．Ｉ 啦 强 基 专 辑 焊接电流对Ｃｒ１ ２Ｍ０Ｖ冷作模具钢 焊缝组织性能的影响 宋雨来 孔祥瑞 李悦 邓燕 （１． 林大学材料科学与１ 程学院，长春１ ３００２５；２．一汽模具制造有限公司，长徉ｌ３００００） 摘要：采用两种不 电流对ｃｒｌ２ＭｏＶ冷作模具钢进行表面堆焊修复，研究ｒ两种焊缝的微 观组织特点币ｎ十摩擦条件下的耐磨性能 金相组织观察结果表明：焊缝为马氏体、碳化物和残 余奥氏体组织 磨损试验揭示：在多种绒荷 低摩擦速度的条件下，两种焊缝表现¨１相似的耐 磨性；ｆ 在高摩擦速度条件下，大Ｉ乜流焊缝具有更好的耐磨性 关键词：模具钢焊接微观组织 文献标识码：Ｂ 中图分类号：ＴＧ１４３ １前言 模具的焊接修复是指通过焊接的 法修复破 损的模具、『｝Ｉ于焊接修复适 于绝大多数模具失 效（受『】表层磨损、深层次的裂纹）的情况，既可以修 复小面积的损伤，也可以对大面积的脱落进行堆 具破坏严重，需要大面积、火深度的焊补时， 应 使用焊条电弧焊作为修复手段，所以焊条电弧焊 仍然是目前应月】最为广泛的修补力。式 一Ｉ；但焊条 电弧焊也有机械化程度 高、，Ｌ产效率低、ｌＩ 参 数波动大、易导致焊缝缺陷等缺点， Ｉ：接影响焊接 修复质量： 因此．存实际焊接过程 Ｉｌ’优选焊接材 料、优化焊接工艺一直足需要考虑的重要问题 焊修补，ＤｉＩｌ二焊接设备本身的优点（如设备灵活、 操作简 、成本低）， 模具修复领域具有即时性、 简便性等优点， 此 模具修复领域得到了非常 广泛的应川，目前焊接修复是失效模具最为有效 的补救办法” ，。 本文使Ⅲ焊条电弧焊的方法埘ｃｒｌ ２ＭｏＶ冷作模 具钢缺口进行堆焊，以模拟实际生产中模具的修复 情况，通过观察不同焊接电流下焊缝的微观组织和 磨损行为获得焊接电流对焊缝的组织和性能的影 响规律，为实际生产提供试验数据支持 焊条电弧焊是一种传统的焊接方式，设备简 单、小巧，操作灵活，使用方便，适用于绝大多数生 产环境，特别适ＪＨ于现场模具的即时修复；而 模 ２试验方法 ２．１母材热处理 基金项目：吉林省重大科技成果转化项目２０ｌ３０３０ｌ００６ＧＸ 试验采川箱式电阻热处理炉对Ｃｒｌ２ＭｏＶ冷作 模具钢进行退火、淬火和【ｎ］火处理，使材料同火硬 作者简介：宋雨采（１９７４一），男。副教授，博士，主要研究方向为模 具钢材料和镁合金材料 度＞６０ ＨＲＣ。采朋ＨＲ—ｌ５０Ａ型洛氏硬度仪测量 ＡＴ＆Ｍ ２０１７年第８期 ２０【汽车Ｔ艺与材料Ｉ 业 强 基 苣 辑 酞佯的淬火状念硬度和Ｉ…火状态硬度，至少取３点 所，Ｊ 为焊接电流 ９０～Ｉ１０ Ａ的焊缝组织。 ３ａ 进行测量．取其平均值作为最终数据结果。 ２．２焊接试验 『 和 ３ｂ【叮 ，焊缝底部距离熔合 较近的区域为明 显的朴状品区， 于联生结晶。在焊接过程中，较 大的热输入导敛熔池内的液体温度 常高、温度梯 度非常大，而 熔池底部、接近母材的半『古Ｉ态组织 处，肜卞易结品的驱动力最小．品粒便容易在此处开 ＪＩ Ｊ线切割机在板状 付材表面切ｌ叶｛Ｖ彤｝｝ｌ『，模 拟模具存生产干¨使川ｊ过程巾产生的大面积损伤， 女儿 ｌ所永 使用ＢＸＩ＿３ｌ５ 交流弧焊机，选择直 为３．２ ｒｎ－ｎ的Ｓ７００ＢＢ碱性焊条，试验过程ｒ１ 均采 川平焊、直流反接的焊接方法，焊接层数均为单 层， 接电流分别为７０～９０ Ａ和９０～Ｉ】０ Ａ．焊后 效果爪意 ｌ殳１ ２ 始结Ｉ Ｉ１，并向熔池的巾心方向生长， ｔ－：长方向近似 地乖 丁熔合线，这是 为这个方向通常是敞热最 快的 向，也址濉度梯度最大的方向，所以能最后 存此７厂 成长为 状品粒；而在焊缝的顶部，主要 肜成 等轴状特７ＩＦ的颗粒状品粒（Ｉ冬｛３ｃ和 ３ｄ）， 已经尢法观察刮朴状品粒的特征＿， 、 图１ Ｖ形缺口尺寸（ｍｍ） 母材 缝金腻 （；－Ｉ）ＩｆＩ ｌ缝底邴５００ｘ （１ ）（ａ）的高倍１ ５００ｘ 图２焊后效果示意 ２．３磨损试验 小磨损试验住ＭＧ一２０００型销舷式磨损试验机 Ｉ 进行。磨 条件为－ｔ：摩擦磨损，试验温度均为 窀温，载荷分别取５０ Ｎ、ｌ【）（】Ｎ、ｌ５０ Ｎ，摩擦速度取 （ｔ‘） 缝顷 ５００ｘ （ｄ）【ｔ・）的商俯１ ５００ｘ 图３焊接电流为９Ｏ～１１０Ａ的焊缝组织 … ３ ｒｆ１的金棚组织分析 ｒ知，Ｃｒｌ２ＭｏＶ冷作 值为０．５ ｍ／ｓ、０．７５ ｎｌ／ｓ、ｌ ｉＩｉ／Ｓ、１．２５ Ｉｌｌ／Ｓ，摩擦 离取 值分）ｊＩＪ为９００ ｎｌ、１ ２００ ｎｌ、ｌ ５００ Ｈ１、ｌ ８００ ｍ。 ２．４微观组织观察 模具俐的焊缝绀织主要南马氏体、残余奥氏体和 碳化物组成。ｆｕ弧焊焊接的ｌ丁作过程可以比拟为 小型的炼钢炉， 电弧的高温作川下，母材金属和 丝金属迅速溶化且一般温度较高，而由丁焊接 采用ＥＶ（）１８型扫捕ｌ乜镜和蔡州光学｛ｌｌ！．微镜对 母材、焊缝及其磨损 的表面形貌进行 微观察 熔池小，熔池内的金属 只能保持很短时间的 ３结果与讨论 ３．１ 不同焊接电流下的焊缝金属组织特点 液体状态，熔池濉度梯度傲大，冷却快，所以通常 在焊缝 域很 易得到 ０氏体组织，９０—１ ｌ０ Ａ焊 接电流下的焊缝硬度为４９ ＨＲＣ左右？ ７０～９０ Ａ小焊接电流的状态下，焊缝顶部 和焊缝底部的金卡Ｈ组织并没有表现 如电流９０～ 焊接焊缝的组织形貌通常足不均匀的，焊缝 顶部组织和焊缝底部组织存在较大的差圳、 ２０１７年第８期 ３ 汽车Ｔ艺与材料ＡＴ＆Ｍ Ｉ ２１ Ｉ 业 强 基 专 辑 Ｉ １０ Ａ状念下的｝ＪＩｊ Ｉ）‘＝）ｊ４ ７（）～９０ Ａ ｎ，Ｊ情 ， 耐 擦 能均优Ｊ 十【Ｉ埘较小电流７０～９０ Ａ的 焊缝底部的 状Ｉ 卡¨×Ｉｆ＿ｒ ９０～Ｉ１０ Ａ时明 减少。 女ｌ ４ａ所爪，只仃少艟、分敞的儿条托状ｒ１Ｉ¨ＩＩ， 更 多地衷脱为小品粒，这 要址 为焊接电流较小， 缝，表观ｆｌＪ更好的耐磨损 能 【乜弧输入热・Ｉｌ｝也较小，形成 状ｆｆＩＩｆ的 动力相对 足 致的 缝的顶邝…佯形成粒状Ｊ 粒（『殳１ ｊｆＩ，ｊｆ ’ｌ粒 ＪＪ【１ ４ｃ），ｌ Ｉ粒十Ｈ×、ｊ‘１ ９０～ｌ ｌ０ Ａ焊缝 细小 ，焊接电流７０～９０ Ａ的焊缝绀织主婴ＦＩ 与氏 体、残余 氏体及碳化物组成；焊缝的洛氏硬度卡｝１ 比ｆ９０一ｌ１０ Ａｆ 也略低，约４ｌ ＨＲＣ左ｆ 情 谜／￣．Ｔｍ・ｓ。 （ａ） ｆ 缝底 ｊ ２００ｘ （Ｉ，）（ａ）的高倍５００ｘ （１ ）小㈦摩擦速度 图５不同载荷、不同摩擦速度下的焊缝磨损率 接披＂ 烨” ７ ９ ｝．｛ ３．３焊缝金属表面的磨损形貌 ．ｎ ＩＪ 一 ｌｌ ｌ一５ 图６是焊接电流为７０—９Ｏ Ａ的焊缝衷【『Ｉ『的磨 损ＳＥＭ彤貌 ．磨拟参数为载倚ｌ００ Ｎ、悻擦速度 』＾， ＼＼ 一 ． Ｊ ｌ ｍ 摩擦距离Ｉ ２００ １１１ 巾ｌＩ『 大 叫 的 犁沟， 连续状分布，许Ｆ１＿磨痕均较深，ｎｒ以观察 （ｒ）焊缝顶部２００ｘ （ｄ）（‘・）的岛佰５００ｘ 图４焊接电流为７０—９０Ａ的焊缝组织 ／＼＼．一 到少量的磨损残 颗粒，材料的 ｛ｆ＝，｛机 为 ， 的磨料磨损 ３．２不同工况下焊缝的耐磨性 刈不同电流下的焊缝耐摩擦性能进行ｒ试 验，分刖研究７０—９０ Ａ和９０一ｌ １０ Ａ的焊缝 小同 Ｔ况下的磨｛｛ｊｉ性能，结果如 ５所示 ＝．南罔Ｌ｝｜可 ，随荷裁荷平¨摩擦速度的增加，焊缝的磨损率均 递增的趋势，这符合材料Ｉ 摩擦的基本特征；相 对１二｝＇上材，焊缝金属表现 Ｊ一更好的耐摩擦性能， 而这一优势卞要体现于较高的载荷１５０ Ｎ和较高 的摩擦速度１．２５ Ｉｎ／ｓ 载倚ｌ５０ Ｎ和摩擦速度 图６焊接电流７Ｏ一９０Ａ磨损表面ＳＥＭ形貌 图７是焊接电流为９０～Ｉ１０ Ａ的焊缝表面的 １．２５ ｍ／ｓ的状态下， 缝金属的磨损率明显低于母 磨损ＳＥＭ形貌 麽损参数为绒简１００ Ｎ、摩擦速 度１ ｍ 摩擦距离ｌ ２００ ｍ。磨损率与７０～９０ Ａ 焊缝的磨拟率接近，仙具体磨损形貌有较大 （下转第２９页） 材；而 低裁倚和低转速的状态下，两种焊缝与母 材金属的耐摩擦性能比较接近；同样可以观察到， 焊接电流９０～１ｌ０ Ａ的焊缝 所有试验Ｔ况下的 ２２ Ｊ汽车Ｔ艺与材料ＡＴ＆Ｍ ２０１７年第８期 Ｉ 瞳 强 基 专 辑 通过该ｌ｝Ｌｉｉ面ｔｑ＂以雌视滚床升降过程・ｆ１变频器状态 字，设定速度、目标位置、斜坡等参数，Ｆ动控制滚 控制系统运行樱式 Ｖｉａ ｈｕｓ运仃方 床动作 滚『术升降有４种运行方式， ｜ｊ变频器ｖｉａ １）ＬＩＳ运ｉｊ．方式行刘 应，控制系统运行模式 ｖｉａ １）Ｉ—ｓ 定位模块对 关系见表２ ． 自动 手动 Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ 慢制非寻参 强制寻参 Ｊｏｇ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｃ．强制非寻参模式，用于本ｒ位滚床微凋，人 １ ｆ动操作滚床升降，不受ＩＰＯＳ定位控制，仍受到 硬件极限和软件极限开关 ｄ．强制寻参模式，刚于本工 位零点标定．Ｊｏｇ模 式将滚床升降至机械零点位置，在寻参模式下，将 此位置标定位零点。 ６结束语 图１５滚床升降人机交互界面 通过对摇臂举升式高速滚床控制系统的应用 ａ．Ｉ＇ｔ动运行模式．ＨＪ于自动生产，按照正常生产１ 与研究，掌握高速滚床输送系统电气控制的核心 技术并进行产业化应朋，丰富了自动化焊装线Ｔ 艺装备技术货架，对促进国内汽车制造装备业的 艺流程，滚床升降自动运行，依据ＩＰＯＳ同标位置定位、 ｂ．ｒ－动运行模式，川于手动移动产品，人］ 手 动操作滚床升降，ＩＰＯＳ位置定位 进步具有重大意义。 圈 １３．焊接电流９０～ｌｌ０ Ａ的焊缝磨损机制以粘着 磨损为主，焊接电流７０—９０ Ａ的焊缝磨损机制以 （上接第２２页） 别 巾 可见，磨损表面有ｌ条较深的划痕，贯穿 整个冈片，并有ｍ于表面粘着而导致的涂抹和擦 伤，磨损机理以粘着磨损为主。 磨粒磨损为主。 参考文献： 【ｌ】ｌ｝１同机械丁程学会焊接学会．焊接手册（２）【Ｍ】．北京：机 械］３１ｋ，４￣版丰＝ｆ：，２００１． 【２］Ｘｉａｎ Ｊｉａａ，Ｘｉａｏｍｅｉ Ｌｉｎｇ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ａ ｌ：０，ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ａｂｒａｓｉｖｅ ｗｅａｒ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉ ｃ。‘）ｆ Ａ １ ２ＯＪＰＡ １ ０ １ ０ ｃｏｍｐｏｓ— ｉｔｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ［Ｊ］．Ｗｅａｒ ２５８（２００５）１３４２—１３４７． 【３］Ｌｉｈ—Ｒｅｎ Ｈｗａｎｇ，Ｃｈｕｎｇ－Ｈａｕ Ｇｕｎｇ，Ｔｅｎｇ—Ｓｈｉｈ Ｓｈｉｈ，Ａ （ａ）２００ｘ （１】）５００ｘ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｉｅｓ ｏｆ ＧＴＡ——ｗｅｈｔｅｄ Ｓｑｕｅｅｚｅ—。ｃａｓｔ Ａ３５６ ａｌ— 图７焊接电流９０—１１０Ａ磨损表面ＳＥＭ形貌 ｌｏｙ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．２００ １．１ ６： １０１一ｌ】３． ４结论 ａ．焊接电流分别为７０—９０ Ａ和９０一ｌｌ０ Ａ时， １４］Ｓｈｅｐｅｌｅｖａｌ Ｉ Ｍｅｄｒｅｓ Ｂ．，Ｌａｓｅｒ ｃｌａｄｄｉｎｇ ｏｆ ｔｕｒｂｉｎｅ ｂｌａｄｅｓ， Ｓｕｒｆａｃｅ ａｎｄ ｃｏａｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．２０００．１ ２５：４５—４８． 【５】沈俊锋，沈利群．修复模具的途径【Ｊ】．模具技术．１９９７， （０４）：５２—５５，６１． 焊缝微观组织南马氏体、残余奥氏体及碳化物构成 ｂ．在大压力、高速的摩擦条件下，焊缝相对于 坶材表现 更好的耐磨性，焊接电流９０～１１０ Ａ的 焊缝比７０—９０ Ａ的焊缝耐磨性更好。 Ｉ６１苏静，冯辉英．焊条电弧焊在机械维修中的应用【Ｊ】．煤矿 机械．２０１０。（０３）：１９７—２００． 圃 汽车Ｔ艺与材料ＡＴ＆Ｍ ｌ ２９ ２０１７年第８期
