3.1 實驗流程
角度形量測 金相實驗 微硬度量測 拉伸試驗 深寬比量測
TIG-flux 銲接 PAW-flux 銲接 電弧拍攝 電弧拍攝
銲接參數設定 助焊劑調配 機械性質測試 試片表面處理
實驗試片準備
化學成分分析
撰寫論文 結果比較分析
3.2 銲接試片之準備
本研究所採用的實驗材料有 AISI 304 沃斯田鐵型不銹鋼及 AISI 1020 低碳鋼等兩種材料，在銲接過程中，所有的實驗試片均採無束縛固定方式 (constraint-free)，藉以量取銲件自由角變形量。在進行銲接工作前，先將試 片欲銲接位置處表面的氧化物與油污利用#400 砂紙予以清除，再以丙酮清 潔乾淨。試片尺寸為150mm×150mm×5mm，如圖 3-1 所示。
圖3-1 銲接試片之前處理
3.3 銲接機設備
本實驗設備係採用電漿電弧銲接機（PAW）與惰性氣體鎢極銲接機
（TIG）兩種及可數位控制走速的銲接檯車，如圖 3-2，3-3 所示。銲接方法
採用不加填料金屬的方式銲接來進行 bead-on-plate 實驗，其中鎢電極至實 驗試片的距離均為3mm，實驗材料為 AISI 1020 低碳鋼與 AISI 304 不銹鋼，
試片尺寸均為150×150×5mm。本實驗的銲接參數中銲接電流為 75A、100A、
125A，銲接走速為 100mm/min、125 mm/min、150 mm/min。
圖3-2 電漿電弧銲接機（pwh/m-4a welding torch）與其配件
圖3-3 惰性氣體鎢極銲接機（TIG）
3.4 助銲劑之準備與配製方法
銲接不銹鋼時助銲劑採用日本試藥工業株式會社所生產之單一成分試 藥，助銲劑的種類分為氧化物之Cr2O3、Fe2O3、MnO2、MoO3、SiO2、
TiO2 與 ZnO 等粉末。
碳鋼接銲助銲劑有 Cr2O3、SiO2 、TiO2、 MnO2、MoO3 及碳酸鹽基 之NiCO3、MgCO3、MnCO3 等粉末，粒度為#400 號。
助銲劑配製方式為先將適量的丙酮溶劑與經充分研磨均勻後的粉末混 合成泥漿狀，接著再利用扁平毛刷將此泥漿狀助銲劑均勻塗敷於工件欲進 行結合位置處。均勻攪拌後，塗敷於銲道表面上（寬 10mm，長 150mm）
如圖3-4 所示，塗敷厚度以能遮蓋待銲工件表面金屬光澤為宜。待丙酮揮發
後，銲藥即覆著於銲道上，然後再進行銲接。
(c) Mixing
0.000
Powder
A Powder
B
(a) Weighing (b) Grinding
(d) Coating
150mm 150mm
10mm
Brush
Flux Base metal
Acetone
Flux powder
圖 3-4 活性助銲劑塗敷示意圖
3.5 角變形量測
銲件變形的量測位置，如圖 3-5 所示。試片未施銲前，在 P1、P2及 P3 背面位置各鑽一定位孔，並在其下方分別置放一支柱後，將此三根支柱安 置於附有光學尺之可移動式平台裝置（移動精度為 0.005mm），如圖 3-5 所示；並搭配液晶數字顯示型量錶（量測精度為0.01mm），即可利用此三 根支柱（其中一根為固定式柱，其它兩根為可調式）將P1、P2及P3所在的 位置調整為水平面，之後即可進行銲接實驗工作。
在進行銲件變形量測工作前，首先將液晶數字顯示型量錶歸零，並將 銲道左(A~E)、右(F~J)兩側沿 Z 軸方向各劃分成 5 組量測位置。量測時將平
台沿X 軸方向移動 50mm，即可得一高度差 Z，進而可利用公式(
tan-150Z
θ = )
求得銲件角變形量（如圖3-5 所示）。最後則將銲道左、右兩側各 5 組所量 測到的角變形量分別求取其平均值，即可得到銲件平均角變形量。
Start point of measure End point of measure Reference point of measure
A Direction of measure
X Z
(b) Measuring position (c) Measuring theory
Flux Direction of travel
Torch
Scribing Locating
Drilling Leveling
Welding Measuring
Specimen
Indicator Welds
Indicator
(a) Measuring step
圖3-5 銲件變形量測示意圖
3.6 電弧形態與熔池拍攝
為 了 瞭 解 活 性 助 銲 劑 的 添 加 對 電 弧 形 態 產 生 的 影 響 ， 在 進 行 TIG&PAW-Flux 銲接時，另架設影像擷取系統，並採訊號同步接收方式來拍 攝銲接電弧動態影像（如圖3-2 所示），藉以分析添加活性助銲劑對電漿電 弧收縮與熔融銲池緊縮之影響行為與作用機制。
3.7 金相實驗
為研究活性助銲劑添加對1020 碳鋼與 304 不銹鋼銲道形態之影響，在 銲後取垂直銲道方向的橫截面來作金相實驗。其中實驗步驟為先取樣與切 取試片，經冷鑲埋後用碳化矽砂紙研磨至#1200，再用氧化鋁粉拋光至 0.3μm，經拋光完成後的試片，必須以清水與酒精清洗乾淨並用吹風機吹 乾，最後則將金相試片予以腐蝕並用光學顯微鏡(optical microscope)拍照。
實驗設備採用 Olympus BX60M 型光學顯微鏡。至於在腐蝕方面，本實驗 AISI 304 係採用 10g CuSO4+50ml HCl+50ml H2O 腐蝕液而 AISI 1020 則採 採用2mlHNO3＋100mlC2H5OH 腐蝕液，而腐蝕時間則約為 4~5 秒鐘左右。
3.8 銲道深寬比量測
將銲接試片之頭尾二端約各 40mm 予以切除後，再從剩餘之銲道切取 三個試片。這些試片經研磨、拋光後，再以Marble’s 腐蝕液(10g CuSO4+50ml
HCl+50ml H2O)（AISI 304）及 Nital（2％）（AISI 1020）浸蝕，而腐蝕時 間則約為 4~5 秒左右。實驗設備採用實體顯微鏡(stereomicroscope)進行拍 照，並且量測銲道之穿深(Depth)及寬度(Width)，以穿深／寬度比值(Depth
／Width Ratio)來作為銲道穿深能力之評估指標。圖 3-6 所示為銲道形狀之 量測示意圖，其中W：為銲道寬度；D：為銲道深度；T：為母材厚度；R：
3.9 肥粒相含量量測
為研究對不銹鋼銲道肥粒相含量的影響，在銲接後量測其銲道殘留肥 粒相含量，量測設備採用Ferritscope M10B-FE 型肥粒相測定儀（測頭直徑 為1.2mm、平均誤差量為 0.04FN）。此儀器量測的基本原理，係利用肥粒相 組織具有鐵磁性而沃斯田相組織不具有鐵磁性的物理特性，藉由儀器磁力 感應的程度來量測其肥粒相含量的多寡。其中量測步驟為先將試片欲量測 面用砂紙清除氧化物或油污，並用丙酮清潔乾淨，然後使用標準試片來進 行校正工作，最後才進行實驗試片的量測工作。
3.10 維氏硬度試驗
本研究測量銲道硬度時，採用Matsuzawa MHT-1 維氏硬度測定機，試 驗荷重為200 公克，荷重加壓時間為 15 秒鐘，而量測位置則為距銲件表面 下 1mm 處，且每點間隔為 0.25mm，最後再將量測之值求其平均值，即為 本實驗之銲道硬度值。
3.11 拉伸試驗
試片型式採用ASTM 標準 E8 規範加工而得，其試片規格如圖 3-7 所示。
試 驗 設 備 採 用 10KN 的 Instron 8501 型 拉 伸 試 驗 機 ， 拉 伸 速 率 為 0.05mm/sec。可由此試驗得到材料銲後之極限抗拉強度(UTS)、降伏強度
(YS)、伸長率(elongation)等。
32 30 32
6.25 100 3R
3.5 10 Unit : mm 圖3-7 拉伸試片規格圖
3.12 SEM 與 EDS 分析
為研究各種活性助銲劑對1020 低碳鋼與 304 沃斯田鐵不銹鋼銲道中合 金元素成份的影響，在銲後選取銲道的微觀組織來作能量散佈光譜儀 (energy dispersive spectrometer, EDS)分析，以探討活性助銲劑添加對其銲道 中合金元素成份的影響。此外，為瞭解拉伸試驗後試片破斷面之型態，在 完成拉伸試驗後，切下破斷部份，以丙酮浸泡於超音波震盪器中清洗，以 高倍率的電子顯微鏡(scanning electron microscope, SEM)下觀察與拍照；
SEM 分析設備採用 JEOL 的 JSM 6360 型分析儀；EDS 分析設備採用 OXFORD 的 INCA Energy 300 型分析儀，其元素偵測範圍：硼 B~鈾 U （原 子序 5~92）。