汽車左右輪外板鑄鐵拉延模座開裂焊接修復(fù)

韋清云，李建強，盧 曲

（柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

我司在生產(chǎn)的某車型左右輪罩外板拉延模具在使用上模F&R 向兩側(cè)貫穿性開裂（圖1）。上模座材質(zhì)選用HT300 灰鑄鐵，F(xiàn)&R 向兩側(cè)貫穿開裂，型面錯位、離體受損嚴重，處于報廢狀態(tài)。若重鑄新上模座，短期無法解決，將會嚴重影響生產(chǎn)任務(wù)的完成，新制品模經(jīng)過重鑄、加工、研合等系列工序，時間周期不少于40 天，造價往往非常昂貴。若通過補焊方法實現(xiàn)修復(fù)，不僅可以保證生產(chǎn)任務(wù)完成，而且節(jié)約一大筆模具制造費用。

圖1 上模F&R 向貫穿開裂

1 HT300 灰鑄鐵焊接性能

HT300 灰鑄鐵是一種具有許多良好性能的鑄造金屬材料。在化學(xué)成分上含碳、錳、硫、磷等，使HT300具有較高強度、良好韌性和耐磨性。HT300 鑄造過程中添加磷、硫等元素其雜質(zhì)含量多，導(dǎo)致焊接熱影響區(qū)過冷傾向增大，焊后裂紋和氣孔的敏感度高，奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，形成淬火組織，從而導(dǎo)致出現(xiàn)焊接裂紋、甚至剝離（剝離對沖壓件的型面質(zhì)量影響很大，將會造成壓件表面出現(xiàn)壓痕）的不良性能。因此，灰鑄鐵焊接修復(fù)不僅需要選擇合理的焊接工藝和合適的焊接材料，而且要制定合理的焊接工藝及控制措施。

2 焊接工藝選擇

根據(jù)對HT300 灰鑄鐵焊接性能分析，灰鑄鐵基本無塑性，應(yīng)力較大，熱循環(huán)也不均勻，決定了焊接接頭的性能需要與母材基體相匹配，對焊接接頭的力學(xué)性能要求更高。為防止焊接接頭上出現(xiàn)白口及淬硬性組織，在損傷大面積的工件上，采用大直徑焊條，大電流連續(xù)焊的電焊工藝，雖成本較低，但焊接效率較低，且焊件局部容易受熱嚴重，焊接應(yīng)力過大，出現(xiàn)剝離性裂紋。而采用我們特殊焊材對HT300 進行焊接，焊接焊縫成形好，融合好，無氣孔、裂紋等缺陷，達到最佳的焊接接頭機械性能。

因此，按公司具體情況，采用高性能洛馳TIG 氬弧焊，該焊機（注：更改焊機系統(tǒng)的焊接曲線功能，才能滿足模具焊接修復(fù)）具有電弧集中，熱輸入量低、手工弧焊等特點。能確保焊接強度和焊接效率，能提高焊接質(zhì)量，減少含量熱量輸入及變形量。

2.1 焊材選用

我們選用WLE100 和WLGT-3 兩種不同大小規(guī)格的焊條，是因焊條成分中Cr 含量≤5.0%，Mo 含量≤2.5%，能提高焊縫硬度，其V 含量≤1.0%，W 含量7.0% ～ 10%，能增強焊縫耐磨性。焊條成本見表1。

表1 焊條材料成本

2.2 焊接準(zhǔn)備

模座裂紋是貫穿性斷面裂紋，缺陷深度超出40 mm，F(xiàn)&R 向兩側(cè)必須采取手工打磨方法將兩邊斷面區(qū)域棱角打磨徹底，同時，設(shè)計增加一塊厚度50 mm 墊板鎖付在上模座底部，斷件分段拼接補焊固定完成后，兩側(cè)增加斜鍵作為背靠（圖2）。

圖2 斷件拼接補焊固定

模具型腔斷面裂紋不規(guī)則，為保證施焊及焊接質(zhì)量，根據(jù)模具實際情況，采用數(shù)控加工寬* 深：15 mm*20 mm 凹槽（圖3），并結(jié)合栽絲特殊工藝進行修復(fù)，其工藝可以防止多層焊接量過大，焊接應(yīng)力積累，產(chǎn)生剝離性裂紋。

圖3 數(shù)控加工凹槽

模座安裝底面裂紋則采用手工打磨寬* 深：20 mm*20 mm 凹槽，并同步采用栽絲特殊工藝補焊。

栽絲就是人為使該地區(qū)應(yīng)力的大部分有栽絲材料（低碳鋼）來承擔(dān)，以防止剝離性裂紋產(chǎn)生。具體方法是在鑄件坡口上鉆螺絲孔，然后擰入低碳鋼螺絲。焊接時，先繞螺釘焊接，再焊螺釘之間[1]。

焊前準(zhǔn)備工作很重要，通常是先要清除鑄件缺陷處油污、水垢及鐵銹等雜質(zhì)，認真檢查缺陷情況以及將缺陷制作坡口。常用鑄鐵清理方法有兩種：一種采用砂輪、鋼絲刷或扁鏟等工具的機械清理法；另一種是采用汽油、丙酮等化學(xué)溶劑洗滌的化學(xué)方法。清除雜質(zhì)也可用火焰將鑄件分段加熱，加熱至不冒煙為止，否則焊縫容易出現(xiàn)氣孔、裂紋等缺陷。

2.3 焊接參數(shù)選擇

選用高性能洛馳氬弧焊機，其擁有手工弧焊、TIG高頻脈沖等優(yōu)越性能是保證焊縫質(zhì)量的主要前提。選擇合適的焊接電流，可以降低焊縫裂紋、咬邊、氣孔等缺陷傾向。經(jīng)試驗表面，能有效控制焊縫裂紋、氣孔等缺陷。基于焊條選擇合適焊接電流有以下兩方面考慮：

（1）焊接電流過小，不僅引弧困難，電弧不穩(wěn)定，而且熱輸入量不夠，造成未焊透、夾渣等缺陷；

（2）焊接電流過大，熔深大，容易產(chǎn)生燒穿、咬邊等缺陷，使合金元素?zé)龘p過多，導(dǎo)致接頭熱影響區(qū)晶粒粗大，影響焊縫機械性能。同時焊接電流過大，造成焊條末端過早發(fā)紅，藥皮失效從而導(dǎo)致產(chǎn)生氣孔。

2.4 焊接過程注意事項

（1）焊接應(yīng)力是隨焊縫長度增加而積累，達到一定程度就會開裂。所以，要采取小電流，短段焊、斷續(xù)分散焊和焊后敲擊的焊接工藝，并且要注意焊接順序。在焊后要立即快速敲擊整個焊縫，使得焊縫金屬發(fā)生塑性變形，有利于減小焊接應(yīng)力，達到防止裂紋產(chǎn)生的傾向。需注意的是要處理好接頭，不要將接頭留在同一位置，而應(yīng)將各個接頭錯開，以免引起應(yīng)力集中，產(chǎn)出橫向貫穿裂紋。

（2）在焊接坡口過程中，每段焊縫要運條、填充焊條要均勻，盡量控制焊后每條焊道高度一致，并保證足夠力錘擊焊縫，需注意避免敲擊到基面上。焊道第一層兩端頭要保證與基體焊接熔合到位，防止焊接封邊出現(xiàn)虛焊現(xiàn)象。繼續(xù)再焊下一道焊縫，以此類推，直至硬層焊縫高出工件表面1.5 ～ 2 mm 完成焊接[2]。

（3）焊接過程中，為避免焊接應(yīng)力過大，造成焊接裂紋出現(xiàn)，焊后要對焊縫進行機械敲擊，消除焊接應(yīng)力。

2.5 焊后處理

補焊完成后，為避免熔覆金屬熱冷收縮過快，應(yīng)力釋放引起表面裂紋，可對整體焊縫進行敲擊10 ～15 min，敲擊結(jié)束后直接空冷冷卻。

模具冷卻至常溫后，根據(jù)模具3D 數(shù)據(jù)上數(shù)控機床進行型面及安裝底面降刻加工，使之達到型面尺寸及精度要求。模具降刻加工完成后，模修人員對型面推光、修形，上機研合調(diào)試型面，并進行壓件生產(chǎn)驗證（如圖4 所示）。

圖4 零件狀態(tài)

修模結(jié)束后采用硬度計（鉆石牌 HL160 型）檢測硬度層硬度在50HRC，批量生產(chǎn)了1000 多件零件表面無一拉傷，補焊焊縫無開裂、塌陷現(xiàn)象，滿足拉延模耐磨性的技術(shù)要求。

3 修復(fù)效果分析

采用上述焊接工藝對HT300 鑄鐵模具貫穿性裂紋修復(fù)驗證，該焊接工藝控制焊縫質(zhì)量好，可有效避免沙眼、裂紋等缺陷產(chǎn)出，型面硬度可達48～55HRC，使用壽命超過10 萬沖次，補焊區(qū)域型面拋光至鏡面狀態(tài)，可不用鍍鉻涂層處理，使得模具維修工作量和維護成本大大降低。采用高耐磨性、高塑性的焊材作為增材補焊，使得局部區(qū)域綜合機械性能明顯高于原材質(zhì)，這種焊接修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用，提高了模具整體使用壽命，降低模具返修率，以及對沖壓件表面質(zhì)量改善，都有著明顯作用。

4 結(jié)語

通過采用WLE100 和WLGT-3 焊材的焊接工藝實踐應(yīng)用表明，在修復(fù)鑄鐵模具過程中，不僅能避免鑄鐵焊接裂紋、沙眼等缺陷，而且有效解決了鑄鐵模具貫穿性開裂焊接修復(fù)的難題，為公司快速恢復(fù)生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)運行成本。