1.1 研究背景與動機
銲接是使材料接合在一起的一種加工程序。它主要是將兩種或兩 種以上的材料（金屬或非金屬），在其接頭處局部加熱到適當的溫度，
使材料互相熔化，或是僅熔化填充金屬（filler metal）使工件藉由填 充金屬凝固而結合，或在高溫狀態下加壓使材料在高壓摩擦下接合在 一起的一種加工程序。隨著現代工業的發展與科技的進步，對銲接結 構的性能的要求也相對的提高，除滿足力學性能外，亦須滿足高耐 磨、耐腐蝕性、低溫韌性等多方面性能的要求。在這種條件下，任何 一種金屬，都不可能完全滿足整體銲接結構的使用要求；因此現在工 程結構中不僅需要對同種材料進行銲接，也需要對異種材料進行銲 接，所以異種金屬銲接也就成為工業生產中不可或缺的先進製造技 術。
不銹鋼因具有高溫強度、高延展性與優異的抗腐蝕特性，被廣泛 地應用於各類型的產業中，如高溫作業的石化業、食品工業與核電產 業等。業界最常使用的沃斯田鐵系不銹鋼如SUS 304、SUS316 等，
由於鎳、鉻成分較高，因此製造成本遠高於碳鋼或合金鋼，由於含碳
量極低之關係，造成材料強度不足。因此在降低成本的考量上，耐腐 蝕性高的不銹鋼通常應用在高溫與高腐蝕的環境下，而在此環境外，
則與較低成本的碳鋼進行異種金屬銲接，以碳鋼作為提供強度的結構 件，使銲接結構件同時滿足所需之條件。
然而，大多數銲接結構均採用局部加熱的銲接方法製造，因此，
在銲接的過程中，銲接熱源對於母材上進行局部且不均勻的急速加熱 與冷卻，使得銲道附近的熔融金屬與母材產生熱應變。由熱應變再形 成熱應力，此不均勻的熱應力便是產生銲接殘留應力的主要原因之一
（如圖1.1 所示）。其中銲接拉伸殘留應力的存在，將會嚴重影響銲 接結構之機械性質與耐腐蝕性，諸如脆性破壞、疲勞強度、應力腐蝕 破裂及氫裂等。[5-8] 銲接殘留應力之形成，可藉由圖 1.2 來加以說 明。當溫度從室溫（位置A）升到較高溫度（位置 B）時，靠近銲道 附近的材料因受到加熱而膨脹，但受到遠離銲道周圍材料之束縛，因 此會在銲道附近產生壓縮應力（compressive stress），直至達到材料的 壓縮降伏應力（位置 B）。當溫度繼續上升時，材料便沿壓縮降伏曲 線 BC 一直至最高溫度（位置 C）。在經過最高溫度以後，溫度便開 始下降，此時，靠近銲道附近的材料因受到冷卻而收縮，但受到遠離 銲道附近材料之束縛，因此會在銲道附近產生拉伸應力（tensile
時，材料便沿拉伸降伏曲線 DF 一直至室溫（位置 A）。值得注意的 是，當銲件冷卻至室溫之前，會先達到一個「平衡溫度（equilibrium temperature）」（位置E），亦即當銲件熱循環溫度達到此平衡溫度時，
其溫度梯度（temperature gradient）會為零。因此，作用在銲件上的 熱應力亦會隨之被阻止，而保持一定值（線段 EF）[9-11]，此 EF 即 為銲接殘留應力值。
由於銲接是屬於一種經驗累積的實務加工技術，因此在 80 年代 以前，對銲接殘留應力之大小與分佈情形大多以經驗公式或實驗方式 來加以估算或求得。[14-18] 然而其所面對的將是龐大的人力、物力 及財力等之消耗與浪費，且其所得到的數據亦未必準確。自 80 年代 以後，隨著電腦科技的蓬勃發展與分析軟體的廣泛應用，已有許多學 者利用有限元素法來評估銲接殘留應力之大小與分佈情形。[19-45]
因此，本研究使用有限元素法來進行同種與異種金屬對接銲板之模擬 分析，藉以探討同種與異種金屬銲接溫度場、銲接殘留應力之差異。
再利用驗證的有限元素模型，探討材料系數對於銲接殘留應力之影響 與差異。
1.2 研究目的
一、探討同種與異種金屬銲接溫度場分布狀況。
二、探討同種與異種金屬銲接殘留應力大小與分佈狀況。
三、探討材料係數對於銲接殘留應力之影響。
1.3 研究方法
為模擬分析銲接過程中溫度與應力之變化情形，本研究採用熱彈 塑性理論，考慮非線性材料特性等來進行同種與異種金屬銲接平板之 有限元素數值分析。在整個模擬分析的過程中，主要可區分為熱學模 式與力學模式兩分析理論。在熱學模式分析方面，主要在得知銲接溫 度場之分佈狀況。在力學模式分析方面，主要在求得銲接殘留應力之 大小與分佈情形。