第四章 結果與討論
4.5 助銲劑對銲道顯微組織之觀察
4.5.1 單一型助銲劑對銲道顯微組織之觀察
銲接後之銲道金相組織可以參考圖4-23，由銲道金屬開始，再區分 為：熔融線、粗晶區、細晶區、部份變態區、球化區以及母材，一般較 易觀察的區域有銲道金屬、粗晶區、細晶區以及母材。於不銹鋼側的銲 道邊緣可觀察到沃斯田相加肥粒相之雙相結構，當添加MgCO3、MgO等 單一型助銲劑時，其熔融線附近可找到一個特冸的區域，此區域的晶界 特冸清晰，但對照圖4-30及圖4-35可知，此區的硬度值變化不大。於低碳 鋼側的銲道邊緣可觀察到肥粒鐵晶粒大小及晶粒形狀，當添加MgCO3、 Fe2O3等單一型助銲劑時，其肥粒鐵晶界的特徵特冸清楚，但對照圖4-30 及圖4-36可知，此區的硬度值變化有下降及上升的趨勢。另外，在銲道中 央處可觀察到類似肥粒鐵型態或氣孔銲接缺陷。
銲道邊緣 50X
(不銹鋼側) 銲道中央 50x 銲道邊緣 50X
(低碳鋼側)
Without flux
MnO2
MgCO3
Cr2O3
MoS2
NiO
MoO3
圖 4-23 單一型助銲劑之銲道顯微組織
MgO
Fe2O3
ZnO
SiO2
TiO2
圖 4-23 單一型助銲劑之銲道顯微組織(續)
4.5.2 混合型助銲劑對銲道顯微組織之觀察
銲接後之銲道金相組織可以參考圖4-24，於不銹鋼側的銲道邊緣可觀 察到沃斯田相加肥粒相之雙相結構，當添加MnO2-MoO3混合型助銲劑 時，其熔融線附近可找到一個特冸的區域，此區域的晶界特冸清晰，但 對照圖4-42可知，此區的硬度值變化不大。於低碳鋼側的銲道邊緣可觀察 到肥粒鐵晶粒大小及晶粒形狀，當添加MoS2-Cr2O3混合型助銲劑時，其
銲道邊緣 50X
(不銹鋼側) 銲道中央 50x 銲道邊緣 50X
(低碳鋼側)
Without flux
MnO2 Cr2O3
MnO2
MoO3
Cr2O3
MoO3
MnO2 MoS2
MoS2 MoO3
MoS2
Cr2O3
圖 4-24 混合型助銲劑之銲道顯微組織
4.6 助銲劑對銲道肥粒鐵含量之探討
4.6.1 單一型助銲劑對銲道肥粒鐵含量之影響
本實驗之肥粒鐵量測位置為銲道中心，量測 9 點並取平均值，其結 果如圖 4-25 所示。雖然銲道中肥粒相存在 5~10％有助於降低銲接熱裂的 敏感性，但由於肥粒相組織的耐蝕性不如沃斯田鐵相優良，當銲件處於 腐蝕性強的酸性工作環境時，容易造成孔蝕（Pitting）的現象，同時肥粒 相的存在也會對不銹鋼的韌性及延展性有不良的影響。結果顯示在 MIG 銲接條件下（如表 4-2 所示），當添加 MgCO3、MgO 等單一型助銲劑時，
其銲道中肥粒鐵含量超過 30％，因此熱裂的敏感性再度升高，值得注意 的是，肥粒鐵量測值過高，可能的原因為低碳鋼中肥粒鐵所導致。當添 加 MnO2、SiO2等單一型助銲劑時，其銲道中肥粒鐵含量在 5~10％左右，
因此可使銲件降低熱烈的敏感性又不致大幅影響其抗腐蝕及韌性。
圖 4-25 單一型助銲劑對銲道肥粒鐵含量之影響
4.6.2 混合型助銲劑對銲道肥粒鐵含量之影響
如圖 4-26 所示為 MIG 銲接製程對銲道肥粒鐵含量之實驗結果。結果 顯示在 MIG 銲接條件下（如表 4-3 所示），當添加 MnO2-MoO3等混合型 助銲劑時，其銲道中肥粒鐵含量接近 30％，因此可能提高熱裂的敏感性。
當添加 MnO2-Cr2O3、MoS2-MoO3等混合型助銲劑時，其銲道中肥粒鐵含
圖 4-26 混合型助銲劑對銲道肥粒鐵含量之影響
4.7 助銲劑對銲道微硬度之探討
4.7.1 單一型助銲劑對銲道微硬度之影響
本實驗針對銲道進行微硬度量測，量測位置則為距銲件表面下 1mm 處，且每點間隔 0.25mm 測量一硬度，最後再將量測之值記錄並作各部位 之硬度分佈線，其中對銲道進行 11 點的量測，經計算結果後取平均值（如 圖 4-27 所示）。由圖 4-29 至圖 4-39 之微硬度分佈曲線可觀察到，銲道線
（Fusion line）內硬度平均值最高，不銹鋼側硬度平均值次之，低碳鋼側 硬度平均值最低。此外，銲道線附近熱影響區的硬度值變化為，以低碳 鋼側硬度變化較不銹鋼側大。另外，銲件斷裂點可能發生於低碳鋼側熱 影響區，且以添加 Cr2O3、NiO 單一型助銲劑的機會最大，其顯微組織晶 粒亦較粗大。
圖 4-27 單一型助銲劑對銲道硬度值之影響
圖 4-28 微硬度分佈曲線-未塗助銲劑之銲件
圖 4-29 微硬度分佈曲線- MnO2
圖 4-31 微硬度分佈曲線- Cr2O3
圖 4-32 微硬度分佈曲線- MoS2
圖 4-33 微硬度分佈曲線- NiO
圖 4-34 微硬度分佈曲線- MoO3
圖 4-35 微硬度分佈曲線- MgO
圖 4-37 微硬度分佈曲線- ZnO
圖 4-38 微硬度分佈曲線- SiO2
圖 4-39 微硬度分佈曲線- TiO2
4.7.2 混合型助銲劑對銲道微硬度之影響
如圖 4-40 所示為 MIG 銲接製程對銲道硬度之實驗結果。結果顯示在 MIG 銲接條件下（如表 4-3 所示），當添加 MnO2-MoS2、MoS2-MoO3等 混合型助銲劑時，均可提高銲道硬度。其中，以 MoS2-MoO3混合型助銲 劑的添加對銲道硬度最為顯著，此部份的實驗結果，再次印證 4.4.2 節中 較佳的銲道熔深及熔融面積具有影響銲道幾何型態。由圖 4-41 至圖 4-46 之微硬度分佈曲線可觀察到，銲道線（Fusion line）內硬度平均值最高，
不銹鋼側硬度平均值次之，低碳鋼側硬度平均值最低。此外，銲道線附 近熱影響區的硬度值變化為，以低碳鋼側硬度變化較不銹鋼側大。另外，
銲件斷裂點可能發生於低碳鋼側熱影響區，且以添加 MnO2-MoS2混合型 助銲劑的機會最大，其顯微組織晶粒亦較粗大。
圖 4-40 混合型助銲劑對銲道硬度值之影響
圖 4-42 微硬度分佈曲線- MnO2-MoO3
圖 4-43 微硬度分佈曲線- Cr2O3-MoO3
圖 4-44 微硬度分佈曲線- MnO2-MoS2
圖 4-45 微硬度分佈曲線- MoS2-MoO3
圖 4-46 微硬度分佈曲線- MoS2-Cr2O3
4.8 田口方法針對銲接製程進行最佳化實驗 4.8.1 各參數對銲道外觀之影響
就銲道外觀而言，如圖4-47所示，若參數設定值為熱輸入量最小
（No.4）時，銲接缺陷有空洞現象(200系）；若參數設定值為熱輸入量最 大（No.16）時，熔池形狀呈橢圓形狀。其餘銲件之銲道外觀皆有少許飛 濺物附著於銲道附近(600系）。不管試片有無清潔，其銲道外觀差異不大。
試片編號 N1 試片 N2 試片
1
2
3
4
5
6
7
8
圖 4-47 各參數對銲道外觀之影響
9
10
11
12
13
14
15
16
圖 4-47 各參數對銲道外觀之影響（續）
4.8.2 製程參數對銲道型態之影響
圖 4-48 為各試片之銲道型態。圖中可發現塗有混合助銲劑的銲道深 度普遍較深，故可知不同比例混合助銲劑（MoS2-MoO3）皆可增加銲道 之深度。考慮雜音因子之銲道型態，不管試片有無清潔，兩者的銲道深 度並無一定的關係存在。
Without flux N1 試片
With flux N1 試片
Without flux N2 試片
With flux N2 試片 No.01
No.02
No.03
No.04
No.05
No.06
No.07
No.08
圖 4-48 L16直交表銲道型態之影響
No.09
No.10
No.11
No.12
No.13
No.14
No.15
No.16
圖 4-48 L16直交表銲道型態之影響(續)
表 4-4 銲道型態之銲道深寬比
表 4-5 各因子水準之平均 S/N 值
A 銲接電壓 B 氬氣流量 C 銲接速度 D 混合型助銲劑粉末比例 水準一 -5.061 -5.885 -7.089 -5.813
水準二 -6.222 -6.452 -6.283 -6.401 水準三 -6.360 -6.320 -5.802 -5.977 水準四 -7.945 -6.931 -6.414 -7.396 Delta (Max-Min) 2.884 1.047 1.288 1.583
圖 4-49 因子效果圖
圖 4-50 因子效果差異直條圖
4.8.4 變異數分析
採用變異數分析可以更客觀的冹斷不同因子之相對效果，如表 4-6 所示。由表 4-6 可以發現，影響銲道深寬比的最大因子為銲接電壓，其影 響 度 約 佔 53.02%， 其 次 為 混 合 型 助 銲 劑 粉 末 比 例 佔 整 體 影 響 性 的 16.66%，影響最小的因子是氬氣流量，為了避免過度的估計因子效果，
田口博士建議合併（Pooled）較小的平方和，以估算誤差變異數。表 4-6 中各因子的貢獻率繪成圓形圖（如圖 4-51 所示），可由圖形明顯看出影響 製程的品質特性中，銲接電壓佔 53.02%、混合型助銲劑粉末比例佔 16.66%、銲接速度佔 7.63%，氬氣流量佔 3.71%，合併誤差佔 18.98%。
綜合上述結果可獲得最佳參數如表 4-7 所示，冺用此最佳參數進行確認實 驗並做進一步的銲接實驗探討。
表 4-6 變異數分析表
因子 自由度 平方和 均方 F 值 淨平方和 貢獻率 A 3 16.846 5.615 14.97 15.72 53.02%
B 3 2.227 0.742 1.98 1.10 3.71%
C 3 3.386 1.129 3.01 2.26 7.63%
D 3 6.064 2.021 5.39 4.94 16.66%
誤差 3 1.125
(合併誤差) (3) (1.125) (0.375) 5.63 18.98%
總和 15 29.648 13.928 100.00%
表 4-7 最佳參數表(SAE 1020 與 AISI 304)
因子 最佳參數
A 銲接電壓 21.4 V
B 氬氣流量 8 l/min C 銲接速度 403 mm/min
D 混合型助銲劑粉末比例 20%MoS2+80%MoO3
圖 4-51 控制因子貢獻率
4.8.5 確認實驗
為確保所得之參數為最適值，因此必頇進行確認實驗。由上文中已 知當參數設定為 A1B1C3D1時，可以得到最佳之銲道深寬比。其中，確認
表 4-8 確認實驗製程參數配置表 實驗的 S/N 值，均落在 95%信賴區間（Confidence interval）之內，因此，
可經由此確認實驗結果，冹定本研究應用田口方法所得之最適條件符合
F0.05；1,3=10.13
合併誤差變異數(Pooled error variance)Ve由表 4-8 可知為 0.375。故信 賴區間： -3.373±1.757（-1.616~-5.13）。
確認實驗是用來驗證所預測之最佳條件下之平均值是否有效，因此 -3.373±2.086（-1.287~-5.459）。
對照實際確認實驗第 17 組、第 18 組及第 19 組參數所得之 S/N 比為 -2.141、-2.060、-2.205（如表 4-9 所示），其平均值-2.135 落在上述的信 賴區間範圍內，表示所選取的顯著因子及其對應的水準是很恰當的。故 此實驗之再現性良好。
Without flux N1 試片
With flux N1 試片
Without flux N2 試片
With flux N2 試片 No.17
No.18
No.19
圖 4-52 確認實驗之銲道型態
表 4-9 確認實驗的結果
D/W(N1 試片) D/W(N2 試片) S/N No.17 0.740 0.831 -2.141 No.18 0.744 0.843 -2.060 No.19 0.727 0.836 -2.205
4.9 最佳化實驗參數對銲道顯微組織之觀察
最佳參數條件下之銲道金相組織可以參考圖 4-53，於不銹鋼側的銲 道邊緣可觀察到沃斯田相加肥粒相之雙相結構，而在熔融線附近可找到 一個特冸的區域，此區域的晶界特冸清晰，但對照圖 4-54 可知，此區的 硬度值變化不大。於低碳鋼側的銲道邊緣可觀察到肥粒鐵晶粒大小及晶 粒形狀，尤其肥粒鐵晶界特冸清楚，但對照圖 4-54 可知，此區的硬度值 變化有下降趨勢。另外，在銲道中央，未塗有混合型助銲劑時，其晶粒 粗大且完整晶界之顯微組織，此區硬度平均值 248.9Hv。
銲道邊緣 50X
(不銹鋼側) 銲道中央 50x 銲道邊緣
(低碳鋼側)
Without flux
No.17
No.18
No.19
圖 4-53 最佳參數條件下之銲道顯微組織
4.10 最佳化實驗參數對銲道肥粒鐵含量之影響
在最佳參數條件下，當添加 MoS2-MoO3混合型助銲劑時，其銲道中 肥粒鐵含量值為 25.7，表示銲件的熱裂敏感性將再度升高。當未添加混 合助銲劑時，其銲道中肥粒鐵含量值為 6.6，其銲件的熱裂敏感性較低。
結果顯示，混合型助銲劑的添加，無法降低肥粒鐵含量值。
4.11 最佳化實驗參數對銲道微硬度之影響
在最佳參數條件下，當添加 MoS2-MoO3混合型助銲劑時，其硬度值
圖 4-54 微硬度分佈曲線- 添加助銲劑之確認實驗
圖 4-55 微硬度分佈曲線- 未添加助銲劑之確認實驗
第五章 結論
(3)就銲道顯微組織觀察結果，當添加MgCO3、MgO等單一型助銲劑時，
於不銹鋼側之熔融線附近可找到一個特冸的區域，此區域的晶界特冸
(4)就銲道肥粒鐵量測結果，當添加MnO2、SiO2等單一型助銲劑時，其銲 道中肥粒鐵含量在5~10％左右，因此可使銲件降低熱烈的敏感性又不 致大幅影響其抗腐蝕及韌性。當添加MnO2-Cr2O3、MoS2-MoO3等混合 型助銲劑時，其銲道中肥粒鐵含量亦在5~10％左右，因此可使銲件降 低熱烈的敏感性又不致大幅影響其抗腐蝕及韌性。
(4)就銲道肥粒鐵量測結果，當添加MnO2、SiO2等單一型助銲劑時，其銲 道中肥粒鐵含量在5~10％左右，因此可使銲件降低熱烈的敏感性又不 致大幅影響其抗腐蝕及韌性。當添加MnO2-Cr2O3、MoS2-MoO3等混合 型助銲劑時，其銲道中肥粒鐵含量亦在5~10％左右，因此可使銲件降 低熱烈的敏感性又不致大幅影響其抗腐蝕及韌性。