淺析鑄造模具鋼焊接修復工藝

韓丹

【摘?要】目前我國的鑄造業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模，鑄件的產(chǎn)品種，都已經(jīng)處于世界前列。雄厚的工業(yè)基礎為眾多行業(yè)提供了大量的鑄件（毛坯和零件）。近年來，我國的鑄造工業(yè)已進入到廠點多、產(chǎn)大、門類齊全的世界鑄造大國行列，同時我國鑄件出口增長較快。出口產(chǎn)品也由簡單件進展到要求較高的形狀復雜的鑄件。但與美、日、德、法等鑄造強國相比，還有相當?shù)牟罹唷Ｄ＞咪撛诠I(yè)產(chǎn)品制造過程中應用廣泛。模具在使用過程中，由于所處惡劣工作條件產(chǎn)生各種缺陷而失效，本文對模具鋼的失效形式分析，介紹了電弧堆焊、熱噴焊、激光填絲焊、復合焊接技術等幾種模具焊接修復工藝。

【關鍵詞】模具鋼;失效;焊接修復

模具鋼是工業(yè)產(chǎn)品制造過程中的重要材料，在電子、電機、儀器儀表、家電、汽車等行業(yè)中起著越來越重要的地位。用模具生產(chǎn)的零部件具有精度高、復雜程度高、一致性高、生產(chǎn)率高、消耗低的優(yōu)點。一個國家制造業(yè)水平高低可以用模具生產(chǎn)技術的水平高低來衡量。國外模具鋼加工制造技術較先進，工業(yè)發(fā)達國家的模具鋼種類齊全，向制品化、精品化、高合金化、優(yōu)質(zhì)化、低級材料強化以及增加模具材料種類的方向發(fā)展，模具鋼的系統(tǒng)性和標準日趨完善。而我國模具鋼在生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)技術方面雖然有一定發(fā)展，但是與發(fā)達國家相比仍有不小的差距。中國模具產(chǎn)值平均每年遞增20%，但是部分高檔模具仍靠國外進口。模具在服役過程中，工作環(huán)境常為高溫高壓等惡劣條件，受到磨擦、擠壓、交變應力，出現(xiàn)模具失效現(xiàn)象，造成浪費。模具再造修復成為減少浪費關鍵。

1模具鋼分類及其失效形式

1.1模具鋼分

模具鋼是一種用來制造熱鍛模、壓鑄模、擠壓模、冷沖模的鋼種，主要分為熱作模具鋼、冷作模具鋼、塑料模具鋼三大類。熱作模具鋼主要用于制造錘鍛模、熱擠壓模、壓鑄模等在高溫條件下壓制成型的模具。熱作模具鋼炭含量低，常添加W、Mo、Cr、V等合金元素用于提高材料的耐磨性、紅硬性，用于高溫條件下;冷作模具鋼主要用于制造冷沖壓模具、冷拉伸模具、冷墩模具、冷擠壓模具、輥壓膜具等室溫下成型的模具。冷作模具鋼碳含量高，硬度高，用于在高硬度狀態(tài)下工作;塑料模具鋼屬于熱作模具材料的一種。

1.2模具鋼失效形式

模具在服役過程中，由于受力部位、受力大小、受力方向不同，冷熱交替變化影響，或操作方法不正確，導致模具表面出現(xiàn)不同程度和形式的損傷，使模具存在缺陷。在模具使用過程中，當生產(chǎn)出來的產(chǎn)品不合格時可認為模具失效。模具失效包括塑性變形、磨損、熱疲勞、冷熱疲勞、斷裂以及開裂，除冷熱疲勞外的四種失效形式常見于冷作模具和熱作模具上熱作模具還會發(fā)生冷熱疲勞、塌陷和熱浸蝕等失效形式。塑料模具的失效形式主要有表面磨損、斷裂和變形，主要表現(xiàn)在尺寸、形狀、功能等方面。鑄造模具缺分為可消除和不可消除兩種。鑄造過程中有些缺陷是不可消除的，如由于疏松導致的鑄件致密度低和殘余應力是不可消除的;而鑄造過程中產(chǎn)生的氣孔、縮孔縮松、砂眼、缺肉、裂紋以及在后續(xù)加工過程中出現(xiàn)的尺寸超差、局部損傷、磨損及缺損而造成的尺寸不合格等缺陷是可以修復的。由于模具制造成本很高，在模具失效后根據(jù)失效情況對模具進行修復，可以延長模具使用壽命，降低生產(chǎn)成本。經(jīng)相關研究表明，利用焊接技術對模具進行修復具有周期短、成本低、質(zhì)量穩(wěn)定、適用范圍廣等優(yōu)點。

2模具鋼焊接修復工藝

焊接技術操作靈活、適用范圍廣，已經(jīng)得到了廣泛認可。隨著科技的發(fā)展，各種先進的焊接技術已經(jīng)用于失效模具的修復。

2.1電弧堆焊

堆焊是模具修復中常用的修復手法，指將填充金屬熔敷在模具表面，以獲得特定表面性能和表面尺寸。堆焊修復技術可以修復型腔表面的孔洞、裂紋以及模具表面的沖刷、磨損等失效形式，但不適合修復模具微小熱疲勞裂紋及輕微開裂。堆焊包括手工電弧堆焊、鎢極氬弧焊、等離子弧堆焊等。

（1）手工電弧堆焊設備簡單，操作靈活，適用于絕大多數(shù)生產(chǎn)環(huán)境，特別是模具現(xiàn)場即時修復，同時也適用于破壞嚴重模具的大面積大深度焊補。但是該修補方法生產(chǎn)效率低、焊接接頭質(zhì)量差別大，焊接熱影響區(qū)寬，焊縫內(nèi)存在殘余應力較高，易產(chǎn)生焊縫缺陷。在實際應用中需注意焊接材料、焊接方法和工藝的選擇。

（2）鎢極氬弧焊有較好的氣體保護，焊縫美觀，金屬噴濺少，適用于修復質(zhì)量及性能高的形狀復雜的小型熱作模具，但是由于其熔敷速度很低，導致修復速率低。

（3）等離子弧堆焊利用壓縮電弧加熱工件實現(xiàn)焊接，用于修復焊縫深寬比大的模具失效形式。等離子弧堆焊能夠減少模具失效變形和斷裂可能性，具有生產(chǎn)率高，成形好的特點。

2.2熱噴焊技木熱

噴焊技術是指使用熱源使涂層材料熔化，，然后高速噴向模具失效區(qū)形成修復層，從而實現(xiàn)模具的修復。涂層材料多用自溶性合金粉末，如Ni基粉、Fe基粉、Co基粉等。熱噴焊形成的涂層與基體的結(jié)合為冶金結(jié)合，結(jié)合強度較高。熱噴過程中會對中小型零部件造成較大的熱影響，熱噴焊技術在機械制造和大型零部件中廣泛應用。目前較為常見的噴焊技術是氧乙炔火焰噴焊技術和等離子噴焊技術，其中等離子噴焊的熔深比較小，基材對合金的沖淡率較低，噴焊層的氣孔和夾渣很少。

2.3激光填絲焊修復技木

激光填絲焊修復技術將激光技術和焊接技術結(jié)合在一起，使用激光將預置焊絲熔化，焊絲與基體一起凝固過程中形成熔凝層，從而實現(xiàn)對失效區(qū)域的修復。該技術具有焊接線能量小、焊接速度快、非接觸性、焊接變形小、精密化、小型化的特點，易于實現(xiàn)自動化。有效修復由于熱疲勞等出現(xiàn)小、微裂紋。

2.4復臺修復技木

目前單獨的焊接技術已經(jīng)不能夠滿足模具高精度、高耐磨、長壽的發(fā)展要求，因此出現(xiàn)了復合修復方法。2.5ESD-05高效、一機多用型的火花堆焊修復機ESD-05采用獨特的斬波軟開關技術，輸出控制精確除了具有傳統(tǒng)冷焊機的操作方便，常溫焊補，焊補之后手可觸摸無內(nèi)應力產(chǎn)生，可以直接進行車磨刨銑各種加工的特點之外。其獨特之處：

（1）輸出控制精確，內(nèi)部一體化設計，電子元件封閉式布置，獨特的主板結(jié)構(gòu)設計，這樣避免了傳統(tǒng)電火花電焊修復機常見的故障，電極槍采用氣電一體化散熱式設計，大大降低了故障率。又結(jié)合了WS焊機的原理特點，采用半熔焊（離子轉(zhuǎn)換加顆?；D(zhuǎn)換）方式，故ESD-05高能電火花堆焊修復機雖只600W的功率，但焊補的速度、效果卻是傳統(tǒng)電火花電焊修復機2000W的數(shù)倍。需要特別指出的是：電火花電焊修復機不是傳統(tǒng)的電焊機，速度和效果不是以功率來決定的，關鍵在于內(nèi)部系統(tǒng)的優(yōu)化設計。

（2）焊材適用范圍廣，普通的電焊條去掉藥皮直接使用如308，208，303，506等，有色金屬的氬弧焊條電焊踸至其本體材料制成的焊條都可以使用。這樣大大降低了鑄造廠家的使用成本和人力成本。

（3）焊補速度快，2mm的鋁合金只需要10s，2mm灰鐵只需要1分鐘。由于ESD-05采用的是單點輸出能量高，焊材的每一個單點以熔融的狀態(tài)結(jié)合到基體，形成冶金結(jié)合，產(chǎn)生極強的結(jié)合度高（半融焊性質(zhì)），尤其是克服了傳統(tǒng)的電火花焊補之后致密性差的問題，這大大提高了鑄造廠家的修補效率。

3總結(jié)

隨著精密制造業(yè)的發(fā)展以及先進焊接技術的研發(fā)，焊接修復T藝在模具失效修復中應用廣泛。焊接修復工藝將向著復合型和綜合型發(fā)展，從而滿足制造業(yè)對模具精品化、長壽化的要求。

參考文獻：

[1] 高茂濤.熱處理對新型鑄造模具鋼焊接接頭組織和性能的影響[J].電焊機，2015（06）：156-159.

[2] 袁朝橋.鑄造模具鋼焊接修復工藝分析[J].黑龍江冶金，2019，039（003）：57-58.

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