鍛切模堆焊修補技術應用研究

萬慧+廖可+李瓊+鄧少平

摘 要：通過鍛切模堆焊修補工藝試驗，建立了堆焊修補工藝規范，實踐證明鍛切模修復工藝技術可行、經濟效益明顯。希望通過文章的分析，能夠促進相關工作的發展。

關鍵詞：鍛切模；堆焊修補；修復工藝

中圖分類號：TG455 文獻標志碼：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、高熱應力的影響，易產生變形和裂紋造成鍛切模報廢。對失效報廢的模具進行堆焊修復，早在五、六十年代，日本、西德、瑞士和前蘇聯等國家就已經開始研究和應用模具堆焊修復技術了，到了八、九十年代，隨著堆焊技術的發展和多樣化，從而使堆焊工藝得到較廣泛的應用。隨著國外技術的引進，模具堆焊技術也得到了較大的發展，國內哈工大、清華大學、各汽車制造廠都進行了研究和應用模具堆焊技術，取得了可喜的效果。

2 模具失效形式及其產生原因分析

為了更好地把握模具堆焊工藝，提高堆焊質量，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 及機械疲勞裂紋等），模具出現斷裂主要原因有四點：

（1）模具承受的瞬間沖擊載荷超過材料的高溫韌度指標。

（2）模具承受應力在整體范圍內或局部位置超過材料的高溫斷裂強度。

（3）操作時打擊過重，鍛模沒有預熱致使打裂。

（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

模具在生產時，受到熾熱金屬對模具型腔的摩擦作用，很容易產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見表1。[2]

3 堆焊設備和材料的選擇

3.1 堆焊設備選擇

堆焊手工電弧焊焊機應為直流電焊機，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 模具堆焊材料應用方式見圖1

4 工藝試驗

4.1 焊前準備

堆焊工藝試驗模具見圖2。

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、氧化皮和疲勞層進行清理，將已損壞的模膛表面用機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（應力集中）有裂紋，可以用銑床加工或用焊條進行裂紋局部焊割，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 模具預熱與焊條烘干

模具材料一般為高合金材料，我們要補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和減少冷熱收縮造成的內應力，堆焊前應將模具預熱至一定的溫度，采用溫度范圍為0～1000℃箱式回火預熱，規范見圖4。

焊條烘干：

為了防止焊條潮濕而影響堆焊質量，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

為了對比國產焊條和德國進口焊條的模具使用壽命，我們對兩套模具進行對比焊補試驗，焊接工藝參數參照表2。堆焊時，將預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，準備好后開始堆焊。堆焊一層一層的進行，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。堆焊時應注意以下事項。[2]

（1）避免產生火口裂紋（收弧裂紋），應注意：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）避免產生氣孔，應注意：焊條嚴格實行烘干工藝；從模膛最深處開始逐層向上堆焊，盡量采用平焊。（3）避免產生夾渣：每堆焊完一道焊道應把焊渣清除干凈，并用小刷子把焊渣掃凈。

4.5 回火處理

經過堆焊的模具，有一定的脆性和內應力，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，回火規范見圖6。

4.6 堆焊模具的加工

經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 堆焊模具的使用結果

經加工合格的模具不再進行淬火處理，直接使用。模鍛設備2T模鍛錘，鍛件材料為42CrMo鋼，始鍛溫度為1150℃，鍛模預熱溫度為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焊條焊補切邊模使用壽命9500件。

5 結束語

廢舊鍛切模采用堆焊修復新工藝確實可行，有利于生產發展和成本的降低，值得推廣應用。哈工大研制的模具焊條和德國卡陪拉焊條各有優點，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，一定要嚴格執行工藝規范，否則堆焊效果就不好。兩種焊條不僅可以修復已報廢的鍛模、切邊模，而且修復后的模具壽命比原整體模具提高二倍以上。

參考文獻：

[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，2009.

[3] 汗清，陳金德.金屬塑性成形原理[M].北京：機械工業出版社，1999.

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