浅析铸造模具钢焊接修复工艺

韩丹

【摘 要】目前我国的铸造业的生产规模，铸件的产品种，都已经处于世界前列。雄厚的工业基础为众多行业提供了大量的铸件（毛坯和零件）。近年来，我国的铸造工业已进入到厂点多、产大、门类齐全的世界铸造大国行列，同时我国铸件出口增长较快。出口产品也由简单件进展到要求较高的形状复杂的铸件。但与美、日、德、法等铸造强国相比，还有相当的差距。模具钢在工业产品制造过程中应用广泛。模具在使用过程中，由于所处恶劣工作条件产生各种缺陷而失效，本文对模具钢的失效形式分析，介绍了电弧堆焊、热喷焊、激光填丝焊、复合焊接技术等几种模具焊接修复工艺。

【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、汽车等行业中起着越来越重要的地位。用模具生产的零部件具有精度高、复杂程度高、一致性高、生产率高、消耗低的优点。一个国家制造业水平高低可以用模具生产技术的水平高低来衡量。国外模具钢加工制造技术较先进，工业发达国家的模具钢种类齐全，向制品化、精品化、高合金化、优质化、低级材料强化以及增加模具材料种类的方向发展，模具钢的系统性和标准日趋完善。而我国模具钢在生产质量和生产技术方面虽然有一定发展，但是与发达国家相比仍有不小的差距。中国模具产值平均每年递增20%，但是部分高档模具仍靠国外进口。模具在服役过程中，工作环境常为高温高压等恶劣条件，受到磨擦、挤压、交变应力，出现模具失效现象，造成浪费。模具再造修复成为减少浪费关键。

1模具钢分类及其失效形式

1.1模具钢分

模具钢是一种用来制造热锻模、压铸模、挤压模、冷冲模的钢种，主要分为热作模具钢、冷作模具钢、塑料模具钢三大类。热作模具钢主要用于制造锤锻模、热挤压模、压铸模等在高温条件下压制成型的模具。热作模具钢炭含量低，常添加W、Mo、Cr、V等合金元素用于提高材料的耐磨性、红硬性，用于高温条件下;冷作模具钢主要用于制造冷冲压模具、冷拉伸模具、冷墩模具、冷挤压模具、辊压膜具等室温下成型的模具。冷作模具钢碳含量高，硬度高，用于在高硬度状态下工作;塑料模具钢属于热作模具材料的一种。

1.2模具钢失效形式

模具在服役过程中，由于受力部位、受力大小、受力方向不同，冷热交替变化影响，或操作方法不正确，导致模具表面出现不同程度和形式的损伤，使模具存在缺陷。在模具使用过程中，当生产出来的产品不合格时可认为模具失效。模具失效包括塑性变形、磨损、热疲劳、冷热疲劳、断裂以及开裂，除冷热疲劳外的四种失效形式常见于冷作模具和热作模具上热作模具还会发生冷热疲劳、塌陷和热浸蚀等失效形式。塑料模具的失效形式主要有表面磨损、断裂和变形，主要表现在尺寸、形状、功能等方面。铸造模具缺分为可消除和不可消除两种。铸造過程中有些缺陷是不可消除的，如由于疏松导致的铸件致密度低和残余应力是不可消除的;而铸造过程中产生的气孔、缩孔缩松、砂眼、缺肉、裂纹以及在后续加工过程中出现的尺寸超差、局部损伤、磨损及缺损而造成的尺寸不合格等缺陷是可以修复的。由于模具制造成本很高，在模具失效后根据失效情况对模具进行修复，可以延长模具使用寿命，降低生产成本。经相关研究表明，利用焊接技术对模具进行修复具有周期短、成本低、质量稳定、适用范围广等优点。

2模具钢焊接修复工艺

焊接技术操作灵活、适用范围广，已经得到了广泛认可。随着科技的发展，各种先进的焊接技术已经用于失效模具的修复。

2.1电弧堆焊

堆焊是模具修复中常用的修复手法，指将填充金属熔敷在模具表面，以获得特定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、裂纹以及模具表面的冲刷、磨损等失效形式，但不适合修复模具微小热疲劳裂纹及轻微开裂。堆焊包括手工电弧堆焊、钨极氩弧焊、等离子弧堆焊等。

（1）手工电弧堆焊设备简单，操作灵活，适用于绝大多数生产环境，特别是模具现场即时修复，同时也适用于破坏严重模具的大面积大深度焊补。但是该修补方法生产效率低、焊接接头质量差别大，焊接热影响区宽，焊缝内存在残余应力较高，易产生焊缝缺陷。在实际应用中需注意焊接材料、焊接方法和工艺的选择。

（2）钨极氩弧焊有较好的气体保护，焊缝美观，金属喷溅少，适用于修复质量及性能高的形状复杂的小型热作模具，但是由于其熔敷速度很低，导致修复速率低。

（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形式。等离子弧堆焊能够减少模具失效变形和断裂可能性，具有生产率高，成形好的特点。

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.

（作者单位：保定市保胜车架有限公司）