CN105252203A - 模具裂纹的修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模具裂纹的修复方法，其根据裂纹的宽度和深度将裂纹分为两类：a类裂纹的宽度在0.5～3mm之间、深度在1～5mm之间；b类裂纹的宽度在3mm以上、深度在5mm以上；依据上述裂纹的大小分别按a类裂纹的修复方法和b类裂纹的修复方法进行修复。该修复方法能够对宽度在0.5、深度在1mm以上的较大裂纹进行修复。
Description
技术领域
本发明属于模具修复技术领域，具体讲是一种采用手工电弧与激光复合相结合的模具裂纹的修复方法。
背景技术
我国模具产业近些年来飞速发展，已经跻身成为仅次于日、美两国的世界第三大模具生产国。与国外先进模具生产水平相比，我国的模具产业还有很大差距，主要表现在制造周期长、制造精度低、模具寿命短等方面，其中模具寿命短的问题尤为突出，直接导致了资源浪费和生产成本的上升。因此，利用现代高科技技术手段对失效模具进行修复再利用，延长模具的使用时间，从而挽回生产中不必要的损失，将会大大推动工业和国民经济的发展，具有显著的经济效益和社会意义。
在实际的模具生产使用过程中，各种模具因为反复使用之后均会存在不同程度的磨损，有时存在刮伤、腐蚀。更严重的，模具表面会产生延伸到模具内部的裂纹，导致模具失效而报废，造成极大浪费。因此，为了降低损失，目前多采用模具修复技术，对失效模具进行修复再利用，现阶段常用的失效模具修复方法主要包括堆焊修复技术、热喷涂修复技术、激光熔凝技术、激光熔覆技术、激光填丝技术和手工TIG填丝技术。
目前大都根据裂纹的尺寸不同而采用不同的修复方法。现有技术中对模具中宽度在0.5、深度在1mm以下的浅表性裂纹，多采用激光熔凝方法进行修复。而对于宽度在0.5、深度在1mm以上的大裂纹则多通过手工TIG填丝来进行修复，但是由于冷却速度慢，使得焊缝组织晶粒粗大，且焊缝组织中夹杂有大量的硬质碳化物，从而导致焊缝区脆性大，强度低，容易在热疲劳应力的作用下发生开裂，且浇铸时的冲刷作用和粘着作用又会使焊缝表面发生脆性剥落，形成凹坑，导致模具的二次失效。因此，基于上述原因，亟待需要一种能够对宽度在0.5、深度在1mm以上的较大裂纹进行修复的模具裂纹的修复方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种能够对宽度在0.5、深度在1mm以上的较大裂纹进行修复的模具裂纹的修复方法。
本发明的技术方案是，提供一种模具裂纹的修复方法，
根据裂纹的宽度和深度将将裂纹分为两类：a类裂纹的宽度在0.5～3mm之间、深度在1～5mm之间；b类裂纹的宽度在3mm以上、深度在5mm以上；
a类裂纹的修复包括以下步骤：
(1)、用手动砂轮铲除模具表面裂纹区；
(2)、去除模具的的热疲劳层；
(3)、对裂纹区进行超声波探伤，如果依然有裂纹存在，则返回步骤(1)；否则，执行步骤(4)；
(4)、用清洁剂将上述的区域清洗干净；
(5)、采用手动前置送丝方式，对需要修复的区域进行手工TIG填丝修复，形成TIG修复层；
(6)、对已完成的TIG修复层进行表面清理，刷除去修复层表面氧化皮，再用清洁剂将表面清理干净；
(7)、将丙酮和活性剂粉末调和成糊状，用扁平毛刷将其均匀涂抹在TIG修复层表面，涂层厚度0.01-0.5mm；待涂抹的活性剂充分干燥后，进行快速激光熔凝处理；
b类裂纹的修复包括以下步骤：
(1)、用手动砂轮铲除模具表面裂纹区；
(2)、去除模具的的热疲劳层；
(3)、对裂纹区进行超声波探伤，如果依然有裂纹存在，则返回步骤(1)；否则，执行步骤(4)；
(4)、用清洁剂将上述的区域清洗干净；
(5)、用计算机进行模拟修复，修正焊接参数；
(6)、采用手动前置送丝方式，对需要修复的区域进行多层多道手工TIG填丝修复，形成TIG修复层；
(7)、对已完成的TIG修复层进行表面清理，刷除去修复层表面氧化皮，再用清洁剂将表面清理干净；
(8)、将丙酮和活性剂粉末调和成糊状，用扁平毛刷将其均匀涂抹在TIG修复层表面，涂层厚度0.01-0.5mm；待涂抹的活性剂充分干燥后，进行多道快速激光熔凝处理，直至整个TIG修复层铺满。
所述的手工TIG填丝工艺参数是根据模具材料、模具工况、裂纹形式、修复层应力数值分析结果和活性激光熔凝对手工修复层表面平整度要求而制定；其中，用于修复铝合金等活泼金属模具裂纹时采用脉冲氩弧填丝工艺，具体参数为：峰值电流20～400A、基值电流20～400A、脉冲频率2～15Hz、占空比5％～95％、弧长2～15mm、钨极伸出长度2～20mm、钨极直径0.5～4.0mm、焊接速度10～1000mm/min、填丝角度10°～60°、氩气流量2～10L/min，焊丝采用与母材同材料焊丝，直径0.5～2.5mm；用于修复热作模具和锻模裂纹时采用直流氩弧填丝工艺，具体参数为：电源接法直流正接、焊接电流20～300A、弧长2～15mm、钨极伸出长度2～20mm、钨极直径0.5～4.0mm、焊接速度10～1000mm/min、填丝角度10°～60°、氩气流量2～10L/min，焊丝采用与母材同材料焊丝，直径0.5～2.5mm。
所述激光熔凝工艺采用的活性剂为Cr2O3活性剂、SiO2活性剂或Cr2O3+SiO2复合活性剂；所用激光器为YAG固体激光器，所述活性激光熔凝工艺根据手工TIG填丝修复层表面尺寸和组织性能、模具工况、产品表面质量要求等方面制定，具体熔凝工艺的焊接电流30～200A、焊接速度0.1～2.5mm/s、脉宽2～15ms、频率2～15Hz、离焦量-10～10mm、保护气体流量2～10L/min。
采用以上方法后，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明模具裂纹的修复方法根据裂纹的尺寸不同而采用不同的修复方法，分别对a类裂纹的宽度在0.5～3mm之间、深度在1～5mm之间，b类裂纹的宽度在3mm以上、深度在5mm以上进行修复，并且采用手工TIG填丝修复层在经过活性激光熔凝处理后，焊缝表层组织细化，晶粒明显变小，组织中的硬质碳化物被完全溶解，从而，强度得到提升，耐磨性大大增强；焊缝内部组织在激光熔凝的作用下发生了一次低温回火处理，使得组织晶格畸变程度减弱，马氏体的过饱和程度降低，这种低温回火处理减小了组织内应力，增强了组织韧性和塑性，较大幅度的提高了修复区域的抗热疲劳能力。其中，激光熔凝工艺可以熔化TIG焊缝表层的硬质碳化物，细化组织晶粒，使得修复层的塑性、韧性、强度等性能更加均匀，较大程度上增强了修复层的抗热疲劳性和耐磨性，解决了手工TIG填丝工艺修复模具焊缝强度低、易开裂的问题。活性剂的加入，能够有效收缩激光等离子，改变熔池表面张力和温度梯度，提高材料对激光能量的吸收率，在激光快速扫描的同时能够得到良好的熔深，增加熔池冷却速度，焊缝塑性得到较大幅度提升，焊缝表面成型更好，进一步提高了复合修复层表面强度；通过本发明修复后的模具，使用寿命得到了大幅度的提升。
附图说明
图1是手工TIG填丝与活性激光熔凝复合修复层的正视图。
图2是手工TIG填丝与活性激光熔凝复合修复层的横截面示意图。
图中所示1、模具基体，2、手工TIG填丝修复层，3、TIG焊缝热影响区，4、TIG焊缝区，5、活性熔凝焊缝热影响区，6、活性熔凝焊缝区，7、活性激光熔凝强化层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示，本发明一种模具裂纹的修复方法，
根据裂纹的宽度和深度将将裂纹分为两类：a类裂纹的宽度在0.5～3mm之间、深度在1～5mm之间；b类裂纹的宽度在3mm以上、深度在5mm以上；
a类裂纹的修复包括以下步骤：
(1)、用手动砂轮铲除模具表面裂纹区；
(2)、去除模具的的热疲劳层；
(3)、对裂纹区进行超声波探伤，如果依然有裂纹存在，则返回步骤(1)；否则，执行步骤(4)；这样确保裂纹清理完成；
(4)、用清洁剂将上述的区域清洗干净，以准备进行修复；
(5)、采用手动前置送丝方式，对需要修复的区域进行手工TIG填丝修复，形成TIG修复层；
(6)、对已完成的TIG修复层进行表面清理，用电动铁刷刷除去修复层表面氧化皮，再用清洁剂将表面清理干净；
(7)、将丙酮和活性剂粉末调和成糊状，用扁平毛刷将其均匀涂抹在TIG修复层表面，涂层厚度0.01-0.5mm；待涂抹的活性剂充分干燥后，进行快速激光熔凝处理；手工电弧与活性激光熔凝复合修复层由手工TIG填丝修复层2与活性激光熔凝强化层7复合构成，活性激光熔凝强化层7位于手工TIG填丝修复层2上部，其中，所述手工TIG填丝修复层2包括TIG焊缝区4和TIG焊缝热影响区3，所述活性激光熔凝强化层7包括活性熔凝焊缝区6和活性熔凝焊缝热影响区5。
所述手工电弧与活性激光熔凝复合修复层宽度W1为1～10mm，厚度H1为0.1～6mm；活性熔凝焊缝区宽度W2为1～10mm，厚度H2为0.1～2mm；活性熔凝焊缝热影响区厚度H3为0.05～1mm；活性熔凝焊缝交叠宽度W3为0.2～5mm；TIG焊缝区宽度W4为0.5～9mm，厚度H4为0.1～5mm；TIG焊缝热影响区厚度H5为0.05～2mm。
b类裂纹的修复包括以下步骤：
(1)、用手动砂轮铲除模具表面裂纹区；
(2)、去除模具的的热疲劳层；
(3)、对裂纹区进行超声波探伤，如果依然有裂纹存在，则返回步骤(1)；否则，执行步骤(4)；
(4)、用清洁剂将上述的区域清洗干净；
(5)、用计算机进行模拟修复，修正焊接参数，即先通过计算机进行数据的模拟修复，根据模拟修正的结果来修正焊接参数，使用的计算机软件是marc软件。
(6)、采用手动前置送丝方式，对需要修复的区域进行多层多道手工TIG填丝修复，形成TIG修复层；
(7)、对已完成的TIG修复层进行表面清理，刷除去修复层表面氧化皮，再用清洁剂将表面清理干净；
(8)、将丙酮和活性剂粉末调和成糊状，用扁平毛刷将其均匀涂抹在TIG修复层表面，涂层厚度0.01-0.5mm；待涂抹的活性剂充分干燥后，进行多道快速激光熔凝处理，直至整个TIG修复层铺满。如果所述活性激光熔凝工艺处理得到的强化层宽度小于所述TIG修复层宽度，在TIG修复层表面并排进行多次活性激光熔凝处理，直至将整个TIG修复层铺满，得到本发明所述的模具裂纹手工电弧与活性激光熔凝复合修复层。
所述的手工TIG填丝工艺参数是根据模具材料、模具工况、裂纹形式、修复层应力数值分析结果和活性激光熔凝对手工修复层表面平整度要求而制定，即下面的数据均是通过上述要求而得出；其中，用于修复铝合金等活泼金属模具裂纹时采用脉冲氩弧填丝工艺，具体参数为：峰值电流20～400A、基值电流20～400A、脉冲频率2～15Hz、占空比5％～95％、弧长2～15mm、钨极伸出长度2～20mm、钨极直径0.5～4.0mm、焊接速度10～1000mm/min、填丝角度10°～60°、氩气流量2～10L/min，焊丝采用与母材同材料焊丝，直径0.5～2.5mm；用于修复热作模具和锻模裂纹时采用直流氩弧填丝工艺，具体参数为：电源接法直流正接、焊接电流20～300A、弧长2～15mm、钨极伸出长度2～20mm、钨极直径0.5～4.0mm、焊接速度10～1000mm/min、填丝角度10°～60°、氩气流量2～10L/min，焊丝采用与母材同材料焊丝，直径0.5～2.5mm。
所述激光熔凝工艺采用的活性剂为Cr2O3活性剂、SiO2活性剂或Cr2O3+SiO2复合活性剂；所用激光器为YAG固体激光器，所述活性激光熔凝工艺根据手工TIG填丝修复层表面尺寸和组织性能、模具工况、产品表面质量要求等方面制定，具体熔凝工艺的焊接电流30～200A、焊接速度0.1～2.5mm/s、脉宽2～15ms、频率2～15Hz、离焦量-10～10mm、保护气体流量2～10L/min。
以下为采用本方法的一个具体实施例：
一种Dievar材料压铸模具大裂纹手工TIG填丝与活性激光熔凝复合修复方法
对模具裂纹进行分析，采用超声波探伤检测裂纹形态和尺寸，宽度为1.5mm，深度3mm；对失效模具大裂纹进行处理，采用手动砂轮铲除模具表面裂纹区，得到V型坡口，深度为3mm，宽度为5.2mm。然后对处理后的裂纹区再次进行超声波探伤，确保裂纹清理干净，采用清洁剂将待修复区域清理干净。采用手工直流氩弧(TIG)填丝修复工艺，焊丝选用直径0.5mm的Dievar材料焊丝，电源接法直流正接，焊接电流60A，弧长4mm，焊接速度130mm/min，钨极伸出长度2mm，保护气体流量8L/min，填丝角度15°，送丝方式手动前置送丝，修复层尽量平整，便于后续活性激光处理。根据TIG修复层表面尺寸，在其表面并排进行2次活性激光熔凝处理。因手工TIG采用Dievar材料焊丝，根据其得到修复层硬度385Hv低于Dievar材料压铸模具硬度425Hv，组织晶粒粗大且夹杂有大量的硬质碳化物，根据此修复层组织性能，活性激光熔凝工艺选用Nd3+:YAG固体激光器，电流大小100A、焊接速度0.5mm/s、脉宽8ms、频率5Hz、离焦量6.5mm、保护气体流量10L/min。用电动铁刷除去TIG修复层表面氧化皮，再用清洁剂将表面清理干净，将丙酮和Cr2O3+SiO2复合活性剂粉末调和成糊状，Cr2O3占70％，SiO2占30％，用扁平毛刷将其均匀涂抹在TIG修复层表面，厚度为0.1mm。待涂抹的活性剂充分干燥后，进行快速激光熔凝处理，最终得到一种手工TIG填丝与活性激光熔凝复合修复层；修复层由1道手工TIG填丝修复层与2道活性激光熔凝强化层复合构成，修复层宽度W1为5.5mm，厚度H1为2.5mm，活性熔凝焊缝区宽度W2为2.5mm，厚度H2为1mm，激光熔凝热影响区厚度H3为0.1mm，焊缝交叠处宽度W3为1mm，TIG焊缝区宽度W4为3.5mm，厚度H4为3.2mm，TIG焊缝热影响区厚度H5为0.4mm，活性熔凝修复层强化区硬度平均值达570Hv，活性熔凝热影响区硬度平均为520Hv，修复层的硬度高于基体的硬度。
手工TIG填丝修复层在经过活性激光熔凝处理后，焊缝表层组织细化，晶粒明显变小，组织中的硬质碳化物被完全溶解，从而，强度得到提升，耐磨性大大增强；焊缝内部组织在激光熔凝的作用下发生了一次低温回火处理，使得组织晶格畸变程度减弱，马氏体的过饱和程度降低，这种低温回火处理减小了组织内应力，增强了组织韧性和塑性，较大幅度的提高了修复区域的抗热疲劳能力。经本实施例的手工TIG填丝与活性激光熔凝大裂纹修复方法修复的Dievar材料压铸模具的使用寿命在原始使用寿命的基础上延长了20％以上。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅限于以上实施例，其具体结构允许有变化。但凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种模具裂纹的修复方法，其特征在于：
根据裂纹的宽度和深度将将裂纹分为两类：a类裂纹的宽度在0.5～3mm之间、深度在1～5mm之间；b类裂纹的宽度在3mm以上、深度在5mm以上；
a类裂纹的修复包括以下步骤：
(1)、用手动砂轮铲除模具表面裂纹区；
(2)、去除模具的的热疲劳层；
(3)、对裂纹区进行超声波探伤，如果依然有裂纹存在，则返回步骤(1)；否则，执行步骤(4)；
(4)、用清洁剂将上述的区域清洗干净；
(5)、采用手动前置送丝方式，对需要修复的区域进行手工TIG填丝修复，形成TIG修复层；
(6)、对已完成的TIG修复层进行表面清理，刷除去修复层表面氧化皮，再用清洁剂将表面清理干净；
(7)、将丙酮和活性剂粉末调和成糊状，用扁平毛刷将其均匀涂抹在TIG修复层表面，涂层厚度0.01-0.5mm；待涂抹的活性剂充分干燥后，进行快速激光熔凝处理；
b类裂纹的修复包括以下步骤：
(1)、用手动砂轮铲除模具表面裂纹区；
(2)、去除模具的的热疲劳层；
(3)、对裂纹区进行超声波探伤，如果依然有裂纹存在，则返回步骤(1)；否则，执行步骤(4)；
(4)、用清洁剂将上述的区域清洗干净；
(5)、用计算机进行模拟修复，修正焊接参数；
(6)、采用手动前置送丝方式，对需要修复的区域进行多层多道手工TIG填丝修复，形成TIG修复层；
(7)、对已完成的TIG修复层进行表面清理，刷除去修复层表面氧化皮，再用清洁剂将表面清理干净；
(8)、将丙酮和活性剂粉末调和成糊状，用扁平毛刷将其均匀涂抹在TIG修复层表面，涂层厚度0.01-0.5mm；待涂抹的活性剂充分干燥后，进行多道快速激光熔凝处理，直至整个TIG修复层铺满。
2.根据权利要求1所述模具裂纹的修复方法，其特征在于：所述的手工TIG填丝工艺参数是根据模具材料、模具工况、裂纹形式、修复层应力数值分析结果和活性激光熔凝对手工修复层表面平整度要求而制定；其中，用于修复铝合金等活泼金属模具裂纹时采用脉冲氩弧填丝工艺，具体参数为：峰值电流20～400A、基值电流20～400A、脉冲频率2～15Hz、占空比5％～95％、弧长2～15mm、钨极伸出长度2～20mm、钨极直径0.5～4.0mm、焊接速度10～1000mm/min、填丝角度10°～60°、氩气流量2～10L/min，焊丝采用与母材同材料焊丝，直径0.5～2.5mm；用于修复热作模具和锻模裂纹时采用直流氩弧填丝工艺，具体参数为：电源接法直流正接、焊接电流20～300A、弧长2～15mm、钨极伸出长度2～20mm、钨极直径0.5～4.0mm、焊接速度10～1000mm/min、填丝角度10°～60°、氩气流量2～10L/min，焊丝采用与母材同材料焊丝，直径0.5～2.5mm。
3.根据权利要求1所述模具裂纹的修复方法，其特征在于：所述激光熔凝工艺采用的活性剂为Cr2O3活性剂、SiO2活性剂或Cr2O3+SiO2复合活性剂；所用激光器为YAG固体激光器，所述活性激光熔凝工艺根据手工TIG填丝修复层表面尺寸和组织性能、模具工况、产品表面质量要求等方面制定，具体熔凝工艺的焊接电流30～200A、焊接速度0.1～2.5mm/s、脉宽2～15ms、频率2～15Hz、离焦量-10～10mm、保护气体流量2～10L/min。
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