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浩凯文章

模具钢Cr12MoV刃口现场补焊

时间:2024-08-09来源:苏州不锈钢 作者:SUS440C点击:0
  

  

  Cr12MoV模具钢补焊一直是模具行业的难题,容易出现再热裂纹和冷裂纹。传统的热焊方法存在焊接工艺复杂、维护周期长、工件或精密部件变形报废复杂等问题。本文分析了Cr12MoV以冲压车间落料模维修为背景,介绍了钢材的焊接性能,直接在生产现场进行Cr12MoV刃口补焊的两种解决方案客观比较了解决方案的效果和实用性。

  随着我国汽车产量的增加、生产节奏的加快和效率的提高,生产线上的模具必须保证产品尺寸的稳定性、可靠性和规定的使用寿命,这对汽车模具制造提出了更高的要求。模具材料行业是模具制造业发展的基础。模具材料随着技术的引进和改进而迅速发展。其中Cr12MoV由于模具钢具有良好的淬火性能,热处理后具有较高的硬度、耐磨性和抗压强度。常用于制造截面大、形状复杂、冲击载荷大的冲裁模具。其物理性能见表1。冲裁模具中,Cr12MoV钢的失效形式主要是刃口磨损开裂,容易导致钢板毛刺、塌陷甚至开裂,必须修复。但Cr12MoV钢材焊接性能差,特别是在生产现场条件下的紧急补焊维护中,容易开裂剥离,这是模具行业难以解决的问题。

  Cr12MoV钢焊接分析

  Cr12MoV钢的碳当量CE=3.8%~4.4%是典型的难焊材料,常出现焊接裂纹,主要表现如下。

  1. 再热裂纹。熔合区和热影响区的粗晶区经常出现重复加热过程中产生的裂纹,具有晶间断裂的特点Cr12MoV铬、钼、钒等合金元素在组织中形成碳化物,具有沉淀强化作用,提高淬火强度,但也增加了再热裂纹的趋势。

  2. 冷裂纹。冷却马氏体转换温度(200~3000 ℃)焊接后一段时间出现以下裂纹,多发生在热影响区。

  Cr12MoV一方面,钢焊有冷裂纹Cr12MoV钢中C和Cr含量高,马氏体转化点低,淬火倾向大,淬火高,形成脆硬马氏体;晶格缺陷会导致淬火脆性冷裂纹。

  另一方面,无处不在的氢元素在焊缝金属中溶解和扩散,热影响区的氢元素动态过程,产生氢裂纹。

  Cr12MoV钢常规补焊工艺

  目前常规的补焊工艺是热焊法,采用与母材成分相似或熔合性好的焊条R317、LKE-7、GRIDUR61和CARBO-6W使用前必须经过200~3500 ℃烘焙30~60 min,保持焊条干燥,减少氢源。

  焊接前,清除母材表面的油污、裂纹、气孔、夹渣等焊接缺陷,要求缺口和坡口形状尽可能对称,防止焊缝密集分布,避免应力集中。

  Cr12MoV将母材预热到300~400 ℃,焊接时注意控制层间温度,中间停止焊接时立即保温。为了降低母材的稀释率,尽量使用较低的电流和短弧焊,每个焊度不超过50 mm,焊条的摆动幅度不得超过焊条直径的1.5倍。

  焊接后敲击去应力。母材热冷,室温去除焊渣。

  严格按照常规焊接工艺进行Cr12MoV钢补焊,可获得较好的焊接接头。然而,就目前的生产情况而言,该工艺仍存在以下问题:工艺复杂,维护不便;从焊前炉预热到焊后保温炉冷却,整个工艺周期过长,严重影响大规模生产模具的维护进度;炉预热和炉冷往往导致零件变形、二次加工甚至报废。

  落料模Cr12MoV镶块的质量和技术要求

  落料模在生产过程中一直处于高频冲裁状态,其承载载荷变化非常复杂,尤其是剪边镶块刃口,工作时承受高冲击载荷,每个工作周期都是短时间承载,无载荷时间长,挤压力大,摩擦力大,瞬时冲击力大,工作条件差。因此,采用剪边镶块Cr12MoV其化学成分见表2。

  为改善Cr12MoV碳化物不均匀,锻造坯料,球化退火。

  加工钻孔后,在精加工前进行热处理。采用一次硬化处理方法,即二次预热,1000~1050,以保证其高硬度和高韧性 ℃中温淬火,200 ℃具体工艺见图1。从热处理后的金相组织(见图2)可以看出,其基体为回火马氏体和少量残余奥氏体,共晶碳化物,白色细颗粒为二次碳化物。

  后,在模具上安装镶块,用钻销钉孔2D精加工直至所需尺寸(见图3)。要求镶块硬度HRC58~62,淬硬层深度不小于3.0mm,达到表面粗糙度Ra0.16mm。

  模具上直接补焊的解决方案

  我们可以从前面的分析中得到启示:解决问题Cr12MoV补焊再热裂纹和冷裂纹的关键是解决补焊过程中的热影响问题。生产现场和模具可直接匹配Cr12MoV镶块补焊。

  通过研究和实践,笔者提出直接在生产现场进行两种模具Cr12MoV不需要炉内预热和后热。以下是两种现场焊接方案,与传统焊接工艺进行比较。

  1. 方案1:常温下精密补焊

  第yi个解决方案是控制焊接电流产生的热量。

  选用设备:SH-01高精度冷焊机;焊丝:SKD-11(0.3mm)激光焊丝;焊接电流:3A。

  原理:精密补焊主要通过设备充电,10-3~10-10 s周期,10-6~10-5 s等离子熔融金属通过冶金过渡到工件表面,与母材产生合金作用,向工件内部扩散熔化。

  焊接工艺0~35050℃下烘焙1h,并保持温度,随用随取;清洁母材表面,去除油污,抛光开裂或缺陷,无预热;脉冲点焊修复坡口,可连续焊接;焊接后,用风扇直接吹,强制空冷,无需敲击焊接部位的应力;室温后,清除渣,抛光焊接部位。焊接部位硬度可达HRC58~60。

  优点:该方案具有较高的焊接精度,控制电弧电流和时间,克服焊接过程对工件的影响,确保输入能量仅用于焊丝与工件之间的熔合,热影响面积小,焊缝粘合度高,特别适合2.0mm焊接设备体积小,重量轻,移动方便,现场模具可直接补焊。

  缺点:需要引进高精度冷焊机和专用焊丝,增加投资。

  2. 方案二:模拟常规热处理环境下氩弧焊

  第二种解决方案是将其转化为零,控制热影响区。

  选用设备:TSP-300氩弧焊机,乙炔火炬;焊丝:MH-115T(1.6mm);焊接电流:70~90 A。

  原理:将补焊区域化为零,局部模拟传统补焊工艺的热处理环境,实施补焊。

  焊接工艺0~35050℃下烘焙30~60min ,保持温度,随用随取;清洁母材表面,去除油污,打磨开裂或缺陷;用乙炔火炬将焊接部位局部加热至250℃开始左右补焊:电压20~26 V,焊丝与焊接面成45°,行进方向90°~80°,短弧操作,焊点的开始和终端在分层交错焊接时不能平整,每次焊长不得超过7.0mm;焊接后,立即用乙炔火炬加热焊道及周边区域,保持200~300的温度℃,30 s温度逐渐下降后,总保温时间可控制在1min内部;敲击焊接部位,消除应力集中; 室温后,清渣,打磨焊接部位。焊接部位的硬度可以达到HRC 56~60。焊接部位的硬度可以达到HRC 56~60。

  优点:无需增加专项投资;适用于>2.0mm缺口补焊;现场模具可直接补焊。

  缺点:焊工技术要求高,氩弧焊和乙炔焊经验丰富。

  应用案例:2009年8月,我厂冲压车间有一套落料直剪模Cr12MoV镶块多处塌刃,导致钢板毛刺,影响激光拼接质量,急需维修。按常规工艺修理大约需要40个h。按照方案二维修,只用8h操作完成后,模具正常使用。

  3. Cr12MoV比较焊接方案

  本文介绍了两种补焊方案和传统方案Cr12MoV与焊接工艺相比,它具有以下优点:无需炉内预热和焊后热处理,避免长期高温加热造成的工件变形报废;可直接满足现场维护需要,节省大量维护时间,避免长期停机,这对于使用频率高、流水线作业的落料模维护具有重要意义。

  就这两种方案而言,精密焊接精度高,热影响小,无榻榻、变形、咬边等。焊接效果略好于方案2,操作更方便。但方案2的改进工艺具有修复速度快的特点,焊接效果足以满足生产需要。此外,方案2对焊接设备没有特殊要求,应用范围更广,供各车间参考。

  结语

  Cr12MoV钢焊性能差,焊接时和焊接后容易出现再热裂纹和冷裂纹;在室温下引入精密焊接设备Cr12MoV镶块直接焊补,精度高,热影响小,焊缝结合度高。改进焊接工艺,采用专用焊丝,氩弧焊Cr12MoV镶块直接焊补,焊接效果满足生产需要,应用广泛。

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