隋曉峰，任 政，馬利杰，李鵬書，吳寶利，楊冠宇

（上汽通用東岳汽車有限公司，山東煙臺264006）

1 引言

汽車外覆蓋件焊疤印問題是指：拉伸模型面受損進(jìn)行焊補(bǔ)修復(fù)后，在焊補(bǔ)位置所對應(yīng)的零件表面產(chǎn)生涂裝之后仍然可見的印記（見圖1），最終影響整車外觀質(zhì)量的問題。汽車外覆蓋件焊疤印不僅會在首次焊補(bǔ)后產(chǎn)生，即使修復(fù)后通常在2萬沖次內(nèi)仍會復(fù)發(fā)。以某年產(chǎn)能30萬輛整車廠的沖壓車間為例，2019年發(fā)生10例焊疤印問題，其中3例為新壓傷焊補(bǔ)修復(fù)后產(chǎn)生，其余7例均為復(fù)發(fā)。并且焊疤印問題并非汽車外覆蓋件的專屬問題，所有對面品質(zhì)量要求較高的沖壓件以及注塑件都困擾于這一業(yè)界難題。

圖1 某車型翼子板輪罩區(qū)域焊疤印問題

2 焊疤印問題的產(chǎn)生機(jī)理

焊疤印作為長期困擾業(yè)界的一大難題，其產(chǎn)生原因是得到業(yè)界共識的：由于模具鋼普遍含碳量較高，大型的汽車外覆蓋件模具型面甚至采用含碳量3%~4%的球墨鑄鐵，在焊補(bǔ)修復(fù)的接縫區(qū)域極易出現(xiàn)白口組織，焊接白口的硬度可達(dá)到600HB，在打磨研配和后續(xù)生產(chǎn)的過程中，都將成為一個局部硬點，造成制件的焊疤印缺陷。

而焊接白口的產(chǎn)生原理是：基于鐵碳合金相圖（見圖2），鑄鐵或高碳鋼由液態(tài)冷卻至固態(tài)的過程中，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，析出滲碳體FeC3，F(xiàn)eC3在高溫下不穩(wěn)定，會分解成Fe和C，但當(dāng)冷卻速度過快時，滲碳體無法及時分解，得到的就是白口組織，而焊補(bǔ)通常都是快速熔化再快速冷卻的過程，焊接白口（見圖3）就難以避免的產(chǎn)生了。

圖2 鐵碳合金相圖

圖3 焊補(bǔ)白口金相圖

3 解決焊疤印問題的可行性方案分析

3.1 不進(jìn)行焊補(bǔ)

對于汽車外覆蓋件模具型面受損，按照一般經(jīng)驗，當(dāng)受損深度小于0.2mm時，可不進(jìn)行焊補(bǔ)修復(fù)。可采用320#以上的細(xì)油石網(wǎng)狀交叉推順，然后依次使用400#、600#、800#的砂紙進(jìn)行網(wǎng)狀交叉拋光，最后沿拉伸方向進(jìn)行終拋光。當(dāng)受損深度大于0.2mm時，僅推順拋光無法修復(fù)受損型面，如不進(jìn)行焊補(bǔ)，可制造鑲塊過盈配合至受損型面，過盈量一般為0.03~0.05mm。該方案雖然不產(chǎn)生焊疤印，但鑲塊制造周期較長，與焊補(bǔ)相比費用較高，且不適用量產(chǎn)模具的搶修，同時對過盈量的精度控制要求較高，存在型面擠壓變形或鑲塊脫出的風(fēng)險，一般不建議采用。

3.2 改善焊補(bǔ)條件

改善焊補(bǔ)條件，即焊補(bǔ)前預(yù)熱、焊補(bǔ)后緩冷，是業(yè)界對于消除焊接白口的普遍研究方向，采用高頻感應(yīng)加熱設(shè)備也可以實現(xiàn)被焊補(bǔ)件的局部加熱，實現(xiàn)局部的預(yù)熱和緩冷，焊補(bǔ)后730℃~780℃恒溫1~2h，使?jié)B碳體有足夠的時間分解成Fe和C，消除焊補(bǔ)白口。該方案被普遍應(yīng)用于高值鑄鐵或高碳鋼機(jī)械零件的焊補(bǔ)修復(fù)，但在模具型面修復(fù)領(lǐng)域一般不采用，主要弊端在于高溫對模具型面造成不可逆的損傷以及焊補(bǔ)修復(fù)的效率較低。

3.3 改善焊補(bǔ)材料

采用低碳或不含碳焊條進(jìn)行型面焊補(bǔ)修復(fù)時，理論上可以降低焊補(bǔ)接縫區(qū)域的總體的碳元素含量，減少滲碳體的產(chǎn)生，但是否可以消除焊接白口需要進(jìn)行實驗驗證。

3.4 改進(jìn)焊補(bǔ)方式

目前模具行業(yè)認(rèn)可不產(chǎn)生焊疤印的焊補(bǔ)方式為冷焊貼片,其原理是利用瞬時放電（以10-3~10-1s為周期，10-6~10-5s超短時間放電），實現(xiàn)焊補(bǔ)貼片（0.05~0.2mm）和模具接觸部位的瞬間熔化和凝固，將焊片粘貼至模具受損表面，非常適合精密模具精細(xì)部件的修復(fù)。但面對汽車外覆蓋件模具動輒1mm深的壓傷時，修復(fù)效率較低，且當(dāng)焊片累計焊補(bǔ)層數(shù)達(dá)到3層時，結(jié)合強(qiáng)度降低，使用中易出現(xiàn)爆皮問題。

釬焊作為一種傳統(tǒng)的焊接方式，其焊接后的變形小、美觀、結(jié)合強(qiáng)度高，目前高端汽車的車頂與側(cè)圍的拼接方式普遍采用激光釬焊。同時釬焊與熔焊相比，釬焊不熔化母材，那么選用不含碳釬料焊補(bǔ)時，理論上可以防止焊疤印的產(chǎn)生。但在可查閱的文獻(xiàn)中，未見釬焊應(yīng)用于模具型面的修復(fù)，且釬焊焊材較軟，焊接后是否滿足使用要求需要實驗/實踐驗證，如表1所示。

表1 解決焊疤印問題的可行性方案分析

4 不同焊補(bǔ)方式及焊補(bǔ)材料的對比實驗

（1）實驗?zāi)康摹ふ乙环N不產(chǎn)生焊接白口的模具型面焊補(bǔ)修復(fù)技術(shù)。

（2）實驗對象。受損的GM338（GM標(biāo)準(zhǔn)，與國內(nèi)QT700-2接近）型面試塊,數(shù)量：12個，尺寸：60×60mm。

（3）實驗方法。選用不同的焊條和焊補(bǔ)方法對受損型面焊補(bǔ)修復(fù)。焊補(bǔ)方式包括：釬焊、氬弧焊、電焊；焊材包括：J422、S211、TM2000、11CR、TM2000B、純 鎳 、RT38、GM241、R407、R312、G202、G302、ZMH41、CHR517、J506、J507、ENiCrFe-3、Gold-330、SHD212、PP-302。

（4）驗證方法。里氏硬度計測試焊補(bǔ)后的焊材、母材和熔合線的硬度，拍攝熔合線顯微組織金相圖檢查焊補(bǔ)白口是否存在。

（5）實驗報表。共進(jìn)行24組實驗，此處僅展示具有代表性的6組實驗結(jié)果，如表2所示。

表2 模具型面修復(fù)技術(shù)的探索實驗報表（部分）

（6）驗證結(jié)論。

a.熔化焊（包含電焊、氬弧焊）都產(chǎn)生白口，不含碳或含碳量低的焊條（如純鎳焊條、ENiCrFe-3鎳基焊條和GM241鑄鐵焊條）白口組織較窄，但不能避免。

b.采用1.6mm硅青銅焊絲S211釬焊不熔化母材，不產(chǎn)生焊補(bǔ)白口，但焊補(bǔ)后的區(qū)域硬度較低（110~190HB）。

5 硅青銅釬焊型面修復(fù)的方法優(yōu)化及實踐驗證

5.1 硅青銅釬焊型面修復(fù)方法優(yōu)化

通過對比1.6mm和2.0mm S211硅青銅焊絲，1.6mm BAg72Cu銀銅釬焊絲，1.6mmS201紫銅釬焊絲在不同焊接電流下的焊接效果，如圖4、圖5及表3所示，確定選擇1.6mm S211硅青銅釬焊絲。焊接電流范圍：100A~110A。

圖4 110A焊絲對照

圖5 150A焊絲對照

表3 直接釬焊&開焊料坑后釬焊對比

在模具受損位置直接施焊，釬料沿型面流動不受控，釬料附著力不佳，故采用開3mm焊料坑后再進(jìn)行釬焊。

5.2 硅青銅釬焊型面修復(fù)實踐驗證

考慮到硅青銅有很好的潤滑性，即使硬度較低，應(yīng)用于拉伸模的型面焊接修復(fù)中，理論上不會產(chǎn)生拉毛等其它缺陷，團(tuán)隊決定在某量產(chǎn)模具拉伸模型面上進(jìn)行實踐驗證，如圖6所示。

圖6 某量產(chǎn)模具實踐驗證硅青銅釬焊型面修復(fù)驗證

驗證結(jié)果：焊接后制件無焊疤印，量產(chǎn)5萬沖次后制件無焊疤印，焊補(bǔ)型面無拉傷，無其它缺陷。已在5副模具上實踐應(yīng)用硅青銅釬焊修復(fù)型面，最高沖次超過10萬沖次，均未出現(xiàn)焊疤印或其它次生問題。

6 硅青銅釬焊模具型面修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)

總結(jié)形成硅青銅釬焊模具型面修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。

表4 硅青銅釬焊模具型面修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)

7 結(jié)束語

S211硅青銅釬焊用于汽車外覆蓋件拉伸模的型面修復(fù)，可有效避免焊補(bǔ)白口產(chǎn)生，杜絕焊疤印質(zhì)量問題。經(jīng)生產(chǎn)實踐證明：硅青銅釬焊型面修復(fù)技術(shù)簡單高效、成本低廉、質(zhì)量穩(wěn)定無焊疤印等質(zhì)量問題，滿足量產(chǎn)模具的搶修條件。可為同行業(yè)沖壓模具的型面修復(fù)提供參考借鑒。