韓丹

【摘?要】目前我國(guó)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(chǔ)為眾多行業(yè)提供了大量的鑄件（毛坯和零件）。近年來(lái)，我國(guó)的鑄造工業(yè)已進(jìn)入到廠點(diǎn)多、產(chǎn)大、門(mén)類(lèi)齊全的世界鑄造大國(guó)行列，同時(shí)我國(guó)鑄件出口增長(zhǎng)較快。出口產(chǎn)品也由簡(jiǎn)單件進(jìn)展到要求較高的形狀復(fù)雜的鑄件。但與美、日、德、法等鑄造強(qiáng)國(guó)相比，還有相當(dāng)?shù)牟罹唷Ｄ＞咪撛诠I(yè)產(chǎn)品制造過(guò)程中應(yīng)用廣泛。模具在使用過(guò)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(duì)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(fù)合焊接技術(shù)等幾種模具焊接修復(fù)工藝。

【關(guān)鍵詞】模具鋼;失效;焊接修復(fù)

模具鋼是工業(yè)產(chǎn)品制造過(guò)程中的重要材料，在電子、電機(jī)、儀器儀表、家電、汽車(chē)等行業(yè)中起著越來(lái)越重要的地位。用模具生產(chǎn)的零部件具有精度高、復(fù)雜程度高、一致性高、生產(chǎn)率高、消耗低的優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平高低可以用模具生產(chǎn)技術(shù)的水平高低來(lái)衡量。國(guó)外模具鋼加工制造技術(shù)較先進(jìn)，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具鋼種類(lèi)齊全，向制品化、精品化、高合金化、優(yōu)質(zhì)化、低級(jí)材料強(qiáng)化以及增加模具材料種類(lèi)的方向發(fā)展，模具鋼的系統(tǒng)性和標(biāo)準(zhǔn)日趨完善。而我國(guó)模具鋼在生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)技術(shù)方面雖然有一定發(fā)展，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有不小的差距。中國(guó)模具產(chǎn)值平均每年遞增20%，但是部分高檔模具仍靠國(guó)外進(jìn)口。模具在服役過(guò)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(yīng)力，出現(xiàn)模具失效現(xiàn)象，造成浪費(fèi)。模具再造修復(fù)成為減少浪費(fèi)關(guān)鍵。

1模具鋼分類(lèi)及其失效形式

1.1模具鋼分

模具鋼是一種用來(lái)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(lèi)。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(guò)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(dǎo)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(guò)程中，當(dāng)生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品不合格時(shí)可認(rèn)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(kāi)裂，除冷熱疲勞外的四種失效形式常見(jiàn)于冷作模具和熱作模具上熱作模具還會(huì)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(guò)程中有些缺陷是不可消除的，如由于疏松導(dǎo)致的鑄件致密度低和殘余應(yīng)力是不可消除的;而鑄造過(guò)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(guò)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(fù)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(duì)模具進(jìn)行修復(fù)，可以延長(zhǎng)模具使用壽命，降低生產(chǎn)成本。經(jīng)相關(guān)研究表明，利用焊接技術(shù)對(duì)模具進(jìn)行修復(fù)具有周期短、成本低、質(zhì)量穩(wěn)定、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。

2模具鋼焊接修復(fù)工藝

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

2.1電弧堆焊

堆焊是模具修復(fù)中常用的修復(fù)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(fù)技術(shù)可以修復(fù)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(fù)模具微小熱疲勞裂紋及輕微開(kāi)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(shè)備簡(jiǎn)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(chǎng)即時(shí)修復(fù)，同時(shí)也適用于破壞嚴(yán)重模具的大面積大深度焊補(bǔ)。但是該修補(bǔ)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(yīng)力較高，易產(chǎn)生焊縫缺陷。在實(shí)際應(yīng)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(hù)，焊縫美觀，金屬?lài)姙R少，適用于修復(fù)質(zhì)量及性能高的形狀復(fù)雜的小型熱作模具，但是由于其熔敷速度很低，導(dǎo)致修復(fù)速率低。

（3）等離子弧堆焊利用壓縮電弧加熱工件實(shí)現(xiàn)焊接，用于修復(fù)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(diǎn)。

2.2熱噴焊技木熱

噴焊技術(shù)是指使用熱源使涂層材料熔化，，然后高速?lài)娤蚰＞呤^(qū)形成修復(fù)層，從而實(shí)現(xiàn)模具的修復(fù)。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(qiáng)度較高。熱噴過(guò)程中會(huì)對(duì)中小型零部件造成較大的熱影響，熱噴焊技術(shù)在機(jī)械制造和大型零部件中廣泛應(yīng)用。目前較為常見(jiàn)的噴焊技術(shù)是氧乙炔火焰噴焊技術(shù)和等離子噴焊技術(shù)，其中等離子噴焊的熔深比較小，基材對(duì)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(fù)技木

激光填絲焊修復(fù)技術(shù)將激光技術(shù)和焊接技術(shù)結(jié)合在一起，使用激光將預(yù)置焊絲熔化，焊絲與基體一起凝固過(guò)程中形成熔凝層，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)失效區(qū)域的修復(fù)。該技術(shù)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(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。有效修復(fù)由于熱疲勞等出現(xiàn)小、微裂紋。

2.4復(fù)臺(tái)修復(fù)技木

目前單獨(dú)的焊接技術(shù)已經(jīng)不能夠滿足模具高精度、高耐磨、長(zhǎng)壽的發(fā)展要求，因此出現(xiàn)了復(fù)合修復(fù)方法。2.5ESD-05高效、一機(jī)多用型的火花堆焊修復(fù)機(jī)ESD-05采用獨(dú)特的斬波軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，輸出控制精確除了具有傳統(tǒng)冷焊機(jī)的操作方便，常溫焊補(bǔ)，焊補(bǔ)之后手可觸摸無(wú)內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生，可以直接進(jìn)行車(chē)磨刨銑各種加工的特點(diǎn)之外。其獨(dú)特之處：

（1）輸出控制精確，內(nèi)部一體化設(shè)計(jì)，電子元件封閉式布置，獨(dú)特的主板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這樣避免了傳統(tǒng)電火花電焊修復(fù)機(jī)常見(jiàn)的故障，電極槍采用氣電一體化散熱式設(shè)計(jì)，大大降低了故障率。又結(jié)合了WS焊機(jī)的原理特點(diǎn)，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(fù)機(jī)雖只600W的功率，但焊補(bǔ)的速度、效果卻是傳統(tǒng)電火花電焊修復(fù)機(jī)2000W的數(shù)倍。需要特別指出的是：電火花電焊修復(fù)機(jī)不是傳統(tǒng)的電焊機(jī)，速度和效果不是以功率來(lái)決定的，關(guān)鍵在于內(nèi)部系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（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(bǔ)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(diǎn)輸出能量高，焊材的每一個(gè)單點(diǎn)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(qiáng)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(bǔ)之后致密性差的問(wèn)題，這大大提高了鑄造廠家的修補(bǔ)效率。

3總結(jié)

隨著精密制造業(yè)的發(fā)展以及先進(jìn)焊接技術(shù)的研發(fā)，焊接修復(fù)T藝在模具失效修復(fù)中應(yīng)用廣泛。焊接修復(fù)工藝將向著復(fù)合型和綜合型發(fā)展，從而滿足制造業(yè)對(duì)模具精品化、長(zhǎng)壽化的要求。

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