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技術資料

華天世紀激光焊接機應用于模具修復

2016-12-28 返回列表
選用激光熔焊對有裂紋和磨損的A-MAX鋼壓鑄模具進行模具修正與維護,并對修正后的模具進行微觀安排、拉伸功能和疲憊功能的剖析。成果表明,激光熔焊接頭焊縫區存在細微的板條狀馬氏體以及一些沿晶界散布的白色鐵素體安排,接頭熱影響區安排為鐵素體和珠光體。通過激光熔焊的模具的抗拉強度和伸長率到達全新A-MAX模具的93.95%和88.92%,并且修正后模具的疲憊壽命也得到顯著改進,與全新模具的疲憊循環次數在同一個數量級。

  模具制造跟著工業技能的飛速發展而不斷拓展,已在現代制造加工業特別是精密制造領域中獲得廣泛的使用,能有用地進步資料的利用率和延伸商品的使用壽命。跟著壓鑄職業的飛速發展,對壓鑄模具的歸納力學功能及使用壽命等提出更高請求,一起因為壓鑄模具的本錢較高,模具在長期使用條件下因為高速、高壓、冷熱交替或交變載荷的工作環境致使模具外表或內部呈現腐蝕、磨損或裂紋致使模具功能下降,甚至會致使模具失效。模具的制造觸及原料的挑選、雜亂的精密加工和有關的熱處理準則,其制造本錢高且周期長。因而,為防止模具因為呈現裂紋或磨損等失效形式而影響出產,而選用模具修補焊接技能,該技能是一種解決模具外表失效的直接而有用的辦法。激光熔焊技能作為一種高功率密度、能量會集、對焊材丟失小,且便于完成自動化的高效精密焊接,可完成大熔深、低剩余應力與變形的構件焊接,因而激光修補模具焊接技能因為其本錢低、周期短、修正作用好而成為一項常用的模具修補焊接技能,克服了冷焊和氬弧焊在修正模具精密外表上存在的缺乏。

  1實驗條件與設備

  1.1實驗條件

  研討對象為有裂紋的發動機缸體壓鑄模具。模具原料為A-MAX鋼,選用真空電渣重熔技術精煉,淬透性好,使用壽命為SKD61鋼的3-5倍,裂紋深度比SKD61鋼淺40%。該鋼具有優良的抗龜裂功能、高溫耐性、高溫強度、耐火功能和耐高溫強度的功能,用于各類大型、雜亂的壓鑄模具。模具幾許尺度為200mm×120mm×10mm,化學成分見表1。

  實驗進程中,選用丙酮或無水乙醇替代工業清潔劑用于焊前的外表清潔,要重復清潔,才干滿足焊接請求,因為清潔不完全或二次污染帶來的疑問最終會致使修正質量大大下降。

  1.2實驗設備

  激光熔焊設備選用SLC數控激光多功能加工機,功率為5KW,波長為10.6μm,最小光斑直徑為0.12mm,焊接速度為1m/min,維護氣體為氬氣。

  1.3測驗辦法

  選用HY-932型拉伸實驗機進行拉伸功能測驗,按GB/T228-2002規范,拉伸試樣總長度為200mm、段長度為95mm、圓弧半徑為20mm,測驗溫度為常溫。

  用QBG-25型高頻疲憊實驗機測驗接頭的疲憊功能,疲憊試件依照國標GB/T2015111-1994制造,循環應力的應力比為0.1,頻率為100Hz。為了削減實驗誤差,每種試樣進行2個平行樣的實驗。

  2實驗成果與剖析

  2.1微觀安排剖析

圖1激光焊接修正后A-MAX鋼模具的顯微安排

  從圖1能夠看出,焊縫基地方位在南北極間薄板相接處。母材為奧氏體與鐵素體,焊縫中心為細晶安排,而熔合區的為柱狀晶,因為激光熔焊具有很高的峰值溫度,較快焊接速度和冷卻速率等特色,使得A-MAX鋼模具的激光焊熱影響區很小,但仍能夠看到在模具修正處接頭的熱影響區微觀安排為白色的鐵素體和黑色的珠光體安排。由圖1b能夠看出,A-MAX鋼的焊縫區安排是較為細微淬火安排,一起還可觀察到有細微的板條狀馬氏體以及一些沿晶界散布的白色鐵素體安排。別的,A-MAX鋼焊縫處存在少數的細微分出物,這有利于進步A-MAX鋼模具修正處的強度。因為在激光焊接進程中,激光束的能量密度會集,并且激光的焊接速率相對較快,致使接頭熔融區的液態金屬將以較快的冷卻速率凝結,這就相當于焊縫區安排閱歷了一次迅速淬火進程,得到了強度、硬度和塑性功能較好的板條狀馬氏體安排。

  2.2拉伸功能剖析

圖2拉伸實驗后的修正模具與全新模具試樣狀態圖

  圖2為修正后模具與全新模具拉伸后試樣狀態圖。由圖2可看出,修正后模具的拉伸斷口呈現在熔合區鄰近,全新模具的拉伸斷口呈現在母材別的方位。

圖3常溫下拉伸應力-應變曲線

  圖3為常溫下修正后模具與全新模具的拉伸應力-應變曲線。能夠看出,拉伸試樣的變形跟著拉伸應力的添加而添加,但并不成線性關系;當拉伸應力在690MPa以下時,A-MAX鋼的應變較為顯著,當拉伸應力在750MPa以上變化時拉伸應力與應變呈近似線性關系。

圖4試樣的拉伸實驗成果比照

  圖4為修正模具與全新模具的抗拉強度與伸長率的比照成果。其間,全新A-MAX模具的抗拉強度為843MPa,伸長率為9.419%;修正后A-MAX模具的抗拉強度為792MPa,伸長率為8.375%,修正后模具的抗拉強度到達全新A-MAX模具的93.95%,伸長率也到達了全新模具的88.92%。由此能夠看出,通過激光熔焊修正后熱作模具的焊接接頭的抗拉強度和伸長率都非常挨近全新的A-MAX模具,具有較佳的力學功能。致使模具修正處的焊縫強度挨近A-MAX鋼母材的原因在于,模具修正處是激光熔焊中能量與溫度最高的區域,致使該焊縫區域在熔深方向上的焊接溫度均大于鋼的Ac3線溫度,而且A-MAX鋼調質態的成分呈較為均勻散布。這么在較高溫度條件下碳和別的合金元素可充沛分散,簡單取得安排成分均勻的奧氏體安排構造。加之激光熔焊速率較快,隨后焊縫區熔融金屬會以較快速率急速冷卻下來,終究構成規矩擺放的貧碳細板條馬氏體和少量剩余鐵素體安排,且經激光熔焊后,焊接接頭取得的板條狀馬氏體安排更為細密。

  2.3疲憊功能剖析

圖5試樣疲憊實驗成果

  圖5是在QBG-25型高頻疲憊實驗機測驗的兩種試樣的疲憊實驗成果。其間試樣1與試樣2為修正后模具的疲憊試樣,試樣3與試樣4為全新模具的疲憊試樣。能夠看出,試樣3的疲憊循環次數最大,取兩次測驗的均值為20619次;修正后A-MAX模具的試樣1與試樣2的疲憊循環次數均值為17322次,約為全新模具的83.69%。由此能夠看出,對行將報廢的模具采用激光修正焊接后其高頻疲憊壽數得到提高,挨近全新A-MAX模具,并與全新模具的疲憊循環次數已經在同一個數量級。

  3定論

  (1)A-MAX鋼模具修正處的接頭焊縫區存在細微的板條狀馬氏體以及一些沿晶界散布的鐵素體安排,接頭熱影響區微觀安排特征為鐵素體和珠光體安排。

  (2)通過激光熔焊修正的熱作模具的抗拉強度和伸長率到達全新A-MAX模具的93.95%和89.92%,修正后模具的力學功能挨近全新的A-MAX模具的功能。

  (3)通過激光熔焊修正的熱作模具的疲憊壽數約為全新模具的83.69%,與全新模具的疲憊循環次數已經在一個數量級。

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