本研究係使用傳統立式銑床以及可量測軸向負荷的銲接工作台對厚度10 mm 的純銅板進行摩擦攪拌對接研究。在主軸轉速800 rpm，進給速率45 至140 mm/min，肩部下壓深度1 mm，工具傾角1.5°的銲接條件下，探討純銅板之銲接強度、銲接擠壓負荷、銲接溫度。從實驗結果得知，在銲接工具擠壓試片過程中，銲接溫度需要持壓近20 秒才能達到870°C。隨著擠壓時間之增加，銲接溫度上升至約 900至920°C 時趨緩進入飽和狀態。 在銲接工具進給過程中，軸向負荷的最大值係與進給速率無顯著關係，約20 kN。銲接溫度的最大值係隨進給速率的增加而 從830°C 降至570°C。極限拉伸強度隨著進給速率之增加而減少。極限拉伸強度在進給速率 45 mm/min 為最大值，約178 MPa，其約為母材強度之64%。因此，進給速率45 mm/min 較適合作為厚度10 mm 純銅摩擦攪拌對接之銲接參數。

In this study, a traditional vertical milling machine with a load cell in the vertical direction is used to conduct a friction stir butt welding for the pure copper plates with the thickness of 10 mm. Under the welding conditions of a spindle speed of 800 rpm, feed rates from 45 to 140 mm/min, plunge depth of 1 mm, and tilt angle of 1.5°, the joint strength of copper plates, downward force, and welding temperature are investigated.
Experimental results show that the welding temperature can achieve 870°C after the dwell time of nearly 20 seconds during the plunge process. The welding temperature increases to about 900 to 920°C with increasing dwell time, and then gradually achieves a saturation value. In the welding process, the maximum value of downward force remains about 20kN, and it is independent of the feed rate. The maximum value of welding temperature decreases from 830°C to 570°C with increasing feed rate. The failure strength of the joint decreases with increasing feed rate. The failure strength has a maximum value of about 178 MPa at the feed rate 45 mm/min, which is about 64% of the base material strength. Thus, the feed rate of 45 mm/min is suitable to butt weld copper plates with the thickness of 10 mm.

目錄
論文審定書 i
誌謝 ii
摘要 iii
Abstract iv
目錄 v
圖次 vii
表次 x
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 文獻回顧 3
1.2.1 工具旋轉速率之影響 3
1.2.2 銲接進給速率之影響 5
1.2.3純銅摩擦攪拌銲接接合特性 6
1.2.4 不同純銅或銅合金厚度之探討 7
1.2 研究目的 14
第二章 實驗裝置與實驗方法 16
2.1 實驗設備 16
2.1.1 工作台 17
2.1.2 溫度量測背板 19
2.1.3 摩擦攪拌銲接工具與試片 20
2.2 研究方法 23
2.2.1 試片前處理 23
2.2.2實驗步驟 24
2.3 極限強度拉伸試驗 26
2.4 金相觀察 28
2.5 硬度試驗 29
2.6 實驗流程 30
第三章 實驗結果與討論 31
3.1 單點銲接 31
3.2 厚度5 mm長銲道進給對接實驗 34
3.3 厚度5 mm長銲道進給對接之極限拉伸強度 41
3.4 厚度10 mm長銲道進給對接實驗 43
3.5 厚度10 mm長銲道進給對接之極限拉伸強度 50
3.6 銲道剖面觀察 52
3.7 微硬度分布 54
第四章 結論 55
4.1 結論 55
4.2 未來展望 56
參考文獻 57

 
圖次
圖1-1 摩擦攪拌銲接示意圖 1
圖1-2 摩擦攪拌銲接之接合型態圖(a)對接 (b)邊接 (c) T型對接 (d)搭接 (e)多板搭接 (f) T型搭接及 (g)角接 2
圖1-3 微硬度與晶粒尺寸關係圖 3
圖1-4 降伏強度與晶粒尺寸關係圖 4
圖1-5 接合之拉伸性質 5
圖1-6 拉伸強度之比較 6
圖1-7 不同幾何外形之工具與銲道表面 7
圖1-8 銲道剖面圖 8
圖1-9 極限拉伸強度與銲接參數之關係圖 9
圖1-10 拉伸伸長量與銲接參數之關係圖 10
圖1-11 硬度與銲接參數之關係圖 11
圖1-12 銲道經拉伸試驗之破斷面(a和b)螺紋形探針 (c和d)方形探針 13
圖1-13 使用方形與螺紋形探針進行摩擦攪拌對接之機械性質比較圖 13
圖1-14 廢棄物罐及其組件之示意圖 14
圖1-15 摩擦攪拌銲接法進行封罐工程之示意圖 15
圖2-1 傳統立式銑床 16
圖2-2 工作台模組 17
圖2-3 動力計－負荷量測模組之平面示意圖 18
圖2-4 溫度量測背板 19
圖2-5 5 mm銲接工具之幾何形狀、尺寸以及外觀 20
圖2-6 10 mm銲接工具之幾何形狀、尺寸以及外觀 21
圖2-7 C10100無氧銅試片 22
圖2-8 銲接步驟示意圖，(a)下壓(Plunge) (b)持壓(Dwell) (c)進給(Feed) (d)持壓(Dwell) (e)拔除(Pull-off) 25
圖 2-9 厚度5 mm拉伸試片之切取位置、幾何形狀以及尺寸 26
圖 2-10 厚度10 mm拉伸試片之切取位置、幾何形狀以及尺寸 27
圖2-11 萬能拉伸試驗機 27
圖2-12 實驗流程圖 30
圖3-1 板厚5 mm單點銲接之軸向負荷 32
圖3-2 板厚5 mm單點銲接之溫度變化 32
圖3-3 板厚10 mm單點銲接之軸向負荷 33
圖3-4 板厚10 mm單點銲接之溫度變化 33
圖 3-5 在進給速率45 mm/min下板厚5 mm之銲道外觀 37
圖 3-6 在進給速率45 mm/min下板厚5 mm之軸向負荷 37
圖 3-7 在進給速率下45 mm/min下板厚5 mm之溫度變化 37
圖 3-8 在進給速率60 mm/min下板厚5 mm之銲道外觀 38
圖 3-9 在進給速率60 mm/min下板厚5 mm之軸向負荷 38
圖 3-10 在進給速率下60 mm/min下板厚5 mm之溫度變化 38
圖 3-11 在進給速率86 mm/min下板厚5 mm之銲道外觀 39
圖 3-12 在進給速率86 mm/min下板厚5 mm之軸向負荷 39
圖 3-13 在進給速率下86 mm/min下板厚5 mm之溫度變化 39
圖 3-14 在進給速率140 mm/min下板厚5 mm之銲道外觀 40
圖 3-15 在進給速率140 mm/min下板厚5 mm之軸向負荷 40
圖 3-16 在進給速率下140 mm/min下板厚5 mm之溫度變化 40
圖 3-17 銲接進給速率與極限拉伸強度關係圖 41
圖3-18 板厚5 mm拉伸試片之破斷外觀；(a)45 mm/min，(b)60 mm/min， (c)86 mm/min，(d)140 mm/min 42
圖3-19 在進給速率45 mm/min下板厚10 mm之銲道外觀 46
圖3-20 在進給速率45 mm/min下板厚10 mm之軸向負荷 46
圖3-21 在進給速率45 mm/min下板厚10 mm之溫度變化 46
圖3-22 在進給速率60 mm/min下板厚10 mm之銲道外觀 47
圖3-23 在進給速率60 mm/min下板厚10 mm之軸向負荷 47
圖3-24 在進給速率60 mm/min下板厚10 mm之溫度變化 47
圖3-25 在進給速率86 mm/min下板厚10 mm之銲道外觀 48
圖3-26 在進給速率86 mm/min下板厚10 mm之軸向負荷 48
圖3-27 在進給速率86 mm/min下板厚10 mm之溫度變化 48
圖3-28 在進給速率140 mm/min下板厚10 mm之銲道外觀 49
圖3-29 在進給速率140 mm/min下板厚10 mm之軸向負荷 49
圖3-30 在進給速率140 mm/min下板厚10 mm之溫度變化 49
圖3-31 銲接進給速率與極限拉伸強度關係圖 50
圖3-33 進給速率45 mm/min之 (a)銲道剖面，(b)攪拌區，(c)熱機影響區， (d)熱影響區，(e)基材 52
圖3-34 進給速率60 mm/min之 (a)銲道剖面，(b)攪拌區，(c)熱機影響區， (d)熱影響區 53
圖3-35 進給速率86 mm/min之 (a)銲道剖面，(b)攪拌區，(c)熱機影響區， (d)熱影響區 53
圖3-36 微硬度分布圖 54

 
表次
表2-1 T11302高速鋼之化學成分 21
表2-2 C10100無氧銅之化學成分 22
表2-3實驗參數表 24
表 3-1 單點銲接參數 31
表 3-2 厚度5 mm對接實驗參數 34
表3-3 厚度10 mm對接實驗參數 43

參考文獻
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