浅析铸造模具钢焊接修复工艺

浅析铸造模具钢焊接修复工艺

黄天华 1谢 崇 2

1 身份证号码： 36220219720701**** 2身份证号码： 21100319901111****

　　摘要：目前，我国铸造行业铸件的生产规模和产品类型已经走在世界前列。强大的工业基础为许多行业提供了大量的铸件(毛坯和零件)。近年来，中国铸造行业进入世界最大铸造国行列，工厂多、产量大、门类齐全，而中国铸件出口增长迅速。出口产品也从简单的零件发展到要求较高、形状复杂的铸件。但与美，日，德，法等铸造强国相比，仍有相当大的差距。模具钢广泛应用于工业产品的制造过程中。在模具使用过程中，由于工作条件恶劣造成的各种缺陷，分析了模具钢的失效形式，介绍了几种模具焊接修复技术，如电弧堆焊、热喷焊、激光填丝焊、复合焊接技术。

【关键词】模具钢；失效；焊接修复

模具钢是工业产品制造过程中的重要材料，在电子、电机、仪器仪表、家电、汽车等行业中发挥着越来越重要的作用。模具生产的零件具有高精度、高复杂性、高一致性、高生产率和低消耗的优点。一个国家的制造业水平可以用模具生产技术水平来衡量。国外模具钢加工制造技术先进，发达国家模具钢品种齐全，朝着产品化、精细化、高合金化、高质量、低品位材料强化方向发展，模具材料种类越来越多，模具钢的系统性和日标准日趋完善。虽然我国模具钢的生产质量和技术有所发展，但与发达国家相比仍有很大差距。中国模具的产值平均每年增长20%，但一些高档模具仍是从国外进口的。在使用过程中，模具的工作环境往往处于高温高压等恶劣条件下，由于摩擦、挤压和交变应力，导致模具失效和浪费。

一、模具改造和修复成为减少浪费的关键。

1模具钢分类及失效形式

1.1模具钢分

模具钢是一种用于制造热锻模、压铸模、挤压模和冷冲压模的钢，主要分为三类：热作模具钢、冷作模具钢和塑料模具钢。热作模具钢主要用于制造锤锻模、热挤压模、压铸模等。热作模具钢含碳量低，常添加W、Mo、Cr、V等合金元素以提高材料的耐磨性和红硬性，在高温下使用。冷作模具钢主要用于制造冷冲压模具、冷拉模具、冷墩模具、冷挤压模具、滚压膜工具等在室温下成型的模具。冷加工模具钢含碳量高，硬度高，用于在高硬度状态下工作；塑料模具钢是一种热加工模具材料。

1.2模具钢的失效模式

在模具使用过程中，由于受力的部位、大小和方向不同，冷热交替的影响，或者操作者的法不正确，模具表面受到不同程度和形式的损伤，导致模具出现缺陷。在模具使用过程中，当生产的产品不合格时，模具可视为无效。模具故障包括塑性变形、磨损、热疲劳、冷热疲劳、断裂和开裂。冷热加工模具除冷热疲劳外，常见四种失效形式，也包括冷热疲劳、塌陷和热浸蚀。塑料模具的失效形式主要包括表面磨损、断裂和变形，主要表现在尺寸、形状、功能等方面。铸模缺陷可分为两种，可消除的和不可消除的。铸造过程中的一些缺陷无法消除，如密度低、疏松引起的残余应力；但可以修复气孔、缩孔、砂眼、缺肉、铸造过程中的裂纹，以及后续加工过程中因尺寸超差、局部损伤、磨损、缺陷等造成的尺寸不合格等缺陷。由于模具制造成本高，故障后根据故障情况修复模具，可以延长模具的使用寿命，降低生产成本。相关研究表明，采用焊接技术修复模具具有周期短、成本低、质量稳定、适用范围广等优点。

2模具钢焊接修复技术

焊接技术因其操作灵活、应用范围广而得到广泛认可。随着科学技术的发展，各种先进的焊接技术被用来修复失效的模具。

2.1 弧堆焊电气公司

堆焊是模具修复中常见的修复方法，即在模具表面沉积填充金属，以获得特定的表面性能和表面尺寸。堆焊修复技术可以修复型腔表面的孔洞和裂纹、模具表面的冲蚀和磨损，但不适合修复模具的微热疲劳裂纹和微小裂纹。堆焊包括手工电弧焊、弧堆焊，钨极氩弧焊、等离子弧堆焊，焊等。

(1)手动电动弧堆焊设备简单，操作灵活，适用于大多数生产环境，尤其适用于模具现场即时修复，也适用于严重损坏模具的大面积深焊修复。然而，这种修复方法生产效率低，焊接接头质量差异大，焊接热影响区，宽，焊缝残余应力高，容易产生焊接缺陷。在实际应用中，应注意焊接材料、焊接方法和工艺的选择。

(2) TIG焊气体保护性好，焊缝美观，金属飞溅少，适用于修复质量高、形状复杂的小型热作模具，但由于沉积率低，修复率低。

(3)等离子弧堆焊利用压缩电弧加热工件实现焊接，用于修复焊缝深宽比大的模具失效模式。等离子弧堆焊可以降低模具失效变形和断裂的可能性，具有生产率高、成形性好的特点。

　　2.2热喷焊技木热

　　喷焊技术是指使用热源使涂层材料熔化，，然后高速喷向模具失效区形成修复层，从而实现模具的修复。涂层材料多用自溶性合金粉末，如Ni基粉、Fe基粉、Co基粉等。热喷焊形成的涂层与基体的结合为冶金结合，结合强度较高。热喷过程中会对中小型零部件造成较大的热影响，热喷焊技术在机械制造和大型零部件中广泛应用。目前较为常见的喷焊技术是氧乙炔火焰喷焊技术和等离子喷焊技术，其中等离子喷焊的熔深比较小，基材对合金的冲淡率较低，喷焊层的气孔和夹渣很少。

　　2.3激光填丝焊修复技木

　　激光填丝焊修复技术将激光技术和焊接技术结合在一起，使用激光将预置焊丝熔化，焊丝与基体一起凝固过程中形成熔凝层，从而实现对失效区域的修复。该技术具有焊接线能量小、焊接速度快、非接触性、焊接变形小、精密化、小型化的特点，易于实现自动化。有效修复由于热疲劳等出现小、微裂纹。

　　2.4复台修复技木

　　目前单独的焊接技术已经不能够满足模具高精度、高耐磨、长寿的发展要求，因此出现了复合修复方法。2.5ESD-05高效、一机多用型的火花堆焊修复机ESD-05采用独特的斩波软开关技术，输出控制精确除了具有传统冷焊机的操作方便，常温焊补，焊补之后手可触摸无内应力产生，可以直接进行车磨刨铣各种加工的特点之外。其独特之处：

　　（1）输出控制精确，内部一体化设计，电子元件封闭式布置，独特的主板结构设计，这样避免了传统电火花电焊修复机常见的故障，电极枪采用气电一体化散热式设计，大大降低了故障率。又结合了WS焊机的原理特点，采用半熔焊（离子转换加颗粒化转换）方式，故ESD-05高能电火花堆焊修复机虽只600W的功率，但焊补的速度、效果却是传统电火花电焊修复机2000W的数倍。需要特别指出的是：电火花电焊修复机不是传统的电焊机，速度和效果不是以功率来决定的，关键在于内部系统的优化设计。

　　（2）焊材适用范围广，普通的电焊条去掉药皮直接使用如308，208，303，506等，有色金属的氩弧焊条电焊踸至其本体材料制成的焊条都可以使用。这样大大降低了铸造厂家的使用成本和人力成本。

　　（3）焊补速度快，2mm的铝合金只需要10s，2mm灰铁只需要1分钟。由于ESD-05采用的是单点输出能量高，焊材的每一个单点以熔融的状态结合到基体，形成冶金结合，产生极强的结合度高（半融焊性质），尤其是克服了传统的电火花焊补之后致密性差的问题，这大大提高了铸造厂家的修补效率。

　　3总结

　　随着精密制造业的发展以及先进焊接技术的研发，焊接修复T艺在模具失效修复中应用广泛。焊接修复工艺将向着复合型和综合型发展，从而满足制造业对模具精品化、长寿化的要求。

　　参考文献：

　　[1] 高茂涛.热处理对新型铸造模具钢焊接接头组织和性能的影响[J].电焊机，2015（06）：156-159.

　　[2] 袁朝桥.铸造模具钢焊接修复工艺分析[J].黑龙江冶金，2019，039（003）：57-58.