论文部分内容阅读
模具是制造业重要的工艺装备，其由于制作工艺复杂、服役条件恶劣等原因，常常会在制作或服役过程中发生失效而需要进行焊接修复。传统的模具焊接修复技术，因易造成较大的热输入而导致热影响区性能恶化，需要进行耗时长且成本高的焊后高温回火热处理。本文借鉴压力容器焊接修复领域的回火焊道焊接方法，研发了一种双层回火激光熔覆模具修复技术，通过充分利用后道熔覆层对前道熔覆层的回火作用，实现了无需后续高温回火热处理的失效模具快速修复。首先，通过研究双层回火激光熔覆修复技术中，层内和层间前后相邻焊道之间的位置和尺寸关系，推导出了最优层内焊道搭接率的计算公式，并根据激光熔覆的特点对Higuchi工艺参数优化模型进行了修正，进而建立起了一套可快速确定最优工艺参数的Higuchi修正模型。运用该理论模型，仅需进行简易的单道熔覆试验和少许数据推导，便可以快速确定针对任意给定模具材料的双层回火激光熔覆技术的最优工艺参数，即最优层内搭接率和最优层间能量密度组合。然后，以P20模具钢为研究对象，采用最大输出功率为3.5kW的半导体激光器进行了单道熔覆试验，基于该试验数据运用Higuchi修正模型进行了最优工艺参数的理论推导。推导结果表明，P20模具钢双层回火激光熔覆修复最优工艺参数为：层内搭接率=70%，层间能量密度组合为5&10kJ/cm~2。为验证Higuchi修正模型用于理论推导双层回火激光熔覆修复技术最优工艺参数的有效性，设计了P20模具钢熔覆修复工艺参数优化试验。试验结果表明：P20模具钢的双层回火激光熔覆修复最优工艺参数为层内搭接率=70%，层间能量密度组合为5&10kJ/cm~2；进而说明根据Higuchi修正模型推导的理论最优工艺参数，与实际激光熔覆试验结果非常吻合。最后，为了评估双层回火激光熔覆技术实现无需后续回火热处理的失效模具快速修复的可行性，采用根据Higuchi修正模型确定的最优工艺参数对P20模具钢进行了双层回火激光熔覆修复，并同传统单层修复技术试验结果进行对比。结果表明：通过选用根据Higuchi修正模型确定的最优工艺参数，双层回火激光熔覆技术可以获得修复热影响区较均匀的回火索氏体组织，相比需要进行后续回火热处理的传统单层修复技术而言，其显微组织和硬度值更接近于P20模具钢基体。