《Materials》：Mapping the Application of Welding Technologies in Remanufacturing of Molds and Dies
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这篇综述性文章的研究动机源于等离子转移弧焊接（PTAW）在模具修复中的应用可能性。为深化这一目的，研究人员利用Web of Science平台进行了文献计量分析。需要更多文章以扩展对修复制造细节的理解。约64%的分析稿件使用了激光源，约34%基于电弧工艺。最常
这篇综述性文章的研究动机源于等离子转移弧焊接（PTAW）在模具修复中的应用可能性。为深化这一目的，研究人员利用Web of Science平台进行了文献计量分析。需要更多文章以扩展对修复制造细节的理解。约64%的分析稿件使用了激光源，约34%基于电弧工艺。最常见的基体材料及金属添加材料均为AISI H13钢。令人惊讶的是，很少有研究关注实际部件，且关于修复工具性能的信息极少。此外，在所得微观结构及其根据工艺变量的调控方面存在空白。PTAW在模具修复中的应用极为稀少，导致难以在所有可用工艺之间比较最终性能，尽管研究人员可以描述该技术在大模具表面或内部修复方面的相关潜力。
论文主体部分内容总结如下：
**2. 模具材料（Materials for Dies and Molds）**
工业中主要有四种模具类型：注塑模、冲压模、锻造模和压铸模。模具可选用多种材料，但金属是主要材料组。注塑模具常用钢、铝、青铜和锌合金，其中钢为主导材料。塑料模具钢合金分为六组：氮化钢（AISI 4130）、渗碳钢（AISI 5120、9310）、预硬化钢（AISI P20、420）、整体硬化钢（AISI H11、D2、O2、6F7 L6 mod）、耐腐蚀钢（AISI 420）和沉淀硬化钢（AISI Maraging 300）。冲压模具材料取决于冲压工艺、成型材料及产量，如AISI A2、D2等。热锻模具材料包括AISI H系列热作钢、AISI 4300或4100系列合金钢及低合金钢如AISI 6G、6F2、6F3。压铸模具常用AISI H13钢，与AISI H11一同被视为制造铝压铸模具的典型材料。
**3. 文献计量分析（Bibliometric Analysis）**
本综述旨在调查等离子转移弧焊接（PTAW）工艺在模具修复中的适用性。在Web of Science平台上使用关键词组合（“repair” OR “remanufacturing”）AND (“mold” OR “die”) AND (“PTA” OR “PTAW” OR “plasma welding”) 进行检索，仅获得四篇结果，其中两篇专门针对该主题。Jhavar等人提出了微等离子转移弧焊接（μPTAW）用于修复模具，但未评估微观结构或实际模具性能。另一项研究评估了PTAW沉积硬面层在铝压铸模翻新中的有效性。由于PTAW技术研究稀少，进一步提出两个问题：(1) 哪种工艺研究最广泛？(2) 哪些部件通常用PTAW修复？利用更宽泛的检索词（“repair” OR “remanufacturing”）AND (“mold” OR “die”) 筛选出106篇论文。按能量源分类：激光源占64%，电弧源近34%，电子束和固态焊接占极少比例。文献发表自2000年起，2017年后显著增长。电弧工艺中，气体金属电弧焊（GMAW）设备最常用，常与电弧增材制造（WAAM）结合。激光工艺中，激光熔覆和激光定向能量沉积（Laser-DED）是主要技术。填充材料形式上，激光工艺主要使用金属粉末，电弧工艺仅使用焊丝和消耗电极。化学成分上，AISI H13钢是最常见的基体金属，出现在42篇文献中。激光工艺中填充材料种类更多，常用定制合金。电弧工艺中37%的研究进行了预热，激光工艺仅9%。针对PTAW修复任何部件的检索（“repair” OR “remanufacturing”）AND (“PTA” OR “PTAW” OR “plasma welding”) 得到44篇结果，仅8篇相关，其中仅一篇涉及模具修复。基体和填充材料无特定模式，钢为主，也有钛、镍、钴合金。PTAW工艺可使用焊丝和粉末两种填充形式。对模具钢基体上PTAW沉积的检索（%PTA* and D2等）得到29篇论文，AISI D2基体最多（10篇）。文献计量分析总结为四个查询问题，PTAW工艺在合金适应性和填充材料形式方面具有优势。
**4. 模具修复工艺：并发替代方案的比较（Die and Mold Repairing Processes: Comparing the Concurrent Alternatives）**
激光、钨极氩弧焊（GTAW/TIG）和PTAW是模具修复最常用的工艺，但PTAW被认为有潜力但未广泛应用。微焊接技术如μPTAW和微钨极氩弧焊（μGTAW）也受到关注。从三篇综述论文中提取关键评价标准：沉积速率、设备便携性、复杂几何可及性、冶金质量、焊后热处理需求、成本和设置时间。激光工艺热影响区（HAZ）小、冶金质量好，但成本高、便携性差、沉积速率低。PTAW和GTAW相似，PTAW电弧更稳定、穿透性更强，但沉积速率存在争议。μPTAW和μGTAW精度高、成本低，但沉积速率最低。PTAW在模具修复中研究稀缺的原因可能与初始成本有关：GTAW设备数量远多于激光，PTAW初始安装成本可能高于GTAW。Pe?as和Henriques开发了比较方法，将模具分为小型和大型，缺陷分为线性修复和面积修复，修复区域分为表面和内部。针对八种场景，激光工艺最适合线性修复，GTAW最适合面积修复，PTAW在大型模具内部修复中表现突出（场景1中为最佳）。PTAW在大型模具中具有竞争力，但沉积速率和成本是关键。粉末送进的等离子转移弧焊接（PTAW-P）在硬面堆焊和修复受损区域中应用广泛，如燃气轮机叶片、船用柴油机排气阀、农业设备等。文献中AISI D2钢基体上PTAW沉积的研究表明，预热（约300°C）对避免热冲击和裂纹至关重要。PTAW的快速冷却常导致基体中残留奥氏体，因而需要焊后热处理以促进马氏体转变，提高硬度和耐磨性。多层沉积中，后续层沉积的热循环可对前层进行回火，细化微观组织。以AISI H13钢为参考材料，比较电弧和激光工艺对微观结构的影响。电弧工艺HAZ范围通常为1-3 mm，激光工艺小于0.5 mm。激光工艺导致沉积金属与基体间硬度梯度陡峭，但耐磨性相当。电弧工艺也成功获得无缺陷沉积。微观结构主要为马氏体基体含弥散碳化物，有时有残留奥氏体。热输入差异导致不同碳化物析出。激光工艺冷却速率更高，有利于残留奥氏体控制。预热和焊后热处理对于控制相变和残余应力至关重要。两项能量源均可有效处理AISI H13钢，激光工艺HAZ小、变形小，电弧工艺性能至少与基体相当。等离子焊接具有高穿透性、高深宽比、更好的温度控制和更受限的HAZ，沉积速率高，高温测试显示微观结构稳定性优于激光沉积，且不存在激光工艺对高反射材料的限制。
**5. 结论（Concluding Remarks）**
修复模具可节省重要资源，因其制造涉及采矿、炼钢、锻造、热处理、机加工和表面工程等长链条。文献讨论主要来自学术文献，但实际工业中部件修复广泛开展。基于综述总结，得出以下结论：PTAW应用于模具修复的研究极为稀缺，可能原因是该技术平台数量远低于竞争工艺GTAW，导致初始成本较高。尽管文献中PTAW具有高沉积速率、高便携性、高复杂几何可及性以及可控成本、热处理和冶金质量，但作者仍建议将其作为大型模具表面或内部修复的潜在候选工艺。激光能量源在文献中占主导，电弧技术较少，增材制造策略在修复中日益采用。无论选择何种能量源，均可获得高质量、无缺陷且满足工业要求的修复。所得微观结构固有地与焊接热循环相关，需精确控制热输入和沉积速率，预热和焊后热处理对于管理相变和残余应力至关重要。多数研究缺乏对实际模具的应用，且磨损测试和微观结构分析常有限，难以评估修复的长期耐久性。评估修复可行性和选择最合适工艺是复杂任务，需要深厚技术知识以估算工具剩余寿命并优化工艺参数以获得理想微观结构。
