CN108555526B - 一种热作模具裂纹修复装置及修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热作模具裂纹修复装置及修复方法，属于模具裂纹修复领域。该装置包括高温扩散系统、脉冲电流发生系统及模具工装夹具。本发明通过高温加压使得裂纹间隙减小甚至压合，通过组织蠕变和元素扩散愈合裂纹。同时辅助电流可自行有效的检测裂纹萌生及扩展位置，可控的注入能量愈合微裂纹，合适的真空扩散工艺参数获得优良的裂纹修复质量和成功率，此修复方法可以作为热作模具裂纹修复和寿命提升的新方法，具备广泛适用性和环保经济性。
Description
技术领域
本发明属于模具裂纹修复领域，特别是涉及一种热作模具裂纹修复装置及修复方法。
背景技术
热作模具承受着周期加载与冷热温度的变化，产生的热疲劳或者热机械疲劳现象致使热作模具裂纹破坏是主要的失效形式。热作模具的使用寿命由于裂纹的萌生和扩展受到制约，针对裂纹的修复与延长裂纹扩展时间有重要的工程、经济意义。
对于热作模具裂纹修复和延长寿命而言，以往的主要方法有热处理法、表面处理法、裂纹补焊等。如专利CN105252203A，2016-01-20.中提到的使用TIG补焊法旨在修复肉眼可见、尺寸较大的裂纹，焊接产生的残余应力和氧化层还需消除，且零件还需进一步机加工；专利CN104673974A，2015-06-03.主要旨在原材料的准备上，通过控制组织转变提升热作模具的韧性，降低材料裂纹扩展；专利CN104962723A，2015-10-07.是借助微胶囊粘合剂，使用激光冲击强化实现表面组织致密和裂纹修复；专利CN104439887A，2015-03-25.利用的尖端放电理论修复一定尺度的裂纹，但针对大尺寸效果差且焊接出组织变化梯度大，同时其设计装置仅适用于薄板。这些方法容易对热作模具本身产生附加影响，更多的用于表面裂纹的处理而提升使用寿命，不具备广泛适用性和环保经济性。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的是提供一种热作模具裂纹修复装置及修复方法，该方法不仅可以用于表面裂纹的处理而提升使用寿命，且具有广泛适用性和环保经济性。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种热作模具裂纹修复装置，包括高温扩散系统、脉冲电流发生系统及热作模具装夹装置；所述热作模具装夹装置与脉冲电流发生系统相连接，并放置于高温扩散系统中。
进一步的，所述高温扩散系统包括真空系统、加热系统、冷却系统、液压压力机、控制系统及扩散炉体；所述脉冲电流发生系统包括脉冲发生器、放电模块、充电模块、放电采集模块和PLC控制模块；
所述脉冲发生器、放电模块与热作模具装夹装置串联形成放电电路，充电模块与脉冲发生器并联在所述放电电路中，所述放电采集模块连接在所述放电电路的支路上，所述PLC控制模块分别连接放电模块、充电模块和放电采集模块；所述热作模具装夹装置放置于扩散炉体中，正对扩散炉体顶端的液压压力机的中心；所述扩散炉体分别连接真空系统、加热系统、冷却系统和控制系统；所述控制系统分别连接真空系统、加热系统、冷却系统及液压压力机；所述扩散炉体提供密封的环境。
进一步的，所述热作模具装夹装置包括绝缘陶瓷、导电石墨和石墨电极；所述两导电石墨之间固定需要修复的热作模具，且外侧各设置一所述绝缘陶瓷，所述导电石墨上连接有石墨电极；所述热作模具的型面与导电石墨形状互补；绝缘陶瓷两端凸台与液压压力机压头、扩散炉体底座配合定位。
进一步的，所述绝缘陶瓷、导电石墨及石墨电极通过螺栓、螺母固定为一体，所述绝缘陶瓷的螺钉孔之上使用陶瓷片绝缘螺栓所带的电流，所述螺栓的下端压在石墨电极上。
一种热作模具裂纹修复方法，具体步骤如下：
a.通过所述高温扩散系统调控热作模具修复需要的温度及真空度，通过所述液压压力机对热作模具施加压力，并严格控制温度及压力；
b.根据所述热作模具无损探伤的裂纹长度或深度结果确定脉冲电流密度，从而设定所述脉冲电流发生系统的充电电压；
c.通过所述PLC控制模块控制充放电，完成一次放电，液压压力机施加一次压力并保压，完成一次修复循环；
d.每完成数三次循环后，利用无损探伤检测技术检测效果，若裂纹愈合，停止修复循环，否则继续三次循环，直至裂纹愈合。
进一步的，所述步骤a中，真空度应保持在10-2Pa以下，温度T≈0.5Tm，Tm为金属熔点，且温度小于相变温度，升温速度平稳，到达设定温度后保温5-15分钟，初始压力为F＝S*1MPa，S为热作模具与导电石墨的接触面积，单位为m2。
进一步的，所述步骤b中，热作模具存在中心裂纹和表面深度裂纹，中心裂纹方向随机，表面深度裂纹垂直于表面；所述裂纹的方向垂直于压力、电流施加方向，若无损检测到存在与表面深度裂纹垂直的中心裂纹，则必须需要二次装夹，即热作模具旋转90度装夹，再次进行修复循环周期；所述脉冲电流密度的确定方法为：脉冲电流密度应大于裂纹尖端电磁热效应致尖端熔化的临界电流密度，小于使模具整体升温超过相变温度的临界电流密度，方程式为：
其中J脉冲电流密度，为Cp为比热容，ρ为材料电阻率，d为材料密度，ΔT为材料熔点温度减去环境温度，l为无损探伤检测到裂纹长度或深度的最大值，Δθ为相变温度减去环境温度，tp为脉冲时间，单位为国标；初始充电电压V由J*ρ*H决定，H为装夹高度。
进一步的，所述步骤c中，充电完成后，所述PLC控制模块控制耐高压的球隙气缸进行放电；放电后所述液压压力机施加压力，压力值由材料扩散连接的最佳压强值与接触面积之积决定；保压时间由材料应力松弛特性决定，时间长度大于应力松弛的时间长度；严格控制炉内温度在相变温度以下。
进一步的，所述步骤d中，后几次修复循环充电电压比前次增加0.05-0.1倍的初始充电电压，压力比前次增加0.2MPa*接触面积Am2，即表示压强增加0.2MPa。
进一步的，所述步骤a中，到达设定温度后保温15分钟，所述步骤d中，后两次修复循环充电电压比前次增加0.1倍的初始充电电压。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
1、本发明对需要裂纹修复和寿命延升的热作模具在真空高温的环境下实施修复循环，包括施加压力和脉冲电流两种能量递增注入。高压下能够使热作模具内部非垂直于压力方向的裂纹间隙减小甚至压合，真空高温的环境促进了组织的蠕变和元素的扩散。在脉冲电流注入时，针对受压的大尺寸裂纹，瞬间电流会集中在裂纹尖端形成高密度电流场，产生的热效应使材料熔化形成愈合；针对初步愈合大尺寸裂纹、微裂纹和压合的裂纹，脉冲电流形成的定向电磁场降低元素的扩散激活能，显著提高了合金元素的扩散系数，提高扩散连接效率。随后压力的施加进一步给予愈合组织以压应力场促进扩散连接，温度的控制减小愈合部位组织的差距和残余应力。在提升修复效率的同时获得更好的修复质量。
2、在无机加工和二次热处理的情况下实现热作模具裂纹修复和单次修复寿命提升1/2以上，扩散连接造成的尺寸变化小，温度和真空环境的控制极大限度的保证了不对模具组织、性能造成不良影响。
3、两种都是传递性的能量可以自动出现在裂纹或者愈合区域，无需定点辅助，对热作模具日常服役过程中出现的裂纹均可实现修复；压力可以是长尺寸裂纹间隙减小实现更好脉冲电流愈合，电流热效应降低周围材料的屈服促进压力的作用，两种能量相互促进扩散连接，是无污染、高效且优质延长全寿命周期的再制造方法。
4、本发明针对同一种或类似模具批量装夹方便，参数设置简便，可实现批量修复；装置适用于各种金属材料的装夹以通入脉冲电流。
综上所述，本发明可以针对不同材质存在裂纹或服役一段时间的热作模具进行修复处理，适应性广泛，可广泛应用于金属材质模具的寿命提升。
附图说明
图1是热作模具裂纹修复装置示意图；
图2是热作模具装夹装置示意图；
图3是热作模具装夹装置剖面图；
图4是热作模具装夹装置型面受力示意图；
图5是导电石墨、绝缘陶瓷与石墨电极连接示意图；
图6是实施例流程图。
附图标记：A、高温扩散系统；B、脉冲电流发生系统；1、真空系统、2、加热系统；3、冷却系统；4、液压压力机；5、控制系统；6、热作模具装夹装置；7、扩散炉体；8、脉冲发生器；9、放电模块；10、充电模块；11、放电采集模块；12、PLC控制模块；61、绝缘陶瓷；62、导电石墨；63、热作模具；64、石墨电极；65、定位销；66、仿形导电石墨；67、质点；68、投影点；641、陶瓷片；642、螺栓；643、螺母；644、窄螺母。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明一种热作模具裂纹修复装置及修复方法是针对已服役过的存在表面或者内部裂纹，且裂纹最大间隙在40μm范围内的热作模具进行裂纹修复和寿命提升而设计的，热作模具材料为金属材质。
如图1所示，一种热作模具裂纹修复装置，包括高温扩散系统A、脉冲电流发生系统B及热作模具装夹装置6；热作模具装夹装置6与脉冲电流发生系统B相连接，并放置于高温扩散系统A中。高温扩散系统A包括真空系统1、加热系统2、冷却系统3、液压压力机4、控制系统5及扩散炉体7；脉冲电流发生系统B包括脉冲发生器8、放电模块9、充电模块10、放电采集模块11和PLC控制模块12。
其中，脉冲发生器8、放电模块9与热作模具装夹装置6串联形成放电电路，充电模块10与脉冲发生器8并联在放电电路中，放电采集模块11连接在放电电路的支路上，PLC控制模块12分别连接放电模块9、充电模块10和放电采集模块11；热作模具装夹装置6放置于扩散炉体7中，正对扩散炉体7顶端的液压压力机4的中心；扩散炉体7分别连接真空系统1、加热系统2、冷却系统3和控制系统5；控制系统5分别连接真空系统1、加热系统2、冷却系统3及液压压力机4；扩散炉体7提供密封的环境。控制系统5通过单片机的控制信号输出实现对真空系统1、加热系统2、冷却系统3及液压压力机4的精准控制，从而获得既定的真空度、温度、压力。PLC控制模块12分别连接放电模块9和充电模块中的开关，PLC控制模块12连接放电采集模块11接受采集信号
充电模块10采用晶闸管、变压器、整流滤波电路实现稳压、升压和整流滤波的目的，按PLC控制模块12设定的参数完成对脉冲发生器8的充电。脉冲发生器8是产生直流高压的电容器组，PLC控制模块12控制放电模块9中气压开关控制高压球隙气缸实现脉冲发生器8对热作模具装夹装置6的脉冲放电，放电完成后继续控制放电模块9中导电水泥电阻吸收残余电压。放电采集模块11通过分压器和分流器采集电压电流，经过衰减器得到示波器可测量的电压电流信号并反馈给PLC控制模版12。
如图2-5所示，热作模具装夹装置6包括绝缘陶瓷61、导电石墨62和石墨电极64。两导电石墨62之间固定需要修复的热作模具63，且外侧各设置一所述绝缘陶瓷61，导电石墨62还连接有石墨电极64；热作模具63的型面与导电石墨62的形状互补；绝缘陶瓷61两端凸台与液压压力机4压头、扩散炉体7底座配合定位。导电石墨62与绝缘陶瓷61通过定位销65定位。热作模具装夹装置6通过底面绝缘陶瓷61的定位凸台与真空扩散炉的平台配合，保证安装精度。利用导电石墨62在高温下依然具有良好的硬度和表面光洁特性，具有极好的贴合率，实现脉冲电流近无损耗的进入热作模具63。脉冲发生系统B的电流输出端通过真空扩散炉体7的预留端口使用真空绝缘连接方式与热作模具装夹装置6中的石墨电极64相连，传输脉冲电流。
通过软件确定热作模具63的质点67投影在热作模具63与导电石墨62接触面上形成投影点68，通过确定投影点68与石墨电极64的中心重合而保证压力作用于装置的良好稳定性。若需要热作模具63的型面与导电石墨62相接触，则制作仿形导电石墨66，与之装配，仿形导电石墨66属于特殊形状的导电石墨62。
绝缘陶瓷61、导电石墨62及石墨电极64通过螺栓642、螺母643固定为一体，绝缘陶瓷61的螺钉孔之上使用陶瓷片641绝缘螺栓642所带的电流，螺栓642的下端压在石墨电极64上，并使用窄螺母644实现防松的效果。
实施例1、如图6所示，一种热作模具裂纹修复方法，本实施例以服役钛合金热成形的2520材料热作模具为例，具体过程如下：
(1)准备工作：
清洗：对已服役60个工作周期的热作模具63做常规清洗，清除热作模具63表面的杂物及润滑剂，而后将热作模具63放入超声波清洗池中，加入1:1水酒精溶液没过热作模具63，超声清洗30-40分钟，去除热作模具63表面黏附及表面裂纹中的油污和粉粒。
测量：简单测得热作模具63长宽高L*B*A＝600mm*600mm*200mm；通过无损探伤测得中心裂纹长20μm，且方向不与热作模具63的任何表面平行，为斜中心裂纹；表面裂纹最深12μm。
装夹固定：因为中心裂纹不与任何热作模具63表面平行，故热作模具63装夹固定有两次，首次装夹固定如图3所示，通过螺栓642和螺母643将石墨电极64、绝缘陶瓷61和导电石墨62固定起来，成为热作模具装夹装置6的上下两部分；先通过下绝缘陶瓷61的定位凸台固定热作模具装夹装置6的下部分，通过三维软件简单建模算出热作模具质点67在热作模具63下装配面的投影点68，然后放置热作模具63使投影点68与热作模具装夹装置6下部分中心重合；放置热作模具装夹装置6的上部分，用液压压力机4的压头与上绝缘陶瓷61的定位凸台定位热作模具装夹装置6的上部分，施加0.5KN的预压力。二次装夹固定，如图4所示，预先制作仿形石墨块66，将热作模具63旋转90度装夹，其余安装步骤与首次装夹一致。
(2)修复过程：
a.真空高温环境及加压：设定控制系统参数，通过真空系统1、加热系统2和冷却系统3将扩散炉体7的环境达到600℃、真空度达到10-2Pa以下。升温速率为100℃/小时，每300℃保温0.5小时，使热作模具63到设定温度后保温15分钟。通过液压压力机4施加初始压力F＝0.6m*0.2m*1MPa＝120KN。第一，使得热作模具63装夹固定；第二，压力使得部分裂纹间隙变小。
b.查阅资料和材料供货商参数得2520材料热作模具63的参数：熔点1400℃，固溶温度1100℃，比热容Cp为500J/Kg·℃，材料电阻率ρ为130×10-6Ω·m，材料密度d为7.98×103Kg/m3。按照公式
计算可得脉冲电流密度J的范围22.16MA·m2＜J＜0.87GA·m2，拟取0.1GA·m2。
c.根据拟取的初始电压为7.8KV。调整阶段设定充电电压5KV，并测定采集的电压3.7KV，多次调整最终设定充电电压为10.4KV，获得电压采集值为7.8KV。
充电电压10.4KV，充电时间30s。充电完成后同构PLC控制模块12控制放电模块9中的高压球隙开关，在压力的作用下导电石墨62与热作模具63紧密接触，电流从脉冲发生器8经由石墨电极64传到导电石墨62上再至热作模具63，脉冲电流流经裂纹区域时，裂纹尖端的绕流效应产生电磁热，材料熔化沿裂纹尖端填补裂纹缝隙。放电完成后施加240KN的力，保压10min，控制热作模具63的温度600±20℃，完成一次修复循环。设定充电电压11.44KV，放电后加压264KN，按照以上步骤完成第二次修复循环；提高充电电压至12.48KV，放电后加压至288KN，重复步骤完成第三次修复循环。炉冷之后，恢复正常气压，按图5所示二次装夹模具，并且按照以上步骤进行三次修复循环。
d.再次冷却并恢复大气压，拆卸装夹，取件进行无损探伤，中心裂纹已愈合，表面裂纹最深2μm符合继续使用要求。显著修复了2520材料热作模具的裂纹，延长了使用寿命。
实施例2、如图6所示，一种热作模具裂纹修复方法，本实施例以服役钛合金热成形的2520材料热作模具为例，具体过程如下：
(1)准备工作：
清洗：对已服役60个工作周期的热作模具63做常规清洗，清除热作模具63表面的杂物及润滑剂，而后将热作模具63放入超声波清洗池中，加入1:1水酒精溶液没过热作模具63，超声清洗30-40分钟，去除热作模具63表面黏附及表面裂纹中的油污和粉粒。
测量：简单测得热作模具63长宽高L*B*A＝600mm*600mm*200mm；通过无损探伤测得中心裂纹长20μm，且方向不与热作模具63的任何表面平行，为斜中心裂纹；表面裂纹最深12μm。
装夹固定：因为中心裂纹不与任何热作模具63表面平行，故热作模具63装夹固定有两次，首次装夹固定如图3所示，通过螺栓642和螺母643将石墨电极64、绝缘陶瓷61和导电石墨62固定起来，成为热作模具装夹装置6的上下两部分；先通过下绝缘陶瓷61的定位凸台固定热作模具装夹装置6的下部分，通过三维软件简单建模算出热作模具质点67在热作模具63下装配面的投影点68，然后放置热作模具63使投影点68与热作模具装夹装置6下部分中心重合；放置热作模具装夹装置6的上部分，用液压压力机4的压头与上绝缘陶瓷61的定位凸台定位热作模具装夹装置6的上部分，施加0.5KN的预压力。二次装夹固定，如图4所示，预先制作仿形石墨块66，将热作模具63旋转90度装夹，其余安装步骤与首次装夹一致。
(2)修复过程：
a.真空高温环境及加压：设定控制系统参数，通过真空系统1、加热系统2和冷却系统3将扩散炉体7的环境达到600℃、真空度达到10-2Pa以下。升温速率为100℃/小时，每300℃保温0.5小时，使热作模具63到设定温度后保温10分钟。通过液压压力机4施加初始压力F＝0.6m*0.2m*1MPa＝120KN。第一，使得热作模具63装夹固定；第二，压力使得部分裂纹间隙变小。
b.查阅资料和材料供货商参数得2520材料热作模具63的参数：熔点1400℃，固溶温度1100℃，比热容Cp为500J/Kg·℃，材料电阻率ρ为130×10-6Ω·m，材料密度d为7.98×103Kg/m3。按照公式
计算可得脉冲电流密度J的范围22.16MA·m2＜J＜0.87GA·m2，拟取0.1GA·m2。
c.根据拟取的初始电压为7.8KV。调整阶段设定充电电压5KV，并测定采集的电压3.7KV，多次调整最终设定充电电压为10.4KV，获得电压采集值为7.8KV。
充电电压10.4KV，充电时间30s。充电完成后同构PLC控制模块12控制放电模块9中的高压球隙开关，在压力的作用下导电石墨62与热作模具63紧密接触，电流从脉冲发生器8经由石墨电极64传到导电石墨62上再至热作模具63，脉冲电流流经裂纹区域时，裂纹尖端的绕流效应产生电磁热，材料熔化沿裂纹尖端填补裂纹缝隙。放电完成后施加240KN的力，保压10min，控制热作模具63的温度600±20℃，完成一次修复循环。设定充电电压10.92KV，放电后加压264KN，按照以上步骤完成第二次修复循环；提高充电电压至11.44KV，放电后加压至288KN，重复步骤完成第三次修复循环。炉冷之后，恢复正常气压，按图5所示二次装夹模具，并且按照以上步骤进行三次修复循环。
d.再次冷却并恢复大气压，拆卸装夹，取件进行无损探伤，中心裂纹已愈合，表面裂纹最深2μm符合继续使用要求。显著修复了2520材料热作模具的裂纹，延长了使用寿命。
实施例3、如图6所示，一种热作模具裂纹修复方法，本实施例以服役钛合金热成形的2520材料热作模具为例，具体过程如下：
(1)准备工作：
清洗：对已服役60个工作周期的热作模具63做常规清洗，清除热作模具63表面的杂物及润滑剂，而后将热作模具63放入超声波清洗池中，加入1:1水酒精溶液没过热作模具63，超声清洗30-40分钟，去除热作模具63表面黏附及表面裂纹中的油污和粉粒。
测量：简单测得热作模具63长宽高L*B*A＝600mm*600mm*200mm；通过无损探伤测得中心裂纹长20μm，且方向不与热作模具63的任何表面平行，为斜中心裂纹；表面裂纹最深12μm。
装夹固定：因为中心裂纹不与任何热作模具63表面平行，故热作模具63装夹固定有两次，首次装夹固定如图3所示，通过螺栓642和螺母643将石墨电极64、绝缘陶瓷61和导电石墨62固定起来，成为热作模具装夹装置6的上下两部分；先通过下绝缘陶瓷61的定位凸台固定热作模具装夹装置6的下部分，通过三维软件简单建模算出热作模具质点67在热作模具63下装配面的投影点68，然后放置热作模具63使投影点68与热作模具装夹装置6下部分中心重合；放置热作模具装夹装置6的上部分，用液压压力机4的压头与上绝缘陶瓷61的定位凸台定位热作模具装夹装置6的上部分，施加0.5KN的预压力。二次装夹固定，如图4所示，预先制作仿形石墨块66，将热作模具63旋转90度装夹，其余安装步骤与首次装夹一致。
(2)修复过程：
a.真空高温环境及加压：设定控制系统参数，通过真空系统1、加热系统2和冷却系统3将扩散炉体7的环境达到600℃、真空度达到10-2Pa以下。升温速率为100℃/小时，每300℃保温0.5小时，使热作模具63到设定温度后保温5分钟。通过液压压力机4施加初始压力F＝0.6m*0.2m*1MPa＝120KN。第一，使得热作模具63装夹固定；第二，压力使得部分裂纹间隙变小。
b.查阅资料和材料供货商参数得2520材料热作模具63的参数：熔点1400℃，固溶温度1100℃，比热容Cp为500J/Kg·℃，材料电阻率ρ为130×10-6Ω·m，材料密度d为7.98×103Kg/m3。按照公式
计算可得脉冲电流密度J的范围22.16MA·m2＜J＜0.87GA·m2，拟取0.1GA·m2。
c.根据拟取的初始电压为7.8KV。调整阶段设定充电电压5KV，并测定采集的电压3.7KV，多次调整最终设定充电电压为10.4KV，获得电压采集值为7.8KV。
充电电压10.4KV，充电时间30s。充电完成后同构PLC控制模块12控制放电模块9中的高压球隙开关，在压力的作用下导电石墨62与热作模具63紧密接触，电流从脉冲发生器8经由石墨电极64传到导电石墨62上再至热作模具63，脉冲电流流经裂纹区域时，裂纹尖端的绕流效应产生电磁热，材料熔化沿裂纹尖端填补裂纹缝隙。放电完成后施加240KN的力，保压10min，控制热作模具63的温度600±20℃，完成一次修复循环。设定充电电压11.23KV，放电后加压264KN，按照以上步骤完成第二次修复循环；提高充电电压至12.06KV，放电后加压至288KN，重复步骤完成第三次修复循环。炉冷之后，恢复正常气压，按图5所示二次装夹模具，并且按照以上步骤进行三次修复循环。
d.再次冷却并恢复大气压，拆卸装夹，取件进行无损探伤，中心裂纹已愈合，表面裂纹最深2μm符合继续使用要求。显著修复了2520材料热作模具的裂纹，延长了使用寿命。
若其他热作模具进行以上修复循环后，裂纹愈合并未达到要求，继续装夹进行修复循环，直至裂纹愈合符合使用要求。
以上所述实施方式仅是本发明的具体和详细描述，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种热作模具裂纹修复装置，其特征在于，包括高温扩散系统(A)、脉冲电流发生系统(B)及热作模具装夹装置(6)；所述热作模具装夹装置(6)与脉冲电流发生系统(B)相连接，并放置于高温扩散系统(A)中；
所述高温扩散系统(A)包括真空系统(1)、加热系统(2)、冷却系统(3)、液压压力机(4)、控制系统(5)及扩散炉体(7)；所述脉冲电流发生系统(B)包括脉冲发生器(8)、放电模块(9)、充电模块(10)、放电采集模块(11)和PLC控制模块(12)；
所述脉冲发生器(8)、放电模块(9)与热作模具装夹装置(6)串联形成放电电路，充电模块(10)与脉冲发生器(8)并联在所述放电电路中，所述放电采集模块(11)连接在所述放电电路的支路上，所述PLC控制模块(12)分别连接放电模块(9)、充电模块(10)和放电采集模块(11)；所述热作模具装夹装置(6)放置于扩散炉体(7)中，正对扩散炉体(7)顶端的液压压力机(4)的中心；所述扩散炉体(7)分别连接真空系统(1)、加热系统(2)、冷却系统(3)和控制系统(5)；所述控制系统(5)分别连接真空系统(1)、加热系统(2)、冷却系统(3)及液压压力机(4)；所述扩散炉体(7)提供密封的环境。
2.根据权利要求1所述的一种热作模具裂纹修复装置，其特征在于，所述热作模具装夹装置(6)包括绝缘陶瓷(61)、导电石墨(62)和石墨电极(64)；两块所述导电石墨(62)之间固定需要修复的热作模具(63)，且外侧各设置一所述绝缘陶瓷(61)，所述导电石墨(62)上连接有石墨电极(64)；所述热作模具(63)的型面与导电石墨(62)的形状互补；绝缘陶瓷(61)两端凸台与液压压力机(4)压头、扩散炉体(7)底座配合定位。
3.根据权利要求2所述的一种热作模具裂纹修复装置，其特征在于，所述绝缘陶瓷(61)、导电石墨(62)及石墨电极(64)通过螺栓(642)、螺母(643)固定为一体，所述绝缘陶瓷(61)的螺钉孔之上使用陶瓷片(641)绝缘螺栓(642)所带的电流，所述螺栓(642)的下端压在石墨电极(64)上。
4.一种使用权利要求1-3任一项所述装置的热作模具裂纹修复方法，其特征在于，具体步骤如下：
a.通过所述高温扩散系统(A)调控热作模具(63)修复需要的温度及真空度，通过所述液压压力机(4)对热作模具(63)施加压力，并严格控制温度及压力；
b.根据所述热作模具(63)无损探伤的裂纹长度或深度结果确定脉冲电流密度，从而设定所述脉冲电流发生系统(B)的充电电压；
c.通过所述PLC控制模块(12)控制充放电，完成一次放电，液压压力机(4)施加一次压力并保压，完成一次修复循环；
d.每完成三次循环后，利用无损探伤检测技术检测效果，若裂纹愈合，停止修复循环，否则继续三次循环，直至裂纹愈合。
5.根据权利要求4所述的一种热作模具裂纹修复方法，其特征在于，
所述步骤a中，真空度应保持在10-2Pa以下，温度T≈0.5Tm，Tm为金属熔点，且温度小于相变温度，升温速度平稳，到达设定温度后保温5-15分钟，初始压力为F＝S*1MPa，S为热作模具(63)与导电石墨(62)的接触面积，单位为m2。
6.根据权利要求5所述的一种热作模具裂纹修复方法，其特征在于，
所述步骤b中，热作模具(63)存在中心裂纹和表面深度裂纹，中心裂纹方向随机，表面深度裂纹垂直于表面；两种所述裂纹的方向垂直于压力、电流施加方向，若无损检测到存在与表面深度裂纹垂直的中心裂纹，则必须需要二次装夹，即热作模具(63)旋转90度装夹，再次进行修复循环周期；所述脉冲电流密度的确定方法为：脉冲电流密度应大于裂纹尖端电磁热效应致尖端熔化的临界电流密度，小于使热作模具整体升温超过相变温度的临界电流密度，方程式为：
其中J为脉冲电流密度，Cp为比热容，ρ为材料电阻率，d为材料密度，ΔT为材料熔点温度减去环境温度，l为无损探伤检测到裂纹长度或深度的最大值，Δθ为相变温度减去环境温度，tp为脉冲时间，单位为国标；初始充电电压V由J*ρ*H决定，H为装夹高度。
7.根据权利要求6所述的一种热作模具裂纹修复方法，其特征在于，
所述步骤c中，充电完成后，所述PLC控制模块(12)控制耐高压的球隙气缸进行放电；放电后所述液压压力机(4)施加压力，压力值由材料扩散连接的最佳压强值与接触面积之积决定；保压时间由材料应力松弛特性决定，时间长度大于应力松弛的时间长度；严格控制炉内温度在相变温度以下。
8.根据权利要求7所述的一种热作模具裂纹修复方法，其特征在于，
所述步骤d中，后几次修复循环充电电压比前次增加0.05-0.1倍的初始充电电压，压力比前次增加0.2MPa*接触面积Am2，即表示压强增加0.2MPa。
9.根据权利要求8所述的一种热作模具裂纹修复方法，其特征在于，所述步骤a中，到达设定温度后保温15分钟，所述步骤d中，后两次修复循环充电电压比前次增加0.1倍的初始充电电压。
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