리고, 절삭된 상기 제1용접부(150)의 외측면과 상기 헤드부(120)의 외측면에 니켈합금을 용착시켜 제2용접부(160)를 형성하는 단계(S400)를 수행한다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이 니켈합금의 용접봉을 사용하여 제1용접부(150)의 외측면과 헤드부(120)의 외측면에 세로 방향으로 비드를 다층으로 용착시켜 제2용접부(160)를 형성한다. 여기서, 상기 제2용접부의 비드(161)는 상기 제1용접부의 비드(151)보다 광폭을 갖는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 도 12에 도시된 바와 같이 용접 결합력 증대와 기공 형성을 방지하기 위해 상기 제1용접부(150)의 외측면과 헤드부(120)의 외측면을 모두 커버할 수 있는 광폭의 크기를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2용접부 형성 단계 다음에, 상기 헤드부(120)의 시트(121)의 면의 가장자리에 니켈합금을 용착시켜 제3용접부(170)를 형성하는 단계(S500)를 수행한다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이 니켈합금의 용접봉을 사용하여 제2용접부(150)의 상측면에 비드를 다층으로 용착시켜 제3용접부(170)를 형성한다.

그 다음에, 상기 헤드부(120)의 시트(121)의 면 중간에 링 형상의 홈(122)을 가공 형성하고, 상기 홈(122)에 니켈합금을 용착시켜 제4용접부(180)를 형성하는 단계(S600)를 수행하며, 이때 상기 니켈합금은 인코넬718이 바람직하다. 즉, 도 10에 도시된 바와 같이 헤드부(120)의 시트(121)의 면 중간에 링 형상의 홈(122)을 형성한 다음에, 도 11에 도시된 바와 같이 니켈합금으로 된 용접봉을 사용하여 아크열로 상기 홈(22)에 표면경화 육성용접(hardfacing)을 함으로써 일정 크기와 두께를 갖는 비드를 균일하게 다층 형성하여 표면경화에 의해 내마모성 및 내부식성을 향상시켜 바텀피스(80)와의 마모부의 수명을 연장시킨다.

이와 같이 제1,2,3,4 용접부를 형성한 후에 상기 용접부들을 황삭하고, 시트의 면을 압연한 후에, 상기 압연된 시트 부위를 최종 열처리 한다. 상기 열처리는 700~750℃에서 8시간동안, 이어서 600~650℃에서 6시간동안 이루어진 후에 냉각된다. 그리고, 정삭후 표면을 연마하고 래핑(lapping) 처리하여 다듬는다.

[실시예1]

중량%로 C:0.25%, Si:1.6%, Mn:1.2%, Cr:19.6%, Ni:9.8%, W:2.0%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 SNCrW 스테인리스강을 단조기로 열간 가공하여 다음의 치수를 갖는 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들의 모재(100)를 제조하였다.

* 전장 : 1160.5mm

* 헤드부의 직경 : 331.18mm

* 스템부의 직경 : 75.5mm

* 날개부의 길이 : 17.82mm, 날개부의 두께 : 3.88mm

이와 같이 제조된 스테인리스강 모재의 헤드부(120)의 하단에 중량%로 Si:0.2%, Ni:61%, Cr:22%, Mo:9%, Nb:3.5%와 잔부Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 인코넬625 용접봉을 사용해 가스금속 아크용접(GMAW)하여 날개부(140)까지 비드를 4층으로 형성하여 용착시켜 두께 15mm의 제1용접부(150)를 형성한 다음, CNC선반을 사용하여 상기 날개부(140)와 상기 제1용접부(150)의 외측면을 매끄럽게 절삭하여 헤드부(120)의 외측면의 라인과 일치되도록 하고, 절삭된 상기 제1용접부(150)의 외측면과 헤드부(120)의 외측면에 상기 인코넬625 용접봉을 사용하여 비드를 3층으로 형성하여 용착시켜 두께 9mm의 제2용접부(160)를 형성하였으며, 상기 헤드부의 시트(121)의 면 가장자리와 상기 제2용접부(160)의 위에 상기 인코넬625 용접봉을 사용하여 비드를 2층으로 형성하여 용착시켜 두께 10mm의 제3용접부(170)를 형성하였다.

그리고, 상기 모재(100)의 헤드부의 시트(121)의 면의 중간, 즉 상기 제3용접부(170)의 내측에 깊이 12mm의 홈(122)을 형성하고, 이어서 중량%로 C:0.08%, Si:0.1%, Al:0.5%, Ni:54%, Cr:19%, Mo:3%, Nb:5%, Ti:1%와 잔부Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 인코넬718 용접봉을 사용하여 모재의 시트(121)의 면에 형성된 홈(122)에 비드를 3층으로 표면경화 육성용접을 실시하여 두께 13mm의 제4용접층(180)을 형성하였다.

그 후에, 상기 용접부들을 황삭하고, 시트의 면을 압연한 후에, 상기 압연된 시트 부위를 720℃에서 8시간동안, 이어서 620℃에서 6시간동안 열처리한 다음 냉각시켰다. 그리고, 정삭후 표면을 연마하고 래핑(lapping)하여 마감처리하여 선박 엔진용 배기밸브 스핀들을 제조하였다.

먼저, 육안으로 헤드부(120)의 제1,2,3 용접부에 기공이나 균열 형성 여부를 관찰하였으나 도 14에 나타난 바와 같이 발견하지 못하였고, 도 15에 도시된 바와 같이 독일의 KRAUTKRAMER사의 초음파 탐상기 USN-52R을 이용하고, 탐촉자(probe)의 형태는 MSEB4E, 주파수는 4MHz, 접촉매질(couplant)은 오일(oil), 주사감도는 +6dB로 하여, 인코넬625로 이루어진 헤드부(120)의 제1,2,3용접부에 대해 초음파를 발진시켜 반사되는 음파로 용접부의 기공이나 균열 여부를 검사하였으나, 상기 제1,2,3 용접부에서는 기공이나 균열이 발견되지 않았다. 따라서, 본 발명의 배기밸브 스핀들은 종래의 용접부에 기포가 연속적으로 발생되어 제품 불량률이 매우 높은 문제가 해결되어 생산 비용을 크게 저감시킬 수 있다.

[실시예2]

또한, 에코팁 경도기를 이용하여 실시예1에서 제조된 배기밸브 스핀들의 제4용접부의 표면에 대한 6지점의 비커스 경도(Hv)를 측정하였다. 그 결과를 표 1 및 도 16에 나타내었는 바, 링 형상의 제4용접부의 표면 전체에 걸쳐 600Hv 이상의 고경도의 우수한 기계적 성질을 가짐으로써 내마모성이 우수한 것을 확인할 수 있다.

[표 1]

[실시예3]

그리고, 실시예1에서 제조된 배기밸브 스핀들에 대하여 700℃에서 15분간 유지후 수냉의 조작을 1사이클로 반복 행하여 상기 제4용접부의 비드가 균열이 발생하기까지의 사이클수를 측정하는 내열충격성 시험을 하였으며, 상기 배기밸브 스핀들의 제4용접부가 포함된 시험편을 잘라 915℃에서 가열한 용융산화연 40g 중에 1시간 침지후 중량감소량을 측정하는 내부식성 시험을 실시하였는 바, 그 결과를 니켈합금 Nimonic 80A의 시편을 이용한 비교예1과 SNCrW 스테인리스강의 시편을 이용한 비교예2와 대비하여 표 2에 나타내었다.

[표 2]

상기 표 2의 실험결과에 나타난 바와 같이, 발명예는 제4용접부의 비드에 균열이 발생하기까지의 수냉조작의 사이클 수가 25회 이상으로서 상당히 우수한 내열충격성을 갖기 때문에 바텀피스와의 접촉시에도 내균열성이 우수함을 알 수 있으나, 비교예1, 2는 균열이 쉽게 발생하여 충분히 만족되는 사용수명을 갖고 있지 않음을 확인할 수 있었다.

그리고, 발명예는 시험후 육성재의 중량감소량이 적어 매우 우수한 내부식성을 갖고 있었으나, 비교예1, 2는 시험후 육성재의 중량감소량이 많아 표면에 부식에 의한 손상이 발생되기 쉽고 이로 인한 고온의 국부통풍으로 인해 덴트 마크가 생겨 부식이 더욱 촉진될 수 있음을 확인할 수 있었다.

결국, 본 발명은 종전에 니켈합금으로 제조되던 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들 모재의 재질을 스테인리스강으로 대체하고, 기공이나 크랙 발생을 방지하여 제품 불량률을 크게 감소시켜 제조 원가를 대폭 절감하는 동시에, 내마모성 및 내부식성이 우수하고 내구성이 크게 향상된 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들을 제조할 수 있다.

10. 배기밸브 스핀들 20. 헤드부
21. 시트(seat) 30. 스템부
40. 밸브 드라이브(valve drive) 50. 에어 실린더(air cylinder)
60. 밸브 하우징(valve housing) 70. 밸브 가이드(valve guide)
80. 바텀피스(bottom piece) 90. 배기포트
100. 모재 110. 배기밸브 스핀들
120. 헤드부 121. 시트(seat)
122. 홈 130. 스템부
140. 날개부 150. 제1용접부
151. 제1용접부의 비드 160. 제2용접부
161. 제2용접부의 비드 170. 제3용접부
180. 제4용접부

Claims (5)

1. 헤드부와 스템부를 갖는 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들의 제조방법에 있어서,
   스테인리스강을 가공하여 상기 헤드부와 상기 스템부를 갖는 모재를 제조하는 단계;
   상기 헤드부의 하단에 니켈합금을 용착시켜 제1 용접부를 형성하는 단계;
   상기 제1 용접부의 외측면이 매끄러운 면을 갖도록 절삭하는 단계;
   절삭된 상기 제1 용접부의 외측면 및 상기 헤드부의 외측면에 니켈합금을 용착시켜 제2 용접부를 형성하는 단계;
   상기 헤드부의 시트의 면의 가장자리와 상기 제2 용접부의 상단에 니켈합금을 용착시켜 제3 용접부를 형성하는 단계; 및
   상기 헤드부의 시트의 면 중간 및 상기 제3 용접부를 가공하여 상기 헤드부의 시트의 면 중간과 상기 제3 용접부 사이에 위치하는 링 형상의 홈을 가공 형성하는 단계;
   상기 홈에 니켈합금을 용착시켜 제4 용접부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 모재 제조 단계에서, 상기 헤드부의 외측으로 돌출된 날개부를 갖도록 모재를 제조하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2 용접부의 비드는 상기 제1 용접부의 비드보다 광폭을 갖는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들의 제조방법.
4. 헤드부와 스템부를 갖는 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들에 있어서,
   상기 헤드부의 하단에 형성되며, 외측면이 상기 헤드부의 외측면과 한 면을 이루도록 절삭가공된 니켈합금 재질의 제1 용접부;
   상기 제1 용접부의 외측면 및 상기 헤드부의 외측면에 형성된 니켈합금 재질의 제2 용접부;
   상기 헤드부의 시트의 면의 가장자리와 상기 제2 용접부의 상단에 형성된 니켈합금 재질의 제3 용접부;
   상기 헤드부의 시트의 면 중간과 상기 제3 용접부 사이에 위치하며 상부로부터 함몰된 홈; 및
   상기 홈에 형성된 니켈합금 재질의 제4 용접부를 가지는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 내지 제3 용접부는 동일한 재질이며,
   상기 제4 용접부는 상기 제1 내지 제3 용접부와 다른 재질인 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 배기밸브 스핀들.

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