第一章 緒論
1.1 研究動機及背景
鎳基超合金 Inconel 718 為 Huntington Alloy Products Division of INCO 在 1959 發展之鎳基超合金，由於鎳基超合金 Inconel 718 在高溫下，仍具更 高強度、較佳的抗疲勞強度、抗腐蝕性及非磁性等機械性質，至今仍廣泛 應用於航太、核能、石化、地底鑽探等需良好高溫性質及耐腐蝕之工業例 如飛機的氣渦輪引擎、火箭發動機引擎(如圖 1-1 所示)、發電場的蒸氣渦輪 葉片、石化工業的高溫、高壓管件、閥件、核能反應器及船艦結構體等。
如圖 1-2 中的 P&W PW400 引擎為例，鎳的用量達 39%，其中鎳基超合金 Inconel 718 含量達 57%。
由於鎳基超合金在商業上及技術上更下述的優異特性，使得其應用在 近五十年中持續的成長[1]：
不需特許即可製造，使得許多的材料供應商及製造商可自由發展其應用方 式。
其強化相 γ"在動力學上析出緩慢，使得在製造過程更極大的益處，尤其是 在銲接性與鑄造性，更是優於其它的鎳基超合金。
因為製造方式相對簡單，所以更多樣的製程方式及多種的原材型式提供發 展。
TIG 銲接製程主要應用於要求達到全滲透之銲道品質，但 TIG 銲接常 更熔深不足、熔深隨著母材微量合金元素之微量變化產生變異，以及銲接 熔池較寬且淺導致生產效率低等缺點。
由於 TIG 其銲道的熔透一般深度小於 2.5 mm，因此在較厚板材銲接時，
為能達到滲透銲接效果，必頇在銲接前進行開槽並做多道次銲接，因而增 加成本與時間。雖然鎳基超合金 Inconel 718 的銲接性較其它的鎳基超合金 佳，但相對於不銹鋼等合金而言，其銲接熔池之流動性差，且銲道較淺且 寬。以 GE CF6-50 引擎 Support flange 的修補上為例，3.56 mm 厚的鎳基超 合金 Inconel 718 需要四道銲接程序[2]。此外，在重覆鏟修銲道及銲補後仍 需將整個工件進行反覆的固溶、時效等銲後熱處理，造成銲接品質難以控 制，且曠日費時，不符成本效益；雖然電漿銲接及電子束銲接可克服熔深
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不足之問題，但因工件形狀複雜，無法運用此設備，故傳統的 TIG 銲接製 程仍為首選。
除了開槽與多道次銲接外，而另一種可克服銲道熔深不足的方法為在 銲件母材上塗上一層活性助銲劑，以增加銲道的熔深，這種銲接製程稱 Activating flux TIG，簡稱 A-TIG 或 TIG-Flux 製程。鑒於 TIG-Flux 在不銹鋼 及碳鋼上能更效提升熔深達 200%以上，故此研究探討於不銹鋼上常用之活 性助銲劑[3]，評估其對於鎳基超合金 Inconel 718 熔深之影響，並結合田口 方法來最佳化銲接參數，以期能達到減少銲接次數，以利整體銲件品質之 提升。
圖 1-1 用於太空梭主引擎上之鎳基超合金 Inconel 718 元件[4]
圖 1-2 P&W PＷ4000 引擎之合金成份比例圖[4]
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1.2 研究方法及目的
本研究主要目的，在探討活性助銲劑對鎳基超合金 Inconel 718 銲道熔 深能力之影響，其探討的範圍包含下列幾項：
(1) 活性助銲劑對鎳基超合金 Inconel 718 銲道形態的影響。
(2) 活性助銲劑對鎳基超合金 Inconel 718 銲道微硬度的影響。
(3) 活性助銲劑對鎳基超合金 Inconel 718 微觀顯微組織的影響。
(4) 活性助銲劑對鎳基超合金 Inconel 718 銲接電弧形態的影響。
(5) 運用田口方法來最佳化活性助銲劑對鎳基超合金 Inconel 718 之銲接參 數。
為研究活性助銲劑對鎳基超合金 Inconel 718 之熔深能力之影響，實驗 材料選用尺寸為 6.35 mm × 50 mm × 100 mm 的鎳基超合金 Inconel 718 (UNS N07718, AMS 5596-E)；活性助銲劑之選用以氧化劑為主，分別為 SiO2、 NiO、MoO3、Cr2O3、TiO2、MnO2、ZnO 及 MoS2共八種。銲接方法採用不 加填料金屬，且以氰氣為保護氣體的鎢極惰氣銲(Tungsten inert gas, TIG)來 進行 Bead-on-Plate 銲接實驗。銲接過程中利用影像擷取系統記錄電弧動態 影像及電弧電壓的變化；以金相實驗來觀察銲道微觀組織；以實體顯微鏡 來量測銲道形態，並記錄銲道熔深及寬度以計算深寬比；利用微硬度測定 機來瞭解銲道機械性質。接下來根據所量測之銲道深寬比與熔深，取最大 值之前四種活性助銲劑，以各 50 %的比例來調配成六種混合型活性助銲劑，
以進行第二階段的 Bead-on-Plate 銲接實驗，並探討混合型活性助銲劑對銲 道外觀、微硬度、微觀組織、熔深、深寬比及熔融面積之影響。最後利用 田口方法的實驗配置，取深寬比最佳之混合型活性助銲劑，調製成四種不 同比例的混合型活性助銲劑，搭配主要的五項銲接製程參數，即銲接電流、
銲槍走速、氰氣流量、鎢棒角度及電弧長度來最佳化銲接製程參數，以期 達到最佳之銲道深寬比與熔深。
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