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研究生:王俊雄
研究生(外文):Wang, David
論文名稱:惰性氣體鎢棒電弧銲參數最佳化之研究–以航太鋁合金薄金屬鈑為例
論文名稱(外文):The Optimal Parameter Design of the Inert Gas Tungsten Arc Welding for Aerospace Aluminum Sheet Metal
指導教授:張志平張志平引用關係
指導教授(外文):Chang, Chih Ping
口試委員:楊昭烈, 鄧振源
口試日期:2011-07-13
學位類別:碩士
校院名稱:華梵大學
系所名稱:工業工程與經營資訊學系碩士班
學門:工程學門
學類:工業工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:125
中文關鍵詞:鋁合金銲接
外文關鍵詞:Aluminum alloy welding
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航太鋁合金隨著工業的快速發展以及低能源耗損需求的改變,導致現今產業應用需求非常普及。因此,衍伸出金屬銲接相關產業對於航太鋁合金銲接品質的一些問題。對於一般銲接參數的設定常依循工程師的銲接工作經驗,很少建立標準化的生產流程,以致於無法維持一定的銲接品質。而田口方法可以有效解決因參數與水準過多的實驗次數問題,大大降低實驗所耗時間而不失其實驗準確度。
本研究利用惰性氣體鎢棒電弧銲接對航太鋁合金鈑料進行銲接
,以及利用銲道厚度、銲道寬度、熔入深比例的非破壞性試驗與衝擊、拉伸的破壞性試驗之品質特性檢驗,而取得實驗數據。並將所取得數據使用田口方法、模糊集合理論、理想解類似度順序偏好法、灰色關聯分析法來分析多重品質特性的問題,以找尋最佳的參數設定組合。最後,將本研究結果可提供金屬銲接相關業者,作為航太鋁合金銲接參數設定之參考,以提昇產品品質與降低成本。

關鍵詞:航太鋁合金,田口方法,惰性氣體鎢棒電弧銲,理想解類似度順序偏好法,多重品質特性。

Aerospace aluminum alloy has been in use in industrial applications due to rapid industry developments and needs for low energy consumption products. Therefore, these needs prompt the aerospace aluminum alloy industry to address the issue of welding quality which has failed to achieve proper reliability due to welding parameters setting by engineers’ experiences instead of a set of well-defined guidelines that can be streamlined. Tuguchi method is an effective method for solving the problem of welding parameter setting and reducing the number of times to repeat an experiment. Hence, it can greatly lower the time consumption for conducting an experiment without losing its accuracy.

This research aims to study aerospace aluminum alloy using inert gas tungsten arc welding by varying welding variables such as width, thickness, non-invasiveness of welding depth, and destruction by pulling and shock, to obtain the experimental data. The collected data were further applied to analyze the problems of multiple quality characteristics by using Taguchi method, fuzzy sets theory, Technique for order preference by similarity to ideal solution (TOPSIS), grey related degree method, to identify the best combination of welding parameters levels. The results of this research can be used as a reference for welding parameter setting of industries related to aerospace aluminum alloy welding, to improve the product quality and reduce the production cost.


Keywords: Aerospace aluminum alloy, Taguchi method, inert gas tungsten arc welding, technique for order preference by similarity to ideal solution (TOPSIS), multiple quality characteristics.

目錄
誌謝……………………………………………………………I
摘要……………………………………………………………II
ABSTRACT……………………………………..……………III
目錄 Ⅳ
表目錄 Ⅶ
圖目錄…………………………………………………….......XI
第一章、緒論 1
1.1、研究背景與動機………………………………………………1
1.2、研究目的………………………………………………………4
1.3、研究對象與範圍………………………………………………4
1.4、研究流程………………………………………………………7
第二章、文獻探討 11
2.1、鋁合金相關文獻…………………………………………… 11
2.2、惰性氣體鎢棒電弧銲相關文獻…………………………… 18
2.3、田口方法相關文獻………………………………………… 23
2.4、多重品質特性相關文獻…………………………………… 26
2.5、模糊理論相關文獻………………………………………… 29
2.6、理想解類似度順序偏好法(TOPSIS)相關文獻…………… 31
2.7、灰關聯分析(GRA)相關文……………………………………32
2.8、小結………………………………………………………… 34
第三章、研究方法 35
3.1、田口方法 36
3.2、多重品質特性 37
3.3、模糊集合理論 39
3.4、理想解類似度順序偏好法(TOPSIS) 48
3.5、灰關聯分析(GRA) 50
3.6、模糊化TOPSIS 53
3.7、模糊化灰關聯分析 54
第四章、實驗流程 56
4.1、決定品質特性 59
4.2、要因分析 62
4.3、選定因子水準 62
4.4、配置直交表 65
4.5、進行實驗並量測數據 67
4.6、個別因子品質特性分析 71
4.7、多重品質特性分析 72
4.8、確認實驗之信賴區間 73
第五章、個案數據分析………………………………………..........75
5.1、惰性氣體鎢棒電弧銲接實驗參數分析......................................75
5.2、惰性氣體鎢棒電弧銲接實驗S/N比運算....................................76
5.3、惰性氣體鎢棒電弧銲接實驗變異數分析運算........................80
5.4、惰性氣體鎢棒電弧銲接實驗模糊集合運算.............................87
5.5、惰性氣體鎢棒電弧銲接實驗TOPSIS運算................................88
5.6、惰性氣體鎢棒電弧銲接實驗模糊化TOPSIS運.........................95
5.7、惰性氣體鎢棒電弧銲接實驗灰關聯度運算............................102
5.8、惰性氣體鎢棒電弧銲接實驗模糊化灰關聯運算……………107
5.9、惰性氣體鎢棒電弧銲接實驗確認............................................112
5.10、研究結果與討論.....................................................................115
第六章、結論與建議………………. ……………………………..117
6.1、研究結論...................................................................................117
6.2、後續研究與建議.......................................................................118
參考文獻 120


表目錄
表2-1、鋁合金文獻彙總表……………………………………………16
表2-2、惰性氣體鎢棒電弧銲文獻彙總表……………………………22
表2-3、田口方法文獻彙總表…………………………………………25
表2-4、多重品質特性文獻彙總表……………………………………28
表2-5、模糊理論文獻彙總表…………………………………………30
表2-6、TOPSIS法文獻彙總表…………………………………………32
表2-7、灰關聯文獻彙總表……………………………………………33
表3 1、損失函數與S/N比公式………………………………………36
表3 2、模糊數為優之運算……………………………………………43
表3 3、品質特性銲道厚度之語意模糊運算結果…...….………….…44
表3 4、代表語意優模糊運算…...…….….…..………………………45
表3 5、代表語意佳模糊運算值…………….….……….……………46
表3 6、代表語意可模糊運算值……….………………………..……46
表3 7、代表語意差模糊運算值……………….…….……….………47
表3 8、代表語意劣模糊運算值……...………………………….…...47
表3 9、模糊語意與S/N比對應表…...………………………….…...48
表4 1、TIG銲接實驗所需工具設備一覽表…………………………57
表4 2、因子水準表……………………………………………………66
表4 3、L27直交表………………………………………………………67
表5 1、銲接實驗S/N比表……………………………………………..76
表5 2、銲接實驗S/N比最佳組合表…………………………………..79
表5 3、銲道厚度變異數分析表………………………………………80
表5 4、銲道寬度變異數分析表………………………………………81
表5 5、熔入深比例變異數分析表……………………………………82
表5 6、衝擊變異數分析表……………………………………………83
表5 7、拉伸變異數分析表……………………………………………84
表5 8、交叉分析表……………………………………………………86
表5 9、模糊集合矩陣表………………………………………………87
表5 10、績效矩陣表…………………………………………………..88
表5 11、績效值標準化表……………………………………………..89
表5 12、加權績效矩陣表……………………………………………..91
表5 13、S正值表……………………………………………………..92
表5 14、S負值表……………………………………………………..93
表5 15、TOPSIS標準化表……………………………………………94
表5 16、TOPSIS反應表………………………………………………95
表5 17、TOPSIS最佳參數水準組合…………………………………95
表5 18、績效矩陣表………………………………………………….96
表5 19、績效值標準化表…………………………………………….97
表5 20、加權績效矩陣表…………….………………………………98
表5 21、S正值表………………………………………….………… 99
表5 22、S負值表………………………............................................ 100
表5 23、模糊TOPSIS標準化表…………………………………….101
表5 24、模糊TOPSIS反應表……………………………………….102
表5 25、模糊TOPSIS最佳參數水準組合………………………….102
表5 26、標準化矩陣…………………………………………………103
表5-27、序列最大最小差表……………………………...................104
表5-28、加權矩陣表……………………………...............................105
表5-29、灰關聯度標準化表…………………………………………106
表5 30、灰關聯度反應表……………………………….…………..107
表5 31、灰關聯度最佳參數水準組合…………...………................107
表5 32、標準化矩陣………………………………………………...108
表5 33、序列最大最小差表………………………………………...109
表5-34、加權矩陣表……………………………...............................110
表5-35、模糊灰關聯度標準化表……………………………...........111
表5-36、模糊灰關聯度反應表………………………………….…..112
表5 37、模糊灰關聯度最佳參數水準組合合………………….…..112
表5 38、驗證實驗95%信賴區間……………………………………113
表5 39、銲接驗證實驗SN比表……………………….……………115
表5-40、各種方法驗證實驗TOPSIS值……………………...............115
表5-41、航太鋁合金銲接參數最佳組合…………………...............116


圖目錄
圖1-1、研究流程圖……………………………………………………10
圖2-1、DCSP銲接……………………………………………………… 19
圖2-2、DCRP銲接……………………………………………………… 19
圖2-3、AC銲接………………………………………………………… 20
圖2-4、惰性氣體鎢棒電弧銲無銲條薄板對接………………………20
圖2-5、水冷式銲接圖…………………………………………………21
圖3-1、模式架構圖……………………………………………………35
圖3-2、各語意變項之的三角模糊數定義…………………………… 40
圖3-3、各品質特性模糊語意質化等級隸屬函數…..………….…..... 42
圖4-1、TIG銲接實驗之相關設備示意圖…………………………… 56
圖4-2、手動氬銲與點銲完試片………………………………………58
圖4-3、鎢棒至試片表面之間隙………………………………………58
圖4-4、進行熔接………………………………………………………59
圖4-5、銲接實驗特性要因圖…………………………………………62
圖4-6、量測鎢棒工作間隙圖…………………………………………64
圖4-7、研磨鎢棒與個別角度鎢棒……………………………………65
圖4-8、量測銲道厚度方式……………………………………………68
圖4-9、量測銲道寬度方式……………………………………………68
圖4-10、銲道正背圖……………………………………………………69
圖4-11、衝擊試驗圖……………………………………………………70
圖4-12、水刀切割衝擊試片設計圖…………………………………70
圖4-13、拉伸試驗圖……………………………………………………71
圖4-14、試片水刀切割圖………………………………………………71
圖4-15、水刀切割拉伸試片設計圖…………………………………71
圖5 1、銲道厚度S/N比圖…………………………………………….77
圖5 2、銲道寬度S/N比圖…………………………………………….77
圖5 3、熔入深比例S/N比圖…………………………………………..78
圖5 4、衝擊S/N比圖…………………………………………………..78
圖5 5、拉伸SN比圖……………………………………………….....79
圖5 6、銲接厚度貢獻度分佈圖…………………………….…..........81
圖5-7、銲接寬度貢獻度分佈圖………………………………………82
圖5-8、銲接熔入深比貢獻度分佈圖…………………………………83
圖5-9、銲接衝擊貢獻度分佈圖………………………………………84
圖5 10、銲接拉伸貢獻度分佈圖…………………………….…..........85


參考文獻
中文部份
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