Welding Equipment and Techniques ( 焊 接 裝 備 與 技 術 ) 1
前 言 熔 接 是 一 種 利 用 熱 和 壓 力 結 合 的 作 用, 而 使 金 屬 結 合 的 方 法 其 可 定 義 為 由 原 子 間 吸 引 力 所 完 成 的 冶 金 結 合 在 原 子 結 合 之 前, 必 須 克 服 在 接 觸 表 面 上 所 吸 收 的 蒸 汽 和 氧 化 物 熔 接 的 最 大 阻 礙 就 是 氧 化, 所 以 許 多 熔 接 的 過 程 則 在 可 控 制 環 境 下 或 由 惰 性 氣 體 所 遮 蔽 的 大 氣 中 進 行 熔 接 技 術 是 金 屬 材 料 關 鍵 性 加 工 技 術 中 重 要 的 一 環, 舉 凡 3C 產 業 零 組 件 光 電 元 件 運 輸 工 具 金 屬 製 品 機 械 設 備 電 機 設 備 與 精 密 器 械 等 主 要 製 造 產 業 之 零 組 件 構 件 與 完 成 品 及 石 化 核 能 等 生 產 事 業 所 用 之 設 備 等, 均 需 用 銲 接 使 之 組 合 成 完 整 之 產 品, 顯 見 熔 接 技 術 對 產 業 之 重 要 性 2
熔 接 種 類 許 多 熔 接 方 法 已 經 開 發 它 們 不 同 之 處 大 都 在 於 加 熱 方 法 和 所 用 之 設 備 主 要 方 法 列 出 如 下 一 硬 銲 (braze Welding) A. 氣 炬 B. 爐 子 C. 感 應 D. 電 阻 E. 浸 漬 F. 紅 外 線 3
熔 接 種 類 ( 續 ) 二 鍛 造 熔 接 (forge Welding) A. 手 動 B. 機 器 1. 輥 軋 2. 錘 擊 3. 模 子 三 氣 體 熔 接 (gas welding) A. 氧 乙 炔 B. 氫 乙 炔 C. 空 氣 乙 炔 D. 加 壓 四 電 阻 熔 接 (resistance welding) A. 點 熔 接 B. 凸 出 熔 接 C. 縫 熔 接 D. 對 頭 熔 接 E. 閃 光 熔 接 F. 撞 擊 熔 接 G. 高 週 波 熔 接 五 感 應 熔 接 (Induction welding) 高 週 波 熔 接 4
熔 接 種 類 ( 續 ) 六 電 弧 熔 接 (arc welding) A. 碳 極 1. 遮 蔽 法 2. 無 遮 蔽 法 B. 金 屬 電 擊 1. 遮 蔽 法 a. 遮 蔽 電 弧 b. 原 子 氫 c. 情 性 氣 體 d. 電 弧 點 熔 接 e. 潛 弧 電 弧 熔 接 f. 椿 熔 接 g. 電 渣 熔 接 2. 無 遮 蔽 法 a. 裸 金 屬 b. 椿 熔 接 七 特 殊 熔 接 法 (special welding process) A. 電 子 束 B. 雷 射 熔 接 C. 磨 擦 熔 接 D. 發 熱 熔 接 1. 加 壓 2. 不 加 壓 E. 流 動 熔 接 F. 冷 熔 接 1. 加 壓 2. 超 音 波 G. 爆 炸 熔 接 H. 擴 散 熔 接 5
硬 銲 或 軟 銲 機 及 器 具 使 用 電 源 藉 感 應 或 傳 導 產 生 熱 硬 銲 或 軟 銲 係 藉 低 熔 點 之 熔 填 金 屬 來 熔 接 本 體 金 屬 之 作 用 在 熔 接 時 本 體 金 屬 不 可 熔 化 惟 有 那 些 因 具 有 特 殊 設 備 ( 例 如 供 給 銲 線 系 統 ) 可 認 定 係 專 用 或 主 要 用 於 硬 銲 或 軟 銲 之 機 器 或 器 具 方 歸 屬 於 本 類 6
電 阻 熔 接 電 流 通 過 待 擬 接 合 物 件 而 產 生 熱 以 熔 接 其 接 合 處 ( 焦 耳 熱 ) 在 銲 接 時, 擬 接 合 物 件 應 加 以 壓 合 此 類 機 器 類 型 很 多, 視 所 銲 物 體 之 類 型 而 異 計 包 括 例 如 : 對 熔 接 或 閃 電 對 接 機 器 ; 單 點 熔 接 機 器 包 括 自 備 電 源 銲 槍 與 不 自 備 電 源 銲 槍 ; 多 點 機 器 及 其 配 備 設 備 ; 凸 熔 接 機 器 ; 縫 熔 接 機 器 ; 高 週 電 阻 熔 接 機 器 7
電 阻 銲 設 備 電 阻 銲 設 備 : 單 相 交 流 電 阻 銲 接 機 單 相 直 流 電 阻 銲 接 機 三 相 交 流 電 阻 銲 接 機 三 相 直 流 電 阻 銲 接 機 電 阻 銲 之 銲 接 參 數 : 銲 接 電 流 工 件 電 阻 銲 接 時 間 電 阻 銲 製 程 特 性 : 銲 接 時 間 極 短, 消 耗 能 量 少 電 阻 銲 不 須 填 料, 僅 須 於 固 定 製 程 時 間 更 換 電 極 頭 電 阻 銲 由 於 製 程 特 性, 故 易 於 將 產 線 自 動 化 電 阻 銲 製 程 應 用 實 例 : 不 鏽 鋼 流 理 台 多 點 點 銲 8
特 種 電 銲 是 指 除 了 一 般 手 工 電 銲 氣 銲 以 外 的 新 銲 接 技 術, 目 前 國 內 使 用 最 廣 的 有 氣 護 鎢 極 電 銲 (GTAW), 俗 稱 氬 銲 (TIG), 二 氧 化 碳 半 自 動 電 銲 (CO2 電 銲 ), 其 他 如 氣 護 金 屬 電 銲 (GMAW), 俗 稱 (MIG), 電 漿 電 弧 銲 (PAW) 及 電 漿 電 弧 切 割 (PAC) 等, 也 巳 逐 漸 廣 被 採 用 氬 銲 二 氧 化 碳 半 自 動 電 銲 氣 護 金 屬 電 銲 電 漿 電 弧 銲 及 電 漿 電 弧 切 割 等 都 是 氣 護 電 弧 銲 切, 銲 切 所 需 的 熱 能 是 由 電 極 與 工 作 物 間 的 電 弧 所 產 生, 除 電 漿 切 割 外, 所 有 銲 接 的 保 護 氣 體 都 是 從 銲 炬 的 護 罩 口 流 出, 在 電 弧 周 圍 保 護 銲 填 金 屬, 以 隔 絕 大 氣 中 氧 與 氮 的 化 合, 而 獲 得 良 好 的 金 屬 接 合 9
電 弧 熔 接 熱 源 為 電 弧, 係 在 兩 電 極 之 間, 或 在 電 極 與 工 作 件 之 間 閃 擊 而 生 有 很 多 此 型 機 器, 例 如, 塗 面 電 極 之 人 工 金 屬 電 弧 熔 接 ; 氣 蔽 電 弧 熔 接 ; 具 有 消 耗 性 或 非 消 耗 性 電 極 之 熔 接 或 切 割, 或 具 有 遮 蓋 電 弧 ( 鈍 氣 金 屬 熔 接 (MIG- 金 屬 鈍 氣 )) 之 熔 接 或 切 割 ; 活 性 氣 金 屬 電 弧 熔 接 (MAG- 金 屬 活 性 氣 ); 純 氣 鎢 電 弧 熔 接 (TIG 鎢 純 氣 ): 掩 蔽 電 弧 熔 接 (SA), 電 熔 渣 熔 接 或 電 氣 體 熔 接 等 目 前 國 內 使 用 最 廣 的 有 氣 護 鎢 極 電 銲 (GTAW), 俗 稱 氬 銲 (TIG), 二 氧 化 碳 半 自 動 電 銲 (CO2 電 銲 ), 其 他 如 氣 護 金 屬 電 銲 (GMAW), 俗 稱 (MIG), 電 漿 電 弧 銲 (PAW) 及 電 漿 電 弧 切 割 (PAC) 等 10
電 漿 電 弧 熔 接 熱 源 為 壓 縮 電 弧, 其 以 游 離 及 解 離 把 輔 助 氣 體 變 換 成 電 漿 ( 電 漿 噴 射 流 ) 氣 體 可 為 鈍 性 ( 氬 氦 ), 多 原 子 ( 氮 氫 ) 或 兩 種 元 素 混 合 氬 銲 二 氧 化 碳 半 自 動 電 銲 氣 護 金 屬 電 銲 電 漿 電 弧 銲 及 電 漿 電 弧 切 割 等 都 是 氣 護 電 弧 銲 切, 銲 切 所 需 的 熱 能 是 由 電 極 與 工 作 物 間 的 電 弧 所 產 生, 除 電 漿 切 割 外, 所 有 銲 接 的 保 護 氣 體 都 是 從 銲 炬 的 護 罩 口 流 出, 在 電 弧 周 圍 保 護 銲 填 金 屬, 以 隔 絕 大 氣 中 氧 與 氮 的 化 合, 而 獲 得 良 好 的 金 屬 接 合 11
遮 蔽 金 屬 電 弧 銲 (SMAW) 遮 蔽 金 屬 電 弧 銲 (Shielded Metal Are Welding, SMAW) 為 電 廠 中 使 用 最 廣 泛 之 銲 接 方 法, 大 多 使 用 於 手 動 銲 接 程 序, 熔 合 之 熱 源 是 由 消 耗 性 銲 條 與 母 材 之 間 的 電 弧 所 產 生, 消 耗 性 銲 條 外 表 包 有 助 銲 劑, 當 銲 條 被 熔 化 時, 助 銲 劑 也 同 時 熔 化, 而 產 生 惰 性 氣 體, 罩 在 銲 道 熔 合 部 位, 阻 止 外 界 氣 體 之 侵 襲, 助 銲 劑 熔 合 後 變 成 一 層 非 鐵 金 屬 熔 渣 覆 蓋 在 銲 道 上 面, 其 功 能 一 則 隔 離 熾 熱 的 銲 道 與 外 界 空 氣 之 接 觸, 再 則 減 低 銲 道 冷 卻 的 速 率 SMAW 程 序 之 優 點 為 可 適 用 於 不 同 場 所, 如 室 內 室 外 水 中 等 之 銲 接, 而 且 適 合 各 種 銲 接 位 置 之 銲 件, 對 於 各 種 情 況 之 到 達 性 良 好, 另 外 對 於 各 種 配 合 狀 況, 如 根 部 開 口 過 大, 對 準 不 良 等 其 容 忍 性 高 而 這 種 方 法 的 最 大 缺 點 為 每 道 之 間 的 熔 渣 必 須 澈 底 清 除, 否 則 很 容 易 造 成 銲 道 夾 渣 瑕 疵 12
氣 體 鎢 極 電 弧 銲 (GTAW) 氣 體 鎢 極 電 弧 銲 (Gas Tungsten Arc Weld, GTAW) 溶 合 銲 接 部 位 之 熱 源 為 由 非 消 耗 性 鎢 條 與 母 材 之 間 的 電 弧 所 產 生, 而 遮 蔽 銲 道 之 惰 性 氣 體 則 另 外 用 鋼 瓶 供 給,GTAW 可 用 於 手 動 或 自 動 程 序, 適 用 於 廣 泛 範 圍 之 母 材 形 式 及 厚 度, 也 適 於 各 種 不 同 位 置 之 銲 接, 對 於 高 品 質 小 管 子 以 及 全 穿 透 銲 道 之 底 道, 具 有 優 越 之 效 果 尤 其 是 銲 接 後 銲 道 沒 有 熔 渣, 因 此 表 面 清 潔 的 手 續 很 微 小 這 種 銲 接 俗 稱 TIG 或 氬 銲 GTAW 程 序 的 缺 點 為 對 於 不 良 配 合 銲 件 之 容 忍 性 較 低, 銲 接 之 前 之 清 潔 也 需 澈 底, 銲 接 進 行 中 遮 蔽 氣 體 須 適 當 保 護 以 免 受 到 通 風 的 影 響 13
氣 體 金 屬 電 弧 銲 (GMAW ) 氣 體 金 屬 電 弧 銲 (Gas Metal Arc Welding, GMAW) 銲 接 時 之 熔 合 熱 源 是 由 連 續 式 消 耗 性 銲 條 與 母 材 間 之 電 弧 所 產 生, 遮 蔽 氣 體 則 以 另 外 瓶 裝 供 給 GMAW 可 用 自 動 或 半 自 動 程 序, 因 銲 條 為 自 動 連 續 式 進 料, 能 作 高 存 積 率 銲 接, 對 於 各 種 銲 接 位 置 均 可 適 用, 可 銲 甚 薄 至 甚 厚 之 材 料, 在 半 自 動 銲 接 模 式 時, 銲 接 操 作 員 所 需 之 技 巧 水 平 不 高, 訓 練 也 較 少, 銲 接 完 成 後 表 面 清 潔 之 要 求 甚 少 GMAW 之 遮 蔽 氣 體 必 須 保 護, 以 免 受 到 通 風 之 影 響, 這 種 銲 接 方 法 俗 稱 MIG 或 CO2 銲 14
氬 銲 又 稱 為 非 消 耗 性 電 極 銲 接, 銲 接 時 是 用 鎢 棒 為 電 極, 以 氬 氣 (Ar) 來 代 替 銲 藥 保 護 銲 填 金 屬, 當 電 弧 產 生 後, 填 料 必 須 依 賴 手 工 技 術 將 其 熔 入 銲 縫 上, 以 達 到 銲 接 的 目 的, 這 種 銲 接 是 專 供 不 銹 鋼 鋁 及 鋁 合 金 銅 及 銅 合 金 鈦 與 鋯 低 合 金 鋼 及 低 合 金 鋼 管 以 及 各 種 高 壓 管 線 等 特 殊 金 屬 及 非 鐵 金 屬 的 銲 接 工 作 15
二 氧 化 碳 半 自 動 電 銲 為 消 耗 性 電 極 銲 接 法, 銲 接 時 是 直 接 用 金 屬 填 料 做 為 電 極, 也 就 是 說 電 極 就 是 銲 線, 並 以 馬 達 自 動 連 續 送 線 將 填 料 熔 入 銲 縫 上, 銲 接 保 護 氣 體 採 用 二 氧 化 碳 (CO2) 或 二 氧 化 碳 與 氬 的 混 合 氣, 如 二 氧 化 碳 氣 體 的 混 合 比 超 過 20% 以 上 時 則 稱 為 MAG 二 氧 化 碳 半 自 動 電 銲 若 以 銲 線 區 分 又 可 分 為 實 心 銲 線 (Solid Wire) 與 包 藥 銲 線 (Fluxcored Wire) 兩 種, 這 種 銲 接 方 法 是 專 供 銲 接 碳 鋼 及 高 張 力 鋼 類 材 料, 銲 接 效 率 約 為 一 般 手 工 電 銲 的 三 倍 以 上 16
光 束 熔 接 光 束 熔 接 可 以 分 成 : (i) 雷 射 熔 接 熱 量 主 要 由 合 調 單 波 輻 射 所 引 致, 此 輻 射 可 聚 焦 成 一 高 強 度 放 射 束, 該 放 射 束 衝 擊 在 待 熔 接 構 件 上 產 生 熱 (ii) 光 束 熔 接 由 於 非 合 調 性 聚 焦 光 束 衝 擊 產 生 熱 17
熔 接 熱 塑 性 材 料 (1) 以 電 熱 氣 體 熔 接 ( 熱 氣 體 熔 接 ) 以 電 熱 氣 體 加 熱 待 接 合 之 表 面 ( 一 般 為 空 氣 ) 及 在 具 有 或 不 具 有 添 加 劑 之 壓 力 下 接 合 (2) 以 電 熱 元 件 熔 接 ( 熱 元 件 熔 接 ) 以 電 熱 元 件 加 熱 待 接 合 之 表 面 及 在 具 有 或 不 具 有 添 加 劑 之 壓 力 下 接 合 (3) 高 週 波 熔 接 熱 塑 性 材 料 ( 例 如 壓 克 力, 聚 乙 烯, 乙 烯 基, 尼 龍 ) 之 待 接 合 表 面, 具 有 相 當 高 電 介 質 損 失, 在 高 週 波 交 流 場 加 熱 及 在 具 有 或 不 具 有 添 加 劑 之 壓 力 下 接 合 18
氬 銲 (TIG) 於 銲 接 技 術 之 領 域 中, 其 銲 接 電 源 極 性 變 化 之 應 用, 受 業 界 之 重 視 尤 其 對 於 鋁 及 鋁 合 金 材 料 而 言, 已 被 廣 泛 利 用 於 建 築 船 舶 車 輛 化 學 工 業 壓 力 容 器 貯 槽 核 航 空 及 軍 事 用 途 等 方 面 19
判 別 金 屬 號 數 方 法 火 花 試 驗 (SPARK TEST) 化 學 試 驗 (CHEMICAL TEST) 火 燄 試 驗 (FLAME TEST) 20
接 合 (JOINT) 之 種 類 接 合 (JOINT) 之 種 類 頭 (1) 對 接 (Butt Joint) 之 (2)T 種 接 (Tee Joint) 類 (3) 疊 接 (Lap Joint) (4) 角 接 (Corner Joint) (5) 邊 接 (Edge Joint) 21
熔 接 之 名 詞 形 成 珠 狀 補 強 修 補 窄 入 口 根 ( 底 ) 部 22
銲 接 細 部 說 明 23
銲 接 尺 寸 說 明 24
正 確 銲 接 方 式 25
正 確 銲 接 方 式 ( 續 ) 26
錯 誤 銲 接 方 式 27
銲 接 製 程 瑕 疵 1. 銲 接 為 常 見 的 一 種 特 殊 製 程, 其 成 品 之 品 質 容 易 受 製 程 中 各 種 因 素 之 影 響, 因 此 有 任 何 疏 忽 或 操 作 不 當, 即 可 能 在 銲 道 上 產 生 瑕 疵 2. 瑕 疵 發 生 之 位 置 : 為 便 於 分 析 及 研 判 瑕 疵 的 特 性, 將 瑕 疵 發 生 之 位 置 劃 歸 下 列 三 個 不 同 位 置 : 銲 道 金 屬 (Weld Metal) 熱 影 響 區 (HAZ) 母 材 (Base Metal) 3. 瑕 疵 發 生 之 原 因 瑕 疵 的 種 類 眾 多, 發 生 的 原 因 不 一, 但 是 歸 納 起 來 不 外 下 列 幾 類 原 因 : (1) 母 材 瑕 疵 (2) 填 料 金 屬 不 良 (3) 銲 接 程 序 不 良 (4) 不 當 的 使 用 銲 接 程 序 (5) 銲 接 間 每 道 之 間 清 潔 不 良 (6) 母 材 銲 接 準 備 ( 銲 口 ) 不 良 28
銲 接 品 質 銲 接 品 質 應 注 意 下 列 特 性 1. 銲 道 應 該 是 平 順 的 和 厚 度 一 致 2. 銲 接 應 該 大 於 接 縫 的 厚 度, 約 母 材 厚 度 3-5 倍 3. 銲 接 金 屬 進 入 母 材 應 平 滑 且 與 母 材 溶 接 成 一 體 4. 母 材 1/2in(12.7 毫 米 ) 內 不 應 形 成 任 何 氧 化 物 5. 銲 接 不 應 該 有 氣 孔 銲 蝕 或 銲 淚 的 情 況 6. 基 材 表 面 不 應 有 凹 陷 灼 痕 斷 裂 或 者 變 形 的 情 況 29
金 屬 收 縮 (shrinkage) 越 薄 金 屬 板 銲 接, 變 形 越 大 30
銲 接 氣 瓶 31
氣 銲 噴 槍 及 點 火 器 32
氣 銲 點 火 先 將 乙 炔 氣 閥 打 開 四 分 之 ㄧ 至 二 分 之 ㄧ 圈, 並 調 整 握 持 銲 炬 方 向 使 火 焰 噴 出 方 向 離 開 人 體 後, 以 點 火 器 點 燃 乙 炔 氣 純 乙 炔 氣 僅 靠 外 界 空 氣 助 燃, 火 焰 很 長 呈 橘 黃 色 ; 持 續 打 開 乙 炔 氣 閥 直 到 火 焰 離 開 火 嘴 尖 端 約 十 六 分 之 ㄧ 吋 距 離 打 開 銲 炬 氧 氣 閥, 當 注 入 氧 氣 後 火 燄 立 即 變 短, 火 焰 顏 色 轉 變 成 藍 色 並 形 成 內 層 發 光 白 色 錐 體 33
氣 銲 設 備 之 關 閉 程 序 關 閉 焊 接 設 備 的 程 序 如 下 : 1. 關 閉 銲 炬 上 的 乙 炔 氣 閥 2. 關 閉 銲 炬 上 的 氧 氣 氣 閥 3. 關 閉 乙 炔 氣 瓶 氣 閥 4. 關 閉 氧 氣 氣 瓶 氣 閥 5. 利 用 開 啟 銲 炬 上 的 乙 炔 氣 閥 以 消 耗 乙 炔 軟 管 內 之 氣 體 和 移 除 管 內 之 氣 壓 壓 力 6. 以 順 時 針 方 向 轉 動 乙 炔 調 整 螺 絲, 然 後 關 閉 銲 炬 之 乙 炔 氣 閥 7. 利 用 開 啟 銲 炬 上 的 氧 氣 氣 閥 以 消 耗 氧 氣 軟 管 內 之 氣 體 和 移 除 管 內 之 氣 壓 壓 力 8. 以 順 時 針 方 向 轉 動 氧 氣 調 整 螺 絲, 然 後 關 閉 銲 炬 之 氧 氣 氣 閥 9. 適 當 放 置 銲 炬 和 軟 管, 以 防 止 軟 管 產 生 紐 結 或 損 壞 銲 炬 34
電 銲 之 安 全 防 護 裝 備 從 事 電 銲 工 作 時, 如 無 安 全 防 護 裝 備, 則 下 列 情 形, 會 影 響 人 體 健 康 : ( 一 ) 電 弧 銲 接 時 會 產 生 強 烈 的 紫 外 線 及 紅 外 線 ( 二 ) 燒 銲 時 會 有 火 花 跳 散 及 高 溫 ( 三 ) 銲 接 含 鋅 金 屬, 以 及 使 用 含 氯 的 銲 膏, 或 在 電 弧 銲 使 用 鈍 氣 時, 所 產 生 的 氣 體, 會 損 害 呼 吸 器 官 ( 四 ) 二 氧 化 碳 半 自 動 電 銲, 銲 接 中 會 分 解 出 一 氧 化 碳 氣 體 電 銲 工 作 時 必 須 使 用 的 安 全 防 護 裝 備 有 : 電 銲 用 面 罩, 面 罩 上 用 來 過 濾 強 烈 的 濾 光 玻 璃 片 ; 耐 火 皮 手 套 耐 火 皮 袖 套 耐 火 腳 護 罩 及 耐 火 皮 胸 圍 等 除 個 人 防 護 外, 尚 須 注 意 電 線 漏 電 空 氣 流 過 及 防 火 措 施 等 其 他 安 全 事 項 35
防 護 設 備 36
火 焰 種 類 中 性 焰 環 原 焰 氧 化 焰 37
無 氧 化 電 弧 銲 接 保 護 艙 效 益 : 提 高 產 品 產 能 及 附 加 價 值, 確 保 銲 道 及 熱 影 響 區 均 無 氧 化 現 象 應 用 範 圍 : 可 應 用 在 純 鈦 鎂 合 金 鈦 合 金 及 各 種 氧 化 之 金 屬 產 品 高 品 質 銲 接 生 產 38
雷 射 銲 接 製 程 實 際 應 用 例 39
銲 接 應 用 - 基 柱 40
41
銲 接 應 用 - 表 面 改 質 製 程 42
43