第四章 結果與討論
4.3.1 同種 SUS304 不銹鋼對接銲之殘留應力分析
圖 4.33 為銲接時間為 5 秒時之 σXX暫態熱應力場狀態圖。在此階 段可發現接近銲接熱源的區域因高溫而膨脹，但受到遠離銲接熱源周 圍區域之束縛，因此會在銲接熱源附近產生壓縮熱應力。而在遠離銲 接熱源的區域則因力學平衡之緣故，因此會產生拉伸熱應力。
圖 4.34 為銲接時間為 10 秒時之 σXX暫態熱應力場狀態圖。在此 階段可發現其相似於圖 4.33 所觀察到的現象，即接近銲接熱源的區 域因高溫而膨脹，並受到遠離銲接熱源周圍區域之束縛，在銲接熱源 附近產生壓縮熱應力，遠離銲接熱源的區域則會產生拉伸熱應力。
同樣的圖 4.35 與圖 4.36 亦可更明顯地發現整個銲道周圍受到局 部熱源作用，使得銲道周圍區域受到遠離銲接熱源的區域的束縛而產 生壓縮熱應力，而遠離銲接熱源的區域亦受到銲道周圍區域之壓縮應 力的產生與束縛，產生相對的拉伸熱應力。
圖 4.37 為為銲接時間為 25 秒時之 σXX暫態熱應力場狀態圖。在 此階段由於銲接熱源即將離開板材，因此在靠近銲道終端位置處仍具 有較高的壓縮熱應力。至於在其他區域則由於銲接熱源的遠離，會造
304 沃斯田鐵型不銹鋼在 600～1200℃的溫度範圍間由於其降伏應力 會急遽降低（參考圖3.3 所示），因此會產生較大的塑性變形，進而 會在遠離銲接熱源的區域形成較高的拉伸熱應力。
圖 4.38 為銲接 50 秒時之 σXX銲接殘留應力場狀態圖，在此階段 由於銲接熱源已經離開板材，隨著銲件的冷卻，殘留應力也就相對地 產生，因此可明顯發現在靠近銲道區域的拉伸殘留應力相較於圖4.37 增加許多。
圖 4.39、圖 4.40、圖 4.41、圖 4.42、圖 4.43 分別為銲接 100 秒、
200 秒、400 秒、800 秒、1600 秒時之 σXX銲接殘留應力場狀態圖。
此時可發現在靠近銲道區域的拉伸殘留應力增加的速率已趨於緩慢。
圖 4.44 為銲接 3150 秒時之 σXX銲接殘留應力場狀態圖。此 時更可發現整個銲板的殘留應力相較於圖 4.43 變化不大，即已趨於 定值。
同種 SUS304 不銹鋼對接銲之 σYY暫態熱應力分析
圖4.45 為銲接時間為 5 秒時之 σYY暫態熱應力場狀態圖，在此階 段亦可發現在接近銲接熱源的區域會產生壓縮熱應力，而在遠離銲接 熱源的區域則會產生拉伸熱應力。
圖4.46、圖 4.47、圖 4.48、圖 4.49 分別為 10 秒、15 秒、20 秒、
25 秒時之暫態應力，可發現大致上均有此現象的發生。
圖 4.50 為銲接 50 秒時之 σYY銲接殘留應力場狀態圖，在此階段 由於銲接熱源已經離開板材，因此可明顯發現在銲板中央位置的拉伸 殘留應力相較於圖 4.49 增加許多，而銲板兩側的壓縮殘留應力亦逐 漸地增加。
圖 4.51、圖 4.52、圖 4.53、圖 4.54、圖 4.55 分別為銲接 100 秒、
200 秒、400 秒、800 秒、1600 秒時之 σYY銲接殘留應力場狀態圖。
此時可發現銲道中央與兩端位置的拉伸與壓縮殘留應力增加的速率 已趨於緩慢。
圖 4.56 為銲後 3150 秒時之 σYY銲接殘留應力場狀態圖，此時可 發現在銲板中央位置處產生定值得拉伸殘留應力，而在銲板兩端位置 處則產生定值的壓縮殘留應力。
同種 SUS304 不銹鋼對接銲殘留應力之分析與實驗
圖 4.57 與圖 4.58 分別為 SUS304 不銹鋼銲板冷卻至室溫時之 σXX 與 σYY 銲接殘留應力分佈圖。由 σXX 銲接殘留應力之分析結果可得 知，在靠近銲道附近的區域會產生為較高的拉伸殘留應力值，其大小 可達到母材的降伏應力，而在遠離銲道的區域則會產生較低的壓縮殘
及銲接速度為5 mm/sec 之銲接條件）發現約有 23.2 mm 寬的拉伸殘 留應力區（tensile residual stress zone）產生於靠近銲道附近的區域，
而此拉伸殘留應力區將可能會嚴重影響銲件之機械性質與耐腐蝕 性。由σYY銲接殘留應力之分析結果可得知，在銲板中央位置處會產 生較低的拉伸殘留應力，而在銲板兩側位置處則會產生較高的壓縮殘 留應力。本研究在此發現最大σXX拉伸殘留應力值(247 Mpa)約為最大 σYY拉伸殘留應力值(89.5 MPa)的 2.76 倍，此說明縱向拉伸殘留應力 (σXX)比橫向拉伸殘留應力(σYY)影響平板銲接結構強度甚鉅，在結構 安全評估分析上應多考慮此縱向殘留應力的分布與大小[48-52]。
綜合圖 4.57 (b)與圖 4.58 (b)之殘留應力分析結果與實驗數據的比 較可得知，本研究建構之有限元素模型可準確模擬同種SUS304 不銹 鋼對接銲之銲件殘留應力的大小與分佈情形。
4.3.2 同種 S15C 碳鋼對接銲之殘留應力分析