关于堆焊工艺在汽车冷冲模设计及制造中的应用探究

【摘 要】 本文分析探讨了堆焊工艺在汽车冷冲模设计和制造中的应用，重点介绍了刃口堆焊工艺，具体包括刃口堆焊技术的结构形式、选用焊条的原则、选择堆焊的方法、堆焊工艺的制定、操作注意事项等，并简述刃口堆焊质量的检验方法。

【关键词】 堆焊工艺 汽车冷冲模 设计与制造

随着汽车需求量与销售量的日益增加，对冷冲模的需求也随之剧增，也增加了冷冲模具钢的消耗量。汽车厂家要快速开发与生产出新产品，在竞争激烈的汽车市场中取胜，就需提高模具的有效利用率，减低制造模具的成本，缩短生产周期，而采用经济实用的堆焊技术则可满足需求，当中又以刃口堆焊技术最为有效。

1 关于堆焊工艺

堆焊是指用电焊或者气焊法融化金属，堆在机器零件或工具表面的焊接方法，一般是对熔敷耐磨、耐腐蚀或有特殊性能的金属层进行处理[1]。堆焊层不仅可以提高工件的工作性能与增强工件的使用寿命，而且生产成本低，可节省价格昂贵的金属材料。碳化钨、合金铸铁、钴基合金、铜合金镍、基合金以及各种钢，还有由适当基体金属组成的复合材料等等，都属于比较常见的堆焊材料。选择材料时，要以工件工作时的温度与介质性质、磨损类型为依据。堆焊应用领域广泛，可用于模具制造、航天航空、船舶电力、机械工业、铸造工业、电闸工业与汽车制造维修等方面。堆焊工艺应用于汽车冷冲模中，能够减少制造模具的成本，缩短生产周期，经济效益较好。

2 刃口堆焊技术

刃口堆焊指的是直接在普通碳素结构钢或是铸钢冲模零件上，通过焊接，将合金焊条堆焊出高硬度刃口的工艺方法。

刃口堆焊最常应用于铸铁基体的堆焊，是在模具刃口的镶块上面进行堆焊刃口，其堆焊形式主要有三种：刀片式锻造镶块、用铸铁的铸造镶块与整体式刃口堆焊。详见图1。

2.1 刃口堆焊工艺的优点

（1）节省贵重的合金模具钢，显著降低材料成本；（2）方便模具维修，刃口部位损坏后，经退火后可重新堆焊制造，仍可继续使用；（3）热处理缺陷少；（4）冷冲模的使用寿命显著延长；（5）工艺简单，加工方便，适用于零件加工批量小的中小型工厂与缺少模具加工专用设备的情形[2]。

2.2 选用堆焊材料（焊条）

选用焊条要遵循以下三点原则：①等强原则，即要求凸凹模基体金属与堆焊金属具有等同的剪切强度、硬度与冲击韧性、耐磨性，能够熔合均匀，堆焊后可以热处理与机械加工；②同成分原则，对于冷冲模，尤其是在高耐磨、耐疲劳工作与高速冲击的情形之下，焊条的化学成分需与冷冲模具钢的化学成分基本相同，如此方能保证合金元素的性能；③特殊工艺需求原则。

2.3 选择堆焊方法

实际中几乎所有的焊接方式都可以用堆焊。任一焊接方式都各有特点，在汽车冷冲模设计与制造中，选择堆焊方法有3点原则需遵循。①考虑被堆焊冷冲模的因素。堆焊方法可根据堆焊冷冲模母材的成分、熔化的温度范围与膨胀收缩的性能进行选择。②堆焊方法要低稀释率、高熔敷率。稀释率低，母材熔入量小，堆焊金属的合金成分就不会减少，其耐磨性、耐疲劳性等使用性能才能得以保证。③成本要低，效益要好。

2.4 制定堆焊工艺

选好焊条与堆焊方法之后，应制定详细的堆焊工艺，以保证堆焊质量。根据实际生产经验，冷冲模堆焊的工艺流程是：准备冷冲模（去污、除层裂纹）选定、烘干焊条 预热冷冲模 电焊机即堆焊电流选用 选择堆焊操作 堆焊后热处理 修模与检验。

（1）堆焊前准备。在待焊部位磨出8～10mm的凹台，并清洗与均匀预热。温度为250～300℃，时间1h，预热刃口范围100～200mm。

（2）堆焊设备。常用交、直流弧焊机与焊条电弧焊。如是直流电源的焊条则应选直流电源。钛铁矿型、低氢型与钛钙型等焊条宜用直流反接。

（3）工艺顺序。使用碳钢焊条结506打底过渡（1～5层），堆322焊条硬化层（6～13层）是目前较为常见的工艺顺序（见图2），此工艺效果好，成本低。

（4）工艺规程。见下表1。

（5）操作注意事项。①焊过渡层506时，应全覆盖堆焊部位的铸铁。②焊接过程避免过分摆动，摆宽以不超过焊条直径2～3倍为准；收弧时应填满弧坑，再引弧时，弧坑应突出20～30mm，以避免裂纹出现。③采用合适的工艺规程，稀释率应尽量小，应小电流、快焊接、窄焊道。④针对尺寸较大的冷冲模，应采取跳焊或对称的手段，防止因受热不均匀引起变形。⑤必须保持机体温度在250～300℃范围内。⑥刃口堆焊高度保持在能磨出刃口处，过高会造成焊条与刃磨时间的浪费，且会因应力过于集中，易于产生层裂纹。⑦每焊完一层，应及时在焊口仍处于红热状态下锤击焊面，并清理干净焊渣，消除掉焊后应力避免裂缝与砂眼出现。

（6）堆焊后的热处理。堆焊后为消除焊后应力，减少或避免开裂，应立即回火处理。温度为540～570℃，回火时间要根据焊层大小决定，回火次数为3次，完后冷却至室温即可。

（7）加工堆焊刃口。可用数控坐标或数控铣刀磨对刃口进行刃磨，此法能够提高模具精度，可通过程序对凹、凸模刃口进行精修，适用于大批量生产与有加工条件的厂家。手工刃磨还是目前多数厂家的选择，工具有金刚石锉刀、角向砂轮与硬质合金旋转锉等。按照工艺模型样板刃磨凸模，先刃磨刃口高度，再是刃口侧面。凹模的刃磨在研配压床、普通压力床与研磨机上进行，同样先是刃磨高度再到侧面刃口。

3 刃口堆焊层的质量检验

（1）硬度检查。通常采用硬度计测量进行检验，要求堆焊层的硬度超过55HRC。

（2）焊缝检查。直接用肉眼或者5～10倍的放大镜观察，要求焊缝平整、均匀，不能出现有咬肉、气孔和夹渣的现象[3]。

（3）层裂纹检查。通常采用磁力探伤法、着色探伤法与习惯法检查，要尽可能减少和避免层裂纹的出现，尤其是不允许出现与刃口平行的纵向层裂纹。

（4）缺口检查。堆焊部位需超出刃口面，不能出现缺口，高度保证修磨后达到图纸技术要求。

4 结语

汽车市场的迅猛发展，必将促使汽车冲压模市场的竞争更趋激烈化。冷冲模刃口堆焊工艺简单，在模具设计、制造或维修中，运用该工艺可缩短模具制造周期，降低制造成本，具有较好的经济效益。

参考文献：

[1]张迎春，朱庆桂.堆焊工艺在汽车冷冲模设计与制造中的应用[J].焊接技术，2011，40（12）：22.

[2]洪慎章.堆焊技术在冷冲模修复中的应用[J].模具制造，2011，25（03）：75.

[3]陆元三.浅谈汽车冷冲模刃口堆焊工艺[J].锻压技术，2010，35（06）：160.