惰氣鎢極電弧銲接原理

圖2-13 預熱溫度與熱裂縫總長度之關係[64]

圖2-14 點可調式應變試驗機-試驗情形

2.5 惰氣鎢極電弧銲接原理

惰性氣體鎢電極電弧銲，俗稱氬銲或稱TIG（Tungsten inert gas）銲接，

其原理如圖2-15所示為電弧在鎢電極與母材間產生，添加填料於電弧間，使 填料熔化，銲炬另通出氬、氦等惰性保護氣體，以保護熔熔融狀之銲道使 其不被氧化，待凝固後即形成銲道；惰氣鎢極電弧銲接時，有時亦不添加 填料，使銲件接合部熔融凝固即形成銲道[65]。

圖2-15 惰性氣體鎢極電弧銲接原理[65]

銲接時因產生高溫，所以必須另通循環水於於銲炬中予以冷卻，當冷 卻量不足時，常以高週波電源自動關閉，以警告操作者。起弧時因為鎢極 為非消耗電極，不能像遮蔽金屬電弧銲一樣用摩擦法或敲擊法起弧，而是 利用銲產生高週波來起弧；高週波在使用電流為直流電時，起弧後即停止，

而在交流電的場合，則高週波伴隨電弧繼續發生，以穩定電弧和執行類似

「噴砂」原理破除氧化膜的清作用。至於交直流及極性之選用則依材料之 不同而選用。

保護氣體可採用單一的惰性氣體或混合氣，選用適當的保護氣體或混 合比，可得到最佳的銲道斷面與稀釋。銲機上另設有保護氣體延遲時間控

制（俗稱後吹），因為若銲畢工作立即停止惰氣之供給，則高溫之鎢棒立即

進入空氣中，立刻氧化而損耗，高溫之銲道金屬亦很容易被氧化或氮化，

形成氣孔、龜裂等缺陷，所以銲件銲畢仍必須使惰氣維持數秒至數十秒的

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後吹。銲接時之熱輸入量計算[65]：

...公式(2) H：Input energy (J/mm)

V：Arc voltage (V) A：Welding current (A) S：Travel speed (mm/min)

惰氣鎢極電弧銲與其它的銲接方式比較，具有下列優點：

場合上需要鎂合金AZ31與鋁合金6061進行GTAW異質銲接，可鎂合金上鍍 上一層錫進行銲接，但銲接接合處抗拉強度較低。鍍上一層錫能提高鎂與 鋁合金介面的濕潤性[66]。此外在鎂合金板材鍍上鎳後進行銲接[67]，在銲 道金屬中可發現Mg₁₇Al₁₂與Mg₂Ni，並能使銲接接合處的抗剪應力提升。

添加助銲劑(Flux)也能使鎂合金AZ31之機械性質增高。Liu[68]將助銲 劑附著於銲條上能提升銲接溫度(如圖2-16)，使得熔深增加；塗上助銲劑也 能使銲接電弧集中，且能提高電弧電壓與電流密度。助銲劑除了塗在銲條 上以外，也有研究者[69]在AZ31塗上CdCl₂，使其熔深增加一倍，也使銲道 的晶粒變大，因此銲道與熱影響區之晶粒大小接近，也讓抗拉強度提升。

圖2-16 有無助銲劑與銲接溫度關係圖[66]

熱輸入量也會影響到GTAW銲接後的機械性質，Min[70]提到熱輸入量 越高會使銲道與熱影響區的晶粒變大，進而使銲接接合處之抗拉強度提高。

若熱輸入量太低則會導致銲道間產生氣孔或不完全外型，使得接合處之抗 拉強度降低。

29 來阻止差排的移動。結晶顆粒的大小可由Hall–Petch 方程式得到[51]，其 方程式如下：