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304 不銹鋼 Nd-YAG 雷射銲接參數最佳化分析

2010 年海峽兩岸材料破壞 / 斷裂學術會議 2010 年 9 月 24 日 - 25 日 , 墾丁. 304 不銹鋼 Nd-YAG 雷射銲接參數最佳化分析. Optimization of Weld Parameters on 304 Stainless Steel by Nd-YAG Laser Welding. 單 位：南台科技大學、義守大學 志鋼金屬股份有限公司 報 告 者：駱宏明. 2010/09/25. 大綱. 前言 實驗流程 結果與討論 結論. 壹、前言 (1/3).

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304 不銹鋼 Nd-YAG 雷射銲接參數最佳化分析

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  1. 2010年海峽兩岸材料破壞/斷裂學術會議 2010年9月24日 - 25日, 墾丁 304不銹鋼Nd-YAG雷射銲接參數最佳化分析 Optimization of Weld Parameters on 304 Stainless Steel by Nd-YAG Laser Welding 單 位：南台科技大學、義守大學 志鋼金屬股份有限公司 報 告 者：駱宏明 2010/09/25

  2. 大綱 • 前言 • 實驗流程 • 結果與討論 • 結論

  3. 壹、前言(1/3) • 國際精密加工產業快速發展，產品品質要求日益嚴格，傳統銲接製程已無法滿足市場之快速生產 雷射銲接 • CO2 Laser：波長10.6 µm，熱效率↓、貫穿深度↓ • Nd-YAG ：波長1.06 µm，熱效率↑、貫穿深度↑

  4. 壹、前言(2/3) • Nd:YAG雷射銲接 可搭配機器手臂進行自動與3D曲面銲接 } 優點：製造程序彈性 銲接速度快 產能高 品質佳 成本低 適合應用於大量生產與製造 • 建立雷射銲接參數與銲接品質之對應 田口方法

  5. 壹、前言(3/3) • 田口式直交表實驗法 • 快速獲得最佳化參數 • 方法簡單、參數處理速度快 • 少量實驗即可獲取理想參數組合 含9個參數的實驗 { 全因子實驗法 二水準 512組實驗 田口式實驗法 18組實驗

  6. 貳、實驗流程 試件剪裁與加工前處理 田口式實驗法 雷射參數設定 Nd-YAG雷射銲接實驗 金相觀察 微硬度試驗 拉伸實驗 因子反應分析 品質計量法分析 田口分析參數最佳化 結果與討論

  7. 貳、實驗內容(1/7) • 材料：SUS304、厚度1.25 mm、長寬140mm × 100mm。 SUS304 之原廠成份表 (wt-％) • 母材依試件處理條件的不同 1.經固溶處理(1010℃、2小時) 2.未經固溶處理

  8. Incident angle Laser beam 10° Nozzle Welding direction Specimen 25° Weld pool 10mm 貳、實驗內容(2/7) 雷射銲接配置圖

  9. 貳、實驗內容(3/7) 參數與其水準 田口式實驗計畫法

  10. 貳、實驗內容(4/7) 直交表

  11. 貳、實驗內容(5/7) • 金相觀察的試件 經4000#砂紙研磨、3μm 與1μm 鑽石膏拋光後進行電解浸蝕 • 銲道硬度量測 使用荷重300g，量測位置為在銲道深度的一半位置處 每一量測相隔0.1mm 銲道硬度量測示意圖

  12. 貳、實驗內容(6/7) • 抗拉強度實驗 試片以符合ASTM-E8規範要求之標準尺寸 以MTS萬能材料試驗機來做單軸向的拉伸試驗 拉伸速率為0.05 mm/s，標距長度為50mm

  13. 貳、實驗內容(7/7) • 田口法最佳參數(品質計量法) 1.望目特性(NTB) 2.望小特性(STB) 3.望大特性(LTB) 以抗拉強度為品質特性 4.原點特性(ZPP) • 品質計量公式

  14. 參、結果與討論 金相觀察 微硬度分析 銲件之拉伸實驗 田口方法分析銲接參數最佳化

  15. 0.5mm 0.5mm 結果與討論-巨觀金相觀察(1/2) SUS 304不銹鋼母材金相 • 經固溶處理後之晶粒尺寸明顯較未固溶處理大，並有不少退火雙晶產生。 (a)未經固溶處理 (b)經固溶處理(1010℃、2小時)

  16. 結果與討論-巨觀金相觀察(2/2) • 田口法直交表配置的參數中可以同時獲得良好的銲道形狀及不良的銲道形狀 各實驗條件之銲道外觀(a) 17-N實驗 (b) 25-N實驗 (c) 21-N實驗 1. 薄板 2. 一般剪床裁剪 雜訊干擾因子

  17. BM HAZ FZ HAZ BM 結果與討論-微硬度分析(1/2) • 銲道硬度皆高於母材硬度。 SUS304不銹鋼雷射銲接銲道與母材之硬度比較

  18. 結果與討論-微硬度分析(2/2) • 銲道硬度的提高差異值 • 固溶處理 > 未經固溶處理 各組實驗條件下之銲道硬度高於母材硬度的情形

  19. 結果與討論-拉伸實驗 • 拉伸實驗的數據變化相當廣泛 實驗配置下各拉伸試件之抗拉強度與伸長率

  20. 結果與討論-田口法參數最佳化 • 品質計量法 1.不良率分析 2.製程能力指標 3.田口法S/N比計算 • 抗拉強度為望大特性之品質因子

  21. 結果與討論-田口法參數最佳化 以抗拉強度為望大目標之SN回應表 • 參數中D、E、C、B、F為對抗拉強度較為重要的參數

  22. 結果與討論-田口法參數最佳化 以抗拉強度為望大目標之SN回應圖

  23. 結果與討論-田口法參數最佳化 • 參數組合B1C1D1E2F1為最佳的實驗條件 • 品質水準 SN比值為 60.0206 dB • 對應的抗拉強度為 875.5MPa

  24. 肆、結論 • 要獲得好的對接銲道，銲接時母材的必須妥為注意並保持同一平面。 • 以抗拉強度為望大目標之品質因子進行田口分析，可以預期獲得非常高的抗拉強度達 875.5 MPa。 • 由於因子間可能的交互作用與未列入設計的雜訊因子之可能影響，再實行確認實驗後方能獲得可靠的數據。

  25. ~ Thanks for your attention ~

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