第三章 實驗方法與步驟
3.5 MIG 用銲線
3.8 銲道熔透深度與寬度量測
為觀察製程參數對 SAE 1020 低碳鋼與 AISI 304 不銹鋼的銲接情形，
經腐蝕後的試片冺用實體顯微鏡量測銲道之穿深及寬度，並計算穿深/寬 度比值（D/W ratio），以此作為評價銲件優劣的指標。其中銲道深度定義 為銲件表面往下量測之數據。如圖 3-6 為銲道型態量測之示意圖。
圖 3-6 銲道幾何型態量測示意
3.9 肥粒相量測
為研究銲道肥粒相含量的影響，在銲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），如圖 3-7 所示。此儀器量測的基本原理，
係冺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。
圖 3-7 Ferritscope M10B-FE 型肥粒相測定儀
3.10 微硬度量測
本研究測量銲道硬度時，係採用 Matsuzawa MHT-1 微硬度測定機（如 圖 3-8 所示），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 0.25mm 測量一硬度，最後再 將量測之值記錄並作各部位之硬度分佈線。
圖 3-8 Matsuzawa MHT-1 微硬度測定機
3.11 田口方法的實驗配置
本實驗選擇四個控制因子，分冸為銲接電壓、氬氣流量、銲接速度 及助銲劑粉末比例，作為 MIG-Flux 製程之參數研究；每個因子選取 4 個水準，各因子水準值如表 3-2 所示，其中 D 因子為 MoS2及 MoO3兩種 不同比例粉末之混合助銲劑。
實驗過程中選擇銲接試片表面之潔淨度作為雜訊因子，並以丙酮
（Acetone）清除表面油污或不潔物之試片為 N1 試片，而 N2 試片則不作 清潔之動作（清潔程度較 N1 差），以冺與 N1 試片對照及實驗分析。
表 3-4 為 MIG-Flux 製程參數配置表，其中 D 因子為 MoS2及 MoO3 兩種不同比例粉末之混合助銲劑，搭配 3 種不同因子，共有 16 次實驗條 件作為後續田口方法分析之研究。值得注意的是，No.4 及 No.16 分冸代 表的意義是熱輸入量最小及熱輸入量最大。
表 3-2 控制因子及其水準值
Control factor
雜音因子 Noise factor
No. A B C D N1 N2
With cleaned Without cleaned
1 1 1 1 1 量測值 量測值
表 3-4 MIG-Flux 製程參數配置表
第四章 結果與討論
4.1 銲接參數確認
關於銲接之參數範圍區間，主要作法是參考相關研究[33-34,38]提供 之最佳參數表。首先不要塗助銲劑粉末及試六組不同的參數銲接後，切 成試片觀察其銲道深寬比。然後經由確認銲道表面狀況後，再進行單一 型助銲劑銲接實驗，同時考慮銲道的熔深及熔融面積因素做為混合助銲 劑之銲接參數考量，最後以此參數為中間值來調配田口方法之控制因子 及其水準值。其銲接參數的選取步驟如下：
(1) 參考相關研究[33-34,38]之銲接最佳參數。
(2) 選取六組銲接參數值並進行初次 MIG 銲接實驗。
(3) 觀察銲道表面狀況及考慮熔深及熔融面積因素並選取最佳參數。
(4) 單一型助銲劑銲接實驗。
(5) 觀察銲道表面狀況及考慮熔深及熔融面積因素並選取最佳參數。
(6) 混合型助銲劑銲接實驗。
(7) 將所得之參數為中間值來調配控制因子之水準值。
(8) 決定控制因子及其水準值(4 個控制因子，4 個水準)。
(9) 選定適合之 L16(45) 直交表。
(10) 實際銲接實驗。
4.2 無助銲劑對銲道型態之探討 4.2.1 無助銲劑對銲道外觀之影響
如圖 4-1 所示為 MIG-Flux 銲接製程對銲道外觀之實驗結果。在沒有 塗敷任何助銲劑時，其在銲道附近皆會產生少許的飛濺物；改變銲接速 度及銲接電壓時，其銲道外觀會有寬度變化及銲道波紋清晰度差異，若 參數設定在銲接速度 403 mm/min 及銲接電壓 17.7 V 組合下，其銲道寬度 較窄，且銲道的波紋清晰度較明顯；至於參數設定在銲接速度 500 mm/min 及銲接電壓 20.2 V 組合下，因銲接參數控制不當，造成銲接過程出現空
參數條件 銲道外觀 說明
4.2.2 無助銲劑對銲道深寬比、熔深與寬度之影響
在沒有塗敷任何助銲劑時，改變銲接速度及銲接電壓時，其銲道剖 面量測數據情形，如表 4-1 所示，同時改變銲接電壓及銲接速度時，其銲 道深寬比隨銲接電壓和銲接速度增加先增加後減少（如圖 4-2 與圖 4-5）； 至於銲道熔深隨銲接電壓及銲接速度增加而呈下降趨勢（如圖 4-3 與圖 4-6）；此外，銲道寬度隨銲接電壓及銲接速度增加先減少後增加（如圖 4-4 與圖 4-7）。
表 4-1 無助銲劑對銲道型態之影響
第一組 第二組 第三組 第四組 第五組 第六組 銲接電壓 V 17.7 18.9 20.2 22.3 23.3 24.5 銲接速度 mm/min 403 454 500 285 346 403 深寬比 0.55 0.62 0.46 0.31 0.49 0.35 銲道熔深 mm 3.03 2.87 2.52 2.86 3.04 2.68 銲道寬度 mm 5.52 4.60 5.54 9.13 6.21 7.73 熔融面積 mm2 18.64 15.11 17.36 34.37 28.86 27.92
圖 4-2 不同銲接速度及銲接電壓對銲道深寬比之關係圖
圖 4-3 不同銲接速度及銲接電壓對銲道熔深之關係圖
圖 4-4 不同銲接速度及銲接電壓對銲道寬度之關係圖
圖 4-5 不同銲接速度及銲接電壓對銲道深寬比之關係圖
圖 4-6 不同銲接速度及銲接電壓對銲道熔深之關係圖
圖 4-7 不同銲接速度及銲接電壓對銲道寬度之關係圖
4.2.3 無助銲劑對銲道剖面形狀與面積之影響
如圖 4-8 所示為 MIG 銲接製程對銲道截面形狀之實驗結果，結果顯 示，在 23.3 V 配合 346 mm/min 的走速 MIG 銲接條件下，當沒有添加任 何助銲劑時，其銲道深寬比及銲道熔深具有最大值。值得注意的是，因 銲接前未施以假銲，造成銲接過程之銲件有高低差缺陷，如圖 4-8 中第三 組所拍攝之銲道剖面圖。
如圖 4-9 與圖 4-10 所示為 MIG 銲接製程對銲道熔融面積之實驗結
型及混合型助銲劑銲接實驗配置。
A 點 B 點 C 點
第一組 17.7 V 403 mm/min 第二組 18.9 V 454 mm/min 第三組 20.2 V 500 mm/min 第四組 22.3 V 285 mm/min 第五組 23.3 V 346 mm/min 第六組 24.5 V 403 mm/min
圖 4-8 不同銲接電壓及銲接速度之銲道剖面圖
圖 4-9 不同銲接速度及銲接電壓對銲道熔融面積之關係圖
圖 4-10 不同銲接速度及銲接電壓對銲道熔融面積之關係圖
4.3 單一型助銲劑對銲道型態之探討 4.3.1 單一型助銲劑對銲道外觀之影響
如圖 4-11 所示為 MIG 銲接製程對銲道外觀之實驗結果。塗敷 MnO2、 MgCO3、Cr2O3、MoS2、NiO、MoO3、MgO、Fe2O3、ZnO 單一型助銲劑 結果，其在銲道附近皆會產生少許的飛濺物；塗敷 SiO2、TiO2單一型助 銲劑結果，其在銲道附近會產生較多的飛濺物，且銲道寬度較寬；塗敷
紋清晰度較差；塗敷 MnO2單一型助銲劑結果，其銲道寬度形狀不均勻。
MnO2 MgCO3
Cr2O3 MoS2
NiO MoO3
MgO Fe2O3
ZnO SiO2
TiO2
註：銲槍移動方向為由右向左
圖 4-11 單一型助銲劑之銲道外觀圖
4.3.2 單一型助銲劑對銲道深寬比、熔深與寬度之影響
如圖 4-12 所示為 MIG 銲接製程對銲道深寬比之實驗結果。結果顯示 在 MIG 銲接條件下（如表 4-2 所示），當添加 MnO2、Cr2O3、MoS2、MoO3、 Fe2O3、TiO2等單一型助銲劑時，均可提高銲道深寬比。其中，以 MnO2 單一助銲劑的添加對銲道深寬比最為顯著。銲道深寬比愈高表示電弧熱 源之能量密度愈集中。由此可知，添加氧化物助銲劑於 MIG 銲接製程，
將可提升銲接金屬熔融效率。
如圖 4-13 所示為 MIG 銲接製程對銲道熔深之實驗結果。結果顯示在
圖 4-13 單一型助銲劑對銲道熔深之影響
圖 4-14 單一型助銲劑對銲道寬度之影響
4.3.3 單一型助銲劑對銲道剖面形狀與面積之影響
如圖 4-15 所示為 MIG 銲接製程對銲道截面形狀之實驗結果，結果顯 示在 MIG 銲接條件下（如表 4-2 所示），當添加 MnO2、Cr2O3、MoS2、 MoO3、Fe2O3、TiO2等單一型助銲劑時，均可提高銲道熔深，且亦可得到 窄而深的銲道截面。根據 Heiple 等人的研究結果顯示[29-30]，銲道熔融 情況與液態金屬流動狀態有著極密切的關係，如圖 2-13 所示。
如圖 4-16 所示為 MIG 銲接製程對銲道熔融面積之實驗結果，結果顯 示在 MIG 銲接條件下（如表 4-2 所示），當添加 Cr2O3、MoO3、ZnO、SiO2、 TiO2等單一型助銲劑時，均可提高銲道熔融面積。其中，以 TiO2單一助 銲劑的添加對銲道熔融面積最為顯著。
A 點 B 點 C 點
MnO2
MgCO3
Cr2O3
MoS2
NiO
MoO3
MgO
Fe2O3
ZnO
SiO2
TiO2
圖 4-15 單一型助銲劑之銲道剖面（續）
圖 4-16 單一型助銲劑對銲道熔融面積之影響
4.4 混合型助銲劑對銲道型態之探討
4.4.1 混合型助銲劑對銲道外觀之影響
如圖 4-17 所示為 MIG-Flux 銲接製程對銲道外觀之實驗結果。塗敷 MnO2-Cr2O3混合助銲劑結果，其在銲道附近會產生少許的飛濺物；塗敷 MnO2-MoO3混合助銲劑結果，其在銲道附近亦產生少許的飛濺物；塗敷 Cr2O3-MoO3混合助銲劑結果，其在銲道附近幾乎沒有飛濺物的產生；塗 敷 MnO2-MoS2混合助銲劑結果，其在銲道附近幾乎沒有飛濺物的產生，
但銲道外觀形狀有明顯改變；塗敷 MoS2-MoO3混合助銲劑結果，其在銲
道附近幾乎沒有飛濺物的產生，且可得到較平整的銲道外觀；塗敷 MoS2-Cr2O3 混合助銲劑結果，其在銲道附近幾乎沒有飛濺物的產生，但 在銲道與母材交界處會產生過熔缺陷。由此實驗結果可知，當採用 MoS2-MoO3混合助銲劑時，將可得到較佳的銲道外觀品質。
MnO2-Cr2O3 MnO2-MoO3
Cr2O3-MoO3 MnO2-MoS2
MoS2-MoO3 MoS2-Cr2O3
註：銲槍移動方向為由右向左；混合型助銲劑比例各 50％
圖 4-17 混合型助銲劑之銲道外觀圖
4.4.2 混合型助銲劑對銲道深寬比、熔深與寬度之影響
如圖 4-18 所示為 MIG 銲接製程對銲道深寬比之實驗結果。結果顯示 在 MIG 銲接條件下（如表 4-3 所示），當添加 MnO2-MoO3、MnO2-MoS2
等混合型助銲劑時，均可提高銲道深寬比。其中，以 MnO2-MoO3混合型 助銲劑的添加對銲道深寬比最為顯著。如圖 4-19 所示為 MIG 銲接製程對 銲道熔深之實驗結果。結果顯示在 MIG 銲接條件下（如表 4-3 所示），當 添加 MnO2-MoO3、MoS2-MoO3等混合型助銲劑時，均可提高銲道熔深。
其中，以 MoS2-MoO3混合型助銲劑的添加對銲道熔深最為顯著。
如圖 4-20 所示為 MIG 銲接製程對銲道寬度之實驗結果。結果顯示在 MIG 銲接條件下（如表 4-3 所示），當添加 Cr2O3-MoO3、MoS2-MoO3、 MoS2-Cr2O3 等混合型助銲劑時，均可提高銲道寬度。值得注意的是，若
在 MIG 對接的過程中，銲道的熔深及熔融面積很重要，因為這兩個
圖 4-19 混合型助銲劑對銲道熔深之影響
圖 4-20 混合型助銲劑對銲道寬度之影響
4.4.3 混合型助銲劑對銲道剖面形狀與面積之影響
如圖 4-21 所示為 MIG 銲接製程對銲道截面形狀之實驗結果，結果顯 示在 MIG 銲接條件下（如表 4-3 所示），當添加 MnO2-MoO3混合型助銲 劑時，可提高銲道熔深，且亦可得到窄而深的銲道截面。
如圖 4-22 所示為 MIG 銲接製程對銲道熔融面積之實驗結果，結果顯 示在 MIG 銲接條件下（如表 4-3 所示），當添加 Cr2O3-MoO3、MnO2-MoS2、
如圖 4-22 所示為 MIG 銲接製程對銲道熔融面積之實驗結果，結果顯 示在 MIG 銲接條件下（如表 4-3 所示），當添加 Cr2O3-MoO3、MnO2-MoS2、