論文提要

本論文主旨在於探討並比較電子束銲接法和惰性氣體電弧銲接法，對不同合金元素之AZ系列鎂合金，其銲後的冶金特性、機械性質以及銲後快速凝固後之微織構分析。並針對不同銲接方式其銲道型態，來做深入討論。電子束銲接法，屬於高能量密度之銲接方式，其銲道型態較深且窄，故針對其銲道上、中、下不同部位之差異來作比較與分析；而惰性氣體電弧銲接法，屬於高熱輸入量的銲接方式，其銲道型態較淺且寬，而且半熔融範圍區域大，故將針對其熔融區、半熔融區以及母材三區域為探討重點。

對於銲道的晶粒型態，隨著冷卻速率的變化，有著差異性存在。在EBW銲接法中，其AZ31-16中銲道各部位呈現較大的等軸細胞晶；而在AZ31-20中，由上至下則呈現等軸樹枝晶過渡到等軸細胞晶的現象；而在AZ31-35中，則呈現出較銲速16 mm/s中更小的等軸細胞晶。而在TIG銲接法中，可發現由Al含量增加造成冷卻速率的減少亦有相同的效應，故使得AZ31呈現較大的細胞晶，而在AZ61和AZ91呈現較小的等軸樹枝晶。

對於銲道的機械性質來說，兩種銲接法皆是呈現冷卻速率越快，則擁有較好的拉伸強度和微硬度值等機械性質，其皆因小晶粒的貢獻所造成。而在EBW中，造成冷卻速率改變因素的除了銲速外，尚有銲道上、中、下部位的差異，以及合金元素的差異；而在TIG銲接法中，主要造成冷卻速率差異的因素為合金元素的改變。

對於合金成分對於銲道的影響，發現在兩種銲接法中，隨著Al含量的增加，其銲道半熔融區邊界的判定，越來越模糊，而且TIG銲接法更較EBW中明顯。而且機械性質，也因二次相、晶粒尺寸與冷卻速率的影響下，有較好的展現。

在電子束銲接法的微織構分析中，發現其主要三種織構，分別為{10-11}<10-12>織構(其[11-20]TD方向平行 )， {11-21}<10-10>織構(其ND方向與[11-20]約成15o )，以及{01-10}<11-22>織構(其WD與[11-20]方向約成30o)。且隨著冷卻速率的改變，其織構的強弱會有相互的變化，但未發現隨合金元素造成銲道織構特徵的改變。

在TIG銲接法的微織構分析中，發現其主要的四種織構，分別為{11-21}<1-65-6>織構(其ND方向與[11-20]方向約成15o且與WD、TD皆有夾角)，{10-10}<10-12>織構(其WD方向與[11-20]方向約夾60o)，{10-12}<-1011>和{10-11}<10-12>織構(其TD方向平行於[11-20]方向)，且隨著冷卻速率的降低，其織構強度會呈現相近且較弱的現象。此外，發現較EBW不同的便是，隨著合金元素的增加，TIG銲道的織構特性趨於複雜化(種類多)，而且隨著冷卻速度的變慢，在AZ91中會出現{10-10}<11-20>織構(其WD平行[11-20]方向)。

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目錄

目錄……………………………………………………………………………………I
表目錄……………………………………………………………………………… IV
圖目錄 ………………………………………………………………………………VI
論文提要………………………………………………………………………………X
第一章 研究背景與方向 ……………………………………………………………1
1.1 鎂合金的發展與應用……………………………………………………………1
1.2 鎂合金的基本特性………………………………………………………………2
1.2.1 鎂合金的分類與基本特性…………………………………………………2
1.2.2 鎂合金銲接性………………………………………………………………4
1.3 電子束銲接………………………………………………………………………5
1.3.1 電子束銲接原理與機構……………………………………………………6
1.3.2 電子束銲接之優劣…………………………………………………………6
1.4 TIG(惰性氣體電弧銲)銲接 ……………………………………………………7
1.4.1 TIG銲接原理與機構 ………………………………………………………7
1.4.2 TIG銲接之優劣 ……………………………………………………………7
1.5 熔融銲接的凝固特徵與型態……………………………………………………8
1.6 鎂合金之織構特性………………………………………………………………9
1.6.1 織構表示方法………………………………………………………………9
1.6.2 六方晶系的晶體特性 ……………………………………………………11
1.6.3 鎂合金變形織構 …………………………………………………………12
1.6.4 鎂合金再結晶織構 ………………………………………………………13
1.6.5 鎂合金銲件織構 …………………………………………………………14
1.7 織構分析 ………………………………………………………………………15
1.7.1 X光繞射法…………………………………………………………………15
1.7.2 背向繞射微織構分析法(EBSD) …………………………………………16
1.8 研究動機與規劃 ………………………………………………………………17
第二章 實驗方法……………………………………………………………………19
2.1 實驗材料及處理 ………………………………………………………………19
2.2 電子束銲接 ……………………………………………………………………19
2.3 惰性氣體電弧銲接 ……………………………………………………………19
2.4 微硬度試驗 ……………………………………………………………………20
2.5 拉伸試驗 ………………………………………………………………………20
2.6 光學顯微鏡之觀察 ……………………………………………………………21
2.7 掃瞄式電子顯微鏡之觀察 ……………………………………………………21
2.8 X光繞射分析 ………………………………………………………………… 21
2.9 穿透式電子顯微鏡之觀察 ……………………………………………………22
2.10 背向散射電子繞射織構分析法………………………………………………22
第三章 實驗結果……………………………………………………………………24
3.1 銲道外觀與型態 ………………………………………………………………24
3.1.1 電子束銲接試片的銲道外貌 ……………………………………………24
3.1.2 惰性氣體電弧銲接試片的銲道外貌 ……………………………………25
3.2 微晶粒組織觀察 ………………………………………………………………26
3.2.1 電子束銲接試片的OM觀察 ………………………………………………26
3.2.2 惰性氣體電弧銲接試片的OM觀察 ………………………………………28
3.3 微硬度試驗 ……………………………………………………………………29
3.3.1 電子束銲接試片的微硬度試驗 …………………………………………29
3.3.2 惰性氣體電弧銲接試片的微硬度試驗 …………………………………30
3.4 拉伸測試結果 …………………………………………………………………31
3.4.1 電子束銲接試片的拉伸試驗 ……………………………………………31
3.4.2 惰性氣體電弧銲接試片的拉伸試驗 ……………………………………32
3.5 X光繞射分析結果………………………………………………………………33
3.5.1電子束銲接試片的X光繞射分析結果 ……………………………………33
3.5.2 惰性氣體電弧銲接試片的X光繞射分析結果……………………………34
3.6 EBSD微織構分析 ………………………………………………………………34
3.6.1 電子束銲接試片的EBSD微織構分析 ……………………………………34
3.6.2 惰性氣體電弧銲接試片的EBSD微織構分析 ……………………………36
第四章 討論…………………………………………………………………………37
4.1 EBW與TIG銲接法的冷卻速率之探討 …………………………………………37
4.2 電子束銲接的機性測試結果 …………………………………………………38
4.2.1 銲速對於銲道機械性質的影響 …………………………………………38
4.2.2 合金成分對於銲道機械性質的影響 ……………………………………39
4.3 電子束銲接的微織構分析 ……………………………………………………40
4.3.1 電子束銲接法銲道微織構分析 …………………………………………40
4.3.2 銲接速度對於銲道微織構的影響 ………………………………………42
4.3.3 合金元素對於銲道微織構的影響 ………………………………………42
4.4 惰性氣體電弧銲接法的微織構分析 …………………………………………43
4.5 EBW銲接法與TIG銲接法的比較 ………………………………………………45
4.5.1 EBW銲接法與TIG銲接法的機性比較 ……………………………………45
4.5.2 EBW銲接法與TIG銲接法的微織構比較 …………………………………46
第五章 結論…………………………………………………………………………48
參考文獻 ……………………………………………………………………………50
表 ……………………………………………………………………………………53
圖 ……………………………………………………………………………………67

參考文獻

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