CN116984713A - 一种金属型模具钨合金焊条焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属型模具钨合金焊条焊接方法，用氩弧焊焊接打底焊；氩弧焊过渡层焊接；氩弧焊底座焊接；钨合金焊缝盖面焊接；本发明采用氩弧焊打底钨合金电焊条盖面的焊接技术，从根本上解决了模具型腔内局部提高表面硬度的难题；本发明改进方便、模具局部硬度高、无磨损、使用寿命与模具使用寿命基本一致。
Description
领域
本发明属于模具技术领域，涉及一种金属型模具钨合金焊条焊接方法。
背景技术
金属模具一般整体硬度都在HRC44～48之间，所以模具型腔内就会出现模具表面磨损产生凹坑、冲击表面掉块、冲刷点蚀等故障，模具生产到一定模次就需要维修，浪费时间、成本，给生产带来很大的问题。
目前国内外金属模具通常采用钨合金镶件或整体型块的形式，而现有的激光冷焊机钨合金涂敷技术焊接模具，强度低、表面粗糙、不耐金属液冲刷，无法达到焊接目的。而钨合金的焊接技术也只能用在农机、矿山机械和建材机械等精度要求低的粗糙焊接，不怕变形和裂纹的冷作零件表面，仅仅是用来提高大型设备表面其硬度和耐磨性。将钨合金焊接在模具表面上在国内外同行业内没有一个统一的工艺标准。
专利文献CN202210996941.X，涉及一种镁合金与钨合金的超声辅助钎焊方法，该专利是镁合金与钨合金两种材料通过超声波振动实现的冶金结合，非模具焊接工艺。
专利文献CN202210799940.6，涉及一种铜钨与钢的焊接方法，该专利是铜钨母材与钢母材利用铜粉填充母材间隙使用真空烧结的焊接方法，非模具焊接工艺。
专利文献CN202123182082.0，涉及一种基于增加碳化钨合金耐磨层的气保焊设备，该专利是增加碳化钨合金耐磨层的焊机，该焊机不适用于金属模具的钨合金涂层焊接。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的上述问题，提供了一种金属型模具钨合金焊条焊接方法。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：
一种金属型模具钨合金焊条焊接方法，其特征在于：
用氩弧焊焊接打底焊；
氩弧焊过渡层焊接；
氩弧焊底座焊接；
钨合金焊缝盖面焊接。
进一步地，在用氩弧焊打底焊接前，进行焊前准备；具体包括：
(1)在模具型腔表面上找到需要提高硬度的表面，划线做出标记；
(2)在标记内开槽，开槽直径50mm-80mm，深度≥8mm，坡口选择U型，坡口内底凹平面要做成井字型凹槽，凹槽槽宽3-5mm、纵横交错；
(3)焊前预热；加热温度在220℃～240℃；
(4)模具材料是1.2344钢，主要成分(％)：C：0.4、Si：1、Mn：0.4、Cr：3.3、Mo：1.5、V：1、S：≤0.030、P：≤0.03；
(5)打底过渡层焊接选用ERNi-1纯镍氩弧焊丝，焊丝直径选择盖面焊接选择钨合金D998电焊条；
(6)氩弧焊的气流量、陶瓷嘴、钨极的选择：气体容流量在8-10L/min，陶瓷嘴5-6号，钨极直径选用的铈钨极或钍钨极；
(7)氩弧焊机选择直流正接法，电焊机要选用直流反接法；
(8)氩弧焊打底焊接电流选择：氩弧焊机选用电流为110-135A。
进一步地，用氩弧焊焊接打底焊，只需融焊一层焊缝，无需添加焊丝，用电弧融焊至焊缝底部。
进一步地，氩弧焊过渡层焊接，具体内容：
(1)选用ERNi-1纯镍氩弧焊丝，Φ2.5mm，电流为110-135A；
(2)焊接时选用左焊法让焊丝始终在熔池内，熔滴保持连续送入熔池内，每隔2秒钟焊丝端部进入熔池搅拌以下，焊缝高度控制在2mm左右；
(3)模具第一遍打底过渡焊选择纯镍金属。
进一步地，所述氩弧焊底座焊接，具体包括：选用1.2343氩弧焊丝沿着坡口外延焊接一圈焊缝包围坡口做底座。
进一步地，所述钨合金焊缝盖面焊接，具体包括：
(1)在纯镍氩弧焊过渡焊接完成后用钢刷将焊缝表面清理干净，对模具焊接区域进行预热，待温度达到220℃时进行钨合金D998焊接；
(2)电焊机选用直流反接，D998电焊条直径选择焊前焊条需要250℃烘干箱内保温1小时后方可取出使用；焊接电流选择100A～130A，焊接时电焊条与焊缝平面的夹角是60°～70°，焊接时焊条无需摆动，电弧高度控制在3～4mm，焊接速度中速，焊缝平整有序；
在第二条焊缝焊接时压住第一条焊缝的1/3处进行焊接，以此类推后面的焊缝要压住前面焊缝的1/3处进行焊接，焊缝高度控制在2mm左右，单道焊缝宽5-6mm；
(3)D998电焊条焊接完成后去除药皮将焊缝表面清理干净，然后用扁产、手锤或选用刨锤在焊缝表面有顺序的锤击，锤击方向从中间向外延两侧逐步展开，每25mm2内有6～8个击打点均匀分布，锤击点的直径在
(4)钨合金焊缝堆焊盖面：模具表面以下钨合金焊缝的厚度大于5mm；最后盖面焊缝高于模具表面1-3mm，宽度小于底座1-5mm。
一种金属型模具钨合金焊条焊接方法，还包括焊接后后热处理。
进一步地，所述焊接后后热处理，具体为：
焊接完成后立即进行后热处理，选用天然气整体加热的模式，当模具加热至400℃时并且持续保持这个温度3个小时，而后关闭加热火源并盖上石棉被保温缓慢冷却至60℃后进行焊缝表面修磨。
进一步地，所述焊接后后热处理，具体为：
用火焰直接加热模具焊；
加热时喷嘴火焰与模具焊缝相对移动均匀加热，燃烧气体选用氧-乙炔、天然气或液化石油气。
进一步地，钨合金D998电焊条主要成分％：焊条芯为锰、铬合金钢；化学成分：C：0.4、Mn:0.3、Cr：0.4、余量为钢；
钨合金D998电焊焊条药皮成分：
W：50％、B：1.5％、其它余量为铁粉粘接剂。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
本发明采用氩弧焊打底钨合金电焊条盖面的焊接技术，从根本上解决了模具型腔内局部提高表面硬度的难题。本发明改进方便、模具局部硬度高、无磨损、使用寿命与模具使用寿命基本一致。
本发明工艺为氩弧焊和电焊的联合作业，焊接工艺有着操作简单、耗时短成本低廉的优点，适合金属模具工装及夹具焊接。其主要工艺内容即在模具本体表面通过焊接技术置换一层钨合金，提高冷作模具及热做模具表面抗冲击性、耐磨性、硬度，这个硬度HRC≧63～67度左右，可有效的提高模具的使用模次3倍以上，提高了模具的上线可动率，降低企业的模具采购成本，是延长模具使用寿命的有效手段。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1为氩弧焊打底焊接示意图；
图2为氩弧焊过渡层焊接示意图；
图3为氩弧焊底座焊接示意图；
图4为钨合金焊缝盖面焊接示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
下面结合附图对本发明作详细的描述：
模具焊接实践：采用钨合金手工氩弧焊与手工电弧焊联合作业焊接的工艺，在1.2344热作模具钢上实施焊接，这项焊接技术主要针对铸造浇注模具的产品定位点，以及制芯模具的芯盒型腔局部需要超硬的模具表面。模具施焊部的位在工艺上要求超硬耐磨、耐铝水冲蚀，耐高温并保证工艺尺寸、提高模具上线可动率并延长模具使用寿命。
工艺方法：
一、焊前准备
(1)在模具型腔表面上找到需要提高硬度的平面(曲面)，首先要划线做出标记。
(2)采用手工或机械加工的形式在标记内开槽，一般开槽直径50mm-80mm，深度≥8mm，坡口选择U型，坡口内底凹平面要做成井字型凹槽，其凹槽槽宽3-5mm、纵横交错，开槽的可提高焊缝与母材的结合力，均匀焊缝的压应力和拉应力，有效的提高焊缝的力学性能，其焊接后附着力强度相当于铸铁焊接中的载螺丝焊接法。
(3)焊前必须预热，最好用天然气对模具整体加温。当模具加热温度在220℃～240℃时即可，如果模具很大无法整体加温，也可采用局部预热的形式，可将要焊接的部位用气焊加热，气焊加热火焰选择碳化焰，加热时对模具要焊接部位的四周进行均匀加热，加热温度要高一点一般在控制在260℃左右即可(因局部加热面积小模具表面温度高，在预热后再去焊接时，这段时间模具预热温度要损失30℃～40℃)。
(4)模具材料是德国牌号1.2344钢主要成分(％)：C：0.4、Si：1、Mn：0.4、Cr：3.3、Mo：1.5、V：1、S：≤0.030、P：≤0.03
(5)打底过渡层焊接选用ERNi-1纯镍氩弧焊丝，焊丝直径选择为宜。盖面焊接选择钨合金D998电焊条。
D998主要成分％：焊条芯为锰、铬合金钢，其化学成分：C：0.4、Mn:0.3、Cr：0.4、余量为钢。焊条药皮成分：
W：50％、B：1.5％、其它余量为铁粉粘接剂。D998焊条焊接后其焊缝硬度一般在HRC:63～67度左右，属于超硬级焊接技术。
(6)氩弧焊的气流量、陶瓷嘴、钨极的选择：气体容流量一般在8-10L/min，陶瓷嘴5-6号，钨极直径选用的铈钨极(灰头)或钍钨极(红头)。
(7)氩弧焊机选择直流正接法(如工件接+级)，电焊机要选用直流反接法。直流反接法特点：焊接溶深浅、焊条稀释率底、对于多层堆焊技术而言，有着焊接电弧稳定、焊接应力小，焊缝表面成型快，热影响区窄等优点。
(8)氩弧焊打底焊接电流选择：氩弧焊机选用电流为110-135A左右，实践证明当焊接电流超过145A～155A时随着焊接电流变大使得焊缝的热输入也就越高，导致焊缝的收缩应力就大，这就使得焊缝机械性能和力学性能变大大的下降，严重时形成生应力集中现象，在焊缝中会产生应力裂纹。使得热作模具上线后焊缝产生贯穿性裂纹，导致焊缝失效。这种因应力集中导致焊缝失效故障对模具本体的损害是极大的，因焊缝裂纹会很快向模具内部渗透发展，通过模具机体将模具的冷却水道裂透导致模具报废。
二、氩弧焊打底焊接，参阅图1；
用氩弧焊焊接打底焊，只需融焊一层焊缝，无需添加焊丝，用电弧融焊至焊缝底部即可。
三、氩弧焊过渡层焊接，参阅图2；
(1)选用ERNi-1纯镍氩弧焊丝，Φ2.5mm，电流为110-135A。
(2)焊接时选用左焊法让焊丝始终在熔池内，熔滴要保持连续送入熔池内，并且每隔2秒钟焊丝端部要进入熔池搅拌以下，这种焊丝间歇式插入熔内池搅拌的目的是降低熔池温度，提高焊缝的熔敷率降低焊缝的稀释率，焊缝高度最好能控制在2mm左右时可有效的减小熔池结晶后焊缝的收缩应力。
(3)模具第一遍打底过渡焊选择纯镍金属，其主要原因是纯镍比较软延伸率33％，作为过渡焊缝好比是一个沙发垫对焊缝释放应力起到很大作用。焊接后作为打底焊缝不能锤击，因纯镍的抗拉强度为360Mpa，抗拉强度很低，如果锤击焊缝，会在外力的作用下导致打底焊缝熔合区产生晶界裂纹，导致焊缝结构丧失。
四、氩弧焊底座焊接，参阅图3；
选用1.2343氩弧焊丝沿着坡口外延焊接一圈焊缝包围坡口做底座。
五、D998钨合金焊缝盖面焊接工艺技术，参阅图4；
(1)在纯镍氩弧焊过渡焊接完成后需用钢刷将焊缝表面清理干净，而后再对模具焊接区域进行预热，待温度达到220℃时方可进行钨合金D998焊接。
(2)电焊机选用直流反接，D998电焊条直径选择焊前焊条需要250℃烘干箱内保温1小时后方可取出使用。焊接电流选择100A～130A，焊接时电焊条与焊缝平面的夹角是60°～70°为宜，焊接时焊条无需摆动，电弧高度控制在3～4mm，焊接速度中速即可，焊缝平整有序。在第二条焊缝焊接时应压住第一条焊缝的1/3处进行焊接，以此类推后面的焊缝要压住前面焊缝的1/3处进行焊接，这样的焊接顺序可确保焊接整体区域饱满、焊缝高度控制在2mm左右，单道焊缝宽5-6mm，焊接高度均匀、焊缝应力较小、焊接缺陷较少。
(3)D998电焊条焊接完成后去除药皮用钢刷将焊缝表面清理干净，然后用扁产、手锤或选用刨锤在焊缝表面有顺序的锤击，锤击方向从中间向外延两侧逐步展开，锤击的力量不易过大但是锤击点要密集，一般每25mm2内有6～8个击打点均匀分布，锤击点的直径一般在焊缝锤击工艺可有效地使焊缝金属产生塑性变形，从而可释放钨合金焊缝80～90％压应力和拉应力，所以焊后锤击工艺也是一个很重要的释放应力的环节。
(4)钨合金焊缝堆焊盖面：钨合金焊条D998盖面焊工艺同第一遍基本相同，保证模具表面以下钨合金焊缝的厚度大于5mm。最后盖面焊缝高于模具表面1-3mm，宽度小于底座1-5mm。
六、焊接后后热处理
(1)焊接完成后立即进行后热处理，最好选用天然气整体加热的模式，当模具加热至400℃时并且持续保持这个温度3个小时，而后关闭加热火源并盖上石棉被保温缓慢冷却至60℃后进行焊缝表面修磨。
(2)另一种方式是用火焰直接加热模具焊。
接表面，加热时喷嘴火焰要与模具焊缝相对移动均匀加热，燃烧气体可选用氧-乙炔、天然气、液化石油气等。火焰后热法为手工加热工艺与上面的模具后热工艺相同。
热作浇注模具焊接后其模具焊缝加硬部位的使用寿命一般在4万模次，当焊接部位出现裂纹或者脱落时，可以采用上述工艺在模具上在从新焊接使用，直到模具寿命的终结。冷作芯盒模具由于砂型通过射嘴以高速高压的形式将树脂砂喷到模具型腔内固化成型，所以树脂砂通过射嘴进入模具后就会冲击模具表面，导致冲击的部位出现磨损现象无法正常使用。当采用模具焊缝加硬技术后，其模具表面硬度可达到HRC63～67度，这个硬度可以让这个部位修复周期延长3倍以上。
EA888 Gen3发动机缸盖浇注模具、芯盒磨损位置使用该焊接工艺焊修，提高模具使用寿命。
如果采用激光钨棒涂敷焊，表面强度低，耐热性差无法用作浇注模具型腔，因其表面粗糙也不能用作冷作模具型腔。电焊、气焊的钨合金焊接方法存在变形量大，产生裂纹等问题，所以只能用在无精度要求的零件上。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种金属型模具钨合金焊条焊接方法，其特征在于：
用氩弧焊焊接打底焊；
氩弧焊过渡层焊接；
氩弧焊底座焊接；
钨合金焊缝盖面焊接。
2.根据权利要求1所述的一种金属型模具钨合金焊条焊接方法，其特征在于：
在用氩弧焊打底焊接前，进行焊前准备；具体包括：
(1)在模具型腔表面上找到需要提高硬度的表面，划线做出标记；
(2)在标记内开槽，开槽直径50mm-80mm，深度≥8mm，坡口选择U型，坡口内底凹平面要做成井字型凹槽，凹槽槽宽3-5mm、纵横交错；
(3)焊前预热；加热温度在220℃～240℃；
(4)模具材料是1.2344钢，主要成分(％)：C：0.4、Si：1、Mn：0.4、Cr：3.3、Mo：1.5、V：1、S：≤0.030、P：≤0.03；
(5)打底过渡层焊接选用ERNi-1纯镍氩弧焊丝，焊丝直径选择盖面焊接选择钨合金D998电焊条；
(6)氩弧焊的气流量、陶瓷嘴、钨极的选择：气体容流量在8-10L/min，陶瓷嘴5-6号，钨极直径选用的铈钨极或钍钨极；
(7)氩弧焊机选择直流正接法，电焊机要选用直流反接法；
(8)氩弧焊打底焊接电流选择：氩弧焊机选用电流为110-135A。
3.根据权利要求1所述的一种金属型模具钨合金焊条焊接方法，其特征在于：
用氩弧焊焊接打底焊，只需融焊一层焊缝，无需添加焊丝，用电弧融焊至焊缝底部。
4.根据权利要求1所述的一种金属型模具钨合金焊条焊接方法，其特征在于：
氩弧焊过渡层焊接，具体内容：
(1)选用ERNi-1纯镍氩弧焊丝，Φ2.5mm，电流为110-135A；
(2)焊接时选用左焊法让焊丝始终在熔池内，熔滴保持连续送入熔池内，每隔2秒钟焊丝端部进入熔池搅拌以下，焊缝高度控制在2mm左右；
(3)模具第一遍打底过渡焊选择纯镍金属。
5.根据权利要求1所述的一种金属型模具钨合金焊条焊接方法，其特征在于：
所述氩弧焊底座焊接，具体包括：选用1.2343氩弧焊丝沿着坡口外延焊接一圈焊缝包围坡口做底座。
6.根据权利要求1所述的一种金属型模具钨合金焊条焊接方法，其特征在于：
所述钨合金焊缝盖面焊接，具体包括：
(1)在纯镍氩弧焊过渡焊接完成后用钢刷将焊缝表面清理干净，对模具焊接区域进行预热，待温度达到220℃时进行钨合金D998焊接；
(2)电焊机选用直流反接，D998电焊条直径选择焊前焊条需要250℃烘干箱内保温1小时后方可取出使用；焊接电流选择100A～130A，焊接时电焊条与焊缝平面的夹角是60°～70°，焊接时焊条无需摆动，电弧高度控制在3～4mm，焊接速度中速，焊缝平整有序；
在第二条焊缝焊接时压住第一条焊缝的1/3处进行焊接，以此类推后面的焊缝要压住前面焊缝的1/3处进行焊接，焊缝高度控制在2mm左右，单道焊缝宽5-6mm；
(3)D998电焊条焊接完成后去除药皮将焊缝表面清理干净，然后用扁产、手锤或选用刨锤在焊缝表面有顺序的锤击，锤击方向从中间向外延两侧逐步展开，每25mm2内有6～8个击打点均匀分布，锤击点的直径在
(4)钨合金焊缝堆焊盖面：模具表面以下钨合金焊缝的厚度大于5mm；最后盖面焊缝高于模具表面1-3mm，宽度小于底座1-5mm。
7.根据权利要求1所述的一种金属型模具钨合金焊条焊接方法，其特征在于：
还包括焊接后后热处理。
8.根据权利要求7所述的一种金属型模具钨合金焊条焊接方法，其特征在于：
所述焊接后后热处理，具体为：
焊接完成后立即进行后热处理，选用天然气整体加热的模式，当模具加热至400℃时并且持续保持这个温度3个小时，而后关闭加热火源并盖上石棉被保温缓慢冷却至60℃后进行焊缝表面修磨。
9.根据权利要求7所述的一种金属型模具钨合金焊条焊接方法，其特征在于：
所述焊接后后热处理，具体为：
用火焰直接加热模具焊；
加热时喷嘴火焰与模具焊缝相对移动均匀加热，燃烧气体选用氧-乙炔、天然气或液化石油气。
10.根据权利要求2所述的一种金属型模具钨合金焊条焊接方法，其特征在于：
钨合金D998电焊条主要成分％：焊条芯为锰、铬合金钢；化学成分：C：0.4、Mn:0.3、Cr：0.4、余量为钢；
钨合金D998电焊焊条药皮成分：
W：50％、B：1.5％、其它余量为铁粉粘接剂。
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