*CN101733512A*
(10)申请公布号 CN 101733512 A(43)申请公布日 2010.06.16
(12)发明专利申请
(21)申请号 200910199545.9(22)申请日 2009.11.26
(71)申请人上海大学
地址200444 上海市宝山区上大路99号(72)发明人陶立民 吴晓春 邬天荣 孙文娟
马栋柱 曹韵牧 姚关霖(74)专利代理机构上海上大专利事务所(普通
合伙) 31205
代理人顾勇华(51)Int.Cl.
B23K 9/04(2006.01)B23K 9/16(2006.01)B23P 6/00(2006.01)
权利要求书 1 页 说明书 4 页
(54)发明名称
高合金冷作模具快速焊补修复再制造方法(57)摘要
本发明涉及一种针对冷作模具简便有效的焊补修复再制造的工艺技术和方法，属高合金冷作模具钢技术领域。本发明方法主要是通过对待修复模具焊补前的预热处理，选用特定的焊丝，焊接高频电流的确定，以及焊后热处理等工艺步骤，使失效的冷作模具上堆焊出符合要求的硬面刀口或成型形面，使失效模具再次工作几万次以上的冲压任务。本发明方法解决了高合金钢碳当量高不易焊接的难题，将生产厂失效模具经焊补修复后重新利用，可提高模具使用寿命，缩减模具维修成本并提高生产效率。CN 101733512 ACN 101733512 A
权 利 要 求 书
1/1页
1.一种高合金冷作模具快速焊补修复再制造方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：
a.待修复模具的预热：将待修复在焊补前在300-370℃下预热保温1～2小时，以蒸发掉油渍并避免模具焊补时开裂；
b.焊丝选用：对模具普通硬面刀口采用2号焊丝薄层打底后1号焊丝堆焊刀口形面；成形模尺寸修复采用3号焊丝；断裂模具粘结修复时内部采用2号焊丝连接并在表层用1号焊丝制造硬面；特殊高硬度高韧性要求的硬面刀口堆焊采用4号焊丝；
焊丝编号及成分如下表所示：
c.确定电流参数：采用钨极氩弧焊机，使用高频电流100-150安培；靠近模具表面堆焊时设定偏低电流，远离模具堆焊时设定偏高电流；
d.焊后热处理：堆焊过程控制在25-30分钟内，完成后先让焊缝空冷5-10分钟；然后进行300-370℃保温2-3小时的焊后热处理，以释放焊接热应力，防止使用过程中应力集中而开裂；同时使堆焊层进行回火处理从而提高韧性。
2.如权利要求1所述的一种高合金冷作模具快速焊补修复再制造方法，其特征在于所述高合金冷作模具其钢种合金成分如下表所示：
钢种
C
Si
Mn
Cr11.50-Cr12
2.00-2.30≤0.40
≤0.40
13.0011.00-Cr12MoV
1.45-1.70≤0.40
≤0.40
12.5011.00-SKD11
1.40-1.600.15-0.350.30-0.60
13.00
Cr12Mo1V1(D2)
11.00-1.40-1.60≤0.60
≤0.60
13.00
Cr8Mo2SiV(DC53)
0.90-1.100.80-1.200.10-0.607.00-9.50
1.202.30-3.00
0.25-0.40≤0.030
≤0.030
1.200.70-≤1.10
≤0.030
≤0.030
0.600.70-0.50-1.10≤0.030
≤0.030
0.40-0.15-0.30≤0.030
≤0.030
≤0.030
≤0.030
Mo
V
P
S
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CN 101733512 A
说 明 书
高合金冷作模具快速焊补修复再制造方法
1/4页
技术领域
本发明涉及一种针对冷作模具简便有效的焊补修复再制造的工艺技术和方法，属
高合金冷作模具钢技术领域。
[0001]
背景技术
由于制造企业中冷作模具易发生崩角、磨损、尺寸变形、开裂等失效，开备模新模
代替失效模具的费用巨大且生产周期长，故希望以焊接这一简便有效的手段来维修失效模具。但是如今多数冷作模具采用高合金钢，高碳当量限制了常规焊丝焊接方法。所以需要开发专门的焊补修复再制造技术，解决企业面临的高合金冷作模具钢维修难题，从而缩减冷作模具维修成本提高模具使用寿命。
[0002]
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种简便有效的针对常用高合金冷作模具钢的焊补修复再制造的工艺方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：[0004] a.待修复模具的预热：将待修复在焊补前在300-370℃下预热保温1～2小时，以蒸发掉油渍并避免模具焊补时开裂；[0005] b.焊丝选用：对模具普通硬面刀口采用2号焊丝薄层打底后1号焊丝堆焊刀口形面；成形模尺寸修复采用3号焊丝；断裂模具粘结修复时内部采用2号焊丝连接并在表层用1号焊丝制造硬面；特殊高硬度高韧性要求的硬面刀口堆焊采用4号焊丝；[0006] 焊丝编号及成分如下表所示：
[0007]
c.确定电流参数：采用钨极氩弧焊机，使用高频电流100-150安培；靠近模具表面
堆焊时设定偏低电流，远离模具堆焊时设定偏高电流；[0009] d.焊后热处理：堆焊过程控制在25-30分钟内，完成后先让焊缝空冷5-10分钟；然后进行300-370℃保温2-3小时的焊后热处理，以释放焊接热应力，防止使用过程中应力集中而开裂；同时使堆焊层进行回火处理从而提高韧性。
[0010] 本发明中所述的高合金冷作模具其钢种合金成分如下表所示：
[0008] [0011]
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CN 101733512 A
钢种
C
Si
Mn
说 明 书
Cr11.50-Mo
V
P
S
2/4页
Cr122.00-2.30≤0.40≤0.40
13.0011.00-0.40-
≤0.030≤0.030
Cr12MoV1.45-1.70≤0.40≤0.40
12.5011.00-0.600.70-
0.15-0.30≤0.030≤0.030
SKD111.40-1.600.15-0.350.30-0.60
13.00
1.200.70-1.202.30-3.00
0.50-1.10≤0.030≤0.030
Cr12Mo1V1(D2)Cr8Mo2SiV(DC53)
1.40-1.60≤0.60≤0.60
11.00-13.00
≤1.10≤0.030≤0.030
7.00-0.90-1.100.80-1.200.10-0.609.50
0.25-0.40≤0.030≤0.030
本发明方法适用于经过淬火回火的Cr12，Cr12MoV(SKD11)，Cr12Mo1V1(D2)，
Cr8Mo2SiV(DC53)等常用高合金冷作模具钢。
[0013] 本发明中各编号焊丝的特性特点及其选用根据如下所述：[0014] 1号焊丝：适用于制作硬面刀口的焊丝，碳含量是影响焊接性的主要因素，因此焊丝碳含量远低于基体，得到了低的碳当量并保证了良好的焊接性。为了达到足够的硬度，加入较高含量的Si和一定量的Mn起到固溶强化作用，并且在焊丝凝固过程中脱氧。大量的Cr可以形成碳化物强化焊缝基体；Mo和V的少量加入改善了堆焊层强度和冲击韧性。[0015] 2号焊丝：主要起粘结基体和硬面刀口的作用。含大量的Cr和Ni使焊丝成为降温过程中不发生相变的奥氏体。碳含量非常低且强化相元素只有Mn和少量的Si，使得焊后硬度远低于冷作模具钢要求，但是粘结性很好，适用于打底层或粘结断裂模具。[0016] 3号焊丝：适用于修复成形面的焊丝。碳含量与1号焊丝接近，Si和Cr含量降低明显，但是添加了W形成硬质碳化钨可以增加焊缝的强度和耐磨性，并且适当提高了Mo含量进一步改善强度和韧性。[0017] 4号焊丝：进一步增加C、W的含量，大大提高焊缝硬度和耐磨性，并且通过Mo、V的增加保证焊缝的韧性，性能比1号和3号焊丝都好，适用于性能要求高的焊补修复场合。[0018] 本发明的优点和效果：
[0019] 通过焊前预热保温以及焊后热处理，释放热影响区的热应力，减小热影响区对模具的不利影响，保护模具焊后使用过程中不开裂；选取合适的焊丝以及焊丝搭配使得焊缝性能优异；高频高电流缩短焊补时间增加堆焊层冷速提高效率。
[0012]
具体实施方式
[0020] 现将本发明的具体实施例叙述于后。[0021] 实施例1：本例中所修补的老化模具是经1040℃淬火210℃保温2小时回火2次的
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CN 101733512 A
说 明 书
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Cr12MoV切边冷作模具，该模具经过多次修补并便用次数在二十万次以上，切边刀口有两个崩角和多处裂纹且尺寸变形。采用本发明的焊补修复再制造技术对其进行下述处理。[0022] 本实施例中采用的焊补修复再制造技术的操作步骤如下：[0023] (a)焊补前预热温度及保温时间：首先将Cr12MoV模具刀口崩角、裂纹和尺寸塌陷部位打磨成平整的堆焊坡口。老化严重的Cr12MoV冷作模具内部有大量隐性微裂纹并且模具表面的微裂纹中含有油渍，故预热温度选择较高的370℃并保温2小时，起到保护模具避免焊补时的意外开裂、蒸发油渍清洁待堆焊坡口以及提高焊缝质量的作用。[0024] (b)电流参数的设定：电流参数设定为高频电流，高的电流峰值可以加快焊丝的熔化和熔池的形成，并且实际钨极平均电流只有显示电流的一半，不会使模具受过高电流而发生高温回火软化脆化现象。堆焊时在熔化焊丝和产生熔池的条件下使模具表面受到电流的热影响尽量小。并且堆焊2号焊丝时设定高频100安培的偏低电流以减小对基体模具热影响，而堆焊1号焊丝时设定高频150安培的偏高电流增加刀口堆焊层的冷却速度，从而增加马氏体含量并提高硬度。[0025] (c)焊丝的使用：首先用粘结性好的2号焊丝在待焊平面上堆焊一层起到粘结基体与硬面堆焊层的作用；在其冷却过程中用锤子敲击2号焊丝堆焊层使其致密；然后将1号焊丝在2号焊丝堆焊层上继续堆焊2-3层作为硬面刀口；完成后用锤子敲打堆焊层使组织致密，并让堆焊层空冷5分钟形成马氏体。[0026] (d)焊后热处理：整个焊补过程在25分钟内完成以防止焊缝降温过程中过度收缩使模具开裂；然后进行370℃保温2小时的热处理，使得焊接热应力释放从而防止模具使用过程中应力集中而开裂，并使堆焊层进行回火处理从而提高韧性。[0027] (e)切边刀口加工：将堆焊层多余部分切削加工成需要的刀口形状及尺寸，这样通过上述焊补修复技术再制造了一块可继续使用的Cr12MoV切边冷作模具。[0028] 最后通过上述方法焊补修复再制造的Cr12MoV切边冷作模具，堆焊刀口硬度达到58-60HRC，与新模的刀口硬度相当；并且在实际生产中完成了一批次(两万件)汽车零件的剪切任务未出现开裂、崩角、磨损形变等失效，零件质量与新模具生产的相同。[0029] 实施例2：本例中所修补的成形模具是经过1030℃油淬后200℃保温2小时回火2次的DC53冷作模具钢，经过多次修补使用次数超过十万次，成形面有多处裂纹、塌陷和尺寸变形等失效。采用本发明的焊补修复再制造技术对其进行下述处理。[0030] 本实施例中采用的焊补修复再制造技术的操作步骤如下：
(a)焊补前预热温度及保温时间：首先将DC53模具表面裂纹和尺寸不足的部位打
磨成平整的堆焊坡口，预热温度选择适中的350℃并保温2小时，起到保护模具避免焊补时的意外开裂、蒸发油渍清洁待堆焊坡口以及提高焊缝质量的作用。[0032] (b)电流参数的设定：因为需要直接在原始失效的DC53模具表面堆焊，故设定较低的高频电流120安培，堆焊时在熔化焊丝和产生熔池的条件下使模具表面受到的热影响尽量小。
[0033] (c)焊丝的选用：选用3号焊丝直接堆焊在裂纹坡口以及成形面尺寸塌陷部位，堆焊完成后用锤子敲打堆焊层使组织致密，并让堆焊层空冷5分钟形成马氏体。[0034] (d)焊后热处理：整个焊补过程在25分钟内完成以防止模具降温过程中受焊接热影响而开裂；然后进行370℃保温2小时的焊后热处理，使得焊接热应力释放从而防止模具
[0031]
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说 明 书
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使用过程中应力集中而开裂，并使堆焊层进行回火处理从而提高韧性。[0035] (e)成形面加工：将堆焊层多余部分磨削加工成需要的成形面尺寸，这样通过上述焊补修复技术再制造了一块可继续使用的DC53成型冷作模具。
[0036] 最后通过上述方法焊补修复再制造的DC53成形冷作模具，堆焊刀口硬度达到59-61HRC，与新的成型模具表面硬度相当；并且在实际生产中完成了一批次(两万件)汽车零件的成形生产任务未出现开裂、磨损和塌陷形变等失效，产品质量与新模具生产的相同。
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