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H13模具钢低功率活性激光焊
张成禹戴鸿滨
（哈尔滨理工大学材料科学与工程学院，哈尔滨150040）
摘要传统焊接修复失效模具耗时长，热输人分散，容易引起热影响区性能恶化；激光焊修复失效模具自动化程度高、工时短、热输人量集中，但高功率激光修复模具性价比较低。将活性焊接技术应用于模具修复，在低功率下可获得较高的熔深，有效的降低成本。以H13热模具钢为试验对象，研究了低功率下活性剂对激光焊缝宏观表面形貌、熔深熔宽以及微观组织形貌的影响。试验结果表明，涂覆活性剂后，焊缝表面成型更好，焊缝颜色光亮，鱼鳞纹清晰可见；焊缝熔宽在涂敷活性剂后会略有增加，面熔深则增加明显，增深接近一倍。活性剂不管涂敷与否，焊缝均没有裂纹、气孔、夹杂等缺陷，但是涂覆活性剂后导致了焊缝晶粒略微粗化。
关键调：活性剂热模具钢激光焊低功率中图分类号：TG442
0序言
H13热作模具钢（国际牌号40CrMoV5.国内牌号 4Cr5MoSiV1)是目前世界上应用最广泛的热作模具钢之一[1]。由于H13模具钢的合金元素含量较高，从而导致了H13钢在冶炼铸造过程中容易出现偏析，加上模具工作环境恶劣，使模具内部在服役过程中容易出现裂纹，服役寿命达不到预期，安全可靠性得不到满足。模具的制造成本高、周期长，模具修复采用补焊技术能有效解决模具表面失效问题。
激光焊具有高精密、高自动化、焊接速度快、热输人集中、热影响区小、焊缝性能好等优点，因此激光焊接技术由于其周期短、修复效果好而成为一项常用的模具修补焊接技术，克服了冷焊和氩弧焊在修复模具精细表面上存在的不足(2-3)。但受制于激光功率和成本的限制，如果工件需要熔深较高，就需要较大的激光功率，然而高功率激光焊接成本甚至高于模具制造成本。
20世纪60年代乌克兰巴顿焊接研究所率先在钛合金焊接中引进活性焊接技术，起到增加熔深和收缩电弧的效果[4]。20世纪90年代后，活性焊接技术逐渐
引起人们的广泛关注，各国开始进行活性焊接技术的研究与应用。在这样的发展趋势下，活性激光焊接技术被提出，并进行了验证性试验以及广泛的讨论。活性剂能在一定程度上抑制光致等离子体的产生，增加母材对激光辑射的吸收能力，提高激光焊接热输入量密度，同时能够改变熔池表面张力，影响熔池流动方向。因此，相比于传统激光焊，活性激光焊能够获得更大的熔深和熔宽[5-7]。
通过引进活性焊接技术，将活性激光焊应用于模具强化及修复中，在低功率的工艺参数下获得较高的熔深，对降低生产成本，提高焊接效率，具有显著的经济效益和社会效益。文中主要研究了低功率下活性剂对H13热作模具钢激光焊接宏观、微观形貌及熔宽、熔
深的影响。 1试验方法 1.1试验材料
试验活性剂选用混合活性剂，主要成分为SiO2， TiO2，Cr,O，等。试样选用的是H13热作模具钢，该材料的化学成分，见表1。
表1H13模具钢化学成分（质量分数，%）
c
0.32 ~0.45
IS
0.80 ~1.20
1.2试验工艺方法
Mn 0.20 ~0.50
Cr
4.75 ~5.50
Mo
1.10 ~1.75
V
0.80 ~1.75
P,s ≤0.030
板堆焊。平板堆焊的钢板规格为60mm×60mmx
工艺试验为H13钢激光活性焊接，采用方法为平
收稿日期：2016-0621 2017年第1期 46
万方数据
5mm，试验参数如表2所示。
试验前先将试样用砂纸打磨，用丙酮擦洗表面去除油污等有机物，烘干去除水分防止干扰试验结果。