Transcript 4-5

4-1
接合加工的分類
4-6
固態銲接
4-2
銲接的定義與分類
4-7
軟銲與硬銲
4-3
氣體銲接
4-8
特殊銲接法
4-4
電弧銲
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黏著劑接合法
4-5
電阻銲
4-1 接合加工的分類
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冶金式接合法(metallurgical joining)
利用加熱或加壓方式使接合件間非常接
近，藉由相鄰的原子或分子間相互吸引所產
生的結合力形成冶金鍵結，接合後便結合成
一體，用於金屬材料的接合。
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黏著劑接合法(adhesive joining)
利用黏著劑作為媒介，分別與接合件形
成接合而達到將分離的組件結合。
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4-2 銲接的定義與分類
將兩件或兩件以上的金屬或非金屬銲件，在
其接合處加熱至適當溫度，使該接合部位之材料
徹底熔化，並藉由添加填料或不添加填料，待銲
件與填料冷卻凝固後而結合成一體；或者在半熔
化狀態施加壓力；或是僅使填料熔化，而銲件本
身並不熔化；或在銲件再結晶溫度以下施加壓
力，使接合部位相互結合為一體。
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銲接的分類：
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
4-1
氣體銲接。
電弧銲。
電阻銲。
固態銲接。
軟銲。
硬銲。
其他銲接法。
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以上所列之各種銲接法，又可分為下列三大類：
1.
2.
3.
熔融銲接(fusion welding)：藉由銲件接
合部位熔化而達成接合者，包括氣體銲
接、電弧銲以及其他銲接法三大類。
壓接法(pressure welding)：藉由對銲件
接合部位施加壓力而達成接合者，包括
電阻銲與固態銲接兩大類。
鑞接法：利用熔點較銲件低的異質材料
填加於銲件接合部位而達成接合者，又
稱為低溫銲接：包括軟銲與硬銲兩類。
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4-3 氣體銲接
1. 空氣乙炔氣銲法(air acetylene welding, AAW)，
利用乙炔與空氣混合燃燒所產生的火焰來施
銲。
2. 氧乙炔氣銲法(oxy acetylene welding, OAW)，
利用氧氣和乙炔混合燃燒所產生的高溫火焰來
施銲。
3. 氫氧氣銲法(oxy hydrogen welding, OHW)，利
用氫氣和氧氣混合燃燒所產生的高溫火焰來施
銲。
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4. 壓力氣銲法(pressure gas welding, PGW)，利
用其他的燃料氣體，包括：乙烯、煤氣、苯或
是液化石油氣等。
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氣銲具有下列之優點：
1.
2.
3.
4.
5.
設備費用低。
設備簡單，移動方便，不需電力供應即
可施銲。
可以銲接較薄的工件。
可銲接鑄鐵以及部份有色的金屬，用途
很廣。
熱量調節之自由度很大。
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氣銲亦有下列之缺點：
1.
2.
3.
4.
5.
熱量較不集中，造成銲件之熱影響區以
及變形量較大。
生產效率低且不適用於較厚銲件。
氣體有爆炸的危險，安全顧慮較大。
火焰中的氧和氫等氣體會和熔化的金屬
起反應，降低銲接品質。
不易達成自動化。
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 氧乙炔氣銲
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2C2H2＋5O2 → 4CO2＋2H2O＋熱
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1. 純乙炔焰：氧氣不足，因此燃燒不完全，溫度
很低。
2. 還原焰：乙炔供應量多於氧氣所形成的火焰用
於加熱，適合一般軟銲的加熱。
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3. 中性焰：氧氣和乙炔供應剛好達平衡時，氧乙炔的比例是2.5：1，乙炔完全燃燒，用於輕
金屬的硬銲與軟銲，以及鑄鋼、鉻鋼與鎳鉻鋼
等的銲接。
4. 氧化焰：再調大氧氣供應量，使火焰之白色內
焰心變短，氧氣供應過剩，所以較少被採用。
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4-4 電弧銲
電弧銲(arc welding)最初在操作時是使用碳棒
作為電極，當二支碳棒以適當的電源接上時(最初
是以直流電源為主)，連接於負極之碳棒，稱為陰
極 (cathode) ； 連 接 於 正 極 之 碳 棒 則 稱 為 陽 極
(anode)。當兩電極輕輕接觸後隨即分離一小段距
離，在兩電極間的空氣被電離而產生放電光束，
稱之為電弧(arc)，該電弧的溫度可達到3000℃以
上，可用以將兩銲件之接合部位以及所加入之填
料予以熔化，當凝固後形成銲道而達成接合。
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4-4-1 遮蔽金屬電弧銲
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4-4-2 氣體鎢極電弧銲
氣 體 鎢 極 電 弧 銲 (gas tungsten arc
welding, GTAW)是一種利用非消耗性的鎢
棒作為電極，與銲件之間產生電弧，藉以加
熱銲件接合部位。同時於銲槍的噴嘴通出惰
氣或惰性混合氣體(如氬、氦等惰性氣體)，
以保護熔融狀的熔池避免被氧化，待凝固後
即形成銲道。在銲接厚板時，可添加填料
(銲條)。
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氬銲的優點：
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
4-2
電弧比較穩定而安靜。
不會與銲件金屬反應，亦不會溶於銲道
中。
不需使用銲藥。
電弧電壓較低，所產生的熱量較少。
不需昂貴的器材。
適用範圍廣且可得良好銲接品質。
施銲時受橫向風力及氣流的影響小。
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但是氬銲也有一些限制：
1.
2.
3.
4.
銲接堆積率低且速率慢，不適於厚板的
銲接。
鎢棒電極容易沾上熔池的金屬，需拆下
加以磨除或更換。
氬、氦等惰氣的價格較高。
不易達到自動化。
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4-4-3 氣體金屬極電弧銲
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4-4-4 包藥銲線電弧銲
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4-4-5 潛弧銲
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潛弧銲具有下列之優點：
1.
2.
3.
4.
5.
可採用大電流施銲，以獲得高金屬堆積
率。
無電弧強光及噴濺，因此不需穿防護衣
和戴面罩。
可藉銲藥或銲線包藥方式，添加合金元
素於銲道。
能施行單面銲接，滲透力強，銲道品質
佳。
適合厚板銲接，接頭開槽較小，節省銲
接材料。
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潛伏銲的缺點：
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
只限於平銲及平角銲，當銲件縱向傾斜8°
以上時，即無法施銲。
施銲時無法觀察到熔池，以致銲道的好壞
無法即時察覺。
設備費用昂貴。
銲接電流密度高，入熱量大。
不適合銲接較薄的板件(厚度6mm以下)。
銲藥容易受潮而產生氣孔，烘乾費時。
短銲道或構造複雜的銲件較難施銲。
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4-4-6 植釘銲法
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4-4-7 電離氣電弧銲
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電離氣(plasma)又稱電漿，是氣體分子
在高溫電弧中所形成的一種離子態氣體，其
溫度可達24000℃，且熱傳導性甚高，被視
為物質的第四態。
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利用電漿作為熱源來施銲，其方式是將
能夠電離的氣體(通常為氬、氦或氫氣等)，
引導氣體流經銲槍噴嘴內正負兩極間的直流
電弧，氣體分子受到電弧的高溫加熱而分裂
成帶電的高溫高壓離子態的電離氣和電子，
隨同電弧經銲槍噴嘴高速噴出至銲件表面，
當電離氣和常溫的銲件接觸時，電離氣與電
子再度結合為氣體分子，並釋放大量的熱
量，產生的高溫即可將銲件熔融而接合。
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PAW的優點：
1.
2.
3.
4.
5.
電弧集中而穩定，熱效率高且滲透深，
銲件之熱影響區小。
銲道較深且較窄，銲件變形較小。
更適合較薄的銲件。
鎢電極較不易接觸到銲件而沾染到銲件
金屬。
電漿束方向可加以控制，保護氣體之效
果優良。
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6.
供電離之氣體，無任何限制，空氣、氬
氣、氦氣、氫氣、氮氣等皆可使用，亦
可使用混合氣。一般都採用氬-氫混合
氣或氮-氫混合氣，其中氫氣含量約為
10%～35%。
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4-5 電阻銲
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電阻銲的優點：
1.
2.
3.
4.
5.
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設備簡單且操作容易，適合大量生產製
程。
不需添加填料與銲藥。
不會產生電弧和煙塵，較無污染。
銲接速度快，銲件的熱變形與熱影響區
均較小。
適用於薄板銲接，尤其板金工作。且銲
件精度較易控制。
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4-5-1 電阻點銲法
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電 阻 點 銲 法 (resistance spot welding,
RSW)是電阻銲中最普遍的一種，主要應用
在薄板金屬的接合，可取代鉚接、氣銲或其
他的銲接方法。
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4-5-2 電阻浮凸銲法
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4-5-3 電阻縫銲法
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4-5-4 端壓銲法
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4-5-5 閃光銲
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4-5-6 衝擊銲
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4-6 固態銲接
銲接過程中沒有使用電弧、火焰、高能量束
或電阻來加熱銲件，此類銲法的銲件是在常溫狀
態，或用上述加熱方法以外的其他方法使銲件達
到某一溫度，但溫度都未達銲件的熔點。若需加
熱也只達到兩銲件能連接在一起的程度，一般都
以施加壓力於接合面上，並不需要填料便能使銲
件接合。固態銲接約可分為九種，包括：摩擦銲
接、爆炸銲接、超音波銲接、高週波銲接、鍛壓
銲接、氣體壓銲接、冷壓銲接、擴散銲接以及滾
銲法等。
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4-6-1 摩擦銲接
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4-6-2 爆炸銲接
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4-6-3 超音波銲接
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超音波銲優點：
1.
2.
3.
4.
5.
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適用於異種金屬銲接。
不會產生電弧或火花，所以沒有銲渣及
噴濺，銲道外觀良好。
銲道不會吸收空氣中的活性氣體，因此
不易氧化。
銲接迅速，效率很高。
銲接品質受銲件表面清潔與否的影響不
大。
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4-6-4 高週波銲接法
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4-7 軟銲與硬銲
將銲件與填料同時加熱至低於銲件熔點，
但高於填料熔點的溫度。使填料熔化成液態，再
利用毛細作用，填入接合面夾縫中，填料凝固後
將銲件接合。軟銲與硬銲一般統稱為「鑞接」。
軟銲與硬銲乃以施銲溫度來區分，溫度在
800℉(427℃) 以 下 者 ， 稱 為 軟 銲 ； 溫 度 在
800℉(427℃)以上者，稱為硬銲。
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4-7-1 軟銲
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又稱為「錫銲」，多應用於薄板金製成
的日用器具、防漏修補、低電阻接頭、電子
產品線路連接以及容器儲槽等。適用的銲件
材料以鉛、鍍錫鐵皮(馬口鐵)、鍍鋅鐵皮、
銅合金、鋁合金以及不銹鋼等為主。由於銲
接溫度較低，所以銲件較不易變形，且防漏
性高，但是銲接強度較弱。
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包括：銲炬軟銲、電阻軟銲、爐式軟銲、感
應軟銲、浸式軟銲、紅外線軟銲、烙鐵軟銲以及
波動軟銲等。
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4-7-2 硬銲
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又稱為「銅銲」或「銀銲」，操作溫度
較高，接合強度亦較軟銲為高，工業上常用
的金屬都能適用。
熱源不同分為十一類，分別為：電弧硬
銲、銲炬硬銲、電阻硬銲、爐式硬銲、感應
硬銲、浸式硬銲、紅外線硬銲、擴散硬銲、
熱塊硬銲、流動硬銲以及雙碳極電弧硬銲
等。
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4-8 特殊銲接法
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4-8-1 雷射光銲接
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正常狀態下的原子或分子是處於低能階
的「基態」，當這些原子或分子受到光源照
射或其他能量作用時，其電子會由靠近原子
核內層的低能階躍升到外層的高能階上，該
原子因受到激發作用而獲得能量，於是稱之
為處於高能階的「受激態」，此過程稱為
「受激吸收」。
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一受激態的原子受到一光子作用，由高能階
降回低能階，並釋出另一具有相同相位與波
長的光子，稱為「受激輻射」。如果將此作
用限制在某一固定範圍內，使原子持續地被
激發、然後放出光子，再激發其他已被激發
的原子放出更多的光子，於是光子數目呈倍
數地增加。這些波長與相位皆相同的光以平
行的方式射出，即為雷射光。
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雷射光銲接的優點：
1.
2.
3.
4.
5.
6.
不會產生煙塵，也不會有噴濺的情形。
並可在大氣中施銲。
能銲接兩種物理特性相差很大的金屬。
能量不易因距離較遠而有所損失。
可銲微小以及薄的銲件。
不需添加填料。
可精確定位，容易銲接自動化。
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雷射光銲接雖然具有諸多優點，但仍有以下
的限制：
1.
2.
3.
4.
5.
銲件需要良好的密合，以致前置加工非
常重要。
若工件的熱傳導性不佳，會使銲件表面
蒸發或造成熱衝擊厚度受到限制。
設備非常昂貴，且耗材費用高。
雷射光多為不可見光，必須注意工作環
境的安全維護。
不適用於銲接對雷射光反射率高的金
屬，如金、銀、銅以及鉬等。
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4-8-2 電子束銲接
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電 子 束 銲 接 (electron beam welding,
EBW)是在真空室中以一鎢或鉭製成的陰極
燈絲，經通電後藉由電阻加熱至2500℃，甚
至更高溫度後，放出熱電子，再受到與陽極
之間附加的高電壓(通常為30～200kV)所形
成的電場，加速成能量高且速度快的電子流，
再藉電磁聚焦線圈(electromagnetic focusing
coil，或稱“磁透鏡”magnetic lens)的收束，
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以及電磁偏向線圈(magnetic deflection coils)
的偏向作用，使成為直徑0.1～1.0mm的高
能量密度電子束，當電子束撞擊銲件表面時，
將動能急速轉成熱能，使材料熔融甚至汽化
而達成接合。
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電子束銲接具有以下之優點：
1.
能量密度高，熱量集中，使得銲道寬度
窄而且滲透深。
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2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
不需添加填料，直接由銲件接合面熔融後即可接
合。
可以得到純度高的銲道，亦不會引起銲件氧化或
氮化。
熱傳導率良好材料，不需預熱即可局部銲接。
穿透深又尖銳且適用於極薄板乃至於厚板的高速
銲接。
銲件可先經精密加工後再施銲。
可適用於異種金屬銲接。
對於形狀複雜或深部的接合銲件仍可施銲。
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電子束銲接雖有上述多項優點，但仍有以下
的限制：
1.
2.
3.
4.
5.
設備費用高昂。
由於真空室的容量有限。
接合面的定位精度要求嚴格。
銲道開槽精度與接合面間隙一致性的要
求很高。
電流、電壓、銲速以及焦點位置均需加
以控制。
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6.
7.
8.
9.
銲件接頭必須脫脂清洗完全。銲接室以
及夾具等需要加以防銹處理。
銲接過程中無法立即修正。
需要預先加以消磁。
不適用在真空中容易蒸發的金屬。
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電子束銲接型式：
1.
2.
3.
高真空式：真空室的真空度在10-3torr
以上。能量較為集中，所得銲道之滲透
最深，熱影響區最小。
低真空式：真空室之真空度在25 torr～
10-3torr間。銲道滲透較淺。
非真空式：其電子鎗仍在真空室內，但
銲件放置在大氣中施銲。能量集中度最
低，滲透也最淺。
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4-8-3 電熔渣銲接與電熱氣銲接
電熔渣銲接(electro slag welding, ESW)
是一種銲件垂直銲接的銲法。其原理是利用
兩直立銲件留有一直立縫隙，兩側以銅擋板
(需通冷卻水)罩住，並於底部裝置墊板。施
銲時先將銲劑填入銲縫，由上方送入可消耗
式銲線作為電極，在起銲後電極產生電弧，
並將銲劑熔成熔渣，而後電流仍流經熔渣，
並藉由熔渣之電阻熱進一步熔化銲線與母材，
銲線持續地送入並熔化。
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電熱氣銲接(electro gas welding, EGW)之原
理與電熔渣銲接大致相同，不同點僅在於電熱氣
銲接是利用二氧化碳作為保護氣體，其銲線可為
實心或包藥銲線。
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此兩種銲法可單銲條填充，也可多銲條填充，它
具有下列之優點：
1.
2.
3.
4.
5.
金屬堆積率高，可一次完成厚材料之銲
接。
對接合面之加工要求低，從切割面至銑
削面均可施銲。
屬自動化銲接，技術簡單操作容易。
銲件水平方向及垂直方向之變形均小。
銲接缺陷少，銲接品質高。
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此類銲法亦有以下之限制：
1.
2.
3.
只適合於立銲，其它位置銲法無法使
用。
施銲時必須一次完成，若中途停止再起
動將造成施工困難。
不適於銲接鋁合金及不銹鋼等金屬。
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4-8-4 鋁熱料銲接
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鋁熱料銲接(thermit welding, TW)係利
用熱料(通常為鋁粉)與金屬氧化物(通常為氧
化鐵)在發生化學反應時，放熱並產生過熱
金屬液，再將其填入銲件接縫中，達成接合
目的。
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8Al＋3Fe3O4 → 9Fe＋4Al2O3＋熱
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4-9 黏著劑接合法
黏著劑接合法是將液體黏著劑填充於兩接合
面之間，利用液體與接觸之固體表面間的分子產
生阻止界面分離之結合力，在黏著劑固化後即達
成接合目的。固化通常藉由加熱作用、或施加壓
力或觸媒所引發。
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黏著劑接合法具有以下之優點：
1.
2.
3.
4.
5.
6.
適用於同類或不同類材料。
所有尺寸與外形的組件均可接合。
對於無法以機械接合或銲接的薄且易脆
的材料，亦可適用。
受力時應力均勻分佈於工件接合面上。
接合面可達密封效果。
可吸收震動或產生彈性接合。
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多在常溫下施工。
成本較其他接合方法為低。
黏著劑之重量明顯較輕。接合面設計較
簡單。
10. 可提供接合件之間的電子絕緣，傳導或
半導體特性。
7.
8.
9.
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黏著劑接合仍有以下的限制：
1.
2.
3.
4.
5.
6.
不適合高溫與高負荷環境下使用。
接合面需做好去除灰塵與油污等清潔工
作。
有時需加以熱壓或需要相當長的固化
期。
接合件要定位精準，因此常需要額外的
夾治具。
接合面之缺陷不易以非破壞性檢測方式
測得。
不似機械接合般可任意拆解。
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黏著劑的類別：
1. 天然原料黏著劑(natural adhesive)：包
括樹膠、樹脂、樹漿、瀝青、糊精、酪蛋白、
黃豆粉以及動物性產品如血液和骨膠等。接
合強度不高。
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2. 有機系黏著劑(organic adhesive)：包括
熱塑性塑膠：聚乙烯聚合物、苯乙烯聚合物、
飽和多脂、壓克力、多烯烴以及尼龍等。熱
固性塑膠：丙烯酸聚合物、酚甲醛樹脂、尿
素甲醛樹脂、環氧樹脂、聚胺樹脂以及矽膠
等。接合強度強。
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3.
無機系黏著劑(inorganic adhesive)：包
括可以和水反應而硬化的水泥類與石膏
類；可以產生化學反應而硬化的磷酸鹽
類、矽酸鹽類和矽膠類；以及低熔點玻
璃(水玻璃)等。接合強度有些很強，有
些則較低。
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