CN110170764A - 一种模具增材再制造打底用药芯焊丝及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模具增材再制造打底用药芯焊丝，包括药芯和包覆在药芯外的外皮，药芯包括如下重量份数的组分：氟化物2‑7份、碳酸钙2‑6份、长石4‑7份、金红石5‑8份、刚玉2‑5份、高碳铬铁2‑3份、硅锰合金7‑10份、钛铁1‑3份、钼铁2‑6份、镍粉12‑20份、钴粉8‑15份、金属铬1‑5份、稀土钇0.5‑1.5份，铁粉30‑37份。本发明具有韧性高、强度高、金属成形性好等优点。

Description

一种模具增材再制造打底用药芯焊丝及其应用
技术领域
本发明属于增材制造材料领域，涉及一种药芯焊丝，尤其涉及一种模具增材再制造打底用药芯焊丝及其应用。
背景技术
热作模具广泛用于汽车、火车、工程机械、矿山机械、航空、航天等重要领域，是生产受力部件即锻件的主要工具。为提高模具寿命和锻件质量，人们采用堆焊方法制造或修复模具，“因地制宜”地采用不同焊材堆焊模具不同位置。热作模具的修复再制造主要采用手工堆焊的方法。该方法存在着工作条件恶劣、生产效率低等缺点，而且难以做到精准用材，因此技术人员制定的焊接工艺在手工作业时不易如期实现。
考虑到人工作业对模具堆焊存在用材不准的现状，目前市场上研制的模具焊材大部分具备通用性，以适应模具不同工作条件、不同失效部位的焊接。这也是导致市场上现存模具焊材品种较少的原因。通用类的焊材缺乏针对性，对于一些具体的模具修复问题，通用类焊材的修复效果差，无法全面或有效地解决修复问题，例如模具的形变和开裂问题。目前，市场上同类型的焊材主要用于解决模具的变形问题，但无法同时解决模具的开裂问题。
电弧增材再制造技术为模具修复提供了新思路。该技术基于离散、堆积原理，通过材料逐层堆积的方法对模具进行数字化、自动化的修复。利用该技术，通过焊接机器人加以计算机程序辅助进行增材制造可以实现修复过程自动化、快捷化、智能化，同时能够做到精准用材。但是，电弧增材再制造技术对焊材的成形性要求较高，目前的焊材成形性差，不能很好的匹配电弧增材再制造技术，无法呈现其完整优异的技术效果。
发明内容
本发明提供一种模具增材再制造打底用药芯焊丝及其应用，以克服现有技术的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种模具增材再制造打底用药芯焊丝，包括药芯和包覆在药芯外的外皮，药芯包括如下重量份数的组分：氟化物2-7份、碳酸钙2-6份、长石4-7份、金红石5-8份、刚玉2-5份、高碳铬铁2-3份、硅锰合金7-10份、钛铁1-3份、钼铁2-6份、镍粉12-20份、钴粉8-15份、金属铬1-5份、稀土钇0.5-1.5份，铁粉30-37份。
进一步，本发明提供一种模具增材再制造打底用药芯焊丝，还可以具有这样的特征：氟化物为选自氟化钙、氟化钠和冰晶石中的两种以上的混合物。
进一步，本发明提供一种模具增材再制造打底用药芯焊丝，还可以具有这样的特征：药芯包括如下重量份数的组分：氟化物3-5份、碳酸钙3-5份、长石4-6份、金红石5-7份、刚玉2-4份、高碳铬铁2-3份、硅锰合金7-10份、钛铁1-2份、钼铁2-5份、镍粉15-20份、钴粉10-15份、金属铬1-3份，稀土钇0.6-1.0份，铁粉32-37份。
进一步，本发明提供一种模具增材再制造打底用药芯焊丝，还可以具有这样的特征：外皮为SPCC专用冷轧低碳钢钢带。
其中，药芯焊丝采用药芯过渡合金方式和通用的药粉规格及药芯焊丝生产工艺制造。
本发明还提供上述模具增材再制造打底用药芯焊丝的应用，药芯焊丝用于模具的增材再制造与修复，尤其用于修复模具的变形和深度开裂问题。
其中，本药芯焊丝尤其适用于H13、3Cr2W8、5CrNiMo、5CrMnMo等热作模具增材再制造与修复。
进一步，本发明提供一种模具增材再制造打底用药芯焊丝的应用，还可以具有这样的特征：修复焊接时，采用体积占比为80％Ar和20％CO2的混合气体，焊接电流为300-400A，电弧电压为29-31V。
本发明的有益效果在于：本发明提供一种模具增材再制造打底用药芯焊丝及其应用，焊丝药芯渣系配方由氟化物、金红石、碳酸钙、长石、刚玉和脱氧剂及合金粉组成。其中，脱氧剂包括钛铁、硅锰合金；合金粉包括铁粉、高碳铬铁、钼粉、镍粉、金属铬、钴粉和稀土钇。
本发明提供了一种新型药芯焊丝渣系。该渣系以TiO2-SiO2-CaO-氟化物为主。其中氟化物为氟化钙、氟化钠和冰晶石中任意两种质量比例的组合。使用该渣系生产的焊接材料焊接工艺性能更加优异，电弧稳定，飞溅小，气孔敏感性低，脱渣容易，成形好，熔敷效率高。本发明还提供了一种新型合金系。该合金系以碳-镍-钴-铬-钼为主，采用固溶强化方式，还有较强的冲击强化效果，保证了增材金属高温强度和冲击韧性，有效提高了模具的抗裂性和抗变形能力。稀土的加入，细化了组织，提高了纯度，熔敷金属抗冲击性能强和热稳定性好。另外，镍-钴-铬-钼合金系还提高了液态金属表面张力，因此铁水不易流淌，增材金属成形好。
熔敷金属堆焊五层时，堆焊层硬度HRC为31-33，拉伸强度为1190-1280MPa，冲击功55-65KV2(J)，冲击强化后，硬度HRC最高可达38左右，使用效果良好。焊接实验结果表明，通过渣系、合金体系优化和加入稀土，提高了熔敷金属的韧性、强度和热稳定性，改善了增材金属成形性。在中层和盖面层材料不变的条件下，增材再制造模具的使用寿命大大提高，降低了锻件的生产成本。
本发明药芯焊丝的熔敷金属的强度高、冲击强化效果好，具有高韧性和高强度，其洛氏硬度焊后为HRC31左右，冲击后硬度还应有较大程度提高，可以同时解决某些模具锻打时深度开裂和变形两种失效形式共存问题，用于修复模具的变形和开裂。此外，本药芯焊丝的金属成形性好，可解决增材再制造时熔敷金属高温易流淌、增材金属焊接过程成形差的问题。生产结果表明，采用本发明的材料进行打底堆焊，修复的模具不仅成形好，而且寿命可大大提高。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例提供一种模具增材再制造打底用药芯焊丝及其应用。
药芯焊丝包括药芯和包覆在药芯外的外皮。
药芯包括如下重量份数的组分：氟化物5份、碳酸钙3份、金红石7份、长石5份、刚玉3份、高碳铬铁2份、硅锰合金8份、钛铁1份、钼铁3份、镍粉17份、金属铬1份、钴粉12份、稀土钇0.6份，铁粉35份。
其中，氟化物包括氟化钙2份、冰晶石3份。
外皮为SPCC专用冷轧低碳钢钢带。
药芯焊丝采用药芯过渡合金方式和通用的药粉规格及药芯焊丝生产工艺制造。
焊丝熔敷金属成分检测，其重量百分比为碳0.07％、锰0.95％、硅0.25％、铬1.15％、钼0.77％、镍4.1％、钴3.1％、余量为铁。
堆焊层硬度为HRC31.5，冲击后硬度为HRC37.5，拉伸强度为1195MPa，冲击功62KV2(J)。
本药芯焊丝用于模具的增材再制造与修复。修复焊接时，采用体积占比为80％Ar和20％CO2的混合气体，焊接电流为300-400A，电弧电压为29-31V。采用本药芯焊丝进行打底堆焊，增材制造模具的寿命如表1所示。
实施例2
本实施例提供一种模具增材再制造打底用药芯焊丝及其应用。
药芯焊丝包括药芯和包覆在药芯外的外皮。
药芯包括如下重量份数的组分：氟化物3份、碳酸钙4份、金红石6份、长石6份、刚玉2份、高碳铬铁2.5份、硅锰合金7份、钛铁2、钼铁2份、金属铬2份、镍粉20份、钴粉15份、稀土钇0.8份，铁粉32份。
其中，氟化物包括氟化钙2份、氟化钠1份。
外皮为SPCC专用冷轧低碳钢钢带。
药芯焊丝采用药芯过渡合金方式和通用的药粉规格及药芯焊丝生产工艺制造。
焊丝熔敷金属成分检测，其重量百分比为碳0.08％、锰0.88％、硅0.22％、铬1.45％、钼0.63％、镍4.6％、钴3.9％、余量为铁。
堆焊层硬度为HRC32.1，冲击后硬度为HRC38，拉伸强度为1233MPa，冲击功60.7KV2(J)。
本药芯焊丝用于模具的增材再制造与修复。修复焊接时，采用体积占比为80％Ar和20％CO2的混合气体，焊接电流为300-400A，电弧电压为29-31V。采用本药芯焊丝进行打底堆焊，增材制造模具的寿命如表1所示。
实施例3
本实施例提供一种模具增材再制造打底用药芯焊丝及其应用。
药芯焊丝包括药芯和包覆在药芯外的外皮。
药芯包括如下重量份数的组分：氟化物5份、碳酸钙5份、金红石7份、长石4份、刚玉4份、高碳铬铁3份、硅锰合金10份、钛铁2份、钼铁4份、镍粉15份、金属铬3份、钴粉10份、稀土钇1份，铁粉37份。
其中，氟化物包括氟化钙2.5份、冰晶石2.5份。
外皮为SPCC专用冷轧低碳钢钢带。
药芯焊丝采用药芯过渡合金方式和通用的药粉规格及药芯焊丝生产工艺制造。
焊丝熔敷金属成分检测，其重量百分比为碳0.098％、锰0.88％、硅0.22％、铬1.62％、钼1.38％、镍3.8％、钴3.2％、余量为铁。
堆焊层硬度为HRC32.5，冲击后硬度为HRC38.3，拉伸强度为1272MPa，冲击功58KV2(J)。
本药芯焊丝用于模具的增材再制造与修复。修复焊接时，采用体积占比为80％Ar和20％CO2的混合气体，焊接电流为300-400A，电弧电压为29-31V。采用本药芯焊丝进行打底堆焊，增材制造模具的寿命如表1所示。
实例1、实例2、实例3的药芯焊丝与同类型焊材的性能比较：现有技术中，美国焊默535焊丝堆焊层拉伸强度为1270MPa，冲击功37KV2(J)；国产京雷焊材GCR-150GM：拉伸强度为1160MPa，冲击功36KV2(J)。实施例1、实施例2和实施例3的药芯焊丝与之比较可知，本发明焊材在保持高强度性能的同时，大大提高了堆积金属的韧性。
实例1、实例2、实例3的药芯焊丝与同类型焊材作为打底焊材，增材制造模具的寿命比较：
表1采用实例1、实例2、实例3的药芯焊丝和采用焊默535焊材焊接前桥模具的寿命
焊材组合类型(低+中+面) 前桥模具寿命(件)
实例一+RMD545+RMD655 8532
实例二+RMD545+RMD655 7891
实例三+RMD545+RMD655 8219
焊默535+RMD545+RMD655 5355
由上表可知，采用本发明焊材增材制造模具的寿命极大提高。

Claims (6)

1.一种模具增材再制造打底用药芯焊丝，包括药芯和包覆在药芯外的外皮，其特征在于：
所述药芯包括如下重量份数的组分：氟化物2-7份、碳酸钙2-6份、长石4-7份、金红石5-8份、刚玉2-5份、高碳铬铁2-3份、硅锰合金7-10份、钛铁1-3份、钼铁2-6份、镍粉12-20份、钴粉8-15份、金属铬1-5份、稀土钇0.5-1.5份，铁粉30-37份。
2.根据权利要求1所述的模具增材再制造打底用药芯焊丝，其特征在于：
其中，所述氟化物为选自氟化钙、氟化钠和冰晶石中的两种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的模具增材再制造打底用药芯焊丝，其特征在于：
其中，所述药芯包括如下重量份数的组分：氟化物3-5份、碳酸钙3-5份、长石4-6份、金红石5-7份、刚玉2-4份、高碳铬铁2-3份、硅锰合金7-10份、钛铁1-2份、钼铁2-5份、镍粉15-20份、钴粉10-15份、金属铬1-3份，稀土钇0.6-1.0份，铁粉32-37份。
4.根据权利要求1所述的模具增材再制造打底用药芯焊丝，其特征在于：
其中，所述外皮为SPCC专用冷轧低碳钢钢带。
5.如权利要求1所述的模具增材再制造打底用药芯焊丝的应用，其特征在于：
所述药芯焊丝用于模具的增材再制造与修复。
6.根据权利要求5所述的模具增材再制造打底用药芯焊丝的应用，其特征在于：
其中，修复焊接时，采用体积占比为80％Ar和20％CO2的混合气体，焊接电流为300-400A，电弧电压为29-31V。
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