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研究生: 范吟傑
gues
論文名稱: AISI304不銹綱TIG銲接後熱處理機械性質研究
Study on Mechanical Properties of Heat Treated AISI304 Stainless Steel Tig Weldment
指導教授: 周長彬
Zhou, Chang-Bin
林靜
Lin, Ching
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工業教育學系
Department of Industrial Education
論文出版年: 2000
畢業學年度: 88
語文別: 中文
論文頁數: 85
中文關鍵詞: 不銹綱銲接TIG
論文種類: 學術論文
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  • 本研究所選用的材料為AISI304沃斯田鐵型不銹鋼,以ER308不銹鋼銲條為填料,銲接方法使用惰性氣體鎢極電弧銲法(TIG),母材以對接方式進行銲接,並施予不同程度之高溫熱處理後,對材料進行拉伸試驗、微硬度測試、肥粒相量測以及金相顯微組織觀察與SEM破斷面分析;以探討不同條件下,材料機械性質、肥粒相含量、微觀結構之變化情形,期望藉此研究能提供不銹鋼材料銲接時之應用與參考。
    實驗結果顯示,熱處理無法提高AISI304不銹鋼之強度與硬度值,但可有效降低銲道內之肥粒相含量,伸長率則有隨熱處理之溫度、時間之升高而增加之趨勢。銲件拉伸破斷面經由SEM觀察顯示,拉伸破斷之原因係為延性破斷,且在1050℃時,晶粒有明顯粗大化之現象。

    The purpose of this Research was to systematically study the weldability of stainless steel under Tungsten Inert Gas Arc Welding (TIG).
    The base metals used was AISI 304 austenitic stainless steel with filler metal of ER308 in the type of plane joint . Different post weld heat treatment of the 304 stainless steel weldments were conducted. A series of experiments including tensile testing , microhardness testing , optical metallography and SEM analysis were used to determine the relationship between mechanical properties and microstructure of the 304 stainless steel weldments.
    The results showed that , there is no obvious difference in the strength and hardness of AISI304 stainless steel after heat treatment , but can decrease the ferrite scope in the fusion zone. Beside , SEM ( Scanning Electron Microscope ) can be observed on the tensile tested specimen showed a ductile fracture surface.And in the temperature of 1050℃, heat treatment caused recrystallization and increase in grain size.

    總 目 錄 中文摘要 ………………………………………………………………Ⅰ 英文摘要 ………………………………………………………………Ⅱ 總目錄 …………………………………………………………………Ⅲ 圖目錄 …………………………………………………………………Ⅴ 表目錄 …………………………………………………………………Ⅶ 第一章 緒 論 第一節 研究背景………………………………………………1 第二節 研究動機………………………………………………2 第三節 研究目的………………………………………………4 第四節 研究範圍與限制………………………………………4 第二章 文獻探討 第一節 不銹鋼材料……………………………………………5 第二節 銲接參數對銲道結構之影響 ………………………16 第三節 母材熱影響區與強度之關係 ………………………19 第四節 肥粒相對銲道金屬之影響 …………………………21 第五節 銲條之選擇 …………………………………………22 第六節 銲後熱處理對殘留應力之影響 ……………………24 第七節 TIG銲接之原理及設備 ……………………………26 第三章 實驗方法與步驟 第一節 材料之選擇 …………………………………………33 第二節 實驗流程 ……………………………………………34 第三節 銲接設備與母材配置 ………………………………34 第四節 銲接試驗 ……………………………………………39 第五節 銲後熱處理 …………………………………………44 第六節 肥粒相測試 …………………………………………45 第七節 機械性質試驗 ………………………………………45 第八節 金相顯微組織 ………………………………………48 第九節 SEM破斷分析………………………………………49 第四章 結果與討論 第一節 拉伸試驗 ……………………………………………50 第二節 微硬度試驗 …………………………………………55 第三節 肥粒相量測 …………………………………………63 第四節 金相組織觀察 ………………………………………65 第五節 SEM破斷面觀察與分析……………………………75 第五章 結論 ……………………………………………………80 參考文獻……………………………………………………………81 圖 目 錄 圖2-1 Fe-Cr-Ni三相平衡圖 …………………………………………10 圖2-2 Fe-Cr-Ni平衡圖與銲道凝固組織之關係 ……………………11 圖2-3 凝固型式A、B、C的顯微組織和Creq/Nieq關係圖 ………12 圖2-4 不銹鋼銲接問題與其合金成分關係圖 ………………………14 圖2-5 304不銹鋼敏感化呈現在晶界處之情形………………………15 圖2-6 金屬母材銲後不同區域分佈圖 ………………………………21 圖2-7 熔融區附近金屬的組織及性質 ………………………………22 圖2-8 應力釋放熱處理中溫度的過程 ………………………………26 圖2-9 GTAW整套設備 …………………………………………………27 圖2-10 水冷式銲炬構造剖面圖………………………………………28 圖2-11 交直流用鎢電極末端形狀匹配極性及熱量分佈、母材熔深 之關係圖 ……………………………………………………31 圖2-12 高週波發生裝置………………………………………………32 圖3-1 實驗流程圖 ……………………………………………………35 圖3-2 銲接機電源供應器 ……………………………………………36 圖3-3 冷卻設備 ………………………………………………………36 圖3-4 自動送線機 ……………………………………………………37 圖3-5 自動走銲機 ……………………………………………………37 圖3-6 不銹鋼母材試片尺寸規格 ……………………………………38 圖3-7 試片截取位置示意圖 …………………………………………39 圖3-8 拉伸試片尺寸圖 ………………………………………………40 圖3-9 拉伸試片實物圖 ………………………………………………40 圖3-10 微硬度試片尺寸圖……………………………………………41 圖3-11 微硬度試片實物圖……………………………………………41 圖3-13 微硬度試驗機…………………………………………………46 圖3-14 冷鑲埋流程圖…………………………………………………46 圖3-15 拉伸試驗機-萬能材料試驗機 ………………………………47 圖3-16 OLYMPOS BX60M光學顯微鏡 …………………………………48 圖3-17 高倍率掃描式電子顯微鏡……………………………………49 圖4-1 拉伸試片破斷實物圖 …………………………………………51 圖4-2 不同熱處理參數下之拉伸曲線圖 ……………………………53 圖4-3 不同熱處理參數下之U.T.S、Y.S、E.G趨勢圖 ……………53 圖4-4 N1&A1&A2&A3……………………………………………………54 圖4-5 N1&A5&A6&A7……………………………………………………54 圖4-6 N1&A1&A6 ………………………………………………………54 圖4-7 N1&A2&A4 ………………………………………………………54 圖4-8 N1(無熱處理)試片之微硬度曲線圖 …………………………57 圖4-9 A1(600℃、1Hr)試片之微硬度曲線圖 ………………………58 圖4-10 A2(600℃、5Hr)試片之微硬度曲線圖………………………58 圖4-11 A3(600℃、10Hr)試片之微硬度曲線圖 ……………………59 圖4-12 A4(800℃、1Hr)試片之微硬度曲線圖………………………59 圖4-13 A5(1050℃、0.5Hr)試片之微硬度曲線圖 …………………60 圖4-14 A6(1050℃、1Hr)試片之微硬度曲線圖 ……………………60 圖4-15 A7(1050℃、2Hr)試片之微硬度曲線圖 ……………………61 圖4-16 N1&A1&A2&A3試片之微硬度曲線圖 …………………………61 圖4-17 N1&A5&A6&A7試片之微硬度曲線圖 …………………………62 圖4-18 N1&A2&A4試片之微硬度曲線圖………………………………62 圖4-19 肥粒相指數曲線圖……………………………………………63 圖4-20 N1&A1&A2&A3試片之肥粒相指數曲線圖 ……………………64 圖4-21 N1&A5&A6&A7試片之肥粒相指數曲線圖 ……………………64 圖4-22 N1(無熱處理)試片之金相組織圖……………………………67 圖4-23 A1(600℃、1Hr)試片之金相組織圖…………………………68 圖4-24 A2(600℃、5Hr)試片之金相組織圖…………………………69 圖4-25 A3(600℃、10Hr)試片之金相組織圖 ………………………70 圖4-26 A4(800℃、5Hr)試片之金相組織圖…………………………71 圖4-27 A5(1050℃、0.5Hr)試片之金相組織圖 ……………………72 圖4-28 A6(1050℃、1Hr)試片之金相組織圖 ………………………73 圖4-29 A7(1050℃、2Hr)試片之金相組織圖 ………………………74 圖4-30 N1(無熱處理)試片之破斷面…………………………………76 圖4-31 A1(600℃、1Hr)試片之破斷面………………………………76 圖4-32 A2(600℃、5Hr)試片之破斷面………………………………77 圖4-33 A3(600℃、10Hr)試片之破斷面 ……………………………77 圖4-34 A4(800℃、5Hr)試片之破斷面………………………………78 圖4-35 A5(1050℃、0.5Hr)試片之破斷面 …………………………78 圖4-36 A6(1050℃、1Hr)試片之破斷面 ……………………………79 圖4-37 A7(1050℃、2Hr)試片之破斷面 ……………………………79 圖 目 錄 表1-1 不銹鋼之性能比較表……………………………………………2 表1-2 四種銲接法之工作量分析………………………………………3 表2-1 鋼中合金元素的效果比較………………………………………5 表2-2 不銹鋼之分類……………………………………………………6 表2-3 不銹鋼之物理性質………………………………………………7 表2-4 不銹鋼各系列特性………………………………………………7 表2-5 目前應用較廣之之沃斯田鐵型不銹鋼化學成分表……………8 表2-6 AISI304不銹鋼之抗腐蝕能力表 ………………………………9 表2-7 手動氣體鎢極電弧銲沃斯田系不銹鋼的接頭設計與銲接條件 …………………………………………………………………17 表2-8 已發表文獻中有關氣體鎢極電弧銲不銹鋼的銲接特性 ……18 表2-9 不銹鋼銲條選用表 ……………………………………………23 表2-10 依銲接電流大小區分的銲炬型式……………………………27 表2-11 鎢電極與適用電流關係表(JIS)……………………………28 表2-12 特殊鎢電極銲接電流熔斷之極限值…………………………28 表2-13 惰性氣體之性質………………………………………………29 表2-14 TIG銲接各種金屬遮護氣體選用表 …………………………29 表2-15 壓力調節器及流量計資料……………………………………32 表3-1 AISI304不銹鋼母材之化學成分………………………………33 表3-2 AISI304不銹鋼母材之機械性質………………………………33 表3-3 ER308銲線化學成分表…………………………………………33 表3-4 銲接材料和極性種類關係表 …………………………………42 表3-5 不銹鋼及鋁合金銲接電流選用表 ……………………………43 表3-6 電極與適用電流範圍選用表 …………………………………43 表3-7 較佳銲接參數選用表 …………………………………………43 表3-8 銲接熱處理條件設計表 ………………………………………44 表4-1 拉伸試驗數據表 ………………………………………………50

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