[發(fā)明專利]模具鋼的激光熔覆修復(fù)方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310093609.3
• 申請日: 2013-03-21
• 公開（公告）號: CN103273200A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張軻;李鑄國;劉京;姚成武
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: B23K26/34
• 分類號: B23K26/34
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中;牛山

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光熔覆修復(fù)領(lǐng)域，具體地涉及一種模具鋼的激光熔覆修復(fù)方法。

背景技術(shù)

模具常因為在服役過程中發(fā)生表面磨損、剝落和裂紋等失效情況，以及在模具制作過程中出現(xiàn)設(shè)計更改或加工錯誤而需要進(jìn)行焊接修復(fù)。傳統(tǒng)的焊接修復(fù)工藝（如氬弧焊），由于熱輸入量大導(dǎo)致模具材料表層形成組織粗大、硬度高而韌性低的熱影響區(qū)（HAZ）。為了改善修復(fù)區(qū)HAZ的組織和性能，不可避免的需要進(jìn)行長時間的高溫焊后回火熱處理（PWHT）。盡管PWHT對降低HAZ硬度值和提高其韌性非常有益，但它通常也帶來一系列問題，如需要添加PWHT設(shè)備而增加成本，模具修復(fù)耗時長而造成設(shè)備長時間停工等。因此，開發(fā)一種無需PWHT的模具焊接修復(fù)新工藝具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

通過檢索現(xiàn)有的文獻(xiàn)可知，Canonico?D?A等在論文“Half?bead?welding?technique”中提出了半焊道技術(shù)（half?bead?technique），Albuquerque?D,Victor?HC等在論文“Effect?of?nonmetallic?inclusion?and?banding?on?the?success?of?the?two-layer?temper?bead?welding?technique”中提出了雙層回火焊道技術(shù)，Lundin?C在論文“Controlled?Deposition?Techniques?for?Improvement?of?Fabrication?and?Service?Performance?of?Cr-Mo?Steels”中提出了控制沉積技術(shù)等。這些工藝的共同特點是利用層內(nèi)及層間的后序焊道對前序焊道HAZ的回火作用，獲得硬度和韌性滿足要求的修復(fù)熱影響區(qū)，從而實現(xiàn)免去PWHT工序的目的。其中雙層回火焊道技術(shù)是應(yīng)用較為廣泛的修復(fù)技術(shù)，其難點在于如何確定最佳匹配的首層及第二層（回火層）的焊接熱輸入組合，以獲得最優(yōu)的回火層焊道對首層焊道HAZ的回火效果。目前一般是根據(jù)實際焊接經(jīng)驗原則通過嘗試法來獲得，需要經(jīng)過反復(fù)多次試驗，且數(shù)據(jù)精度較差，效果并不理想。而近年來提出的Higuchi工藝優(yōu)化模型通過基于實際焊接修復(fù)數(shù)據(jù)，進(jìn)行理論推導(dǎo)，可以簡捷經(jīng)濟(jì)地獲得較好的層間熱輸入組合。但該方法主要是針對傳統(tǒng)的弧焊修復(fù)方法，且并未考慮多道焊時其搭接率的影響，實驗表明，不同的搭接率其后序焊道對前序焊道的回火效果并不一樣，且在多道焊時，不同的搭接率情況下熔覆層的高度也不一樣。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種模具鋼的激光熔覆修復(fù)方法。

本發(fā)明提供一種模具鋼的激光熔覆修復(fù)方法，所述方法包括如下步驟：

步驟1，采集數(shù)據(jù)：沿熔覆焊縫截面中心左右各30度并橫貫HAZ的3條直線方向獲取顯微硬度值，取所述顯微硬度值的平均值繪制硬度分布曲線，得HAZ的硬化區(qū)尺寸H和有效軟化區(qū)尺寸S；由光學(xué)顯微鏡測量得熔寬W和熔深P；

步驟2，建立Higuchi模型，優(yōu)化工藝參數(shù)，得焊縫特征數(shù)據(jù)；

步驟3，修正優(yōu)化Higuchi模型，將所述焊縫特征數(shù)據(jù)帶入修正后的優(yōu)化Higuchi模型中得最優(yōu)層內(nèi)焊道搭接率和層間最優(yōu)能量，所得最優(yōu)層內(nèi)焊道搭接率和層間最優(yōu)能量發(fā)送至焊機(jī)，以得數(shù)據(jù)為工藝參數(shù)進(jìn)行模具鋼的修復(fù)；

所述建立Higuchi模型的步驟如下：

步驟2.1，劃分區(qū)間：將HAZ分為4個微區(qū)：粗晶區(qū)、細(xì)晶區(qū)、臨界區(qū)和有效回火區(qū)；

步驟2.2，選定R、P、H和S工藝參數(shù)的尺寸；

步驟2.3，通過分析第二層回火焊層焊道與首層焊道的HAZ各微區(qū)間相對位置和尺寸之間的關(guān)系，即可建立Higuchi模型。

優(yōu)選地，步驟2.1中，所述粗晶區(qū)的熔點為1000℃、細(xì)晶區(qū)的熔點為912～1000℃、臨界區(qū)熔點為727～912℃、有效回火區(qū)熔點為550～727℃。

優(yōu)選地，步驟2.1中，所述粗晶區(qū)、細(xì)晶區(qū)和臨界區(qū)合稱為硬化區(qū)，所述有效回火區(qū)的界定與具體修復(fù)材料有關(guān)。

優(yōu)選地，步驟2中，所述焊縫特征數(shù)據(jù)為熱影響區(qū)的硬化區(qū)尺寸H、有效軟化區(qū)尺寸S、熔寬W、熔深P、單道熔覆層面積V₀、熔覆層平均厚度R′、最優(yōu)焊道搭接率a、多道焊熔覆層平均厚度R′。

優(yōu)選地，步驟3中，所述修正優(yōu)化Higuchi模型適用于多道熔覆時，最優(yōu)層內(nèi)焊道搭接率為后序焊道相對前焊道的偏移距離等于回火區(qū)尺寸時的層內(nèi)焊道搭接率，第一層的多道熔覆層平均厚度R′按下式計算:

R′=V/[(1-a)*W]