CN113828960B - 一种铜-钢复合板对接焊接用焊接材料及焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种铜‑钢复合板对接焊接用焊接材料，包括有激光熔覆层和TIG焊接用镍基层的焊接材料；激光熔覆层所用原料为激光熔覆用粉末；TIG焊接用镍基层所用原料为TIG焊接用镍基焊丝，TIG焊接用镍基焊丝包括药芯和焊皮。该材料专门用于解决铜‑钢***复合板对接焊接过程中焊缝成形较差及接头裂纹问题。还公开了一种铜‑钢复合板复合焊接方法，该方法使用该材料进行铜‑钢复合板对接焊接时，复合板开V型坡口，依次进行铜层、激光熔覆层、镍基药芯焊丝及钢层的焊接。所得的铜‑钢复合板对接接头强度高、韧性好。

Description

一种铜-钢复合板对接焊接用焊接材料及焊接方法
技术领域
本发明属于金属材料领域，具体涉及一种铜-钢复合板对接焊接用焊接材料，还涉及采用该种焊接材料用于铜-钢复合板复合焊接方法。
背景技术
铜及其合金具有优异的导热、导电性能，而钢具有高强度、低成本特点。通过***焊接的方式将铜和钢焊接起来形成铜-钢***复合板，则同时兼有两者的优点，是现代工业发展的首选材料。但是，在进行铜-钢复合板的应用时，不可避免会涉及到其对接连接问题。由于铜和钢的焊接连接属于异种材料的焊接，存在热物理性能差异大的特点，导致其焊接时焊缝成型较差、熔池不稳定。除此之外，由于铜的熔点低于钢的熔点(相差将近500℃)，导致其凝固过程的不一致。当液态铜存在于钢的晶界时，由于焊接残余应力的作用，常导致热裂纹的产生。因此，实现铜-钢复合板的大规模工程应用，首要的途径是提高其对接接头的质量。本发明拟从焊接材料和焊接工艺出发，探索铜-钢复合板对接接头高质量的连接途径，从而推动其大规模应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种铜-钢复合板对接焊接用焊接材料，专门用于解决铜-钢***复合板对接焊接过程中焊缝成形较差及接头裂纹问题。
本发明的第二个目的是提供一种铜-钢复合板复合焊接方法。
本发明所采用的技术方案是，一种铜-钢复合板对接焊接用焊接材料，包括有激光熔覆层和TIG焊接用镍基层的焊接材料；
激光熔覆层所用原料为激光熔覆用粉末，激光熔覆用粉末按质量百分比包括如下成分：Cr粉15.0～20.0％，Fe粉10～15.0％，Co粉5.0～10.0％，Si粉2.0～5.0％，B粉3.0～5.0％，Ce粉5.0～10.0％，C粉1.0～3.0％，其余为Ni，以上组分质量百分比之和为100％；
TIG焊接用镍基层所用原料为TIG焊接用镍基焊丝，TIG焊接用镍基焊丝包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：Cr粉10～15％，Mo粉3～8％，Nb粉1～3％，Fe粉1～3％，W粉1～5％，C粉0.1～0.5％，Mn粉1～3％，Si粉0.5～1.0％，其余为Ni，以上组分质量百分比之和为100％；焊皮为纯镍带。
本发明的特征还在于，
激光熔覆用粉末的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取Cr粉15.0～20.0％，Fe粉10～15.0％，Co粉5.0～10.0％，Si粉2.0～5.0％，B粉3.0～5.0％，Ce粉5.0～10.0％，C粉1.0～3.0％，其余为Ni，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的各原料粉末混合后真空熔炼，采用气雾化方法制粉；
步骤3：对雾化后的粉末进行粒度筛分；
步骤4：对步骤3制备的粉末进行真空包装，待用。
在激光熔覆用粉末的制备方法的步骤2中，气雾化方法制粉过程中，以N2作为雾化气体，雾化压力为6MPa，雾化过程保持熔体的过热度在100～150℃之间；步骤3中，筛分后的粉末的粒度范围为25～53μm，筛分后的粉末的流动性要求为25～40s/100g。
TIG焊接用镍基焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取以下药粉：C粉0.1～0.5％，Mn粉1～3％，Si粉0.5～1.0％，Cr粉10～15％，Mo粉3～8％，Nb粉1～3％，Fe粉1～3％，W粉1～5％，其余为Ni，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为260-280℃，保温时间为3-4h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为2-3h；
步骤3：采用纯镍带为焊皮，采用酒精去除纯镍带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯镍带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0～1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
在TIG焊接用镍基焊丝的制备方法的步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为200-300目；步骤3中，纯镍带厚度0.3mm，宽度7mm；步骤3中，药芯焊丝填充量控制在30～35wt％。
本发明所采用的第二个技术方案是，一种铜-钢复合板复合焊接方法，采用上述的铜-钢复合板对接焊接用焊接材料用于焊接铜-钢复合板，具体步骤如下：
首先，将铜-钢复合板一侧开有焊接用坡口，铜层剥离长度为1～2mm，进行铜层的焊接，采用ERCuSi-Al焊丝，TIG焊接方法，焊接电流150-200A；接着采用激光熔覆用粉末进行激光熔覆形成激光熔覆层，激光熔覆前对铜焊缝进行打磨，去除余高，设置激光熔覆功率为6-8kW，激光光斑直径3mm，送粉速度100-120g/min，熔覆层搭接率85％，保护气选用氩气，熔覆线速度50-60m/min，所得激光熔覆层厚度约为1～2mm；然后在激光熔覆层上使用TIG焊接用镍基焊丝进行焊接，采用TIG焊接方法，焊接电流100-150A，形成TIG焊接用镍基层；最后采用ER50-6焊丝进行钢层的填充和盖面，使用MIG焊接方法，焊接电流150-200A。
本发明的特征还在于，
坡口为V型坡口，坡口角度为60°。
本发明的有益效果是：
(1)本发明方法采用激光熔覆+TIG焊的复合焊接方式进行铜-钢复合板的对接焊接，可有效解决复合板焊缝的开裂问题。
(2)本发明方法先使用激光熔覆进行铜层上的焊接，接着在激光熔覆层上进行镍基焊丝的TIG焊接，这种焊接方法的有益效果为：激光熔覆的稀释率低，当其作用在铜层上时，可有效减少铜层中的Cu元素进入激光熔覆层中。此外，由于激光功率较一般电弧焊集中，当进行激光熔覆时，可以精确控制其作用在铜层上而不作用在两侧的钢层上，从而减小了Fe元素进入到激光熔覆层中。
(3)本发明材料采用的激光熔覆用粉末，其合金元素主要为Ni、Cr、Fe、Co、Si、B、Ce和C。粉末中以Cr、Fe、Co元素主要起到提高强度的作用；Ce元素提高强韧性；Si、B元素的作用主要起到了强烈脱氧和造渣的作用。各个合金元素配合后，可有效提高激光熔覆层的强度和韧性。
(4)本发明材料采用的镍基药芯焊丝，其主要元素为Ni，其与激光熔覆层的主要元素一致，因此焊接时焊缝流动性较好，与底部激光熔覆层的冶金结合较好。焊丝药粉中以Cr元素为主，主要起强化作用，配合以Mo、Nb、W元素，进一步提高焊缝强度；Si、Mn可以起到联合脱氧作用。
(5)本发明方法所设计的坡口形式，便于进行激光熔覆和随后的TIG焊接，可以实现自动化焊接。
附图说明
图1为本发明方法中使用的铜-钢复合板焊接时坡口形式；
图2为本发明方法中铜-钢复合板焊接顺序；
图3为本发明实施案例2制备的激光熔覆粉末焊接铜-钢复合板时激光熔覆层的显微组织形貌图。
图4为本发明实施案例2制备的镍基药芯焊丝焊接铜-钢复合板时的显微组织形貌图。
图5图4的局部放大显示。
图6为本发明实施案例2焊接所得对接接头拉伸过程的载荷-位移曲线；
图7为本发明实施案例2焊接所得对接接头拉伸后的断口形貌。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供一种铜-钢复合板对接焊接用焊接材料，包括有激光熔覆层和TIG焊接用镍基层的焊接材料；
激光熔覆层所用原料为激光熔覆用粉末，激光熔覆用粉末按质量百分比包括如下成分：Cr粉15.0～20.0％，Fe粉10～15.0％，Co粉5.0～10.0％，Si粉2.0～5.0％，B粉3.0～5.0％，Ce粉5.0～10.0％，C粉1.0～3.0％，其余为Ni，以上组分质量百分比之和为100％；
该激光熔覆用粉末中主要合金组分的作用和功能如下：
Ni元素为激光熔覆粉末的主要合金元素，其不仅与底部Cu层的冶金结合较好，与两侧钢层的冶金结合也较好。因此将Ni作为激光熔覆层主要的合金元素，其可以保证激光熔覆层与周围母材的结合强度。以Ni元素为主的激光熔覆层其组织主要为γ相。Cr粉作为激光熔覆粉末的第二主要元素，其与两侧钢层的冶金结合较好，因此其承担的主要作用是进一步巩固激光熔覆层与两侧钢层的强度。除此之外，Cr元素还具有提高激光熔覆层抗氧化的作用。Fe元素与两侧的钢层属于同质，因此有提高与两侧钢层的润湿性与结合强度的作用。Co元素除了提高激光熔覆层的强度外，还具有提高其耐腐蚀性能的作用。在Ni基粉末中加入Si、B元素，可以降低Ni粉的熔点，从提高与基体的润湿性与流动性，并且还有脱渣容易、抗氧化的作用。C粉的作用是促进熔覆层中的Cr元素形成MC型碳化物。Ce的作用是在γ相晶界偏聚，可以提高晶界的结合力，从而提高熔覆层的强度。
激光熔覆用粉末的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取Cr粉15.0～20.0％，Fe粉10～15.0％，Co粉5.0～10.0％，Si粉2.0～5.0％，B粉3.0～5.0％，Ce粉5.0～10.0％，C粉1.0～3.0％，其余为Ni，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的各原料粉末混合后真空熔炼，采用气雾化方法制粉，以N2作为雾化气体，雾化压力为6MPa，雾化过程保持熔体的过热度在100～150℃之间；
步骤3：对雾化后的粉末进行粒度筛分，使筛分后的粉末的粒度范围为25～53μm，筛分后的粉末的流动性要求为25～40s/100g；
步骤4：对步骤3制备的粉末进行真空包装，待用。
TIG焊接用镍基层所用原料为TIG焊接用镍基焊丝，TIG焊接用镍基焊丝包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：Cr粉10～15％，Mo粉3～8％，Nb粉1～3％，Fe粉1～3％，W粉1～5％，C粉0.1～0.5％，Mn粉1～3％，Si粉0.5～1.0％，其余为Ni，以上组分质量百分比之和为100％；焊皮为纯镍带。
该TIG焊接用镍基焊丝中主要合金组分的作用和功能如下：
TIG焊接用镍基焊丝焊接焊缝的作用是连接底部Ni基激光熔覆层与上面钢焊缝。这里选用以Ni为主的药芯焊丝，主要是因为Ni与Fe之间的冶金结合较好。药粉中加入Cr元素、Mo、Nb、W元素，其作用一方面是固溶在Ni基体中(γ相)形成固溶强化作用，另一方面是与C元素一起形成M23C6、Cr7C3碳化物，从而进一步提高焊缝的强度。Cr元素还有提高焊缝抗氧化性的作用。药粉中Si元素的作用是与Ni一起形成Ni31Si12相，提高焊缝强度。药粉中Mn元素的作用一方面是与Si元素一起有联合脱氧的作用，另一方面还有进一步提高焊缝强韧性的作用。
TIG焊接用镍基焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取以下药粉：C粉0.1～0.5％，Mn粉1～3％，Si粉0.5～1.0％，Cr粉10～15％，Mo粉3～8％，Nb粉1～3％，Fe粉1～3％，W粉1～5％，其余为Ni，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为200-300目。
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为260-280℃，保温时间为3-4h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为2-3h；
步骤3：采用纯镍带为焊皮，采用酒精去除纯镍带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯镍带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；步骤3中，纯镍带厚度0.3mm，宽度7mm；步骤3中，药芯焊丝填充量控制在30～35wt％；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0～1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
本发明还提供一种铜-钢复合板复合焊接方法，采用上述的铜-钢复合板对接焊接用焊接材料用于焊接铜-钢复合板，具体步骤如下：
首先，如图2所示，将铜-钢复合板一侧开焊接用坡口，坡口为V型坡口，坡口角度为60°，如图1所示，铜层剥离长度为1～2mm(铜板厚度3mm，钢板厚度8mm)，进行铜层的焊接，采用ERCuSi-Al焊丝，TIG焊接方法，焊接电流150-200A；接着采用激光熔覆用粉末进行激光熔覆形成激光熔覆层，激光熔覆前对铜焊缝进行打磨，去除余高，设置激光熔覆功率为6-8kW，激光光斑直径3mm，送粉速度100-120g/min，熔覆层搭接率85％，保护气选用氩气，熔覆线速度50-60m/min，所得激光熔覆层厚度约为1～2mm；然后在激光熔覆层上使用TIG焊接用镍基焊丝进行焊接，TIG焊接方法，焊接电流100-150A，形成TIG焊接用镍基层；最后采用ER50-6焊丝进行钢层的填充和盖面，使用MIG焊接方法，焊接电流150-200A。
实施例1
激光熔覆粉末制备的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取Cr粉15.0％，Fe粉10.0％，Co粉5.0％，Si粉2.0％，B粉3.0％，Ce粉5.0％，C粉1.0％，其余为Ni，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2：将步骤1称取的各原料合金粉末混合后真空熔炼，采用气雾化方法制粉，以N2作为雾化气体，雾化压力为6MPa，雾化过程保持熔体的过热度在100～150℃之间；
步骤3：对雾化后的合金粉末进行粒度筛分，使筛分后的合金粉末的粒度范围为25～53μm，筛分后的合金粉末的流动性要求为25～40s/100g；步骤4：对步骤3制备的粉末进行真空包装，待用。
TIG焊接用镍基焊丝的制备步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取以下药粉：C粉0.1％，Mn粉1％，Si粉0.5％，Cr粉10.0％，Mo粉3.0％，Nb粉1.0％，Fe粉1.0％，W粉1.0％，其余为Ni，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为200目。
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为260℃，保温时间为3h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为2h；
步骤3：采用纯镍带为焊皮，采用酒精去除纯镍带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯镍带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤3中，药芯焊丝填充量控制在32wt％；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
采用实施案例1提供的激光熔覆粉末和镍基药芯焊丝用于焊接铜-钢复合板，将铜-钢复合板一侧V型坡口，坡口角度为60°。铜层剥离长度为1mm。首先进行铜层的焊接，采用ERCuSi-Al焊丝，TIG焊接方法，焊接电流150-200A；接着进行激光熔覆，激光熔覆前对铜焊缝进行打磨，去除余高。设置激光熔覆功率为6kW，激光光斑直径3mm，送粉速度100g/min，熔覆层搭接率85％，保护气选用氩气，熔覆线速度50m/min，所得熔覆层厚度约为1mm；然后在激光熔覆层上进行镍基药芯焊丝的焊接，TIG焊接方法，焊接电流100-150A；最后采用ER50-6焊丝进行钢层的填充和盖面，MIG焊接方法，焊接电流150-200A。
经测试，铜-钢复合板焊接接头的抗拉强度为341MPa，延伸率为15％。
实施例2
激光熔覆粉末制备的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取Cr粉20.0％，Fe粉15.0％，Co粉10.0％，Si粉5.0％，B粉5.0％，Ce粉10.0％，C粉3.0％，其余为Ni，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2：将步骤1称取的各原料合金粉末混合后真空熔炼，采用气雾化方法制粉，以N2作为雾化气体，雾化压力为6MPa，雾化过程保持熔体的过热度在100～150℃之间；
步骤3：对雾化后的合金粉末进行粒度筛分，使筛分后的合金粉末的粒度范围为25～53μm，筛分后的合金粉末的流动性要求为25～40s/100g；
步骤4：对步骤3制备的粉末进行真空包装，待用。
TIG焊接用镍基焊丝的制备步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取以下药粉：C粉0.5％，Mn粉3.0％，Si粉1.0％，Cr粉15.0％，Mo粉8.0％，Nb粉3.0％，Fe粉3.0％，W粉5.0％，其余为Ni，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为300目。
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为260℃，保温时间为3h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为2h；
步骤3：采用纯镍带为焊皮，采用酒精去除纯镍带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯镍带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
采用实施案例2提供的激光熔覆粉末和镍基药芯焊丝用于焊接铜-钢复合板，将铜-钢复合板一侧开复合板开V型坡口，坡口角度为60°。铜层剥离长度为2mm。首先进行铜层的焊接，采用ERCuSi-Al焊丝，TIG焊接方法，焊接电流150-200A；接着进行激光熔覆，激光熔覆前对铜焊缝进行打磨，去除余高。设置激光熔覆功率为6kW，激光光斑直径3mm，送粉速度100g/min，熔覆层搭接率85％，保护气选用氩气，熔覆线速度50m/min，所得熔覆层厚度约为2mm；然后在激光熔覆层上进行镍基药芯焊丝的焊接，TIG焊接方法，焊接电流100-150A；最后采用ER50-6焊丝进行钢层的填充和盖面，MIG焊接方法，焊接电流150-200A。
经测试，铜-钢复合板焊接接头的抗拉强度为413MPa，延伸率为14％。
实施例2制备得到的铜-钢复合板对接接头，其激光熔覆层的显微组织形貌如图3所示，图4为局部放大图。从图中可以看出，Ni基激光熔覆层主要是胞状数值晶的γ-Ni为主，胞状树枝晶间可以观察到Cr7C3碳化物。图5是Ni基药芯焊丝的显微组织形貌图，从图中可以看出，该焊缝组织同样以粗大的胞状树枝晶γ-Ni为主。对上述铜-钢复合板对接接头进行拉伸测试，拉伸过程的载荷-位移曲线如图6所示。从图中可以看出，接头拉伸过程强韧性匹配较好。从图7拉伸断口可以看出，断口表面存在轫窝形貌，证明接头的韧性较好。
实施例3
激光熔覆粉末制备的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取Cr粉17.0％，Fe粉13.0％，Co粉8.0％，Si粉3.0％，B粉4.0％，Ce粉8.0％，C粉2.0％，其余为Ni，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2：将步骤1称取的各原料合金粉末混合后真空熔炼，采用气雾化方法制粉，以N2作为雾化气体，雾化压力为6MPa，雾化过程保持熔体的过热度在100～150℃之间；
步骤3：对雾化后的合金粉末进行粒度筛分，使筛分后的合金粉末的粒度范围为25～53μm，筛分后的合金粉末的流动性要求为25～40s/100g；
步骤4：对步骤3制备的粉末进行真空包装，待用。
TIG焊接用镍基焊丝的制备步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取以下药粉：C粉0.4％，Mn粉2％，Si粉0.7％，Cr粉13％，Mo粉6％，Nb粉2％，Fe粉2％，W粉4％，其余为Ni，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为200目。
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为260℃，保温时间为3h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为2h；
步骤3：采用纯镍带为焊皮，采用酒精去除纯镍带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯镍带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤3中，药芯焊丝填充量控制在33wt％；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.1mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
采用实施案例3提供的激光熔覆粉末和镍基药芯焊丝用于焊接铜-钢复合板，将铜-钢复合板一侧开V型坡口，坡口角度为60°。铜层剥离长度为1.5mm。首先进行铜层的焊接，采用ERCuSi-Al焊丝，TIG焊接方法，焊接电流150-200A；接着进行激光熔覆，激光熔覆前对铜焊缝进行打磨，去除余高。设置激光熔覆功率为6kW，激光光斑直径3mm，送粉速度100g/min，熔覆层搭接率85％，保护气选用氩气，熔覆线速度50m/min，所得熔覆层厚度约为1.5mm；然后在激光熔覆层上进行镍基药芯焊丝的焊接，TIG焊接方法，焊接电流100-150A；最后采用ER50-6焊丝进行钢层的填充和盖面，MIG焊接方法，焊接电流150-200A。
经测试，铜-钢复合板焊接接头的抗拉强度为399MPa，延伸率为15％。
实施例4
激光熔覆粉末制备的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取Cr粉15.0％，Fe粉10.0％，Co粉6.0％，Si粉4.0％，B粉5.0％，Ce粉7.0％，C粉1.0％，其余为Ni，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2：将步骤1称取的各原料合金粉末混合后真空熔炼，采用气雾化方法制粉，以N2作为雾化气体，雾化压力为6MPa，雾化过程保持熔体的过热度在100～150℃之间；
步骤3：对雾化后的合金粉末进行粒度筛分，使筛分后的合金粉末的粒度范围为25～53μm，筛分后的合金粉末的流动性要求为25～40s/100g；
步骤4：对步骤3制备的粉末进行真空包装，待用。
TIG焊接用镍基焊丝的制备步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取以下药粉：C粉0.3％，Mn粉3％，Si粉0.6％，Cr粉14％，Mo粉7％，Nb粉2.5％，Fe粉2.5％，W粉3％，其余为Ni，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为200目。
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为280℃，保温时间为4h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为3h；
步骤3：采用纯镍带为焊皮，采用酒精去除纯镍带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯镍带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤3中，药芯焊丝填充量控制在30wt％；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0～1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
采用实施案例4提供的激光熔覆粉末和镍基药芯焊丝焊接用于铜-钢复合板，将铜-钢复合板一侧开V型坡口，坡口角度为60°。铜层剥离长度为1.6mm。首先进行铜层的焊接，采用ERCuSi-Al焊丝，TIG焊接方法，焊接电流150-200A；接着进行激光熔覆，激光熔覆前对铜焊缝进行打磨，去除余高。设置激光熔覆功率为8kW，激光光斑直径3mm，送粉速度120g/min，熔覆层搭接率85％，保护气选用氩气，熔覆线速度60m/min，所得熔覆层厚度约为1.7mm；然后在激光熔覆层上进行镍基药芯焊丝的焊接，TIG焊接方法，焊接电流100-150A；最后采用ER50-6焊丝进行钢层的填充和盖面，MIG焊接方法，焊接电流150-200A。
经测试，铜-钢复合板焊接接头的抗拉强度为372MPa，延伸率为19％。
实施例5
激光熔覆粉末制备的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取Cr粉16.0％，Fe粉11.0％，Co粉7.0％，Si粉5.0％，B粉3.5％，Ce粉6.0％，C粉2.5％，其余为Ni，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2：将步骤1称取的各原料合金粉末混合后真空熔炼，采用气雾化方法制粉，以N2作为雾化气体，雾化压力为6MPa，雾化过程保持熔体的过热度在100～150℃之间；
步骤3：对雾化后的合金粉末进行粒度筛分，使筛分后的合金粉末的粒度范围为25～53μm，筛分后的合金粉末的流动性要求为25～40s/100g；
步骤4：对步骤3制备的粉末进行真空包装，待用。
TIG焊接用镍基焊丝的制备步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取以下药粉：C粉0.15％，Mn粉2.5％，Si粉0.8％，Cr粉11％，Mo粉5％，Nb粉1.5％，Fe粉1％，W粉5％，其余为Ni，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为300目。
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为270℃，保温时间为3.5h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为2.6h；
步骤3：采用纯镍带为焊皮，采用酒精去除纯镍带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯镍带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；步骤3中，药芯焊丝填充量控制在35wt％；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0～1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
采用实施案例3提供的激光熔覆粉末和镍基药芯焊丝焊接铜-钢复合板，将铜-钢复合板一侧开V型坡口，坡口角度为60°。铜层剥离长度为1mm。首先进行铜层的焊接，采用ERCuSi-Al焊丝，TIG焊接方法，焊接电流150-200A；接着进行激光熔覆，激光熔覆前对铜焊缝进行打磨，去除余高。设置激光熔覆功率为7kW，激光光斑直径3mm，送粉速度110g/min，熔覆层搭接率85％，保护气选用氩气，熔覆线速度55m/min，所得熔覆层厚度约为2mm；然后在激光熔覆层上进行镍基药芯焊丝的焊接，TIG焊接方法，焊接电流100-150A；最后采用ER50-6焊丝进行钢层的填充和盖面，MIG焊接方法，焊接电流150-200A。
经测试，铜-钢复合板焊接接头的抗拉强度为420MPa，延伸率为12％。

Claims (7)

1.一种铜-钢复合板对接焊接用焊接材料，其特征在于，包括有激光熔覆层和TIG焊接用镍基层的焊接材料；
所述激光熔覆层所用原料为激光熔覆用粉末，激光熔覆用粉末按质量百分比包括如下成分：Cr粉15.0~20.0%，Fe粉10~15.0%，Co粉5.0~10.0%，Si粉2.0~5.0%，B粉3.0~5.0%，Ce粉5.0~10.0%，C粉1.0~3.0%，其余为Ni，以上组分质量百分比之和为100%；
所述TIG焊接用镍基层所用原料为TIG焊接用镍基焊丝，TIG焊接用镍基焊丝包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：Cr粉10~15%，Mo粉3~8%，Nb粉1~3%，Fe粉1~3%，W粉1~5%，C粉0.1~0.5%，Mn粉1~3%，Si粉0.5~1.0%，其余为Ni，以上组分质量百分比之和为100%；焊皮为纯镍带；
采用激光熔覆用粉末进行激光熔覆形成激光熔覆层，在激光熔覆层上使用TIG焊接用镍基焊丝进行焊接。
2.根据权利要求1所述的一种铜-钢复合板对接焊接用焊接材料，其特征在于，所述激光熔覆用粉末的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取Cr粉15.0~20.0%，Fe粉10~15.0%，Co粉5.0~10.0%，Si粉2.0~5.0%，B粉3.0~5.0%，Ce粉5.0~10.0%，C粉1.0~3.0%，其余为Ni，以上组分质量百分比之和为100%；
步骤2：将步骤1称取的各原料粉末混合后真空熔炼，采用气雾化方法制粉；
步骤3：对雾化后的粉末进行粒度筛分；
步骤4：对步骤3制备的粉末进行真空包装，待用。
3.根据权利要求2所述的一种铜-钢复合板对接焊接用焊接材料，其特征在于，在激光熔覆用粉末的制备方法的步骤2中，气雾化方法制粉过程中，以N2作为雾化气体，雾化压力为6MPa，雾化过程保持熔体的过热度在100~150℃之间；步骤3中，筛分后的粉末的粒度范围为25~53μm，筛分后的粉末的流动性要求为25~40s/100g。
4.根据权利要求1所述的一种铜-钢复合板对接焊接用焊接材料，其特征在于，所述TIG焊接用镍基焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取以下药粉：C粉0.1~0.5%，Mn粉1~3%，Si粉0.5~1.0%，Cr粉10~15%，Mo粉3~8%，Nb粉1~3%，Fe粉1~3%，W粉1~5%，其余为Ni，以上组分质量百分比之和为100%；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为260-280℃，保温时间为3-4h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为2-3h；
步骤3：采用纯镍带为焊皮，采用酒精去除纯镍带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯镍带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道拉拔工序完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0~1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
5.根据权利要求4所述的一种铜-钢复合板对接焊接用焊接材料，其特征在于，在TIG焊接用镍基焊丝的制备方法的步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为200-300目；步骤3中，纯镍带厚度0.3mm，宽度7mm；步骤3中，药芯焊丝填充量控制在30~35wt%。
6.一种铜-钢复合板复合焊接方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的铜-钢复合板对接焊接用焊接材料用于焊接铜-钢复合板，具体步骤如下：
首先，将铜-钢复合板一侧开有焊接用坡口，铜层剥离长度为1~2mm，进行铜层的焊接，采用ERCuSi-Al焊丝，TIG焊接方法，焊接电流150-200A；接着采用激光熔覆用粉末进行激光熔覆形成激光熔覆层，激光熔覆前对铜焊缝进行打磨，去除余高，设置激光熔覆功率为6-8kW，激光光斑直径3mm，送粉速度100-120g/min，熔覆层搭接率85％，保护气选用氩气，熔覆线速度50-60m/min，所得激光熔覆层厚度为1~2mm；然后在激光熔覆层上使用TIG焊接用镍基焊丝进行焊接，采用TIG焊接方法，焊接电流100-150A，形成TIG焊接用镍基层；最后采用ER50-6焊丝进行钢层的填充和盖面，使用MIG焊接方法，焊接电流150-200A。
7.根据权利要求6所述的一种铜-钢复合板复合焊接方法，其特征在于，所述坡口为V型坡口，坡口角度为60°。
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