cmc模具堆焊技术（智能化在锻模堆焊中的应用）
cmc模具堆焊技术（智能化在锻模堆焊中的应用）⑷焊后回火。模具预热完成后出炉用保温棉包裹，进行堆焊作业，焊机电压调整到36V、电流调整到600A，送丝速度4(ipm×100)，堆焊从模具型腔最深处开始逐渐向上，逐层堆焊，每焊一层用风镐敲击以便清除焊渣，消除应力，堆焊过程中要时刻关注模具温度情况，模具温度低于300℃要停止堆焊并重新入炉预热，堆焊过程中焊缝收尾时逐渐断弧，避免弧抗裂纹产生，堆焊至模具边缘时，注意降低焊接速度，调整焊枪角度，避免出现咬边，如出现咬边或裂纹，必须进行打磨焊补后才能继续作业，焊接时焊机或其他设备出现异常要立即停止焊接，查明原因，排除故障后才可继续焊接。⑵焊前预热。模具气刨清理探伤完成后入炉预热，预热采用随炉升温到450℃保温10h 的方法进行。⑶模具堆焊。
文／丁旭辉，王悦凯，李治国，杨孝享·一拖（洛阳）铸锻有限公司
锻造工艺受作业方式及设备特点等影响，模具易失效、磨损大、成本高，为降低模具成本，近年来锻模堆焊技术在模具制造中得到广泛应用。传统锻模堆焊工艺为人工注满堆焊法，具有作业环境恶劣、劳动强度大、焊接缺陷不受控、加工余量大、焊材浪费多等缺点，随着锻造工艺技术的不断进步，智能化技术在锻模堆焊降本中越来越发挥重要作用。本文通过对传统锻模堆焊工艺介绍及分析，阐述了近年来三维扫描仪、机器人、自动加热等智能化装置在锻模堆焊中的应用，说明了智能化锻模堆焊技术具有自动化程度高、劳动强度低、缺陷少、节材、高效、提高寿命等特点，已成为未来锻模堆焊发展的必然趋势。
传统注满堆焊工艺及劣势分析工艺过程⑴焊前准备。
需要堆焊的模具要清理干净模具型腔的油污、氧化皮等杂物，仔细观察模具型腔、锁扣、燕尾的情况，用粉笔标记裂纹位置，清理完成后用碳弧气刨清除模具疲劳层，清除疲劳层深度8 ～10mm，有裂纹的地方刨到无裂纹为止，气刨时注意不要留深沟窄槽，气刨完成后要对模具型腔进行打磨，打磨到型腔各部位圆滑无尖角倒钩为止，用肉眼对模具型腔进行检查，若无裂纹孔洞可进行着色探伤，待探伤液完全渗透后，再次检查型腔，发现裂纹立即进行清理。
⑵焊前预热。
模具气刨清理探伤完成后入炉预热，预热采用随炉升温到450℃保温10h 的方法进行。
⑶模具堆焊。
模具预热完成后出炉用保温棉包裹，进行堆焊作业，焊机电压调整到36V、电流调整到600A，送丝速度4(ipm×100)，堆焊从模具型腔最深处开始逐渐向上，逐层堆焊，每焊一层用风镐敲击以便清除焊渣，消除应力，堆焊过程中要时刻关注模具温度情况，模具温度低于300℃要停止堆焊并重新入炉预热，堆焊过程中焊缝收尾时逐渐断弧，避免弧抗裂纹产生，堆焊至模具边缘时，注意降低焊接速度，调整焊枪角度，避免出现咬边，如出现咬边或裂纹，必须进行打磨焊补后才能继续作业，焊接时焊机或其他设备出现异常要立即停止焊接，查明原因，排除故障后才可继续焊接。
⑷焊后回火。
为充分消除焊接应力，使模具硬度符合使用要求，堆焊后的模具要进行两次回火，完成后随炉缓冷至室温出炉。
⑸硬度检查。
模具温度降低到室温后进行硬度检查，用砂轮打磨光滑要检查的位置，用锤击式硬度计检查，符合要求后安排后续加工，不符合重新回火。
劣势分析⑴工作环境恶劣。
⑵工人劳动强度大。
⑶焊接质量不稳定。
⑷焊材浪费多。
⑸加工成本高。
智能化堆焊工艺关键组件全自动模具堆焊机器人使用3D 打印增材原理，具有自动化程度高、劳动强度低、节约焊材、节约加工时间等优点；主要由机器人系统(图1)、焊接系统、编程软件、三维扫描系统、封闭式焊接围栏(图2)、光电保护装置和加热平台等几部分组成。
图1 机器人系统
图2 封闭式焊接围栏
智能化堆焊工艺过程⑴焊前准备。
需要堆焊的模具清理干净型腔的油污、氧化皮等杂物，仔细观察模具基体、锁扣、燕尾是否有裂纹，用碳弧气刨清除模具型腔疲劳层，型腔平均扩大10 ～15mm(下部10mm，上部15mm，留有斜度)，无直角、尖角，圆弧自然过渡。着色探伤，裂纹清除干净，打磨见金属光泽，如图3、图4 所示。
图3 需修复的模具
图4 气刨后的模具
⑵模具预热。
模具气刨清理探伤完成后入炉预热，预热采用随炉升温到450℃，保温时间按照模块厚度(mm)进行，要求1h/30mm。
⑶三维扫描、编程。
气刨后的模具扫描取三维图(图5)，使用专用编程软件(图6)，把扫描气刨后的三维图和模具的造型图进行重合比对(图7)，输入焊接参数，留出加工余量，自动生成焊接程序。
图5 三维扫描
图6 编程
图7 程序模拟校对
⑷机器人仿形焊接。
预热后的模具放到加热平台上，把焊接程序输入给机器人，机器人自动仿形焊接，保证模具温度在300℃以上，如图8、图9 所示。
图8 焊接中
⑸焊后回火。
为充分消除焊接应力，使模具硬度符合使用要求，堆焊后的模具要进行两次回火，完成后随炉缓冷至室温出炉。
⑹焊接后模具硬度检测、尺寸检测。
机器人仿形焊接后的模具进行三维扫描，扫描后的三维图和模具造型图进行重合比对，如图10 所示，看是否有足够的加工余量，缺焊的部位进行补焊。
⑺模具加工：检测硬度和尺寸都合格的模具进行机加工(图11)，加工余量在5mm 左右。
智能化堆焊工艺优势分析机器人焊接优势详见表1。
根据实际焊接模具情况，传统注满堆焊工艺和智能化工艺焊接数据比较详见表2。
图9 焊接后
图10 焊接后模具尺寸检测
图11 机加工后模具
表1 机器人焊接优势
表2 传统工艺和智能化工艺焊接数据比较
结束语从实际使用效果可以看出，随着科技进步，智能化技术在模具堆焊中的应用，与传统工艺比较在劳动强度、焊接稳定性、材料利用率、工作效率、模具寿命等方面有明显优势，适合当今工业高质量、低成本发展要求，是当今锻模堆焊发展的必然趋势。
——来源：《锻造与冲压》2021年第7期
