Cr12MoV模具鋼補(bǔ)焊一直是模具行業(yè)的難題，容易出現(xiàn)再熱裂紋和冷裂紋。傳統(tǒng)的熱焊方法存在焊接工藝復(fù)雜、維護(hù)周期長(zhǎng)、工件或精密部件變形報(bào)廢復(fù)雜等問(wèn)題。本文分析了Cr12MoV以沖壓車間落料模維修為背景，介紹了鋼材的焊接性能，直接在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行Cr12MoV刃口補(bǔ)焊的兩種解決方案客觀比較了解決方案的效果和實(shí)用性。
隨著我國(guó)汽車產(chǎn)量的增加、生產(chǎn)節(jié)奏的加快和效率的提高，生產(chǎn)線上的模具必須保證產(chǎn)品尺寸的穩(wěn)定性、可靠性和規(guī)定的使用壽命，這對(duì)汽車模具制造提出了更高的要求。模具材料行業(yè)是模具制造業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。模具材料隨著技術(shù)的引進(jìn)和改進(jìn)而迅速發(fā)展。其中Cr12MoV由于模具鋼具有良好的淬火性能，熱處理后具有較高的硬度、耐磨性和抗壓強(qiáng)度。常用于制造截面大、形狀復(fù)雜、沖擊載荷大的沖裁模具。其物理性能見表1。沖裁模具中，Cr12MoV鋼的失效形式主要是刃口磨損開裂，容易導(dǎo)致鋼板毛刺、塌陷甚至開裂，必須修復(fù)。但Cr12MoV鋼材焊接性能差，特別是在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)條件下的緊急補(bǔ)焊維護(hù)中，容易開裂剝離，這是模具行業(yè)難以解決的問(wèn)題。
Cr12MoV鋼焊接分析
Cr12MoV鋼的碳當(dāng)量CE=3.8%~4.4%是典型的難焊材料，常出現(xiàn)焊接裂紋，主要表現(xiàn)如下。
1. 再熱裂紋。熔合區(qū)和熱影響區(qū)的粗晶區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)重復(fù)加熱過(guò)程中產(chǎn)生的裂紋，具有晶間斷裂的特點(diǎn)Cr12MoV鉻、鉬、釩等合金元素在組織中形成碳化物，具有沉淀強(qiáng)化作用，提高淬火強(qiáng)度，但也增加了再熱裂紋的趨勢(shì)。
2. 冷裂紋。冷卻馬氏體轉(zhuǎn)換溫度(200~3000 ℃)焊接后一段時(shí)間出現(xiàn)以下裂紋，多發(fā)生在熱影響區(qū)。
Cr12MoV一方面，鋼焊有冷裂紋Cr12MoV鋼中C和Cr含量高，馬氏體轉(zhuǎn)化點(diǎn)低，淬火傾向大，淬火高，形成脆硬馬氏體;晶格缺陷會(huì)導(dǎo)致淬火脆性冷裂紋。
另一方面，無(wú)處不在的氫元素在焊縫金屬中溶解和擴(kuò)散，熱影響區(qū)的氫元素動(dòng)態(tài)過(guò)程，產(chǎn)生氫裂紋。
Cr12MoV鋼常規(guī)補(bǔ)焊工藝
目前常規(guī)的補(bǔ)焊工藝是熱焊法，采用與母材成分相似或熔合性好的焊條R317、LKE-7、GRIDUR61和CARBO-6W使用前必須經(jīng)過(guò)200~3500 ℃烘焙30～60 min，保持焊條干燥，減少氫源。
焊接前，清除母材表面的油污、裂紋、氣孔、夾渣等焊接缺陷，要求缺口和坡口形狀盡可能對(duì)稱，防止焊縫密集分布，避免應(yīng)力集中。
Cr12MoV將母材預(yù)熱到300~400 ℃，焊接時(shí)注意控制層間溫度，中間停止焊接時(shí)立即保溫。為了降低母材的稀釋率，盡量使用較低的電流和短弧焊，每個(gè)焊度不超過(guò)50 mm，焊條的擺動(dòng)幅度不得超過(guò)焊條直徑的1.5倍。
焊接后敲擊去應(yīng)力。母材熱冷，室溫去除焊渣。
嚴(yán)格按照常規(guī)焊接工藝進(jìn)行Cr12MoV鋼補(bǔ)焊，可獲得較好的焊接接頭。然而，就目前的生產(chǎn)情況而言，該工藝仍存在以下問(wèn)題：工藝復(fù)雜，維護(hù)不便;從焊前爐預(yù)熱到焊后保溫爐冷卻，整個(gè)工藝周期過(guò)長(zhǎng)，嚴(yán)重影響大規(guī)模生產(chǎn)模具的維護(hù)進(jìn)度;爐預(yù)熱和爐冷往往導(dǎo)致零件變形、二次加工甚至報(bào)廢。
落料模Cr12MoV鑲塊的質(zhì)量和技術(shù)要求
落料模在生產(chǎn)過(guò)程中一直處于高頻沖裁狀態(tài)，其承載載荷變化非常復(fù)雜，尤其是剪邊鑲塊刃口，工作時(shí)承受高沖擊載荷，每個(gè)工作周期都是短時(shí)間承載，無(wú)載荷時(shí)間長(zhǎng)，擠壓力大，摩擦力大，瞬時(shí)沖擊力大，工作條件差。因此，采用剪邊鑲塊Cr12MoV其化學(xué)成分見表2。
為改善Cr12MoV碳化物不均勻，鍛造坯料，球化退火。
加工鉆孔后，在精加工前進(jìn)行熱處理。采用一次硬化處理方法，即二次預(yù)熱，1000~1050，以保證其高硬度和高韌性 ℃中溫淬火，200 ℃具體工藝見圖1。從熱處理后的金相組織(見圖2)可以看出，其基體為回火馬氏體和少量殘余奧氏體，共晶碳化物，白色細(xì)顆粒為二次碳化物。
后，在模具上安裝鑲塊，用鉆銷釘孔2D精加工直至所需尺寸(見圖3)。要求鑲塊硬度HRC58~62，淬硬層深度不小于3.0mm，達(dá)到表面粗糙度Ra0.16mm。
模具上直接補(bǔ)焊的解決方案
我們可以從前面的分析中得到啟示：解決問(wèn)題Cr12MoV補(bǔ)焊再熱裂紋和冷裂紋的關(guān)鍵是解決補(bǔ)焊過(guò)程中的熱影響問(wèn)題。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和模具可直接匹配Cr12MoV鑲塊補(bǔ)焊。
通過(guò)研究和實(shí)踐，筆者提出直接在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行兩種模具Cr12MoV不需要爐內(nèi)預(yù)熱和后熱。以下是兩種現(xiàn)場(chǎng)焊接方案，與傳統(tǒng)焊接工藝進(jìn)行比較。
1. 方案1：常溫下精密補(bǔ)焊
第yi個(gè)解決方案是控制焊接電流產(chǎn)生的熱量。
選用設(shè)備：SH-01高精度冷焊機(jī);焊絲：SKD-11(0.3mm)激光焊絲;焊接電流：3A。
原理：精密補(bǔ)焊主要通過(guò)設(shè)備充電，10-3~10-10 s周期，10-6~10-5 s等離子熔融金屬通過(guò)冶金過(guò)渡到工件表面，與母材產(chǎn)生合金作用，向工件內(nèi)部擴(kuò)散熔化。
焊接工藝0~35050℃下烘焙1h，并保持溫度，隨用隨取;清潔母材表面，去除油污，拋光開裂或缺陷，無(wú)預(yù)熱;脈沖點(diǎn)焊修復(fù)坡口，可連續(xù)焊接;焊接后，用風(fēng)扇直接吹，強(qiáng)制空冷，無(wú)需敲擊焊接部位的應(yīng)力;室溫后，清除渣，拋光焊接部位。焊接部位硬度可達(dá)HRC58～60。
優(yōu)點(diǎn)：該方案具有較高的焊接精度，控制電弧電流和時(shí)間，克服焊接過(guò)程對(duì)工件的影響，確保輸入能量?jī)H用于焊絲與工件之間的熔合，熱影響面積小，焊縫粘合度高，特別適合2.0mm焊接設(shè)備體積小，重量輕，移動(dòng)方便，現(xiàn)場(chǎng)模具可直接補(bǔ)焊。
缺點(diǎn):需要引進(jìn)高精度冷焊機(jī)和專用焊絲，增加投資。
2. 方案二:模擬常規(guī)熱處理環(huán)境下氬弧焊
第二種解決方案是將其轉(zhuǎn)化為零，控制熱影響區(qū)。
選用設(shè)備：TSP-300氬弧焊機(jī)，乙炔火炬;焊絲:MH-115T(1.6mm);焊接電流：70~90 A。
原理：將補(bǔ)焊區(qū)域化為零，局部模擬傳統(tǒng)補(bǔ)焊工藝的熱處理環(huán)境，實(shí)施補(bǔ)焊。
焊接工藝0~35050℃下烘焙30～60min ，保持溫度，隨用隨取;清潔母材表面，去除油污，打磨開裂或缺陷;用乙炔火炬將焊接部位局部加熱至250℃開始左右補(bǔ)焊:電壓20~26 V，焊絲與焊接面成45°，行進(jìn)方向90°～80°，短弧操作，焊點(diǎn)的開始和終端在分層交錯(cuò)焊接時(shí)不能平整，每次焊長(zhǎng)不得超過(guò)7.0mm;焊接后，立即用乙炔火炬加熱焊道及周邊區(qū)域，保持200~300的溫度℃，30 s溫度逐漸下降后，總保溫時(shí)間可控制在1min內(nèi)部;敲擊焊接部位，消除應(yīng)力集中; 室溫后，清渣，打磨焊接部位。焊接部位的硬度可以達(dá)到HRC 56～60。焊接部位的硬度可以達(dá)到HRC 56～60。
優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需增加專項(xiàng)投資;適用于>2.0mm缺口補(bǔ)焊;現(xiàn)場(chǎng)模具可直接補(bǔ)焊。
缺點(diǎn)：焊工技術(shù)要求高，氬弧焊和乙炔焊經(jīng)驗(yàn)豐富。
應(yīng)用案例:2009年8月，我廠沖壓車間有一套落料直剪模Cr12MoV鑲塊多處塌刃，導(dǎo)致鋼板毛刺，影響激光拼接質(zhì)量，急需維修。按常規(guī)工藝修理大約需要40個(gè)h。按照方案二維修，只用8h操作完成后，模具正常使用。
3. Cr12MoV比較焊接方案
本文介紹了兩種補(bǔ)焊方案和傳統(tǒng)方案Cr12MoV與焊接工藝相比，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需爐內(nèi)預(yù)熱和焊后熱處理，避免長(zhǎng)期高溫加熱造成的工件變形報(bào)廢;可直接滿足現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)需要，節(jié)省大量維護(hù)時(shí)間，避免長(zhǎng)期停機(jī)，這對(duì)于使用頻率高、流水線作業(yè)的落料模維護(hù)具有重要意義。
就這兩種方案而言，精密焊接精度高，熱影響小，無(wú)榻榻、變形、咬邊等。焊接效果略好于方案2，操作更方便。但方案2的改進(jìn)工藝具有修復(fù)速度快的特點(diǎn)，焊接效果足以滿足生產(chǎn)需要。此外，方案2對(duì)焊接設(shè)備沒(méi)有特殊要求，應(yīng)用范圍更廣，供各車間參考。
結(jié)語(yǔ)
Cr12MoV鋼焊性能差，焊接時(shí)和焊接后容易出現(xiàn)再熱裂紋和冷裂紋;在室溫下引入精密焊接設(shè)備Cr12MoV鑲塊直接焊補(bǔ)，精度高，熱影響小，焊縫結(jié)合度高。改進(jìn)焊接工藝，采用專用焊絲，氬弧焊Cr12MoV鑲塊直接焊補(bǔ)，焊接效果滿足生產(chǎn)需要，應(yīng)用廣泛。
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