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研究生: 李岳倫
Yueh-Lun Lee
論文名稱: 鋁鋅系列鎂合金銲接性之研究
The Investigation on the Weldability of Al-Zn Magnesium alloys
指導教授: 田振榮
Tien, Chen-Jung
周長彬
Chou, Chang-Pin
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工業教育學系
Department of Industrial Education
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 127
中文關鍵詞: 鋁鋅系列鎂合金銲接性異種接合
英文關鍵詞: Al-Zn magnesium alloy, weldability, dissimilar joint
論文種類: 學術論文
相關次數: 點閱:177下載:13
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  • 摘要

    本論文主旨在探討GTAW銲接參數對鋁鋅系列鎂合金銲接性之影響,實驗方法採用不添加填料之情況下,針對AZ31及AZ80鎂合金進行對接銲與異種鎂合金(AZ31-AZ80)接合。本研究範圍包括銲道型態、顯微組織及機械性質之分析。
    研究結果發現,AZ31及AZ80鎂合金以GTAW對接銲時,其銲道寬度係隨著熱輸入量增加而增加;銲道深寬比亦隨著熱輸入量之增加而有增加之趨勢,其中以AZ80鎂合金之銲道寬度均較寬於AZ31鎂合金。
    顯微組織觀察結果發現,銲道晶粒尺寸係隨著熱輸入量的增加而有增加的趨勢;在晶界析出之第二相則隨著熱輸入量之增加而有降低之趨勢。
    機械性質試驗包括微硬度試驗與拉伸試驗,研究結果顯示,銲件之機械強度係隨著熱輸入量之增加而降低,其中AZ80鎂合金銲後之機械性質均優於AZ31鎂合金與異種鎂合金銲件;且三種銲件之拉伸破斷面皆屬於脆性破壞型式。

    關鍵詞:鋁鋅系列鎂合金、銲接性、異種接合

    Abstract

    The study to investigate the effect of welding parameters on the weldability of AZ magnesium alloys . A butt welding without filler metal of AZ31, AZ80 and dissimilar matel (AZ31-AZ80) joint by GTAW. It includes three parts. The first part was the semblance of weld, the second part was the microstructure observation, the third part was the mechanical properties of weldment.
    From the result of Mg alloys by GTAW, the weld width and aspect ratio both increase with increasing input energy. Especially, the weld width were wider in AZ80 than AZ31 Mg alloy.
    From the microstructure observation, the formation of larger grain with increasing input energy. However, the number of secondary phase increases with decreasing input energy.
    Mechanical tests includes microhandness tests and tensile tests, the study results indicate that the mechanical properties of weldment decreases with increasing input energy. From the results of mechanical tests, the mechanical strength of AZ80 were higher than AZ31and dissimilar joint weldment. The brittle fracture surface was observed in all tensile tested specimens.

    Keywords: Al-Zn magnesium alloy, wldability, dissimilar joint.

    目錄 謝誌 I 摘要 II 目錄 IV 表目錄 VI 圖目錄 VIII 第一章 緒論 1 第一節 研究背景 1 第二節 研究動機 12 第三節 研究目的 12 第二章 文獻探討 13 第一節 鎂及鎂合金之基本特性 13 第二節 鎂合金之熱處理 25 第三節 惰氣鎢極電弧銲接原理 30 第四節 鎂合金的銲接特性 32 第三章 研究方法與步驟 41 第一節 實驗流程 41 第二節 實驗準備 43 第三節 銲接製程參數設計 48 第四節 顯微組織觀察 50 第五節 微硬度試驗 51 第六節 拉伸試驗 52 第七節 SEM觀察及EDS分析 53 第四章 結果與討論 55 第一節 製程參數對鎂合金銲道外觀型態之影響 55 第二節 顯微組織觀察 81 第三節 微硬度試驗 95 第四節 拉伸試驗 103 第五節 SEM觀察與EDS分析 112 第六節 綜合分析 119 第五章 結論 121 第六章 研究建議 123 參考文獻 124 表目錄 表1-1 中國及全球鎂金屬產量統計 2 表1-2 中國鎂金屬市場需求量統計 2 表1-3 歷年全球鎂金屬市場需求統計及其主要用途區分 3 表1-4 全球按地區鎂金屬市場需求量 4 表1-5 鎂合金應用產業及其產品 5 表1-6 台灣歷年鎂金屬及其相關製品項目之進口統計 6 表2-1 鎂金屬與其他金屬之物理性質比較 17 表2-2 英文字母代表之合金元素對照表 18 表2-3 鎂合金加工或熱處理條件的代號 19 表2-4 鍛造用鎂合金之化學成份及拉伸性質 20 表2-5 壓鑄用鎂合金之化學成份及拉伸性質 21 表2-6 常用於鎂合金之熱處理 28 表2-7 鍛造型鎂合金之應力消除熱處理條件 29 表2-8 壓鑄型鎂合金之應力消除熱處理條件 29 表3-1 AZ31與AZ80鎂合金之主要成份 43 表3-2 AZ31B與AZ80A鎂合金之材料性質 44 表3-3 惰氣鎢極電弧銲之銲接參數 48 表3-4 各熱輸入量之銲接參數彙整表 49 表4-1鎂合金以GTAW於不同熱輸入量下,各參數與銲道寬度彙整表 56 表4-2鎂合金以GTAW銲接,不同銲接電流下,銲道寬度彙整表 66 表4-3 AZ31鎂合金以GTAW銲接,於不同銲接速度下,銲道寬度彙 整表 68 表4-4鎂合金以GTAW銲接,熱輸入量與銲道深寬比之彙整表 70 表4-5 鎂合金於不同熱輸入量條件下銲道硬度平均值 97 表4-6 鎂合金母材抗拉強度之平均值 105 表4-7 不同熱輸入量條件下,鎂合金之抗拉強度彙整表 105 表4-8 鎂合金於不同銲接電流下,抗拉強度彙整表 106 表4-9鎂合金於不同銲接速度下,抗拉強度彙整表 107 圖目錄 圖1-2 熱室壓鑄機 10 圖1-3 冷室壓鑄機 10 圖1-4 鎂合金製品之生產流程及廢料產生之發生製程圖 11 圖2-1 MG-AL之二元平衡相圖 22 圖2-2 MG-ZN之平衡相圖 23 圖2-3 MG-MN之平衡相圖 24 圖2-4 惰性氣體鎢極電弧銲接原理 31 圖2-5 過冷度(溫度)對孕核、成長及相變化速率的影響 38 圖2-6 銲接凝固組織型態 39 圖2-7 氧化鎂與氧化鋁之相圖 40 圖3-1 實驗流程圖 42 圖3-2 鎂合金對接銲示意圖 45 圖3-3銲接製程示意圖 46 圖3-4 MILLER-SYNCROWAWE 250型惰氣鎢極電弧銲接機 47 圖3-5 GULLCO-GK191-P/18A型自動走銲機 47 圖3-6 OM、SEM、微硬度試片取樣示意圖 50 圖3-7 FUTURE TECH-FM-700型微硬度試驗機 51 圖3-8 拉伸試片規格及取樣位置。 52 圖3-9 JEOL-JSM 6360型掃描式電子顯微鏡 53 圖3-10 OXFORD-INCA ENERGY 300型能量散佈光譜儀 54 圖4-1 AZ31鎂合金以GTAW銲接後,不同銲接參數下之外觀 58 圖4-2 AZ80鎂合金以GTAW銲接後,不同銲接參數下之外觀 59 圖4-3 相同熱輸入量下,各銲接參數對不同鎂合金銲道寬度之影響 61 圖4-4 相同熱輸入量/相同板厚下,不同銲接電流對鎂合金銲道寬度之影響………………………………………………………………..62 圖4-5 相同熱輸入量/相同板厚下,不同銲接速度對鎂合金銲道寬度之影響 63 圖4-6 不同熱輸入量下鎂合金銲道之巨觀圖 71 圖4-7不同熱輸入量對鎂合金銲道寬度之影響 72 圖4-8 不同熱輸入量對峰值溫度之影響 74 圖4-9 銲接電流對銲道寬度之影響 75 圖4-10 銲接速度對銲道寬度之影響 76 圖4-11 銲道之裂縫型態 77 圖4-12 銲接電流對鎂合金裂縫之影響 78 圖4-13 銲件其銲道橫向剖面圖 79 圖4-14 熱輸入量對銲道深寬比之影響 80 圖4-15 鎂合金銲件之熱循環曲線 84 圖4-16 AZ31鎂合金銲道顯微組織 85 圖4-17 AZ80鎂合金銲道顯微組織 86 圖4-18 相同熱輸入量下,不同鎂合金銲道顯微組織 87 圖4-19 異種鎂合金接合後之銲道顯微組織 88 圖4-20 AZ31於不同銲接速度下之銲道型態 90 圖4-21 不同熱輸入量對AZ31鎂合金銲道微觀組織之影響 91 圖4-22不同熱輸入量對AZ80鎂合金銲道微觀組織之影響 92 圖4-23熱輸入量對AZ80鎂合金銲接熱循環之影響 93 圖4-24 AZ80鎂合金經銲後熱處理銲道顯微組織 94 圖4-25 鎂合金微硬度之取樣示意圖 97 圖4-26 鎂合金在相同熱輸入量條件下銲道微硬度分佈曲線 99 圖4-27 異種鎂合金接合銲道微硬度分佈曲線 100 圖4-28 熱輸入量對鎂合金銲道微硬度分佈曲線 101 圖4-29 熱輸入量對鎂合金銲道微硬度之影響 102 圖4-30 拉伸試片破斷巨觀圖 108 圖4-31 熱輸入量對鎂合金抗拉強度之影響 109 圖4-32 銲接電流對鎂合金抗拉強度之影響 110 圖4-33 銲接速度對鎂合金抗拉強度之影響 111 圖4-34 鎂合金母材破斷面顯微組織 113 圖4-35 AZ31鎂合金銲件破斷面顯微組織 114 圖4-36 AZ80鎂合金銲件破斷面顯微組織 115 圖4-37 AZ31-AZ80鎂合金異種接合破斷面顯微組織 116 圖4-38 AZ31鎂合金熔融區之顯微組織及EDS分析結果 117 圖4-39 AZ80鎂合金熔融區之顯微組織及EDS分析結果 118

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