第四章 實驗結果與討論
4.3 CO 2 氣體添加於 A-TIG 銲接製程對銲道型態之影響
Without Flux CO2
70 Flux添加於304母材 Without Flux
圖 4-3 CO2氣體添加於A-TIG 銲接製程對銲道熔透深度之影響
4.3.2 CO2氣體添加於A-TIG 銲接製程對銲道截面深寬比之影響
就銲道斷面型態而言，理想的銲道截面其銲道的寬度越窄與熔融深度越深 越佳，故有效提高銲道之深寬比為本實驗致力研究之目標之ㄧ，由圖4-4 可觀 察出少量添加 CO2氣體對傳統的TIG 銲接過程，可提升其銲道之深寬比，銲 道深寬比可由未添加CO2氣體時的 0.4 提升至添加 0.25%CO2氣體時的 0.66，升寬比提升 167%，於 Shanping LU 等作者之研究有相同現象[12]；此 外，由圖4-6 深寬比趨勢圖可知添加 CO2氣體之比例增加至2.5%時其銲道深 寬比較不添加 CO2時為低。
表4-3 CO2氣體添加 TIG 製程對銲道銲道深寬比之影響
Without Flux
CO2
添加量 Wide Depth D/W 熔深 提升比例 0% 7.71 3.07 0.40 (Base) 0.25% 9.68 6.43 0.66 167%
0.50% 9.91 6.12 0.62 155%
0.75% 10.83 5.37 0.50 125%
1% 10.49 4.39 0.42 105%
2.50% 11.01 3.72 0.34 87%
5% 11.43 1.81 0.16 40%
7.5% 10.34 1.64 0.16 40%
10% 10.73 1.66 0.15 39%
72
(Vol%) 2 Without Flux (Vol%) 2 Without Flux
0% 2.5%
0.25% 5%
0.5% 7.5%
0.75% 10%
1% -- --
圖4-4 CO2氣體添加對TIG 製程對銲道深寬比之影響
由表4-4 及圖 4-5 至 4-13 可觀測出少量添加 CO2氣體，對使用混合型助
Wide Depth D/W Wide Depth D/W Wide Depth D/W
0% 7.98 7.28 0.91 7.85 7.40 0.94 8.40 7.53 0.90
74
Flux 添加於 304 母材+ 308 銲條 304 母材+ Flux 添加於 308 銲條
Flux 添加於 304 母材 Without Flux
圖4-5 CO2氣體添加於A-TIG 銲接對銲道斷面型態之影響(0%)
Flux 添加於 304 母材+ 308 銲條 304 母材+ Flux 添加於 308 銲條
Flux 添加於 304 母材 Without Flux
圖 4-6 CO2氣體添加於A-TIG 銲接對銲道斷面型態之影響(0.25%)
Flux 添加於 304 母材+ 308 銲條 304 母材+ Flux 添加於 308 銲條
Flux 添加於 304 母材 Without Flux
圖4-7 CO2氣體添加於A-TIG 銲接對銲道斷面型態之影響(0.5%)
Flux 添加於 304 母材+ 308 銲條 304 母材+ Flux 添加於 308 銲條
Flux 添加於 304 母材 Without Flux
圖 4-8 CO2氣體添加於A-TIG 銲接對銲道斷面型態之影響(0.75%)
76
Flux 添加於 304 母材+ 308 銲條 304 母材+ Flux 添加於 308 銲條
Flux 添加於 304 母材 Without Flux
圖4-9 CO2氣體添加於A-TIG 銲接對銲道斷面型態之影響(1%)
Flux 添加於 304 母材+ 308 銲條 304 母材+ Flux 添加於 308 銲條
Flux 添加於 304 母材 Without Flux
圖 4-10 CO2氣體添加於A-TIG 銲接對銲道斷面型態之影響(2.5%)
Flux 添加於 304 母材+ 308 銲條 304 母材+ Flux 添加於 308 銲條
Flux 添加於 304 母材 Without Flux
圖4-11 CO2氣體添加於A-TIG 銲接對銲道斷面型態之影響(5%)
Flux 添加於 304 母材+ 308 銲條 304 母材+ Flux 添加於 308 銲條
Flux 添加於 304 母材 Without Flux
圖 4-12 CO2氣體添加於A-TIG 銲接對銲道斷面型態之影響(7.5%)
78
Flux 添加於 304 母材+ 308 銲條 304 母材+ Flux 添加於 308 銲條
Flux 添加於 304 母材 Without Flux
圖 4-13 CO2氣體添加於A-TIG 銲接對銲道斷面型態之影響(10%)
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
0% 0.25% 0.50% 0.75% 1% 2.50% 5% 7.5% 10%
CO2 添 加 量
D/W
Flux添加於304母材+308銲條 304母材+Flux添加於308銲條 Flux添加於304母材 Without Flux
圖4-14 CO2氣體添加於A-TIG 銲接對銲道深寬比之影響
4.3.3 CO2氣體添加對A-TIG 銲接對銲道熔融面積之影響
銲道熔融面積主要受銲接時施作於母材上的熱輸入量所影響，當熱輸入量 增加時，有助於銲道熔融面積之提升；反之，當熱輸入量不足時，則容易形成 較小之熔融面積或不完全融透之銲道。一般而言，銲接電流及走速是探討銲道 熔融面積變化之主要參數；因此本實驗則將銲接電流 (125A) 及銲接走速 (75 mm /min)等參數固定，針對混合型助銲劑與 CO2氣體添加量對銲道熔融面積 之影響來探討。
由表4-5 及圖 4-15 所示，添加 CO2氣體對TIG 銲道熔融面積之影響，在 添加由0%至 2.5%時，其皆由提升之效果，當於添加 0.25%時，其熔融面積 為 32.28mm2，可提升約196%，隨著 CO2添加量到達5%時，即發現熔融面 積產生反向低減之現象；在添加CO2氣體對 A-TIG 製程中，其銲道熔融面積 之影響，其主要仍受助銲劑影響為巨，未添加 CO2氣體時添加混合型助銲劑 條件下，能有效提昇傳統氬銲銲道之熔融面積，其中無添加助銲劑熔融面積為 16.45mm2，而添加混合型助銲劑的熔融面積為28.78mm2，明顯地提升了 175%，隨著 CO2微量添加至0.5%時，相較於添加於 TIG 製程中，仍可略微 提昇其銲道熔融面積，隨著CO2添加量到達0.5%時，即發現熔融面積產生反 向低減之現象；其 CO2添加量較傳統氬銲製程添加比例為低時，即發生熔融 面積下降之趨勢。
使用308 銲條添加至 A-TIG 製程條件下，其熔融面積為 30.79mm2，亦 較TIG 製程可提升約 187%~190%。其提升效果較未添加 A-TIG 製程略佳，
且與深寬比趨勢雷同，其熔融面積隨著CO2添加至1%以上時，會急遽下降。
綜合上述之結果得知，混合型助銲劑對銲道熔融面積較CO2氣體添加於 保護氣體時影響為巨；雖然少量CO2氣體添加A-TIG 製程中，對銲道熔融面 積有略為提升之效果，但過多的CO2氣體添加量反而降低銲道熔融面積。
80 Flux添加於304母材 Without Flux
圖4-15 CO2氣體添加於A-TIG 銲接對銲道熔融面積之影響
由銲道截面型態的變化可由圖4-16 來進一步說明，CO2及助銲劑皆會使 銲接時，因氧分子及助銲劑微量元素增加而產生氧化物層，此氧化物層會改變 熔融區中表面張力溫度係數進而使熔池內流動機構改變，使銲道截面型態產生 變化，此與於 Shanping LU 等作者的研究[12-16]中皆有發現此現象，在 TIG 銲接過程中，銲道的形態與深寬比使建立在銲接時得流動機構有關，其驅動力
反之，當熔池內Marangoni 流動力向內流動時，形成銲道窄而深之截面型態，
由圖4-16(b)(c)所示，實驗結果顯示與之前的學者研究為相符的；隨著 CO2 添加比例越高時，其熔池內氧化物增生的結構亦越來越厚，影響Marangoni 流動再次向外，形成形成寬、淺底部較平的銲道斷面型態，由圖4-16(d)，此 部份與Hidetoshi Fujii 等人在添加氧氣於保護氣體的研究中相較，其氧化物增 加至9000ppm，其銲道型態仍呈現寬淺但銲道底部仍呈現凹的型態，於本實
82
(a)
(b)
(c)
(d)
圖4-16 氧化物層對熔池內流動力的影響
氧化物層
氧化物層
氧化物層 Weld pool
Weld pool
Weld pool CO2=CO+O
1/2 O2=O
CO2=CO+O 1/2 O2=O
CO2=CO+O 1/2 O2=O
CO2=CO+O 1/2 O2=O
Weld pool
氧化物層