[发明专利]一种判断热处理改善马氏体时效钢带激光焊接强度的方法

说明书

技术领域

本发明公开一种判断焊后热处理改善马氏体时效钢带焊接强度的方法，涉及焊后热处理改善超高强度马氏体时效钢激光焊接接头拉伸强度的判断方法，属于金属热处理技术领域。

背景技术

马氏体时效钢是1960年以后发展起来的一类超低碳高合金钢。该钢种集超高强度和高韧性与一身，同时具有较好的成型和焊接性能，因此，主要应用于军事、航空航天、电力等领域。从合金元素构成上加以区别，主要有两类，一类为Fe-Ni合金系（Ni含量为18%，Co含量为8-13%），另一类为Fe-Cr-Ni合金系（Cr含量为10.2-16%，Ni含量为3.9-10.8%），此外，钢中通常含有Mo、Ti、Al、Cu等合金元素。马氏体时效钢的超高强度源自细小的金属间化合物在马氏体基体上弥散析出造成的沉淀硬化。通常这种组织可通过两步热处理方法获得，首先在815-900℃进行固溶退火处理，形成马氏体组织，然后在400-600℃进行沉淀硬化处理。钢带是马氏体时效钢的一种重要产品，可作为传送带、热压钢带使用。

超高强度马氏体时效钢的突出特点是具有良好的可焊性，在不预热条件下可进行电子束、激光和埋弧焊接。通常情况下，从经济性和焊接质量综合考虑，应用钨极氩弧焊接最为普遍。超高强度马氏体时效钢的激光焊接通常用在一些关键领域，因为激光焊接具有很多卓越特性，如较高的焊接速度、低的热输入、深的穿透性、窄的热影响区和不用焊丝等等。激光焊接可以焊透2-5mm的马氏体时效钢带，因此，是一种较佳的联接方法。此外，超高强度马氏体时效钢带焊接接头力学性能可通过焊后热处理的方法加以改善，如采用焊后直接时效处理、固溶处理+时效处理或均匀化处理+固溶处理+时效处理等方法，其中焊后直接时效处理最为简便和实用，特别是对于那些在焊接前已经时效处理的大型结构组件，焊后只需要在焊缝局部区域进行时效处理即可。在焊接区域，通常焊缝热影响区具有较低硬度，因而成为最为薄弱的部位，也是断裂经常发生的部位。焊后热处理能够有效地提高熔合区和热影响区的硬度，提高焊接接头的力学性能。

然而，目前国内尚未有对超高强度马氏体时效钢激光焊接接头拉伸断裂位置和焊后热处理改善拉伸性能进行判断的技术方法，仅通过测试不同热处理条件下焊缝区域的拉伸试验来评价，因此，需要加工较多的拉伸试样，增加了试验周期和成本。

发明内容

本发明公开一种判断焊后热处理改善马氏体时效钢带焊接强度的方法，解决了目前无法利用焊缝区域硬度分布变化判断拉伸强度的局限性，为评价焊后热处理对拉伸强度的影响效果提供一种新的途径。

本发明的技术解决方案如下：利用焊缝区域硬度分布评价断裂位置和焊后热处理对强度改善效果，依据材料的硬度与屈服强度之间通常遵从关系式：

H=cY

其中，H为硬度，Y为屈服强度，C为材料常数，对金属材料C通常取3。

本发明涉及一种通过对焊后热处理马氏体时效钢带的焊缝熔合区、热影响区和母材区硬度分布测量，建立两个参数，即热影响区与母材区硬度比率R_F和断裂区硬度与母材区硬度比率R_I，判断断裂位置和屈服强度的改善程度。两个参数的表达式如下：

                       (1)

                        (2)

                       (3)

其中，H_HAZ 为热影响区的硬度, H_TP 为母材区的硬度，H_P为焊接前母材的硬度。

当R_F<1时，断裂位置发生在热影响区，反之则发生在母材区。R_I 为热处理后母材区硬度或热影响区硬度与原始母材硬度比率，用来评价热处理后焊缝处屈服强度与原始母材相比是否改善。

通常出现两种情况：

1、如果R_F＞1.0，断裂发生在母材区，用（2）式评价焊后热处理改善焊接接头拉伸性能程度，即R_I＞1，则热处理后，激光焊接接头屈服强度超过原始母材，R_I值越大，热处理改善效果越佳。R_I＜1，表示焊接接头屈服强度低于原始母材。