Cr12Mov模具鋼的補(bǔ)焊歷來是模具行業(yè)的一個(gè)難題，易出現(xiàn)再熱裂紋和冷裂紋。采用常規(guī)的熱焊法存在補(bǔ)焊工藝復(fù)雜、維修周期長及復(fù)雜工件或精密件變形報(bào)廢等問題。本文分析了Cr12MoV鋼的焊接性，并以沖壓車間落料模維修為背景，介紹了在生產(chǎn)現(xiàn)場直接進(jìn)行Cr12MoV刃口補(bǔ)焊的兩種解決方案，客觀地比較了方案的效果和實(shí)用性。

　　中國汽車產(chǎn)量不斷增加、生產(chǎn)節(jié)奏持續(xù)加快、效率提高，這要求其生產(chǎn)線上的模具必須保證產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性、使用可靠性以及規(guī)定的壽命，這給汽車模具制造提出了更高的要求。支持模具制造業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)是模具材料工業(yè)，隨著技術(shù)的引進(jìn)和提高，模具材料的發(fā)展極為迅速。其中Cr12MoV模具鋼由于淬透性好，熱處理后具有高的硬度、耐磨性和抗壓強(qiáng)度,常用來制造截面較大、形狀復(fù)雜、經(jīng)受較大沖擊負(fù)荷的沖裁模，其物理性能見表1。沖裁模具中，Cr12MoV鋼的失效形式主要是刃口的磨損和崩裂，易導(dǎo)致鋼板出現(xiàn)毛刺、塌邊，甚至開裂，必須進(jìn)行修復(fù)。但Cr12MoV鋼的焊接性能差，特別是在生產(chǎn)現(xiàn)場條件下的緊急補(bǔ)焊維修，極易出現(xiàn)龜裂和剝離，這是模具行業(yè)一直難以解決的問題。

　　Cr12MoV鋼的焊接性分析 Cr12MoV鋼的碳當(dāng)量CE=3.8%～4.4%，是典型的難焊接材料，常出現(xiàn)焊接裂紋，主要表現(xiàn)形式如下所述。

　　1. 再熱裂紋。 在重復(fù)加熱過程中產(chǎn)生的裂紋，常出現(xiàn)在熔合區(qū)、熱影響區(qū)的粗晶區(qū)，具有晶間斷裂的特征。雖然Cr12MoV鋼中的合金元素鉻、鉬和釩等在組織中形成碳化物，具有沉淀強(qiáng)化作用，提高了的淬透性和強(qiáng)度，但也增加了再熱裂紋的傾向。

　　2. 冷裂紋。 焊縫冷卻至馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(200～300 ℃)以下所產(chǎn)生的裂紋，一般是在焊后一段時(shí)間才出現(xiàn)，多發(fā)生在熱影響區(qū)。Cr12MoV鋼焊接出現(xiàn)冷裂紋，一方面是因?yàn)镃r12MoV鋼中C和Cr的含量很高，馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)很低，淬硬傾向大、淬透性高，形成脆硬的馬氏體;同時(shí)產(chǎn)生晶格的缺陷，會(huì)導(dǎo)致淬硬脆化型冷裂紋出現(xiàn)。

　　另一方面在于無處不在的氫元素在焊縫金屬中溶解和擴(kuò)散，熱影響區(qū)中的氫元素對致裂過程起到了動(dòng)態(tài)推動(dòng)作用，產(chǎn)生了氫致裂紋。

　　Cr12MoV鋼常規(guī)補(bǔ)焊工藝 目前，常規(guī)的補(bǔ)焊工藝是熱焊法，采用與母材成分相似或熔合性好的焊條，如R317、LKE-7、GRIDUR61和CARBO-6W等，使用前須經(jīng)200～350 ℃烘焙30～60 min，保持焊條干燥，減少氫元素的來源。焊前清除母材表面的油污、裂紋以及氣孔、夾渣等焊接缺陷，要求缺口、坡口的形狀盡量規(guī)則對稱，防止焊縫分布密集，避免應(yīng)力集中。Cr12MoV母材需于爐內(nèi)預(yù)熱至300～400 ℃，焊接時(shí)注意控制層間溫度，中途停止焊接需立即進(jìn)行保溫處理。盡可能使用較低電流，采用短弧焊接，以降低母材的稀釋率，每道焊道長不超過50 mm，焊條的擺動(dòng)幅度不超過焊條直徑的1.5倍。焊后敲擊去應(yīng)力。母材進(jìn)行后熱、緩冷，至室溫清除焊渣。

　　嚴(yán)格按照常規(guī)焊接工藝對Cr12MoV鋼進(jìn)行補(bǔ)焊，能夠獲得較好的焊接接頭。但就目前生產(chǎn)的現(xiàn)狀來說，該工藝還存在以下問題：工藝復(fù)雜，維修不便;從焊前爐內(nèi)預(yù)熱，到焊后保溫爐冷，整個(gè)工藝周期太長，嚴(yán)重影響量產(chǎn)模具的維修進(jìn)度;爐內(nèi)預(yù)熱和爐冷往往會(huì)造成零件的變形，導(dǎo)致二次加工，甚至報(bào)廢。落料模Cr12MoV鑲塊的質(zhì)量技術(shù)要求 落料模在生產(chǎn)過程中一直處于高頻率的沖裁狀態(tài)，其承載載荷的變化是十分復(fù)雜的，尤其是剪邊鑲塊刃口，工作時(shí)承受高的沖擊載荷，且每個(gè)工作周期都是短時(shí)間受載，無載荷時(shí)間長，受到很大的擠壓力、摩擦力和瞬間沖擊力，工作條件極端惡劣。因此，剪邊鑲塊采用Cr12MoV高鉻模具鋼制造，其化學(xué)成分見表2。為改善Cr12MoV碳化物不均勻性，對坯料進(jìn)行鍛造和球化退火處理。

　　在機(jī)械加工、鉆螺釘孔后，于精加工前，要進(jìn)行熱處理。為保證其具有高硬度和較高的韌性，特采用一次硬化處理方法，即二級預(yù)熱，1000～1050 ℃中溫淬火，200 ℃低溫回火的熱處理方式，具體工藝見圖1。從熱處理后金相組織(見圖2)可以看出，其基體為回火馬氏體和少量殘余奧氏體，白色大塊狀為共晶碳化物，白色細(xì)顆粒狀為二次碳化物。最后將鑲塊安裝于模具上，配鉆銷釘孔，進(jìn)行2D精加工直至要求的尺寸(見圖3)。要求鑲塊硬度HRC58～62，淬硬層深度不小于3.0mm，表面粗糙度達(dá)到Ra0.16mm。

　　直接在模具上進(jìn)行補(bǔ)焊的解決方案 從前面的分析我們可以得到啟示：要解決Cr12MoV補(bǔ)焊的再熱裂紋和冷裂紋，關(guān)鍵是要解決補(bǔ)焊過程中的熱影響問題，解決了熱影響問題。就可以實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)現(xiàn)場、在模具上直接對Cr12MoV鑲塊進(jìn)行補(bǔ)焊。筆者通過研究和實(shí)踐，提出兩種在生產(chǎn)現(xiàn)場的模具上直接進(jìn)行Cr12MoV鋼刃口補(bǔ)焊的解決方案，無需進(jìn)行爐內(nèi)預(yù)熱和后熱。下面就介紹這兩種現(xiàn)場焊接方案，并與傳統(tǒng)的焊接工藝進(jìn)行對比說明。

　　1. 方案一：常溫下的精密補(bǔ)焊 第一種解決方案的思路，是控制焊接電流產(chǎn)生的熱量。選用設(shè)備：SH-01高精密冷焊機(jī);焊絲：SKD-11(0.3mm)激光焊絲;焊接電流：3A。原理： 精密補(bǔ)焊主要是通過設(shè)備的充電電容，以10-3～10-1 s的周期，10-6～10-5 s的超短時(shí)間放電，等離子化狀態(tài)的熔融金屬以冶金的方式過渡到工件的表層，并與母材之間產(chǎn)生了合金化作用，向工件內(nèi)部擴(kuò)散、熔滲。焊接工藝：焊前將焊絲在250～350℃下烘焙1h，并保持該溫度，隨用隨取;清潔母材表面，去除油污，并將開裂或缺損處打磨干凈，不需要預(yù)熱;采用脈沖點(diǎn)焊方式對坡口進(jìn)行修補(bǔ)，可連續(xù)施焊;焊后無需對焊接部位敲擊去應(yīng)力，采用風(fēng)扇直吹，強(qiáng)制空冷;至室溫后，清渣并打磨焊接部位。焊接部位硬度可達(dá)HRC58～60。優(yōu)點(diǎn)： 此方案焊補(bǔ)精度高，起弧電流和時(shí)間能得到精確控制，克服了補(bǔ)焊過程對工件的沖擊，確保輸入的能量僅夠用于焊絲與工件之間的熔合，熱影響區(qū)極小，焊縫結(jié)合度高，特別適合于2.0mm以下缺口的補(bǔ)焊;焊接設(shè)備體積小，質(zhì)量輕、移動(dòng)方便，可直接在現(xiàn)場模具上進(jìn)行補(bǔ)焊。缺點(diǎn)： 需要導(dǎo)入高精密冷焊機(jī)和專用焊絲，增加投資。

　　2. 方案二：模擬常規(guī)補(bǔ)焊熱處理環(huán)境下的氬弧焊 第二種解決方案的思路是化整為零，控制熱影響的區(qū)域。選用設(shè)備：TSP-300氬弧焊機(jī)、乙炔炬;焊絲：MH-115T(1.6mm);焊接電流：70～90 A。原理：把補(bǔ)焊區(qū)域化整為零，局部模擬常規(guī)補(bǔ)焊工藝的熱處理環(huán)境，實(shí)施補(bǔ)焊。焊接工藝： 焊前將焊絲在250～350℃下烘焙30～60min ，并保持該溫度，隨用隨取;清潔母材表面，去除油污，并將開裂或缺損處打磨干凈;用乙炔炬將焊接部位局部加熱到250℃左右開始補(bǔ)焊：電壓20～26 V，焊接時(shí)焊絲與焊接面成45°，行進(jìn)方向90°～80°，短弧操作，分層交錯(cuò)焊接時(shí)焊點(diǎn)的開端和終端不能平齊，每次補(bǔ)焊長度不超過7.0mm;焊后馬上用乙炔炬對焊道及周圍區(qū)域進(jìn)行加熱保溫，保持溫度200～300℃，30 s后逐步降低溫度，總的保溫時(shí)間可以控制在1min以內(nèi);對焊接部位進(jìn)行敲擊，消除應(yīng)力集中;至室溫后，清渣并打磨焊接部位。焊接部位硬度可達(dá)到HRC 56～60。優(yōu)點(diǎn)： 不需要增加專用投資;適合于>2.0mm缺口的補(bǔ)焊;可直接在現(xiàn)場模具上進(jìn)行補(bǔ)焊。缺點(diǎn)： 對焊工的技術(shù)要求較高，需要同時(shí)具備豐富的氬弧焊和乙炔焊經(jīng)驗(yàn)。應(yīng)用案例：2009年8月，我廠沖壓車間有一套落料直剪模的Cr12MoV鑲塊出現(xiàn)若干處崩刃，導(dǎo)致鋼板出現(xiàn)毛刺，影響到激光拼焊的質(zhì)量，亟需維修。按照常規(guī)的工藝進(jìn)行維修，大約需要40h。我們按照方案二進(jìn)行維修，僅用8h就完成作業(yè)，模具至今使用正常。

　　3. Cr12MoV焊接方案對比 本文介紹的兩種補(bǔ)焊方案與傳統(tǒng)的Cr12MoV焊接工藝相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：無需爐內(nèi)預(yù)熱、焊后熱處理，避免了因長時(shí)間高溫加熱導(dǎo)致的工件變形報(bào)廢;可直接滿足現(xiàn)場維修需要，節(jié)約了大量維修工時(shí)，避免了因維修而造成的長時(shí)間停線問題，這對于使用頻率高，流水線作業(yè)的落料模維修來說，意義尤為明顯。就這兩種方案而言，精密補(bǔ)焊具有精度高，熱影響區(qū)小，不會(huì)出現(xiàn)下榻，變形及咬邊等現(xiàn)象，焊接的效果要略優(yōu)于方案二，操作更為方便，但方案二的改良工藝對于較大的缺口，具有修補(bǔ)速度快的特點(diǎn)，并且焊接效果足以滿足生產(chǎn)的需要。此外，方案二對焊接設(shè)備沒有特殊的要求，應(yīng)用范圍更廣，為各車間所借鑒、使用。

　　結(jié)語 Cr12MoV鋼焊接性能差，焊接時(shí)和焊后易出現(xiàn)再熱裂紋和冷裂紋;導(dǎo)入精密焊接設(shè)備，能夠在室溫下對Cr12MoV鑲塊進(jìn)行直接焊補(bǔ)，精度高、熱影響小，焊縫結(jié)合度高。改良焊接工藝，采用專用焊絲，使用氬弧焊即可完成對Cr12MoV鑲塊進(jìn)行直接焊補(bǔ)，焊接效果滿足生產(chǎn)需要，適合廣泛應(yīng)用。

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