第一節 銲道微硬度最適銲接參數解析

第四章 實驗結果與討論

第一節 銲道微硬度最適銲接參數解析

銲道微硬度之參數設計部分採取靜態特性之「望大特性」以進行解析，

以求得銲道微硬度之最適銲接參數。另外以變異數分析（ANOVA）求取 各控制因素對於銲道微硬度之貢獻率後，再以確認實驗來驗證最適銲接參 數對於此品質特性之再現性。最後繪出最適銲接參數與現行銲接參數在銲 道、熱影響區及母材之微硬度曲線以進行比較。

壹、參數設計

各次實驗所獲得之銲道微硬度原始數據如表 4-1 及表 4-2 所示。每 一試片均量測銲道斷面之縱向微硬度值與橫向微硬度值。縱向微硬度 值從銲冠到根部每隔 0.5mm 量測一點，共量測 6 點，再取平均值。橫 向微硬度值每隔 0.5mm 量測一點，共量測 11 點，再取平均值。

由表 4-1 及表 4-2 可知，本實驗所量得之微硬度值介於 Hv165～

Hv220 之間，依參數設計靜態特性之「望大特性」分析原則，將原始 數據取倒數計算後所求得 SN 比會過於接近而不利解析，故採取田口 方法之計數值評估銲道微硬度，如此便能放大 SN 比之差距而利於解 析，評估方式如表 4-3 所示。

依參數設計之步驟，先將L¹⁸直交表內各次實驗所獲得之原始數據 轉換成評估點數，如表 4-4 及 4-5 所示。然後將評估後之數據代入式

（2-5）以求出各次實驗之SN比。

70

表 4-1 銲道微硬度原始數據（一）

銲件一（Hv）

2 號試片 4 號試片 6 號試片 8 號試片 10 號試片 實驗組別

縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 No.1 175.1 173.7 189.1 176.6 181.9 177.5 177.9 176.7 168.2 170.5 No.2 187.0 182.8 185.3 189.8 196.4 191.4 188.7 185.4 190.6 187.3 No.3 192.4 186.4 198.0 200.0 198.7 198.5 203.8 194.3 198.8 199.9 No.4 179.8 188.1 182.1 189.9 194.4 188.0 190.8 192.1 206.1 195.3 No.5 192.3 197.4 201.6 198.9 203.9 197.0 200.7 198.0 202.7 204.5 No.6 181.0 177.5 176.4 172.5 180.1 176.6 174.4 171.4 181.1 180.4 No.7 185.4 188.3 193.3 192.6 189.7 184.0 181.6 184.3 193.8 197.5 No.8 177.8 183.1 186.0 183.4 179.5 174.6 179.9 175.9 175.6 174.9 No.9 198.9 198.8 191.6 187.8 192.1 189.7 182.6 182.1 178.7 180.0 No.10 199.8 207.4 197.7 195.0 192.9 195.2 196.5 192.5 200.0 199.5 No.11 188.9 197.8 196.7 194.3 202.9 196.3 196.7 194.9 218.4 218.7 No.12 186.8 182.7 182.8 177.8 182.0 181.0 188.1 185.6 188.9 190.9 No.13 173.7 172.7 179.7 173.6 175.6 173.5 185.7 173.1 167.6 181.8 No.14 190.4 195.2 195.1 190.4 191.0 190.4 186.8 187.6 208.2 205.0 No.15 190.1 196.4 194.0 195.2 205.8 199.2 191.1 199.3 206.9 206.7 No.16 184.4 200.0 183.4 192.8 185.7 191.1 191.7 187.6 201.5 201.8 No.17 178.7 176.3 183.0 182.6 185.0 179.5 182.1 181.7 200.9 189.9 No.18 185.7 187.6 180.7 190.3 190.8 188.8 193.4 191.4 195.9 190.5

71

72

表 4-2 銲道微硬度原始數據（二）

銲件二（Hv）

2 號試片 4 號試片 6 號試片 8 號試片 10 號試片 實驗組別

縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 No.1 191.9 188.0 183.9 179.7 183.7 183.5 179.0 175.0 180.0 176.3 No.2 183.9 188.8 194.9 187.9 184.4 195.0 206.0 190.8 192.9 192.5 No.3 191.8 195.2 192.3 187.3 193.4 191.9 190.8 187.5 203.6 191.3 No.4 184.9 185.0 186.0 188.0 185.8 181.4 182.7 182.8 204.3 195.1 No.5 184.9 188.1 189.9 188.5 200.6 196.2 189.2 187.0 195.4 190.3 No.6 186.5 185.7 184.0 182.9 171.0 172.9 179.5 171.4 184.7 169.9 No.7 180.5 183.1 178.5 188.0 181.6 187.9 185.5 187.8 196.4 196.5 No.8 188.8 187.7 181.2 178.9 181.3 180.0 184.8 185.4 191.3 187.6 No.9 179.2 185.2 182.6 188.7 204.8 201.8 179.0 189.6 185.8 183.1 No.10 219.3 208.2 182.6 185.0 187.0 183.4 190.5 185.6 196.5 196.8 No.11 202.0 199.8 193.4 191.5 193.4 195.4 186.6 190.0 200.5 196.9 No.12 175.9 170.9 173.8 170.4 175.6 171.9 172.3 173.1 179.0 174.6 No.13 191.8 193.2 185.1 179.9 179.9 179.7 175.5 172.3 187.1 175.0 No.14 182.3 184.8 194.7 185.7 187.8 185.0 193.6 197.8 186.7 193.6 No.15 206.2 213.1 184.7 190.0 184.4 187.2 188.8 187.3 193.4 194.8 No.16 200.0 198.1 184.7 187.6 192.2 195.4 198.8 197.2 203.9 199.4 No.17 187.2 183.4 178.7 176.4 177.6 176.0 181.7 179.6 184.5 180.4 No.18 190.5 192.3 190.2 186.0 184.4 186.7 190.6 190.2 188.1 189.5

表 4-3 銲道微硬度評估點數 微

硬 度

170 以 下

170.0

| 174.9

175.0

| 179.9

180.0

| 184.9

185.0

| 189.9

190.0

| 194.9

195.0

| 199.9

200.0

| 204.9

205.0

| 209.9

210.0 以上 點

數 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

表 4-4 各次實驗組別銲道微硬度評估點數（一）

銲件一

2 號試片 4 號試片 6 號試片 8 號試片 10 號試片 實驗組別

縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 No.1 3 2 5 3 4 3 3 3 1 2 No.2 5 4 5 5 7 6 5 5 6 5 No.3 6 5 7 8 7 7 8 6 7 7 No.4 3 5 4 5 6 5 7 7 9 7 No.5 6 7 8 7 8 7 8 7 8 8 No.6 4 3 3 2 4 3 2 2 4 4 No.7 5 5 6 6 5 4 4 4 6 7 No.8 3 4 5 4 3 3 3 3 3 2 No.9 7 7 6 5 6 5 4 4 3 4 No.10 7 9 7 7 6 7 7 6 8 7 No.11 5 7 7 6 8 7 7 6 10 10 No.12 5 4 4 3 4 4 5 5 5 6 No.13 2 2 3 3 3 2 5 2 1 4 No.14 6 7 7 6 6 6 5 5 9 9 No.15 6 7 6 6 9 7 6 7 9 9 No.16 4 8 4 6 5 6 6 5 8 8 No.17 3 3 4 4 5 3 4 4 8 5 No.18 5 5 4 6 6 5 6 6 7 6

73

表 4-5 各次實驗組別銲道微硬度評估點數（二）

銲件二

2 號試片 4 號試片 6 號試片 8 號試片 10 號試片 實驗組別

縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 No.1 6 5 4 3 4 4 3 3 4 3 No.2 4 4 6 5 5 7 9 6 6 6 No.3 6 7 7 5 6 6 6 5 8 6 No.4 4 5 5 5 5 4 4 4 8 7 No.5 4 5 5 5 8 7 5 5 7 6 No.6 5 5 4 4 2 2 3 2 4 1 No.7 4 4 3 5 4 5 5 5 7 7 No.8 5 5 4 3 4 4 4 5 6 5 No.9 3 5 4 5 8 8 3 5 5 4 No.10 10 9 4 5 5 4 6 5 7 7 No.11 8 7 6 6 6 7 5 6 8 7 No.12 3 2 2 2 3 2 2 2 3 2 No.13 6 6 5 3 3 3 3 2 5 3 No.14 4 4 6 5 5 5 6 7 5 6 No.15 9 10 4 6 4 5 5 5 6 6 No.16 8 7 4 5 6 7 7 7 8 7 No.17 5 4 3 3 3 3 4 4 4 4 No.18 6 6 6 5 4 5 6 6 5 5

現以L18直交表實驗組別No.1 為例，說明SN比之計算方式：

) dB ( 4 . 8 ) 145 . 0 log(

10 log

10 SN

145 . 3 0

... 1 5

1 2

1 3

1 20

1 y

1 y

1 y

1 n 1

2

2 2

2 2 2

74

n 2

1 ⎥⎦ ⎢⎣ ⎥⎦

⎢⎣⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠

2 2

=

−

= σ

−

=

⎥=

⎢ ⎤

⎡ ⎟

⎠

⎜ ⎞

⎝ +⎛

⎟ +

⎠

⎜ ⎞

⎝ +⎛

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝ +⎛

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝

= ⎛

⎥⎤

⎢⎡

⎟⎟⎞

⎜⎜⎛ +

⎟⎟ +

⎜⎜ ⎞ +⎛

⎟⎟⎞

⎜⎜⎛

=

σ L

同理，可求出各次實驗銲道微硬度之 SN 比，結果如表 所示。

2

η（ 比）

4-6

75

表 4-6 比 控制因素 銲道微硬度之 SN

實驗組別

極 接 電 流

接 線 接

e e A

電 間 隙

B 銲

C 銲 速 度

D 送 速 度

E 對 間 隙

F 氮 氣 百 分 比

微 硬 度 SN 比 (dB) No.1 1 1 1 1 1 1 1 1 8.4 No.2 1 1 2 2 2 2 2 2 14.4 No.3 1 1 3 3 3 3 3 3 15.9 No.4 1 2 1 1 2 2 3 3 13.7 No.5 1 2 2 2 3 3 1 1 15.7 No.6 1 2 3 3 1 1 2 2 7.6 No.7 1 3 1 2 1 3 2 3 13.4 No.8 1 3 2 3 2 1 3 1 10.6 No.9 1 3 3 1 3 2 1 2 13.0 No.10 2 1 1 3 3 2 2 1 15.7 No.11 2 1 2 1 1 3 3 2 16.4 No.12 2 1 3 2 2 1 1 3 8.8 No.13 2 2 1 2 3 1 3 2 7.6 No.14 2 2 2 3 1 2 1 3 14.9 No.15 2 2 3 1 2 3 2 1 15.6 No.16 2 3 1 3 2 3 1 2 15.2 No.17 2 3 2 1 3 1 2 3 11.2 No.18 2 3 3 2 1 2 3 1 14.5

值

之 SN 比補 素之各水

準值 SN 比 下：

ηB3=1/6(13.4+10.6+13.0+15.2+11.2+14.5)=12.98(dB)

獲得各次實驗組別之 SN 比後，便可做出各控制因素及其水準 助表。SN 比補助表之計算方式，是計算各控制因

的平均值。現以控制因素-銲接電流為例，說明如 ηB1=1/6(8.4+14.4+15.9+15.7+16.4+7.6)=13.25(dB) ηB2=1/6(13.7+15.7+7.6+7.6+14.9+15.6)=12.50(dB)

76

同理，可求出其它控制因素各水準值 SN 比的平均值，結果如表 4-7 所

表 4-7 銲道微硬度 N 比 助表 單位：dB）

示。

S 補 （

控制因素 水準值

1 2 3 m ^{重要度 最適銲接}

ax-min 參數

A：電弧長度 12.51 13.31 0.80 4 A2

B：銲接電流 13.25 12.50 12.98 0.74 5 B1

C：銲接速度 送線速度

12.32 13.85 12.56 1.53 2 C2

D：

E：對接間隙 12.53 13.03 13.17 0.64 6 E3

F：保護氣體 含氮量百

分比

9.03 14.35 15.35 6.32 1 F3

13.03 12.39 13.30 0.91 3 D3

因為水準值的SN比愈大表示對品質特性所造成的變異影響最小，

所以在補助表的每一個控制因素中，取SN比最大之水準做為該控制因 素的最適條件。由此得知在本實驗中，銲道微硬度的最適銲接參數為 A2B1C2D3E3F3，即電弧長度為 2.5mm，銲接電流為 150 安培，銲接速

比補助表繪製控制因 素效果圖，如圖 4-1 所示。由圖可以更清楚的看出每一個控制因素的 最適水準，以獲得銲道微硬度最適銲接參數。

度為 18cm/min，送線速度為 55 cm/min，對接間隙為 1.0mm，保護氣體 含氮量百分比為 2%。

在 SN 比補助表中，將每一控制因素的最大 SN 比減去最小 SN 比 後，由所得的差值依大小排出重要度，便大略可知控制因素對銲道微 硬度的影響程度。由表 4-7，可知保護氣體含氮量影響最大，對接間隙 影響最小。此外，在參數設計中，也常根據 SN

8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00

A1 A2 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3 E1 E2 E3 F1 F2 F3

水準

SN 比 (dB)

圖4-1 銲道微硬度控制因素效果圖

以本研究實驗組別 NO.1 之銲道微硬度為例，在完全相同的控制要 因下，所量測到的值應該都是一樣的，但所量測的值分別是 175.1、

173.7、189.1、…176.3。造成此差異的主要原因是“實驗誤差＂。在田 口參數設計法中，變異數分析主要目

是評估控制因素的重要性。當控制因素效應和實驗誤差比較起來足夠 此控制因素對於品質特性的影響是「重要的」。重要性不

素為保護氣體含氮量百分比，貢 貳、變異數分析

的有二：一是評估實驗誤差；二

大時，則認定

足的控制因素則統合為誤差因素。

將L¹⁸直交表各次實驗組別所獲得之SN比代入田口變異數分析公 式中，經由一連串計算、分析，整理成「變異數分析表」，如表 4-8 所 示。在變異數分析表中，獲致了下列結果：

一、銲接電流、送線速度及對接間隙等三個控制因素之變異數在誤差 變異數 Ve 值 3 倍以下，故統合為誤差因素。

二、影響銲道微硬度最重要的控制因

77

78

表 4-8

自由度 變動 變異數 變異比 純變動 貢獻率 銲道微硬度變異數分析表

要因 (f) (S) (V) (F) (S') (ρ,%) A：電弧長度 1 2.91 2.91 3.38 2.12 1.33 B：銲接電流 2 1.70 0.85* ━ ━ ━ C

D：送線速度 2 2.60 1.30* ━ ━ ━ E：對接間隙 2 1.35 0.68* ━ ━ ━

護

氮量百分比 1

e：誤差

15 1

：銲接速度 2 8.11 4.06 4.72 6.54 4.09

F：保 氣體含

2 6

38.35 69.18 0.79

80.44

━

136.78

━

85.62 4.72 ━

e'：統合誤差 12 10.37 0.86 ━ 14.30 8.95 T'：總變動 17 ━ ━ ━ 9.74 00

獻率為 85.62% 其次 速 獻 4.

氣體含氮 百分比 異 80.44 由 F ，F=80.44>F

， 的 ， 。

四、銲接速度之變異比為 4.72，經由 F 檢定，F=4.72>F 0.1,2,12=2.81，

在冒險率為 0.1 的情況下，銲接速度的效果顯著。

五、電弧長度之變異比為 3.38，經由 F 檢定，F=3.38>F 0.1,1,12=3.18，

在冒險率為 0.1 的情況下，電弧長度的效果顯著。

參、確認實驗

確認實驗的主要目的是確認所選擇之最適參數的再現性如何。在 確認實驗中，採取田口博士所建議的「半要因法」推定最適參數與現 行參數的 SN 比。所謂「半要因法」，就是將一半的控制因素視為重要 因素，另一半的控制因素視為不重要因素，如此所推定的 SN 比才不 致過於理想。

本實驗銲道微硬度之最適銲接參數為A B C D E F ，現以直交表

。 為銲接 度，貢 率為 09%。

三、保護 量 之變 比為 ，經 檢定

0.1,2,12=2.81 在冒險率為 0.1 情況下 氮氣百分比的效果顯著

2 1 2 3 3 3

內實驗組別No.13 為現行銲接參數。此外，以影響銲道微硬度的三個重 要控制因素：保護氣體含氮量百分比、銲接速度及電弧長度去推定SN 比。最適銲接參數與現行銲接參數所推定的SN比如下：

最適銲接參數

) dB ( 69 . 16 91 . 12 2 31 . 13 85 . 13 35 . 15 T ) 1 3 ( A C

ˆ =F₃+ ₂ + ₂ − − = + + − × =

η

現行銲接參數

) dB ( 84 . 8 91 . 12 2 31 . 13 32 . 12 03 . 9 T ) 1 3 ( A C

ˆ₀ =F₁+ ₁ + ₂ − − = + + − × = η

最適銲接參數之 SN 值較現行銲接參數之 SN 比增益 ∆ηˆ =ηˆ₁−ηˆ₀ =16.69−8.84=7.85(dB)

以所求得的最適銲接參數，以相同的實驗步驟，製作相同尺寸之 試片，量測銲道微硬度後，所得的數據如表 4-9 所示，銲道微硬度平 0 所示，銲道微 度平均值為 Hv178.8

表 4 最

微硬度值(Hv)

均值為 Hv194.2。現行銲接參數銲道微硬度值如表 4-1 硬

-9 適銲接參數之銲道微硬度值

2 號試片 4 號試片 6 號試片 8 號試片 10 號試片 實驗

銲件一 195.5 193.1 192.4 192.0 195.2 199.1 196.8 196.5 195.2 186.1 組別

縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 銲件二 191.9 196.4 197.4 191.9 199.9 198.2 195.8 187.1 195.8 186.6

79

80

表

微硬度值(Hv) 4-10 現行銲接參數銲道微硬度值

2 號試片 4 號試片 6 號試片 8 號試片 10 號試片 實驗組別

縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 銲件一 173.7 172.7 179.7 173.6 175.6 173.5 185.7 173.1 167.6 181.8 銲件二 191.8 193.2 185.1 179.9 179.9 179.7 175.5 172.3 187.1 175.0

將銲道微硬度最適銲接參 數所獲得的原始數據依 表 4-3 予以評估點數後，將所獲得的點數代入公式(

2

茲將確認實驗結果整理如下：

數及現行銲接參

2-5)後，最適銲接 參數實作之 SN 值為 16.0 dB，現行銲接參數實作之 SN 比為 7.60dB。

最適銲接參數實作之 SN 比較現行銲接參數實作之 SN 比增益了 8.42dB。

SN 比(dB) 推定 實作 現行銲接參數 8.84( ˆη₀) 7.60(η₀) 最適銲接參數 16.69( ˆη₁) 16.02(η₁)

增益 7.85(∆ ) 8.42(η^ˆ ∆ ) η

% 30

% 8 . 6 68= 0 . 7 0

ˆ = = <

再現性 η

由此確認實驗之結果可知，本研究以靜態望大特性所得之最佳化 銲接參數，對於銲道微硬度之再現性頗佳。因此可證明田口參數設計 法的有效性。

42 . 8

85 . 42 . 8 − η

= ∆η∆−∆

81

肆、銲道微硬度最適銲接參數與現行銲接參數之比較

現在以最適銲接參數及現行銲接參數在銲件一之 No.5 試片為例，

比較兩者之微硬度曲線，如圖 4-2 所示。由圖可知，在銲道微硬度方 面，最適銲接參數的微硬度介於 Hv190～Hv215 之間，現行銲接參數 可知，保護氣體含 的微硬度介於 Hv170～Hv185 之間。由變異數分析

氮量百分比之貢獻率達 85.62%，是影響銲道微硬度的最主要因素。最 適銲接參數的微硬度之所以較高，主要是因為氮在銲接金屬中具有固 溶強化及析出硬化的效果，故在保護氣體中含氮可增進銲道機械性質 如抗拉強度、硬度等（曾光宏等，民 90；Ogawa et al., 1984）。

210 220

圖 4-2 最適銲接參數與現行銲接參數微硬度比較

140 150 160 170 180 0 0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

離銲道中心線距離(mm)

微硬度(Hv)

最適條件 現行條件

銲道

熱影響區及母材

20

19

82

第二節 銲道寬度最適銲接參數解析

銲道寬度之參數設計部分採取靜態特性之「望小特性」以進行解析，

以求得銲道寬度之最適銲接參數。另外以變異數分析（ANOVA）求取各

控制因素對於 銲接參數對

於此品質特性之再現性。最後對最適銲接參數與現行銲接參數作定性比

時，採用參數設計中靜態特性之

「望小特性」以進行解析，以求得銲道寬度之最適銲接參數。

4-11 及表 4-12 所

18

18

銲道寬度之貢獻率後，再以確認實驗來驗證最適

較。

壹、參數設計

一般而言，銲道寬度是愈小愈好，可縮小熱影響區的範圍，增加 銲件的機械性質。所以在做田口分析

本研究各次實驗所獲得之銲道寬度原始數據如表

示。依參數設計之步驟，先將L 直交表內各次實驗所獲得之原始數據 代入式（2-4）以求出各次實驗之SN比。現以L 直交表實驗組別No.1 為例，說明SN比之計算方式：

( ) ( ) ( )

[ ]

( ) ( ) ( ) ( )

[ ]

12 . 71

69 . 7 ...

80 . 1 8

y y

y

2 2

2 2

n 2

1

=

+ + +

+ + +

=

σ L

同理，可求出各次實驗銲道寬度之 SN 比，結果如表 4-13 所示。

55 . 8 42 . 20 9 n

1 2 2 2

2

+

=

) dB ( 53 . 18 ) 12 . 71 log(

10 log

10

SN =− σ² =− =− η（ 比）

83

表 4-11 銲道寬度原始數據（一）

銲道寬度值（銲件一） 單位：mm

實驗組別

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 No.1 9.42 8.55 8.80 8.53 8.82 8.51 8.13 8.52 8.69 8.62 No.2 8.83 8.81 8.67 8.42 8.93 8.75 8.97 8.78 8.50 8.65 8.26 8.68 8.75 8.26 8.13 8.12 No.4 9

9.49 8.98 9.40 9.38 9.05 9.09 9.17 9 9 9

1 1 1 No.3 8.66 8.53 8.86 9.18

.68 9.43 8.96 9.03 8.93 9.07 9.23 9.08 9.40 9.27

No.5 .17 .74 .51

No.6 8.38 8.40 8.21 8.30 8.14 8.20 8.10 7.71 7.55 7.72 No.7 9.89 9.61 9.57 9.86 9.83 9.55 9.62 9.29 9.34 9.32 No.8 9.59 8.22 9.02 8.44 8.48 8.96 8.83 8.34 8.73 8.06 No.9 9.18 9.15 9.09 9.08 9.05 8.92 8.96 9.03 9.06 9.09 No.10 9.48 8.96 8.37 8.41 9.18 8.77 8.82 9.04 9.18 9.21 No.11 9.78 9.01 8.47 8.74 8.56 8.55 8.88 8.35 8.80 8.62 No.12 7.68 7.55 7.67 7.45 7.50 7.69 7.44 7.73 7.42 7.36 No.13 9.54 9.15 8.97 9.57 9.56 9.34 8.44 8.41 9.26 8.94 No.14 9.64 9.38 9.25 9.27 8.89 9.25 8.83 8.48 8.72 9.34 No.15 9.17 8.82 8.79 8.83 8.51 8.47 8.15 8.48 8.56 8.68 No.16 10.27 0.16 0.82 0.50 9.76 10.39 10.03 9.88 10.35 10.45 No.17 9.16 9.01 9.06 9.22 8.99 8.98 9.02 9.02 9.20 9.12 No.18 9.69 9.56 9.51 9.30 9.21 9.38 9.23 9.21 9.12 9.30

84

4-12 銲道寬度原始數據（二）

銲道寬度值（銲件二） 單位：mm

表

實驗組別

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 No.1 8.72 8.39 8.56 8.30 8.72 8.20 7.91 7.82 7.66 7.69 No.2 8.64 8.52 8.56 8.45 8.47 8.45 8.54 8.73 8.90 8.89 No.3 8.47 7.51 9.00 8.73 8.98 9.13 8.48 8.56 8.61 8.40 8.93 8.57 8.62 8.89 8.74 8.97 No.6 8.82 8.65 8.82 8.68 8.64 8.58 8.43 7 7 8

1 1

9

1 1 1

No.4 9.49 9.67 9.32 9.26

No.5 9.53 9.55 9.15 9.09 9.02 8.79 9.38 9.41 9.67 9.30 .75 .96 .29 No.7 10 9.88 0.04 0.11 9.70 9.62 9.61 9.88 9.87 9.61 No.8 9.28 9.09 9.38 9.38 9.12 9.31 9.23 7.21 7.20 7.32 No.9 9.59 9.15 8.94 9.02 8.81 8.95 8.94 8.75 9.02 8.96 No.10 9.15 9.70 9.64 9.30 9.16 8.50 9.20 8.94 9.04 9.10 No.11 8.89 9.15 9.05 9.49 9.00 9.14 8.77 8.86 9.12 8.75 No.12 7.31 7.82 7.82 7.43 7.46 7.53 7.49 7.24 7.61 7.57 No.13 .07 8.83 8.97 9.17 9.17 8.97 9.05 9.37 9.11 9.02 No.14 9.25 8.54 8.48 8.92 8.67 8.74 8.87 8.37 8.73 8.86 No.15 9.40 8.99 9.31 8.94 8.64 8.68 8.64 8.87 9.34 9.41 No.16 10.41 0.38 0.31 9.74 0.27 9.52 9.66 9.87 10.00 10.26 No.17 9.17 8.87 8.96 8.69 9.00 9.02 8.91 8.87 9.07 9.14 No.18 9.68 9.64 9.28 9.50 9.30 9.57 9.27 9.29 9.28 9.37

85

4-13 銲道寬度之 SN 比 控制因素 表

實驗組別 A 電 極 隙

B 銲 接 流

C 銲 接 度

D 送 線

E 對 接

F 氮 氣 百 分

e e 銲 道 寬 度 SN (dB)

N -18.

間 電 速 速 間 度 隙

比

比 o.1 1 1 1 1 1 1 1 1 53

N 2 -18.

N 3 -1

No. 3 -19.

No.5 1 2 2 2 3 3 1 1 - o.2

o.3 4

1 1 2 2 2 2 2 77 1 1 3 3 3 3 3 8.66 1 2 1 1 2 2 3 21

19.37 No.6 1 2 3 3 1 1 2 2 -18.36 No.7 1 3 1 2 1 3 2 3 -19.75 No.8 1 3 2 3 2 1 3 1 -18.78 No.9 1 3 3 1 3 2 1 2 -19.12 No.10 2 1 1 3 3 2 2 1 -19.15 No.11 2 1 2 1 1 3 3 2 -18.99 No.12 2 1 3 2 2 1 1 3 -17.55 No.13 2 2 1 2 3 1 3 2 -19.18 No.14 2 2 2 3 1 2 1 3 -19.02 No.15 2 2 3 1 2 3 2 1 -18.93 No.16 2 3 1 3 2 3 1 2 -20.14 No.17 2 3 2 1 3 1 2 3 -19.11 No.18 2 3 3 2 1 2 3 1 -19.45

S 後 便可做出各控制因素及其水準值

之 SN 。 比補助表之計算方式， 計 各 素之各水 準值 SN 比的平均值。現以控制因素-銲接速度為例，說明如下：

ηC1=1/6(-18.53-19.21-19.75-19.15-19.18-20.14)=-19.33(dB) 獲得各次實驗組別之 N 比 ，

比補助表 SN 是 算 控制因

ηC2=1/6(-18.77-19.37-18.78-18.99-19.02-19.11)=-19.01(dB) ηC3=1/6(-18.66-18.36-19.12-17.55-18.93-19.45)=-18.68(dB)

86

-14 所示。

表 4-14

同理，可求出其它控制因素各水準值 SN 比的平均值，結果如表 4

銲道寬度 SN 比補助表（單位：dB）

控制因素 水準值

1 2 3 max-min ^重要度

接參數

最適銲

A：電弧長度 -18.95 -19.06 0.11 5 A1

B：銲接電流 -18.61 -19.01 -19.39 0.78 1 B1

5 3 C3

D：送線速度 -18.98 -19.02 0.04 6

E -19.02 -18.90 -19.10 E F：保護氣體

-19

C：銲接速度 -19.33 -19.01 -18.68 0.6

-19.01 D1

：對接間隙 0.20 4 2

含氮量百 分比

-18.59 -19.12 .31 0.72 2 F1

因為水準值的SN比愈大表示對品質特性所造成的變異影響最小，

取SN比最大之水準做為該控制因 素的最適參數。由此得知在本實驗中，銲道寬度的最適銲接參數為

1B1C3D1E2F1，即電弧長度為 2.0mm，銲接電流為 150 安培，銲接速

中，也常根據 SN 比補助表繪製控制因素效果 所以在補助表的每一個控制因素中，

A

度為 20cm/min，送線速度為 45 cm/min，對接間隙為 0.8mm，保護氣體 含氮量百分比為 0%。

在 SN 比補助表中，將每一控制因素的最大 SN 比減去最小 SN 比 後，由所得的差值依大小排出重要度，便大略可知控制因素對銲道寬 度的影響程度。由表 4-14，可知銲接電流影響最大，送線速度影響最 小。此外，在參數設計

圖，如圖 4-3 所示。由圖可以更清楚的看出每一個控制因素的最適水 準，以獲得銲道寬度最適銲接參數。

圖4-3 銲道寬度控制因素效果圖

貳、變異數分析

將L¹⁸直交表 驗 口變異數分析公

式中，整理成「變異數分析表」，如表 4-15 所示。在變異數分析表中，

果：

重要的控制因素為銲接電流，貢獻率為 33.20%。

三、 1.08>F 0.005,2,11=

四、 ，F=19.25>F

分比的效果顯著。

各次實 組別所獲得之SN比代入田

獲致了下列結

一、電弧長度、送線速度及對接間隙等三個控制因素之變異數在誤差 變異數 Ve 值 3 倍以下，故統合為誤差因素。

二、影響銲道寬度最

其次為保護氣體含氮量百分比，貢獻率為 30.17%。

銲接電流之變異比為 21.08，經由 F 檢定，F=2

8.91，在冒險率為 0.005 的情況下，銲接電流的效果顯著。

保護氣體含氮量百分比之變異比為 0.84，經由 F 檢定

0.005,2,11=8.91，在冒險率為 0.005 的情況下，保護氣體含氮量百

五、銲接速度之變異比為 14.44，經由 F 檢定，F=14.44>F 0.005,2,11=

8.91，在冒險率為 0.005 的情況下，銲接速度的效果顯著。

87

88

表 4-15

要因 自由度 (f)

變動 (S)

變異數 (V)

變異比 (F)

純變動 (S')

貢獻率 (ρ,%) 銲道寬度變異數分析表

A：電弧長度 1 0.05 0.05* ━ ━ ━ B：銲接電流 2 1.84 0.92 21.08 1.75 33.20

0.63 14.44 1.17 22.21 D：送線速度

E：對接間隙 0

0 1

5.28 100 C：銲接速度 2 1.26

2 2

0.00 0.00*

.06*

━

━

━

━

━ 0.12 ━

F：保護氣體含

氮量百分比 2 1.68 0.84 19.25 1.59 30.17 e：誤差 6 0.31 0.05 ━ ━ ━ e'：統合誤差 11 0.48 0.04 ━ .77 4.58 T'：總變動 17 ━ ━ ━

參、確認實驗

銲道寬 之最適 接參數 A1B1C 1E2F 以直 內 實驗組別No.16 為現行銲接參數。此外，以影響銲道寬度的三個重要

銲接電流、保護氣體含氮量百分比及銲接速度去推定SN 比。最適銲接參數與現行銲接參數所推定的SN比如下：

最適銲接參數

本實驗 度 銲 為 3D 1，現 交表

控制因素：

) dB ( 88 . 17 00 . 19 2 68 . 18 59 . 18 61 . 18 T ) 1 3 ( C F

ˆ =B₁ + ₁ + ₃ − − =− − − + × =− η

現行銲接參數

) dB ( 03 . 20

00 . 19 2 33 . 19 31 . 19 39 . 19 T ) 1 3 ( C F ˆ₀ B_{3 3 1}

−

=

× +

−

−

−

=

−

− + +

= η

最適銲接參數之 SN 值較現行銲接參數之 SN 比增益 ∆ηˆ =ηˆ −ηˆ₀ =−17.88−(−20.03)=2.15(dB)

89

所求得的最適銲接參數，以相同的實驗步驟，製作相同尺寸之試片，

測銲道寬度後，所得的數據如表 4-16 所示，銲道寬度平均值為

表 4-16

銲道寬度值(mm) 以

量

7.88mm。現行銲接參數之銲道寬度值如表 4-17 所示，銲道寬度平均值 為 10.15mm。

最適銲接參數之銲道寬度值 實驗組別

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 銲件一 8.16 8.39 8.35 8.18 8.31 8.32 7.79 7.86 8.10 8.13 銲件二 7.81 7.68 7.70 7.58 7.48 7.74 7.59 7.57 7.43 7.36

表

銲道寬度值(mm) 4-17 現行銲接參數銲道寬度值

實驗組別

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 銲件一 10.27 10.16 10.82 10.50 9.76 10.39 10.03 9.88 10.35 10.45 銲件二 10.41 10.38 10.31 9.74 10.27 9.52 9.66 9.87 10.00 10.26

將銲道寬度最適銲接參數及現行銲接參數所獲得的原始數據代入 公式(2-4)後，最適銲接參數實作之 SN 值為-17.93dB，現行銲接參數實 作之 SN 比為-20.14dB。最適銲接參數實作之 SN 比較現行銲接參數實 作之 SN 比增益了 2.21dB。茲將確認實驗結果整理如下：

SN 比(dB) 推定 實作 現行銲接參數 -20.03(ηˆ₀) -20.14(η₀) 最適銲接參數 -17.88( ηˆ ) -17.93( ηˆ ) 增益 2.15( η∆ˆ ) 2.21(∆ ) η

90 90

% 30

% 7 . 2 027 . 21 0

. 2

15 . 2 21 . ˆ 2

<

=

− = η =

∆ η

∆

− η

= ∆ 再現性

由此確認實驗之結果可知，本研究以靜態望小特性所得之最佳化銲接 參數

、銲道寬度最適銲接參數與現行銲接參數之比較

4-4 所示。由變異數 分析

由於銲接電流小、銲接速度較快及保護氣體不 含氮

（a）最適銲接參數 （b）現行銲接參數

，對於銲道寬度之再現性頗佳，因此可證明田口參數設計法的有效性。

肆

最適銲接參數與現行銲接參數之銲道巨觀圖如圖

可知，影響銲道寬度的三個重要控制因素為銲接電流、保護氣體含氮 量百分比及銲接速度。銲接電流與銲道寬度成正比，銲接電流愈大，銲道 寬度愈大；銲接速度與銲道寬度成反比，銲接速度愈快，銲道寬度愈小；

保護氣體中添加氮氣時將會造成銲接熱輸入量的提高，因而增加銲道寬 度。（曾光宏等，民 90）

在最適銲接參數方面，

氣，故銲道寬度小，銲道外觀良好，而熔透性則尚可。現行銲接參數 方面，由於銲接電流大、銲接速度慢且保護氣體含有 2%的氮氣，故造成 銲道寬度及根部寬度均過大，且伴隨銲蝕產生，銲道外觀不良。

圖4-4 最適銲接參數與現行銲接參數之銲道巨觀圖

第三節 銲蝕最適銲接參數解析

91

銲蝕之參數設計部分採取靜態特性之「望小特性」以進行解析，以求

得銲蝕之最適銲 取各控制因素

對於銲蝕之貢獻率後，再以確認實驗來驗證最適條件對於此品質特性之再 現性。最後對最適銲接參數與現行銲接參數作定性比較。

壹、參數設計

依據國際銲接研究所（international welding institute, I. I. W.）對銲 接缺陷之分類，銲蝕是屬於 500 系—不完全外型（imperfect shape）。

響銲道外觀外，從材料力學之觀點來看，由於銲道斷面突

驗所獲得之銲蝕評估點數如表 4-18 及表 4-19 所示。依參 接參數。另外以變異數分析（ANOVA）求

銲蝕除了影

然縮減，銲件在使用上容易發生應力集中的現象，對銲件整體強度有 不利之影響，所以銲蝕應愈小愈好。故本研究在做田口分析時，採用 參數設計中靜態特性之「望小特性」以進行解析，以求得銲蝕之最適 銲接參數。

本研究依銲蝕情況，採用田口計數值分成四個等級：銲道凸起無 銲蝕（1 點）、銲蝕不明顯（2 點）、輕微銲蝕（3 點）、嚴重銲蝕（4 點）。

本研究各次實

數設計之步驟，先將L¹⁸直交表內各次實驗所獲得之數據代入式（2-4）

以求出各次實驗之SN比。現以L¹⁸直交表實驗組別No.1 為例，說明SN 比之計算方式：

( ) ( ) ( )

[ ]

( ) ( ) ( ) ( )

[ ]

00 . 1

1 ...

1 1 20 1

1 2 2 2 2

n 2

1

=

+ + + +

=

L y y

n y

1 2 2 2

2 = + + +

σ

) dB ( 00 . 0 ) 00 . 1 log(

10 log

10

SN =− σ² =− = η（ 比）

92

同理，可求出各次實驗銲道寬度之 SN 比，結果如表 4-20 所示。

表 4-18 銲蝕評估點數（一）

銲蝕（銲件一）

實驗組別

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) No.1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 No.2 4 4 3 3 3 3 2 2 3 3 No.3 3 3 3 3 2 2 2 1 3 3 No.4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 No.5 4 4 4 4 3 3 4 4 4 4 No.6 2 2 2 1 2 2 1 1 1 1 No.7 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 No.8 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 No.9 4 4 4 4 4 3 3 3 3 3 No.10 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 No.11 3 4 4 3 2 3 3 3 3 3 No.12 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 No.13 3 2 1 1 1 1 1 2 2 1 No.14 3 3 2 2 3 1 2 2 3 3 No.15 4 4 3 3 3 2 2 2 2 2 No.16 3 3 3 2 2 1 2 1 2 1 No.17 3 2 3 2 2 2 2 2 2 2 No.18 2 2 1 1 2 2 2 1 2 2

93

表 4-19 銲蝕評估點數（二）

銲蝕（銲件二）

實驗組別

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) No.1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 No.2 2 2 3 2 2 2 3 1 3 2 No.3 3 2 3 3 2 1 1 2 2 3 No.4 3 3 3 3 3 3 3 3 2 3 No.5 3 3 3 3 3 3 2 3 3 3 No.6 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 No.7 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 No.8 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 No.9 4 3 4 4 4 4 4 4 4 4 No.10 3 3 3 3 3 3 2 2 3 3 No.11 3 3 3 3 3 2 1 1 1 2 No.12 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 No.13 3 2 2 2 3 2 3 2 2 1 No.14 4 4 4 3 3 3 4 4 3 3 No.15 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 No.16 3 2 2 2 2 1 1 1 1 2 No.17 4 3 3 3 3 2 2 2 2 2 No.18 3 2 2 2 2 1 2 2 2 2

94

表 4-20 銲蝕之 SN 比

控制因素 實驗組別 A

電 極 間 隙

B 銲 接 電 流

C 銲 接 速 度

D 送 線 速 度

E 對 接 間 隙

F 氮 氣 百 分 比

e e 銲 蝕 SN

比 (dB) No.1 1 1 1 1 1 1 1 1 0.0 No.2 1 1 2 2 2 2 2 2 -8.6 No.3 1 1 3 3 3 3 3 3 -7.8 No.4 1 2 1 1 2 2 3 3 -9.4 No.5 1 2 2 2 3 3 1 1 -10.6 No.6 1 2 3 3 1 1 2 2 -2.4 No.7 1 3 1 2 1 3 2 3 -6.5 No.8 1 3 2 3 2 1 3 1 -1.1 No.9 1 3 3 1 3 2 1 2 -11.4 No.10 2 1 1 3 3 2 2 1 -6.8 No.11 2 1 2 1 1 3 3 2 -8.9 No.12 2 1 3 2 2 1 1 3 -1.1 No.13 2 2 1 2 3 1 3 2 -6.0 No.14 2 2 2 3 1 2 1 3 -9.7 No.15 2 2 3 1 2 3 2 1 -8.1 No.16 2 3 1 3 2 3 1 2 -6.1 No.17 2 3 2 1 3 1 2 3 -7.7 No.18 2 3 3 2 1 2 3 1 -5.6

獲得各次實驗組別之 SN 比後，便可做出各控制因素及其水準值 之 SN 比補助表。SN 比補助表之計算方式，是計算各控制因素之各水 準值 SN 比的平均值。現以控制因素-保護氣體含氮量百分比為例，說 明如下：

ηF1=1/6(0.0-2.4-1.1-1.1-6.0-7.7)=-3.06(dB) ηF2=1/6(-8.6-9.4-11.4-6.8-9.7-5.6)=-8.60(dB) ηF3=1/6(-7.8-10.6-6.5-8.9-8.1-6.1)=-8.02(dB)

95

同理，可求出其它控制因素各水準值 SN 比的平均值，結果如表 4-21 所示。

表 4-21 銲蝕 SN 比補助表（單位：dB）

控制因素 水準值

1 2 3 max-min 重要度 最適銲 接參數 A：電弧長度 -6.44 -6.67 0.23 6 A1

B：銲接電流 -5.54 -7.71 -6.42 2.17 3 B1

C：銲接速度 -5.81 -7.77 -6.09 1.96 4 C1

D：送線速度 -7.59 -6.42 -5.67 1.91 5 D3

E：對接間隙 -5.53 -5.76 -8.39 2.86 2 E1

F：保護氣體 含氮量百

分比

-3.06 -8.60 -8.02 5.54 1 F1

因為水準值的SN比愈大表示對品質特性所造成的變異影響最小，

所以在補助表的每一個控制因素中，取SN比最大之水準做為該控制因 素的最適銲接參數。由此得知在本實驗中，銲蝕的最適銲接參數為 A1B1C1D3E1F1，即電弧長度為 2.0mm，銲接電流為 150 安培，銲接速 度為 16cm/min，送線速度為 55 cm/min，對接間隙為 0.6mm，保護氣體 含氮量百分比為 0%。

在 SN 比補助表中，將每一控制因素的最大 SN 比減去最小 SN 比 後，由所得的差值依大小排出重要度，便大略可知控制因素對銲蝕的 影響程度。由表 4-21，可知保護氣體含氮量百分比影響最大，電弧長 度影響最小。此外，在參數設計中，也常根據 SN 比補助表繪製控制 因素效果圖，如圖 4-5 所示。由圖可以更清楚的看出每一個控制因素 的最適水準，以獲得銲蝕最適銲接參數。

-10.00 -5.00 -4.00 SN

-9.00 -8.00 -7.00 -6.00

A1 A2 B1 B2 )

-3.00 -2.00 -1.00

B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3 E1 E2 E3 F1 F2 F3 比

(dB

貳、

式中 數分析表」，如表 4-22 所示。在變異數分析表中，

一、 數 Ve 值 3 倍

以下，故統合為誤差因素。

影 制因素為保護氣體含氮量百分比，貢獻率為

54.71%。其次為對接間隙，貢獻率為 12.89%。

含氮 百分比 異 由 F ，F=20.72>F

， 冒險 況下 護氣體含氮量百分比

著。

之變 比為 經 定 5.65>F 0.05,2,9=4.26，

為 0 的情 對 的

水準

圖4-5 銲蝕控制因素效果圖

變異數分析

將L¹⁸直交表各次實驗組別所獲得之SN比代入田口變異數分析公

，整理成「變異 獲致了下列結果：

控制因素--電弧長度及送線速度之變異數在誤差變異

二、 響銲蝕最重要的控

三、保護氣體 量 之變 比為 20.72，經 檢定 0.05,2,9=4.26 在 率為 0.05 的情 ，保

的效果顯 四

在冒險率

、對接間隙 異 5.65， 由 F 檢 ，F=

.05 況下， 接間隙 效果顯著。

96

97

表 變異數 表

要因 自由度 (f)

變動 (S)

變異數 (V)

變異比 (F)

純變動 (S')

貢獻率 (ρ,%) 4-22 銲蝕 分析

A：電弧長度 1 0.23 0.23* ━ ━ ━ B：銲接電流 2 14.25 7.13 2.65 8.88 4.59 C：銲接速度 2 13.53 6.77 2.52 8.16 4.22 D

E

F：保護氣體含

e ━ ━

e'：統合誤差 9 24.16 2.68 ━ 45.77 23.65 T 總變動 17 ━ ━ ━ 193.49 100

：送線速度 2 11.15 5.58* ━ ━ ━

：對接間隙 2 30.31 15.16 5.65 24.94 12.89 氮量百分比 2 111.23 55.62 20.72 105.86 54.71

：誤差 6 12.78 2.13 ━ '：

參、確認實驗

A1B1C1D3E1F1，現以直交表內 實驗組別No.9 為現行條件。此外，以影響銲蝕的三個重要控制因素：

N比。最適銲 本實驗銲道寬度之最適銲接參數為

保護氣體含氮量百分比、對接間隙及銲接電流去推定S 接參數與現行銲接參數所推定的SN比如下：

最適銲接參數

) dB ( 01 . 1 56 . 6 2 54 . 5 53 . 5 06 . 3 T ) 1 3 ( B

ˆ = +E + − − =− − − + × =− η

現行銲接參數 F_{1 1 1}

) dB ( 33 . 10 56 . 6 2 42 . 6 39 . 8 60 . 8 T ) 1 3 ( B E

ˆ₀ =F₂ + ₃ + ₃ − − =− − − + × =− η

最適銲接參數之 SN 值較現行銲接 比增益 3

. 9 3 ˆ ₀ .

參數之 SN (

2 )

3 10 ( 01 . ˆ 1

ˆ =η−η =− − − = dB) η

∆

98

以所求得的最適銲接參數，以相同的實驗步驟，製作相同尺寸之

， 4-23 所示，銲蝕評估點數平均值

銲 蝕 點 表 4 ， 評

4-23 最適銲接參數之銲蝕評估點數 試片 量測銲蝕後，所得的點數如表

為 1.0。現行 接參數銲 評估 數如 4-2 所示 銲蝕 估點數平 均值為 3.7。

表

評估點數

實驗組別 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10)

銲件一 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

銲件二 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

表 4 現行銲接參數銲蝕評估點數

評估點數 -24

實驗組別

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10)

銲件一 4 4 4 4 4 3 3 3 3 3

銲件二 4 3 4 4 4 4 4 4 4 4

將銲蝕最適銲接參數及現行銲接參數所獲得的評估點數代入公式 (2-4)後，最適銲接參數實作之 SN 值為 0.00dB，現行銲接參數實作之 SN 比為-11.40dB。最適銲接參數實作之 SN 比較現行銲接參數實作之 SN 比增益了 11.40dB。茲將確認實驗結果整理如下：

SN 比(dB) 推定 實作 現行銲接參數 -10.33(ηˆ₀) -11.40(η₀) 最適銲接參數 -1.01( ηˆ ) 0.00( ηˆ )

增益 9.32( η∆ˆ ) 11.40(∆ ) η

% 30

% 2 . 18 182 .

0 = <

= η =

= ∆

再現性 11.40 32 . 9 40 . ˆ 11 − η

∆

− η

∆

由此確認實驗之結果可知，本研究以靜態望小特性所得之最適化銲接 參數，對於銲蝕之再現性佳，因此可證明田口參數設計法的有效性。

99

肆、

宏等，民 90）。由於本研究是採填料對

度大增而形成銲道底部過熔，

大時， 也會造成熔池回填不足而形成銲蝕 速度過快均會形成銲蝕（周長彬等，民

在最適銲接參數方面，由於保護氣體 接電流小、銲接速度較慢，故銲道凸起適當

熔透性佳；在現行銲接參數方面，由於保護氣體中含 1%氮氣、對接間隙 大、銲接電流大、銲接速度快，故銲道外觀不良，銲道寬度及根部寬度均 過大，銲道凹陷且

（a）銲件一 No.5 試片 （b）銲件二 No.5 試片 圖4-6 最適銲接參數之銲道巨觀圖

銲蝕最適銲接參數與現行銲接參數之比較

最適銲接參數與現行銲接參數之銲道巨觀圖如圖 4-6 及圖 4-7 所示。由 變異數分析可知，影響銲蝕的重要控制因素為保護氣體含氮量百分比、對 接間隙、銲接電流及銲接速度。保護氣體中添加氮氣時將會造成銲接熱輸 入量的提高，增加熔融深度（曾光

接，在母材厚度一定的條件下，保護氣體中添加過多氮氣時，造成熔融深 使得熔池回填不足而產生銲蝕。對接間隙過

。此外，銲接電流過大及銲接 90）。

中不含氮氣、對接間隙適當、銲

，銲道外觀良好，沒有銲蝕且

有銲蝕產生。

（a）銲件一 No.5 試片 （b）銲件二 No.5 試片 圖4-7 現行銲接參數之銲道巨觀圖

100

101

質特性最適銲接參數解析

本 只能針

往往是 問

題。因 以求得

壹、直

一、理想序列及比較序列

4-25 所示，銲

0

18 個實驗組別分別定為比較

1 2 3 18

二、灰關聯生成

必須滿足可比性之原則，故實 驗所獲得之原始數據必須轉換成無因次之數據。這種數據轉換的方 式稱為「數據前處 為「灰關聯生成」。

能將關聯度最接近的數據轉換成 1 關聯度最遠的數據轉換成 經 過轉換的數據均會介於 1 。

研 使 之 據 處 方法為灰色 方法 第 第

五節所述）。在三個品質特性中，銲道微硬 式」作數

第四節 多重品

研究所評估之品質特性為銲道微硬度、銲道寬度及銲蝕。田口方法 對單一品質特性求得最適參數，在處理多重品質特性時，田口方法 藉由專家主觀的判定最適參數，無法客觀的整合多重品質特性的 此，本研究擬以灰色系統理論之灰關聯分析來整合多重品質特性，

兼顧銲道微硬度、銲道寬度及銲蝕之最適銲接參數。

交表內最適銲接參數

本研究各品質特性所獲得之原始數據平均值如表

道微硬度最大的實驗組別為No.11，微硬度是Hv197.7；銲道寬度最小 的實驗組別為No.12，銲道寬度為 7.54；銲蝕最小的實驗組別為 No.1，銲蝕評估點數為 1.0。由於銲道微硬度是屬於望大特性，銲 道寬度及銲蝕屬於望小特性，故灰關聯分析矩陣的理想序列X ＝ (197.7, 7.54, 1.0)。此外，將直交表中的

序列X ，X ，X ，…X 。

進行灰關聯分析時，所用之數據

理」，又稱 經過灰關聯生成後，

， 0，

0~

前

之間 理的

本 究 用 數 理論 （如 二章

度採用「望大型

102

轉 ， 式 2-7）所示。 寬 及 蝕 「 式 數 轉 ， 式 2-8 所 。

表 品 特 始 據 均 控制因素

據 換 如 （ 銲道 度 銲 採用 望小型 」作 據 換 如 （ ） 示

4-25 各 質 性原 數 平 值

實驗組別 A 電 極 間 隙

B 銲 接 電 流

C 銲 接 速 度

送 線 速 度

對 接 間

隙 （

D E F 氮 氣 百 分 比

e e 銲 道 微 硬 度 平 均 Hv）值

銲 道 寬 度 平 均 (mm) 值

銲 蝕 平 均 值

No.1 1 1 1 1 1 1 1 1 179.4 8.43 1.0 No.2 1 1 2 2 2 2 2 2 190.1 8.67 2.6 No.3 1 1 3 3 3 3 3 3 194.8 8.57 2.4 No.4 1 2 1 1 2 2 3 3 189.1 9.13 3.0 No.5 1 2 2 2 3 3 1 1 195.3 9.29 3.4 No.6 1 2 3 3 1 1 2 2 178.0 8.27 1.3 No. 3 1 2 1 3 2 3 187.8 9.71 2.1 No.8 1 3 2 3 2 1 3 1 181.9 8.66 1.1 No.9 1 3 3 1 3 2 1 2 188.1 9.04 3.7 No.10 2 1 1 3 3 2 2 1 195.6 9.06 2.0 No.11 2 1 2 1 1 3 3 2 197.7 8.90 2.7 No.12 2 1 3 2 2 1 1 3 179.2 7.54 1.1 No.13 2 2 1 2 3 1 3 2 178.8 9.10 1.9

No.1 191.6 8.92 3.0

No.15 2 2 3 1 2 3 2 1 195.7 8.83 2.5 No.1 2 3 1 2 193.9 10.15 1.9 N 2 3 2 1 3 1 2 3 182.3 9.02 2.4 No.18 2 3 3 2 1 2 3 1 189.2 9.38 1.9

7 1

4 2 2 2 3 1 2 1 3 6 2 3 1 3

o.17

103

現以實驗組別 No.2 為例，說明如下：

轉換 銲道微硬度數據

6142 . 178 0 7

. 197

0 . 178 1 . ) 190 1 (

x^*₂ =

−

= −

銲道寬度數據轉換

5670 . 54 0 . 7 15 . 10

67 . 8 15 . ) 10 2 (

x^*₂ =

−

= −

銲蝕數據轉換

4074 . 0 0 . 1 7 . 3

6 . 2 7 . ) 3 3 (

x^*₂ =

−

= −

同理，將理想序列及比較序列之原始數據代入式（2-7）及式（2-8）

作灰關聯生成，運算後所得之結果如表 4-26。

三、求灰關聯係數

灰關聯生成後，分別將理想序列減去每一比較序列並取絕對 值，以獲得序列差 4 。在差序列中，最小差Δ^min為 0.0000，最大差Δ^max .0000。

。結果如表 -27 所示 為 1

104

表 26 灰

無因次數據 4- 關聯生成

序列

銲道微硬度 銲道寬度 銲蝕

X0 1.0000 1.0000 1.0000 X1 0.0711 0.6590 1.0000 X2 0.6142 0.5670 0.4074 X3 0.8528 0.6054 0.4815 X4 0.5635 0.3908 0.2593 X5 0.8782 0.3295 0.1111

X6 0.0000 0.7203 0.8889 X7 0.4975 0.1686 0.5926 X8 0.1980 0.5709 0.9630 X9 0.5127 0.4253 0.0000 X10 0.8934 0.4176 0.6296 X11 1.0000 0.4789 0.3704 X12 0.0609 1.0000 0.9630 X13 0.0406 0.4023 0.6667 0.4713 0.2593

X

X16

X14 0.6904

15 0.8985 0.5057 0.4444 0.8071 0.0000 0.6667 X17 0.2183 0.4330 0.4815 X18 0.5685 0.2950 0.6667

105

表 -27 差

0i

銲 銲道寬度

4 序列

Δ 道微硬度

(K=1) (K=2)

銲蝕 (K=3)

∆01 0.9289 0.3410 0.0000

∆02

04 05

0.3858 0.4330 0.5926

∆03 0.1472 0.3946 0.5185

∆ 0.4365 0.6092 0.7407

∆ 0.1218 0.6705 0.8889

∆06 1.0000 0.2797 0.1111

∆07 08

∆09 0.4873 0.5747

0.5025 0.8314 0.4074

∆ 0.8020 0.4291 0.0370 1.0000

∆010 0.1066 0.5824 0.3704

∆011 0.0000 0.5211 0.6296

∆012 0.9391 0.0000 0.0370

∆013 0.9594 0.5977 0.3333

∆014 0.3096 0.5287 0.7407

∆015 0.1015 0.4943 0.5556

∆016 0.1929 1.0000 0.3333

∆017 0.7817 0.5670 0.5185

∆018 0.4315 0.7050 0.3333

106

其次，定灰關聯辨識係數ξ為 0.5，以式（2-10）求出各比較序 -28 所示。

列之灰關聯係數，如表 4

現以比較序列X¹為例，說明如下：

3499 . 0000 0 . 1 5 . 0 0000 )) 0

1 ( ), 1 (

( _{0 1} =

0000 . 1 5 . 0 9289 . 0

.

× +

×

= + γ x x

5945 . 0000 0 . 1 5 . 0 3410 . 0

0000 . 1 5 . 0 0000 . )) 0 2 ( ), 2 (

( _{0 1} =

× +

×

= + γ x x

0000 . 0000 1 . 1 5 . 0 0000 . 0

0000 . 1 5 . 0 0000 . )) 0 3 ( ), 3 (

( _{0 1} =

× +

×

= + γ x x

四、求灰關聯度及灰關聯序

利用附錄 2 之「熵測度」計算公式求出各品質特性之灰關聯係 數的權重W 所示。再以式（2-13）求得各比較序列 之灰關聯度，結果如表 4-30 所示。今以比較序列X¹為例，說明如下：

3 . 0 45 33

. 0 1 3240

. 0

), k ( x ( x

, x

( _{0 1 0}

=

+ +

γ γ

i，結果如表 4-29

6516 . 0

0000 . 1 362× 59

. 0 99× 350

.

×0

)) k ( x_i )

1 k βk

=∑^m

=

=

由表 4-29 可知，比較序列X¹²的灰關聯度最大，為 0.7657。故本 研究在直交表內之多重品質最適銲接參數為實驗組別No.12，即 A2B1C3D E2F1。至此所求得之多重品質最適銲接參數，僅涵蓋直交 表L¹⁸內之實驗，為了求得直交表外未被涵蓋之最適銲接參數，本研 究繼續以下之分析。

2

107

表 灰關聯係數

灰關聯係數(γ) 4-28

序列

銲道微硬度 銲道寬度 銲蝕

X¹ 0.3499 0.5945 1.0000 X2 0.5645 0.5359 0.4576 X3 0.7726 0.5589 0.4909 X4 0.5339 0.4508 0.4030 X5 0.8041 0.4272 0.3600 X6 0.3333 0.6413 0.8182 X7 0.4988 0.3755 0.5510 0.9311

0.8243 0.4619 0.5744 X11 1.0000 0.4897 0.4426 X12 0.3474 1.0000 0.9311 0.4555 0.6000

X14 .4861 0.4030

0.8313 0.5029 0.4737 0.7216 0.3333 0.6000 0.3901 0.4686 0.4909 0.5368 0.4149 0.6000 X8 0.3840 0.5382

X9 0.5064 0.4652 0.3333 X10

X13 0.3426 0.6176 0 X15

X16

X17

X18

表 4-29 特性之 係數權

品質 銲道微硬度 度 蝕

各品質 灰關聯 重

特性 銲道寬 銲

權重（Wⁱ） 0.3240 0.3399 0.3362

108

表 30 灰 灰關

灰關聯係數(γ) 4- 關聯度及 聯序

序列

銲道微硬度 銲道寬度

灰關聯度 灰關聯 銲蝕 排序

X¹ 0.3499 0.5945 1.0000 0.6516 2 X2 0.5645 0.5359 0.4576 0.5188 11 X3 0.7726 0.5589 0.4909 0.6053 6 X4 0.5339 0.4508 0.4030 0.4616 16 X5 0.8041 0.4272 0.3600 0.5267 10 X6 0.3333 0.6413 0.8182 0.6010 7 X7 0.4988 0.3755 0.5510 0.4745 14 X8 0.3840 0.5382 0.9311 0.6203 4 X9 0.5064 0.4652 0.3333 0.4342 18 X10 0.8243 0.4619 0.5744 0.6172 5 X11 1.0000 0.4897 0.4426 0.6392 3 X12 0.3474 1.0000 0.9311 0.7654 1 X13 0.3426 0.4555 0.6000 0.4675 15

X 0.5008 13

X15 0.8313 0.5029 0.4737 0.5994 8 X16 0.7216 0.3333 0.6000 0.5488 9 X17 0.3901 0.4686 0.4909 0.4507 17 X18 0.5368 0.4149 0.6000 0.5166 12

14 0.6176 0.4861 0.4030

109

貳、直交表外最適銲接參數

均 序

銲

銲道寬度數據平均值＝1/9(8.43+8.67+8.57+…+9.04)=8.86

銲蝕數據平均值＝1/9(1.00+2.60+2.35+…+3.70)=2.3

將表 4-31 之數據重複灰關聯生成、求灰關聯係數及求灰關聯度 步驟後，灰關聯分析之結果如表 4-32 所示。由表 4-32，在每一控 因素中，取灰關聯度最大的水準做為該控制因素的最適水準，故 在直交表外側的多重品質特性最適銲接參數為A2B1C2D1E2F1，即 弧長度為 2.5mm，銲接電流為 150 安培，銲接速度為 18cm/min，

送線速度為 45 cm/min，對接間隙為 0.8mm，保護氣體含氮量百分比 由表 4-25，按各品質特性分別計算各控制因素之各水準數據的平 值，結果如表 4-31 所示。理想序列仍為X⁰＝(197.7, 7.54, 1.0)，比較 列為各控制因素水準。現以控制因素A¹為例，說明如下：

道微硬度數據平均值＝1/9(179.41+190.08+194.79+…+188.10)=187.2

等 制 落 電

為 0%。

110

表 4-31 控制因素在不 下，各品質 數據平均值

控制因素水準 銲道微 (Hv) 銲道 m) 銲蝕(評估點數)

各 同水準 特性

硬度 寬度(m

理想序列X0

理想序列X0

197.7 7.54 1.0

A1 187.2 8.86 2.3

A2 189.3 8.99 2.1

197.7 7.54 1.0

B1 189.5 8.53 2.0

B2 188.1 8.92 2.5

B3 187.2 9.33 2.2

理想序列X0 197.7 7.54 1.0

C1 187.4 9.26 2.0

C2 189.8 8.91 2.5

C3 187.5 8.61 2.1

理想序列X0 197.7 7.54 1.0

D1 188.7 8.89 2.5

D2 186.7 8.95 2.1

D3 189.3 8.94 1.9

0 1.0

理想序列X 197.7 7.54

E1 8.94 .0

2 1 2.0

E3 189 2.6

理想序列X0 197. 1.0

187.3 2

E 88.3 8.83

.1 9.01 7 7.54

F1 179 1.4

F2 190 2.7

F3 194 2.5

.9 8.50 .6 9.03 .2 9.24

111

表 4 直交 適銲接 關聯分 灰關聯係數(γ)

-32 表外最 參數灰 析表

控制因

素水準 銲道微硬度 銲道寬度 灰關聯度 灰關聯 銲蝕 排序

A1 0.3333 1.0000 0.3333 0.5556 2 A2 1.0000 0.3333 1.0000 0.7778 1 B1 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1 B2 0.4510 0.5063 0.3333 0.4342 2 B3 0.3333 0.3333 0.5556 0.3990 3 C1 0.3333 0.3333 1.0000 0.4672 3 C2 1.0000 0.5200 0.3333 0.7482 1 C3 0.3429 1.0000 0.7143 0.5788 2 D1 0.6842 1.0000 0.3333 0.7549 1 D2 0.3333 0.3333 0.6000 0.4013 3 D3 1.0000 0.3750 1.0000 0.6832 2 E1 0.3333 0.4500 1.0000 0.5564 2 E2 0.5294 1.0000 1.0000 0.8450 1 E3 1.0000 0.3333 0.3333 0.5530 3 1.0000 0.8628 1 F1 0.3333 1.0000

F2 0.6652 0.4111 0.3333 0.4289 3 F3 1.0000 0.3333 0.3714 0.4874 2

112

參、直交表內最適銲接參數確認實驗 一、銲道微硬

直 參數 2B 3D2E2F 行 接參數為實驗

組別No 響銲 硬 的三個 控 因素：保護氣

體含氮量百 銲接速度及電弧長度去推定SN比 最適銲接參數 的推定值為 9.08dB，現行銲接參數的推定值為 8.84dB。最適銲接參 數實作之SN比為 8.82dB，現行銲接參數實作之SN比為 7.60dB。最適 銲接參數實作之SN比較現行銲接參數實作之SN比增益 1.22dB。

茲將確認實驗結果整理如下：

(dB) 推定 實作 度

交表內最適銲接 為A 1C 1，現 銲 .13。此外，以影 道微 度 重要 制

分比、 。

SN 比

現行銲接參數 8.84(ηˆ₀) 7.60(η₀) 最適銲接參數 9.08(ηˆ₁) 8.82(η₁) 增益 0.24(∆ ) 1.22(ηˆ ∆ ) η

% 30

% 3 . 80 803 . 22 0

. 1

24 . 0 22 . ˆ 1 − η

∆ η

∆

− η

∆

由確認實驗之結果可知

>

=

=

=

= 再現性

，直交表內最適銲接參數在銲道微硬度上 再現性頗差。

二、銲道寬

直 參 3D2E2 接參數為實驗

組別No.16。 以影響銲道寬度的三個重要控制因素：銲接電流、

保護氣體含氮量百分比及銲接速度去推定SN比。最適銲接參數的推 的

度

交表內最適銲接 數為A2B1C F1，現行銲 此外，

113

定值為-17.88dB，現行銲接參數的推定值為-20.03dB。最適銲接參數 實作之SN比為-17.55dB，現行銲接參數實作之SN比為-20.14dB。最適 銲接參數實作之SN比較現行銲接參數實作之SN比增益 2.59dB。茲將確 認實驗結果整理如下：

N 比(dB) 推定 實作 S

現行銲接參數 -20.03(ηˆ₀) -20.14(η₀) 最適銲接參數 -17.88(ηˆ₁) -17.55(η₁) 增益 2.15(∆ ) 2.59(η^ˆ ∆ ) η

% 30

% 17 17 . 59 0

. 2

15 . 2 59 . ˆ 2 − η

∆ η

∆

− η

∆ = = = <

= 再現性

內最適銲接參數在銲道寬度上的 再現性佳。

三、銲蝕

直 參數 B 3D2E2F 接參數為實驗 組別No.9。 以影響銲 三 重要 素： 護氣體含氮 量百分比、對接間隙及銲接電流去推定SN比。最適銲接參數的推定 值為-1.24dB，現行銲接參數的推定值為-10.33dB。最適銲接參數實作 之SN比為-1.14dB，現行銲接參數實作之SN比為-11.40dB。最適銲接

認實驗結果整理如下：

由確認實驗之結果可知，直交表

交表內最適銲接 為A2 1C 1，現行銲

此外， 蝕的 個 控制因 保

參數實作之SN比較現行銲接參數實作之SN比增益了 10.26dB

。茲將確

114

實作 SN 比(dB) 推定

現行銲接參數 -10.33(ηˆ₀) -11.40(η₀) 最適銲接參數 -1.24(ηˆ₁) -1.14(η₁)

增益 9.09(∆ ) 10.26(η^ˆ ∆ ) η

% 30

% 4 . 11 114 . 09 0 . 9 26 . ˆ 10 − η

∆

− η

∆

26 . η 10

∆

由確認實驗之結果可知，直交表內

<

=

=

=

= 再現性

最適銲接參數在銲蝕上的再現 性

肆、直 一、

A2B1C2D1E2F1，現行銲接參數為實驗 組別No.13。此外，以影響銲道微硬度的三個重要控制因素：保護氣

N比。最適銲接參數

。

求 最 相 實

參數銲道微硬度值如表 4-10 所示。

將直交表外最適銲接參數所獲得的原始數據依表 4-3 予以評估 點數後，將所獲得的點數代入公式(4-1)後，最適銲接參數實作之 SN 值為 8.89dB，現行銲接參數實作之 SN 比如前述為 7.60dB。最適銲 接參數實作之 SN 比較現行銲接參數實作之 SN 比增益了 1.29dB。茲 將確認實驗結果整理如下：

頗佳。

交表外最適銲接參數確認實驗 銲道微硬度

直交表外最適銲接參數為

體含氮量百分比、銲接速度及電弧長度去推定S

的推定值為 10.37dB，現行銲接參數的推定值為 8.85dB

以所 得的 適銲接參數，以 同的 驗步驟，製作相同尺寸 之試片，量測銲道微硬度後，所得的數據如表 4-33 所示。現行銲接