臺灣博碩士論文加值系統

本文係針對壓力容器用FE-510高強度低合金鋼作為容器本體材料，另以Inconel 625鎳基合金作為導入工作液體、電纜群或相關裝置之導管材料，二者以手動式遮蔽金屬電弧焊接法予以結合；另因工作環境限制、使用壽命與兼顧製造生產成本並視構件使用實況，需進行異金屬多道次重覆切割-焊接作業，囿於重覆切焊加工，因受熱輸入量影響，勢將影響母材之性質，故有其研究探討之必要性。
本研究選用FE-510碳鋼與Inconel 625合金，規劃4組實驗組，分別
進行1、3、6、9道次重覆切焊作業，藉由X-ray檢驗、金相顯微組織分析、SEM表面形貌觀察、硬度及拉伸實驗與EDS成分分析，探討原母材材質之變化。
研究結果顯示：經多道次切焊輸入熱量與空冷過程，已顯著改變
原FE-510鋼材之組織，並有偏析現象及費德曼組織之產生，Inconel 625合金之金相組織則無顯著之改變。由拉伸實驗結果得知，經9道次切焊之實驗組，其降伏及抗拉強度成明顯下降趨勢，伸長率則隨著加工次數增加而增加。另FE-510鋼材硬度先是呈現較母材為高之硬度值，後隨切焊加工次數增加，其硬度值愈低，與金相組織改變及拉伸試驗所得數據相互吻合。

This study use FE-510 high strength low alloy （HSLA）steel as pressure container base metal, and use Inconel 625 nickel-base alloy as material of working liquid、cable or related device, we combine each other by the way of SMAW ; In addition, it’s necessary to do different metal dissimilar cutting-welding process repeatedly due to the limitation of working environment, lifetime, production cost and component real operating condition. This study is necessary because of cutting-welding repeated process is influenced by the input heat and influence base metal.
This study use FE-510 HSLA steel and Inconel 625 alloy, we arrange 4 test groups and do 1, 3, 6, 9 cutting-welding process separately, we research the variation of base metal through X-ray, metallography micro component analysis, SEM appearance observation, hardness, tensileexperiment and EDS element analysis.
This study reveal original FE-510 HSLA steel composition has significantly changed and also appear segregation and Widmanstaetten structure due to the multi cutting-welding and air cooling process, Inconel 625 alloy has no significantly changed. Yield and tensile strength is
significantly decreased and elongation is increased by the process through tensile experiment following 9 times cutting-welding process. In addition, FE-510 HSLA steel hardness was higher than base metal in initial stage and
then decreased by the cutting-welding times, the results is the same as metallography and tensile experiments.

目 錄
摘 要 i
Abstract iii
誌 謝 v
表 目 錄 xi
圖 目 錄 xiii
符 號 表 xviii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 4
1.3 論文架構 5
第二章 文獻探討與異種金屬焊接理論 7
2.1 異種金屬焊接 7
2.1.1 異金屬焊接母材之選擇 7
2.1.2 異金屬焊接焊材之選用 8
2.1.3 異金屬焊接之考量 9
2.1.3.1 合金稀釋 10
2.1.3.2 物理與機械性質 10
2.1.3.3 焊接抗蝕性 11
2.1.3.4 焊接輸入熱影響 12
2.2 合金焊接凝固理論 15
2.2.1 相變化動力學 15
2.2.2 焊接凝固裂紋產生之機構 17
2.2.3 樹枝狀晶成核與成長機制 19
2.2.3.1 成核過程 19
2.2.3.2 樹枝晶競爭 19
2.2.3.3 樹枝晶型態 19
2.2.4 影響次晶結構組織大小之因子 22
2.2.5 快速凝固對微觀偏析之影響 22
2.2.6 晶界遷移理論 23
2.2.6.1 晶界遷移率 23
2.2.6.2 遷移驅動力 24
2.2.6.3 溶質元素對移動率的影響 25
2.3 焊接工作方法與設備 27
2.3.1 遮蔽金屬電弧焊法 27
2.3.2 氣體鎢極電弧焊法 28
2.3.2.1 原理 28
2.3.2.2 設備 28
2.3.3 氣體金屬電弧焊法 30
2.3.4 潛弧焊法 30
2.3.5 焊接缺陷之分類 31
第三章 實驗選用母材與焊條 45
3.1 FE-510高強度低合金鋼 45
3.1.1 高強度低合金鋼簡介 45
3.1.2 FE-510高強度鋼材特性 46
3.1.3 FE-510高強度鋼焊接加工特性 47
3.1.3.1 冷裂 47
3.1.3.2 熱裂 47
3.1.3.3 層裂 48
3.1.3.4氫原子之影響 48
3.2 Inconel 625 鎳基合金 49
3.2.1 鎳基合金之分類 49
3.2.1.1以合金主要元素分類 50
3.2.1.2以熱處理強化機構分類 50
3.2.1.3以合金用途分類 51
3.2.2 Inconel 625鎳基合金運用與顯微組織 52
3.2.2.1 Inconel 625鎳基合金之運用 52
3.2.2.2 Inconel 625鎳基合金顯微組織及影響 52
3.2.3 Inconel 625鎳基合金焊接加工特性 56
3.2.3.1 合金焊接時之熱裂 56
3.2.3.2 焊後熱處理之裂縫 58
3.3 實驗選用之焊條 59
3.3.1覆焊層與異金屬平板對焊用焊條 59
3.3.2 平板對焊及滲透焊道用焊條 60
第四章 研究方法與實驗設備 75
4.1 研究實驗流程 75
4.2 多道次重覆焊接流程與設備 75
4.2.1 試件取樣及材質成分分析 75
4.2.2 焊接流程與設備 76
4.3 焊道X光檢驗 77
4.4 金相試片製備方法與儀器 77
4.5 機械性質實驗與設備 79
4.5.1 硬度實驗與使用儀器 79
4.5.2 拉伸試片製作及斷口破斷觀察 79
4.6 掃描式電子顯微鏡與X光能量散佈分析儀 79
第五章 結果與討論 89
5.1 焊道X光檢驗結果分析 89
5.2 焊道巨觀形貌觀察 89
5.3 金相顯微組織觀察 91
5.3.1 原母材金相顯微組織 91
5.3.1.1 FE-510高強度低合金鋼母材顯微組織 91
5.3.1.2 Inconel 625鎳基合金母材顯微組織 91
5.3.2 焊道熔融區金相顯微組織分析 92
5.3.3 FE-510鋼材熱影響區金相顯微組織分析 94
5.3.3.1 焊道熔融線區域金相顯微組織分析 94
5.3.3.2 距熔融線約15 mm區域金相顯微組織分析 96
5.3.3.3距熔融線約25 mm區域金相顯微組織分析 97
5.3.3.4 覆焊層附近金相顯微組織分析 98
5.3.4 Inconel 625鎳合金熱影響區金相顯微組織分析 98
5.4 拉伸試驗分析 99
5.5 微硬度實驗分析 100
5.3.1 原母材微硬度數據分析 100
5.3.2 焊道區與Inconel 625鎳基合金微硬度曲線分析 101
5.3.3 FE-510鋼材微硬度曲線分析 101
5.6 拉伸斷口SEM與EDS破斷分析 102
第六章 結論與未來建議 161
6.1 結論 161
6.2 未來建議 162
自 傳 169

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