鍛切模堆焊修補(bǔ)技術(shù)應(yīng)用研究

萬慧+廖可+李瓊+鄧少平

摘 要：通過鍛切模堆焊修補(bǔ)工藝試驗，建立了堆焊修補(bǔ)工藝規(guī)范，實踐證明鍛切模修復(fù)工藝技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)效益明顯。希望通過文章的分析，能夠促進(jìn)相關(guān)工作的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：鍛切模；堆焊修補(bǔ)；修復(fù)工藝

中圖分類號：TG455 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）30-0155-03

1 概述

在鍛壓過程中模具由于承受高壓、高熱應(yīng)力的影響，易產(chǎn)生變形和裂紋造成鍛切模報廢。對失效報廢的模具進(jìn)行堆焊修復(fù)，早在五、六十年代，日本、西德、瑞士和前蘇聯(lián)等國家就已經(jīng)開始研究和應(yīng)用模具堆焊修復(fù)技術(shù)了，到了八、九十年代，隨著堆焊技術(shù)的發(fā)展和多樣化，從而使堆焊工藝得到較廣泛的應(yīng)用。隨著國外技術(shù)的引進(jìn)，模具堆焊技術(shù)也得到了較大的發(fā)展，國內(nèi)哈工大、清華大學(xué)、各汽車制造廠都進(jìn)行了研究和應(yīng)用模具堆焊技術(shù)，取得了可喜的效果。

2 模具失效形式及其產(chǎn)生原因分析

為了更好地把握模具堆焊工藝，提高堆焊質(zhì)量，首先要分析研究熱鍛模具失效的形式及原因。

模具的品種繁多，有熱鍛模具、切邊模具等。熱鍛模具是在一定溫度下使金屬變形的工具，它在工作過程中除了承受較大壓應(yīng)力外，還受到熾熱金屬對模具型腔的摩擦作用，工作條件十分惡劣，因此，很容易在模槽邊緣及模槽根部處產(chǎn)生裂紋及變形，致使模具失效而無法使用[1]。

2.1 模具失效形式

模具失效形式主要有斷裂、變形、熱疲勞龜裂、熱磨損等，其中斷裂失效模具壽命最低，技術(shù)上被視為不允許的非正常失效形式。

2.2 模具失效的根本原因分析

2.2.1 斷裂失效（包括整體開裂、局部斷裂 及機(jī)械疲勞裂紋等），模具出現(xiàn)斷裂主要原因有四點(diǎn)：

（1）模具承受的瞬間沖擊載荷超過材料的高溫韌度指標(biāo)。

（2）模具承受應(yīng)力在整體范圍內(nèi)或局部位置超過材料的高溫斷裂強(qiáng)度。

（3）操作時打擊過重，鍛模沒有預(yù)熱致使打裂。

（4）熱處理工藝不合理造成等。

2.2.2 變形失效

模具變形失效是常見缺陷，主要原因是模具材料選擇不合理，熱處理硬度太低，模具冷卻不及時等造成。

2.2.3 熱疲勞失效和熱磨損失效

模具在生產(chǎn)時，受到熾熱金屬對模具型腔的摩擦作用，很容易產(chǎn)生熱疲勞失效和熱磨損失效，主要是模具材料的耐熱性能差所致。熱鍛模具的失效特點(diǎn)見表1。[2]

3 堆焊設(shè)備和材料的選擇

3.1 堆焊設(shè)備選擇

堆焊手工電弧焊焊機(jī)應(yīng)為直流電焊機(jī)，其最大額定電流為300A。

3.2 堆焊材料選擇

3.2.1 鍛模堆焊材料選擇

（1）哈工大焊接材料技術(shù)有限公司制造的模具堆焊焊條熱模2號。

（2）德國卡陪拉64號和65號焊條。

3.2.2 切邊模堆焊材料選擇

（1）哈工大焊接材料技術(shù)有限公司制造的模具堆焊焊條熱模2號。

（2）德國卡陪拉521號焊條。

3.2.3 模具堆焊材料應(yīng)用方式見圖1

4 工藝試驗

4.1 焊前準(zhǔn)備

堆焊工藝試驗?zāi)＞咭妶D2。

該鍛件材料為42CrMo，鍛模材料為5CrMnMo。由于鍛件較薄，僅6mm，鍛打時金屬冷卻較快，很容易打沉模具，特別在三個凸臺周邊最容易變形，致使模具常常失效不能工作而報廢，因鍛件批量大，消耗模具特別多。

4.2 焊前清理

對廢模具進(jìn)行焊前清理，主要是對待模槽焊接處的缺陷，如裂紋等，油污、氧化皮和疲勞層進(jìn)行清理，將已損壞的模膛表面用機(jī)械加工或碳弧氣刨加工的方法去除表層5mm。其主要目的是防止堆焊層中予埋缺陷和裂紋，同時也防止油污和氧化皮進(jìn)入堆焊層中影響堆焊金屬焊縫的性能。清理完后可用磁粉探傷或著色探傷檢查缺陷的清理情況，如有必要還應(yīng)采取超聲波探傷檢查深部缺陷情況，直到缺陷完全清理為止。[3]

對有裂紋的模具加工坡口：

有的模具模槽底部R處（應(yīng)力集中）有裂紋，可以用銑床加工或用焊條進(jìn)行裂紋局部焊割，形成一個溝槽，直到去掉裂紋為止。溝槽寬度C一般不超過12mm，見圖3裂紋示意圖。

4.3 模具預(yù)熱與焊條烘干

模具材料一般為高合金材料，我們要補(bǔ)焊的這付模具材料為5CrMnMo。為避免焊接時堆焊金屬與母材之間造成的脆性區(qū)和減少冷熱收縮造成的內(nèi)應(yīng)力，堆焊前應(yīng)將模具預(yù)熱至一定的溫度，采用溫度范圍為0～1000℃箱式回火預(yù)熱，規(guī)范見圖4。

焊條烘干：

為了防止焊條潮濕而影響堆焊質(zhì)量，所用焊條在使用前，采用溫度范圍0～1000℃箱式回火爐在300℃下烘干1h～2h。

4.4 手工堆焊操作

為了對比國產(chǎn)焊條和德國進(jìn)口焊條的模具使用壽命，我們對兩套模具進(jìn)行對比焊補(bǔ)試驗，焊接工藝參數(shù)參照表2。堆焊時，將預(yù)熱好的模具從熱處理爐中吊出，放在保溫石棉材料和保溫磚上，模具周圍也貼上石棉板和保溫磚，準(zhǔn)備好后開始堆焊。堆焊一層一層的進(jìn)行，第一層的堆焊方向和第二層的堆焊方向成90℃，焊層疊加方式見圖5。在焊接過程中，每焊完一層須清除焊渣并使用0～1000℃熱電偶溫表檢測模具表面溫度，如模具的溫度低于300℃時，立即停止焊接，為避免火口裂紋（收弧裂紋）、氣孔、夾渣。堆焊時應(yīng)注意以下事項。[2]

（1）避免產(chǎn)生火口裂紋（收弧裂紋），應(yīng)注意：收弧前，焊條在原處焊接停留時間稍長些或收弧引弧重復(fù)2～3次，后一道的焊縫起弧時從前一道焊縫收弧處開始。（2）避免產(chǎn)生氣孔，應(yīng)注意：焊條嚴(yán)格實行烘干工藝；從模膛最深處開始逐層向上堆焊，盡量采用平焊。（3）避免產(chǎn)生夾渣：每堆焊完一道焊道應(yīng)把焊渣清除干凈，并用小刷子把焊渣掃凈。

4.5 回火處理

經(jīng)過堆焊的模具，有一定的脆性和內(nèi)應(yīng)力，為了減少模具變形和鍛造開裂，采用0～1000℃箱式回火爐作回火處理，回火規(guī)范見圖6。

4.6 堆焊模具的加工

經(jīng)過堆焊和回火處理的模具，分模面和水口采用銑切加工，模槽用電火花加工。

4.7 堆焊模具的使用結(jié)果

經(jīng)加工合格的模具不再進(jìn)行淬火處理，直接使用。模鍛設(shè)備2T模鍛錘，鍛件材料為42CrMo鋼，始鍛溫度為1150℃，鍛模預(yù)熱溫度為250℃左右。

（1）采用哈工大熱模2號焊條堆焊的鍛模使用壽命5012件，采用哈工大熱模3號焊條堆焊修復(fù)的切邊模使用壽命6500件。

（2）采用德國卡陪拉65號焊條堆焊的鍛模使用壽命6156件，采用德國卡陪拉521焊條焊補(bǔ)切邊模使用壽命9500件。

5 結(jié)束語

廢舊鍛切模采用堆焊修復(fù)新工藝確實可行，有利于生產(chǎn)發(fā)展和成本的降低，值得推廣應(yīng)用。哈工大研制的模具焊條和德國卡陪拉焊條各有優(yōu)點(diǎn)，哈工大模具焊條價格便宜，但模具堆焊后加工有些難度，打的鍛件數(shù)量較德國卡陪拉焊條堆焊的鍛模少，卡陪拉焊條綜合性能好，但焊條價格昂貴。不管采用哈工大研制的模具焊條還是德國卡陪拉焊條堆焊鍛切模，一定要嚴(yán)格執(zhí)行工藝規(guī)范，否則堆焊效果就不好。兩種焊條不僅可以修復(fù)已報廢的鍛模、切邊模，而且修復(fù)后的模具壽命比原整體模具提高二倍以上。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣昌生.模具材料及使用壽命[M].南昌：江西人民出版社，1982：100-130.

[2]潘攀.幾種熱作模具堆焊金屬組織和性能的對比研究[D].南京航空航天大學(xué)，2009.

[3] 汗清，陳金德.金屬塑性成形原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

[4]張忠純.模具材料的選用及性能優(yōu)化分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（18）：144.endprint