CN106925940A - 一种挤压模具的焊接修复工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种挤压模具的焊接修复工艺，包括以下步骤：(1)首先对废弃模具进行失效分析，对失效部位进行线切割与观察分析，确定失效形式。(2)针对不同的缺陷选择不同的焊接修复原则。(3)针对上述工作带的缺陷形式选择合适的焊接方法。(4)对焊接后的组织进行理化性能分析。(5)对焊接完成的工作进行加工与后处理。(6)对修复后的模具进行试模及现场的实际挤压，探究模具实际的挤压情况，分析挤压结果，再进行修复。本发明采用电脉冲低温焊接新技术进行修复，基体表层内部会产生强固的元素扩散层，呈现出高结合性，不会脱落，工件修复效率高，后期处理便捷。
Description
【技术领域】
本发明涉及废弃模具修复再造技术领域，特别涉及一种挤压模具的焊接修复工艺。
【背景技术】
近年来，在世界范围内制造业的竞争变得越来越激烈，企业在尽可能短的时间内高效率，低消耗的为顾客提供个性化高品质产品的能力，已成为企业竞争能力的一个标志。通过模具再制造技术，使某些局部失效或尺寸超差报废的铝型材工模具可“废物利用”、“旧件复活”，可以节省昂贵的H13特殊热作模具钢，实际快速制模，延长模具的使用寿命，符合绿色制造理念，其中焊接修复是模具再制造最关键的技术手段。
挤压模在高温、高压下连续工作(模具温度450℃-500℃，型材温度480℃-520℃，挤压筒380℃-420℃)，工作条件恶劣，寿命短，消耗大，通常发生的失效形式包括崩裂、磨损、塌陷、龟裂等。一般的模具焊接修复方式主要是用电焊、弧焊、激光焊等，随着用户外观要求不断提高，电焊、弧焊已经很难达到模具维修要求，电焊、弧焊之后产生的咬边、气孔、水纹等次生影响使得模具维修的工作难度不断加大。它们都需要焊前预热和焊后保温，目的是减小修复焊后的冷却速度，避免产生淬硬组织，减小焊接应力及变形，防止产生裂纹。这会增加焊接修复的时间，降低修复效率。此外，手工电弧焊的的焊接工艺参数不稳定时，会造成修复部位的化学成分和性能发生波动，不易获得表面均匀的修复层。钨极氩弧焊的金属熔敷率较低，不适用于大批量的修复及生产。激光焊补效果能达到要求，但实际运用当中又有不少弊端，比如说焊补效率低，焊补强度低等，而且激光焊的价格也是非常的昂贵。
【发明内容】
有鉴于此，为克服现有技术的不足，本发明提供一种挤压模具的焊接修复工艺，采用电脉冲低温焊接新技术进行修复，在电弧高温作用下，基体表层内部会产生强固的元素扩散层，呈现出高结合性，不会脱落，工件修复效率高，后期处理便捷。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种挤压模具的焊接修复工艺，包括以下步骤：
(1)首先对废弃模具进行失效分析，确定是何种失效形式，先从宏观上进行观察，确定失效位置与失效面积，再对失效部位进行线切割，对其显微组织进行观察分析，确定失效形式。
(2)针对不同的缺陷选择不同的焊接修复原则，对于一些刃口非常小的磨损，可以选择工作带局部修复，而对于比较大的磨损、崩裂和塌陷等缺陷，则需要进行整体修复。
(3)针对上述工作带的缺陷形式选择合适的焊接方法，在此处焊接方法主要选择有CMT焊接和电脉冲低温焊接两种。
(4)对焊接后的组织进行理化性能分析，观察金相及显微组织，测量焊缝的硬度及焊缝周边的残余应力等，对焊接修复后的模具进行摩擦磨损的实验，检查焊接缺陷产生的原因。
(5)对焊接完成的工作进行加工与后处理，主要是线切割出合适的尺寸，并进行打磨抛光，使其满足实际生产所需的尺寸。
(6)对修复后的模具进行试模及现场的实际挤压，将挤压结果与焊后的组织分析相结合，对焊接的参数进行修改，从而得到合适的焊接参数对模具进行修复。
进一步，在上述步骤(2)中，对于一些刃口非常小的磨损，可以选择工作带局部修复，用相对比较细的8407或H13钢焊丝；而对于比较大的磨损、崩裂和塌陷等缺陷，先将缺陷处进行打磨，再进行整体的堆焊，堆焊完成后线切割出工作带的形状。
较佳的，在上述步骤(3)中，如果工作带缺陷比较规则，并且修复的模具数量比较多，可以选择CMT机器人自动焊接，采用奥地利福尼斯公司的CMT5000系列焊机，根据缺陷的大小选择合适的送丝速度与焊接参数。
在上述步骤(3)中，如果工作带缺陷不规则，修复的模具数量不算太大，可以选择电脉冲低温焊接技术，可选用上海朗现公司出品的LOXO-HRWS-3250多功能全数字智能精密补焊机进行手工焊接，再根据工作带的形状和尺寸选择合适的焊接电流和脉冲放电时间。
对步骤(6)中修复后模具的挤压结果进行分析，并反馈至步骤(1)，以便于后期制作焊接修复技术标准。
在步骤(1)中，模具在挤压的过程中会发生各种不同的失效形式，主要分为磨损、塑性变形和开裂三大类。对于磨损失效，主要在模具的工作带会产生划痕，有微裂的裂纹源。对于塑性变形失效，主要是热循环时温度变化大，应力大，突破屈服极限，而产生塑性变形。对于开裂失效，主要是悬壁等部位，由于热积累过大，会产生应力集中，而导致开裂。
对于不同种的缺陷，我们需要具体情况具体分析，先针对不同的缺陷进行金相分析，然后选择不同的工艺参数来进行再制造修复。如刃口一些小的磨损，可以用非常细的填丝进行修复；比较大的塑性变形，可以进行大面积的堆焊，然后切割后得到相应形状等。
上述步骤(3)中所述的电脉冲低温焊接新技术，其原理是以在几秒的周期内以几十毫秒的超短时间放电。电极材料与模具接触部位会被加热到8000-10000摄氏度，等离子化状态的熔融金属以冶金的方式过渡到工件的表面。由于与母材之间产生了合金化作用，向工件内部扩散，熔渗，形成了扩散层，得到了高强度的结合。由于钨极放电时间与下一次放电间隔时间相比十分短，冷焊机有充足的相对静止时间，修复区域的局部热量会通过工件基体传导到外界，因此工件的修复区域不会有大量的热集聚。虽然工件基体的温度几乎停留在室温，可是由于瞬间熔融的原因，钨极顶端处的温度仍可以达到很高。修复材料瞬间生成金属熔滴，与基体金属结合在一起，同时由于电弧的高温作用，基体表层内部就会产生强固的元素扩散层，呈现出高结合性，不会脱落，工件修复后只需经过很少的后期处理，便可到达使用要求。
本发明工艺的创新点：
(1)需修补的模具工作带断面采用成形砂轮打成锯齿状，加大焊接接触面，增加焊接牢固度。
(2)采用特殊试剂碳污清洗剂对打磨处进行高效去污去油，降低焊接气泡。
(3)采用工业PLC系统及变频技术，实现起弧电流、焊丝直往、氮气保护三者自动调节，保证了三者之间最佳配比，消除人为因素操作误差，保证了产品质量。
(4)采用变频风扇，制造焊接微环境恒温，恒流保证焊接后产生与基体组织相同的四煀氏体增加焊接紧密度。
本发明的有益效果是，相比于目前采用的手工电弧焊和氩弧焊等修复精度低，修复过程中热输入量大，容易造成零部件的热变形，且焊接后对硬度有较大影响。本发明的电脉冲低温焊接采用断续的高能电脉冲，在电极和工件之间形成瞬时电弧，使修补材料和工件迅速熔结在一起，达到冶金结合。此方法是近几年的最新技术，焊补精度高、焊补后硬度显著提高、焊补冲击小、热影响区小、结合强度高、操作工艺简单、变形量小，具有很好的先进性。
技术效果体现在：
(1)使用寿命提高1倍，由当前翻新模具寿命由初始模具寿命33％提高到66％，节约模具材料30％以上；
(2)模具修复焊接合格率从60％提高到99％；
(3)模具挤压工作带的硬度由普通氩弧焊修复后的HRC46上升到冷焊修复后的HRC52。
经济效益体现在：
(1)加工一副新模具成本1700元，寿命为3600支，而目前焊接修复一副模具成本260元，寿命为1200支。通过开发先进的焊接修复技术，使当前翻新模具寿命由初始模具寿命的33％提高到66％，即2400支型材，预期年修复废弃模具6000副，则可节省模具材料使用成本500万元。
(2)通过焊接修复技术，使得废弃的模具材料能够循环利用，减少模具材料的使用，避免资源的浪费，可以节省大量能源，减少排放。将此焊接修复技术大范围推广应用，可大幅节约成本，效益可观。
【具体实施方式】
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种挤压模具的焊接修复工艺，包括以下步骤：
(1)首先对废弃模具进行失效分析，确定是何种失效形式，先从宏观上进行观察，确定失效位置与失效面积，再对失效部位进行线切割，对其显微组织进行观察分析，确定失效形式。
(2)针对不同的缺陷选择不同的焊接修复原则，对于一些刃口非常小的磨损，可以选择工作带局部修复，而对于比较大的磨损、崩裂和塌陷等缺陷，则需要进行整体修复。
(3)针对上述工作带的缺陷形式选择合适的焊接方法，在此处焊接方法主要选择有CMT焊接和电脉冲低温焊接两种。
(4)对焊接后的组织进行理化性能分析，观察金相及显微组织，测量焊缝的硬度及焊缝周边的残余应力等，对焊接修复后的模具进行摩擦磨损的实验，检查焊接缺陷产生的原因。
(5)对焊接完成的工作进行加工与后处理，主要是线切割出合适的尺寸，并进行打磨抛光，使其满足实际生产所需的尺寸。
(6)对修复后的模具进行试模及现场的实际挤压，将挤压结果与焊后的组织分析相结合，对焊接的参数进行修改，从而得到合适的焊接参数对模具进行修复。
在步骤(1)中，模具在挤压的过程中会发生各种不同的失效形式，主要分为磨损、塑性变形和开裂三大类。对于磨损失效，主要在模具的工作带会产生划痕，有微裂的裂纹源。对于塑性变形失效，主要是热循环时温度变化大，应力大，突破屈服极限，而产生塑性变形。对于开裂失效，主要是悬壁等部位，由于热积累过大，会产生应力集中，而导致开裂。
对于不同种的缺陷，我们需要具体情况具体分析，先针对不同的缺陷进行金相分析，然后选择不同的工艺参数来进行再制造修复。如刃口一些小的磨损，可以用非常细的填丝进行修复；比较大的塑性变形，可以进行大面积的堆焊，然后切割后得到相应形状等。
进一步，在上述步骤(2)中，对于一些刃口非常小的磨损，可以选择工作带局部修复，用相对比较细的8407或H13钢焊丝；而对于比较大的磨损、崩裂和塌陷等缺陷，先将缺陷处进行打磨，再进行整体的堆焊，堆焊完成后线切割出工作带的形状。
在上述步骤(3)中，如果工作带缺陷比较规则，并且修复的模具数量比较多，可以选择CMT机器人自动焊接，采用奥地利福尼斯公司的CMT5000系列焊机，根据缺陷的大小选择合适的送丝速度与焊接参数。
在上述步骤(3)中，如果工作带缺陷不规则，修复的模具数量不算太大，可以选择电脉冲低温焊接技术，可选用上海朗现公司出品的LOXO-HRWS-3250多功能全数字智能精密补焊机进行手工焊接，再根据工作带的形状和尺寸选择合适的焊接电流和脉冲放电时间。
其中，上述电脉冲低温焊接技术其原理是以在几秒的周期内以几十毫秒的超短时间放电。电极材料与模具接触部位会被加热到8000-10000摄氏度，等离子化状态的熔融金属以冶金的方式过渡到工件的表面。由于与母材之间产生了合金化作用，向工件内部扩散，熔渗，形成了扩散层，得到了高强度的结合。由于钨极放电时间与下一次放电间隔时间相比十分短，冷焊机有充足的相对静止时间，修复区域的局部热量会通过工件基体传导到外界，因此工件的修复区域不会有大量的热集聚。虽然工件基体的温度几乎停留在室温，可是由于瞬间熔融的原因，钨极顶端处的温度仍可以达到很高。修复材料瞬间生成金属熔滴，与基体金属结合在一起，同时由于电弧的高温作用，基体表层内部就会产生强固的元素扩散层，呈现出高结合性，不会脱落，工件修复后只需经过很少的后期处理，便可到达使用要求。
本发明对于需修补的模具工作带断面采用成形砂轮打成锯齿状，加大焊接接触面，增加焊接牢固度。采用特殊试剂碳污清洗剂对打磨处进行高效去污去油，降低焊接气泡。采用工业PLC系统及变频技术，实现起弧电流、焊丝直往、氮气保护三者自动调节，保证了三者之间最佳配比，消除人为因素操作误差，保证了产品质量。采用变频风扇，制造焊接微环境恒温，恒流保证焊接后产生与基体组织相同的四煀氏体增加焊接紧密度。
本发明相比于目前采用的手工电弧焊和氩弧焊等修复精度低，修复过程中热输入量大，容易造成零部件的热变形，且焊接后对硬度有较大影响。本发明的电脉冲低温焊接采用断续的高能电脉冲，在电极和工件之间形成瞬时电弧，使修补材料和工件迅速熔结在一起，达到冶金结合。此方法是近几年的最新技术，焊补精度高、焊补后硬度显著提高、焊补冲击小、热影响区小、结合强度高、操作工艺简单、变形量小，具有很好的先进性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种挤压模具的焊接修复工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)首先对废弃模具进行失效分析，确定是何种失效形式，先从宏观上进行观察，确定失效位置与失效面积，再对失效部位进行线切割，对其显微组织进行观察分析，确定失效形式；
(2)针对不同的缺陷选择不同的焊接修复原则，对于一些刃口非常小的磨损，可以选择工作带局部修复，而对于比较大的磨损、崩裂和塌陷等缺陷，则需要进行整体修复；
(3)针对上述工作带的缺陷形式选择合适的焊接方法，在此处焊接方法主要选择有CMT焊接和电脉冲低温焊接两种；
(4)对焊接后的组织进行理化性能分析，观察金相及显微组织，测量焊缝的硬度及焊缝周边的残余应力等，对焊接修复后的模具进行摩擦磨损的实验，检查焊接缺陷产生的原因；
(5)对焊接完成的工作进行加工与后处理，主要是线切割出合适的尺寸，并进行打磨抛光，使其满足实际生产所需的尺寸；
(6)对修复后的模具进行试模及现场的实际挤压，将挤压结果与焊后的组织分析相结合，对焊接的参数进行修改，从而得到合适的焊接参数对模具进行修复。
2.根据权利要求1所述的一种挤压模具的焊接修复工艺，其特征在于，在上述步骤(2)中，对于一些刃口非常小的磨损，可以选择工作带局部修复，用相对比较细的8407或H13钢焊丝；而对于比较大的磨损、崩裂和塌陷等缺陷，先将缺陷处进行打磨，再进行整体的堆焊，堆焊完成后线切割出工作带的形状。
3.根据权利要求1所述的一种挤压模具的焊接修复工艺，其特征在于，在上述步骤(3)中，如果工作带缺陷比较规则，并且修复的模具数量比较多，可以选择CMT机器人自动焊接，根据缺陷的大小选择合适的送丝速度与焊接参数。
4.根据权利要求1所述的一种挤压模具的焊接修复工艺，其特征在于，在上述步骤(3)中，如果工作带缺陷不规则，修复的模具数量不算太大，可以选择电脉冲低温焊接技术，再根据工作带的形状和尺寸选择合适的焊接电流和脉冲放电时间。
5.根据权利要求1所述的一种挤压模具的焊接修复工艺，其特征在于，对步骤(6)中修复后模具的挤压结果进行分析，并反馈至步骤(1)，以便于后期制作焊接修复技术标准。
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