本研究是利用非破壞性試驗針對真空腔體的銲接組件進行檢測，並進行銲道顯微組織觀察、量測硬度及分析電化學之特性，實驗材料選用SUS 304沃斯田鐵型不銹鋼板及308L不銹鋼銲線，利用惰性氣體鎢極電弧銲接法進行雙面多道次槽銲。實驗結果表示，透過目視檢驗、陣列式超音波檢測及氦氣洩漏測試，多道次惰性氣體鎢極電弧銲接後，銲道無瑕疵，確認銲道品質符合規範。顯微組織分析中顯示，銲道的δ肥粒鐵形態為樹枝狀結構，在母材和銲道之間的過渡區可觀察到朝向銲接中心的樹枝狀結構晶。銲件微硬度分佈顯示銲道的硬度提升，這可歸因於快速冷卻引起的晶粒細化效果所造成。X光繞射分析後，母材僅發現沃斯田鐵單一相，銲道中存在沃斯田鐵相和δ肥粒鐵相。當與母材相比較時，銲道的耐腐蝕性較低，主要原因為δ肥粒鐵相含量較多所導致。

This paper was devoted to non-destructive tests for the weldment of vacuum chamber component, and the weld microstructures, hardness and electrochemical behavior were evaluated in as-welded condition. SUS304 austenitic stainless steel plates were joined in double-sided groove welds using gas tungsten arc welding method and 308L filler wire was used for the joints. Experimental results showed that the high quality welded joints were achieved by multi-pass gas tungsten arc welding with filler wire addition. It was confirmed by results of visual, phased array ultrasonic testing and helium leak testing. Microstructure analyses revealed the fusion zone was typically dendritic with lathy ferrite morphology. The transition zone between base material and weld seam it was found that the grains were oriented towards the welding center and the dendritic structure. Micro-hardness profiles in welded joints showed increasing of the hardness in the fusion zone, which could be attributing to a finer microstructure that is induced by rapid cooling. X-ray diffraction results showed only the single phase of austenite was identified in the base metal and the presences of austenite and delta ferrite in the welds were observed. The lower corrosion resistance of the fusion zone compared to base metal was because delta ferrite in it.

中文摘要....i
英文摘要...ii
誌謝......iii
目錄.......iv
表目錄......vi
圖目錄.....vii
第一章緒論.........1
1.1 研究背景與動機..1
1.2 研究方法與目的...2
第二章文獻探討........3
2.1 沃斯田鐵不銹鋼主要合金元素對其性質之影響........3
2.2 沃斯田鐵系不銹鋼的特性與應用........7
2.3 不銹鋼熱影響區及銲道金屬之顯微組織........9
2.4 沃斯田鐵不銹鋼銲接特性分析........22
2.5 惰性氣體鎢極電弧銲........24
2.5.1 簡介........24
2.5.2 工作原理........25
2.5.3 惰性氣體鎢極電弧銲設備........25
2.5.4 惰性氣體鎢極電弧銲的作業條件........28
2.6 不銹鋼的腐蝕與電化學特性........ 31
2.7 銲道非破壞檢測方法.............35
2.7.1 超音波檢測.............36
2.7.1.1 超音波檢測分類.............36
2.7.1.2 超音波檢測時機.............37
2.7.1.3 超音波檢測探頭.............39
2.7.1.4 陣列式超音波檢測的原理及特性.............41
2.7.1.5 陣列式超音波檢測探頭.............44
2.7.1.6 不銹鋼銲道組織對超音波檢測的影響.............46
2.7.1.7 不銹鋼板厚對超音波檢測的影響.............46
2.7.1.8 全銲透T型接頭銲道超音波檢測.............48
2.8 氦氣測漏.............49
第三章 實驗設備與方法.............54
3.1 實驗流程.............54
3.2 檢測試片準備.............55
3.3 惰性氣體鎢極電弧銲參數.............56
3.4 金相試驗.............58
3.4.1金相巨觀分析.............58
3.4.2 金相顯微組織分析.............59
3.5 微小硬度試驗機 .............61
3.6 掃描式電子顯微鏡.............62
3.7 能量散佈光譜儀.............63
3.8 X光繞射儀.............63
3.9 電化學試驗.............65
3.10 陣列式超音波檢測.............66
3.10.1 陣列式超音波設備.............66
3.10.2 陣列式超音波儀器及探頭規格.............67
3.10.3 儀器校正與銲道檢驗.............68
3.10.4 陣列式超音波檢測.............70
3.11 氦氣測漏設備.............71
3.11.1 測漏設備.............71
3.11.2 測漏工序.............72
第四章 實驗結果與討論.............75
4.1 銲道外觀檢測.............75
4.2 金相顯微組織分析.............79
4.3 硬度分析.............83
4.4 SEM與EDS成份分析.............85
4.5 X-ray繞射分析 .............93
4.6 電化學分析.............95
4.6.1 極化曲線分析.............95
4.6.2 腐蝕形貌組織觀察.............96
4.7 陣列式超音波檢測.............105
4.8 氦氣測漏.............109
第五章 結論.............110
參考文獻.............111
Extended Abstract.............116

[1]Angelo Fernando Padilha, Paulo Rangel Rios, Ronald Lesley, 2007, Stainless steels heat treatment, Taylor & Francis Group, LLC, pp.699-713.
[2]R.K. Okagawa, R.D. Dixon, D.L. Olson, 1983, “The Influence of Nitrogen from Welding on Stainless Steel Weld Metal Microstructures”, Welding Journal, 62(8), pp.204s-209s.
[3]謝之駿，林東毅，“全球熱門新鋼鐵材料的發展”，2009，工業材料雜誌，274期，10月。
[4]林志和，民國99年，“SN490B鋼銲件之巨觀力學特性與微觀結構研究”，國立高雄大學土木與環境工程學系碩士論文。
[5]林新智，洪榮德，連聰賢，王伯政，施柏仰，林昆明，2010，“SM490A與SS400結構用鋼異質銲接之特性研究”，台南市:金屬熱處理年會，12月。
[6]H.T. Lee, C.T. Chen, J.L. Wu, 2010, “Numerical and Experimental Investigation into Effect of Temperature Field on Sensitization of Alloy 690 Butt Welds Fabricated by Gas Tungsten Arc Welding and Laser Beam Welding”, Journal of Materials Processing Technology, 210(12), pp.1636-1645, September.
[7]H.T. Lee, J.L. Wu, 2010, “Intergranular Corrosion resistance of nickel-based alloy 690 weldments”, Corrosion Science, 52(5), pp.1545-1550 (SCI，EI), May.
[8]D. Francois, F.M. Burdekin, 1998, “State of the art resume on significance of local brittle Zones”, Welding in the Word, 41, pp.138-143.
[9]周漢標，廖德潭，洪文山，1992，“沃斯田鐵不銹鋼之銲接特性及熱裂分析(上) ”， 機械月刊，十八卷，二期，頁160。
[10]Sindo Kou, 1987, Welding Metallurgy, New York, Wiley, p.218.
[11]R. Castro and J.J.de Cadenet, 1975, “Welding Metallurgy of Stainless and Heat-Resisting Steels”, Cambridge University Press, p.99.
[12]J.A. Brooks, A.W. Thompson, J.C. Williams, 1984, “A fundamental study of the beneficial effect of delta Ferrite in reducing weld cracking”, Welding Journal, 63(3), pp. 71s-83s.
[13]E. Kauhausen, 1956, “The welding of steels for high-temperature purposes”, Welding Journal, 35, p.347-s.
[14]W.A. Baeslack, W.F. Savage and D.J. Duquette, 1979, “Effect of nitrogen on the Microstructure and stress crossion cracking of stainless steel weld metals”, Welding Journal, 58(3), pp.83s-91s.
[15]T. Ogawa, S. Aoki, T. Sakamoto, T. Zaizen, 1982, “The weldability of nitrogen-containing austenitic resistance：Part 1-Chloride pitting Corrosion resistance”, Welding Journal, 61(5), pp.139s-148s.
[16]J.M. Vitek, S.A. David, 1986, “The sigma phase transformation in austenitic stainless steels”, Welding Journal, 63(4), pp.106s-111s.
[17]J.E. Spruiell, W.E. Fett, C.D. Lundin, 1977, “Technical note：Ferrite stability at elevated temperature in austenitic stainless steel weld metal”, Welding Journal, 56, p.298-s.
[18]C.D. Lundin, C.P. Chou, 1985, “Fissuring in the “Hazard HAZ” Region of Austenitic Stainless Steel Welds”, Welding Journal, 64(4), pp.113s-118s.
[19]周長彬，曾光宏，1998，“銲接參數對304不銹鋼肥粒相之影響”，機械技術雜誌，頁161-214。
[20]S.A. David, J.M. Vitek, T.L. Hebble, 1987, “Effect of Rapid Solidification on Stainless Steel Weld Metal Microstructure and Its Implications on the Schaeffler Diagram”, Welding Journal, 66, No.10, p.289-s.
[21]S.A. David, G.M. Goodwin, D.N. Braski, 1979, “Solidification Behavior of Austenstic Stainless Steel Filler Metals”, Welding Journal, 58(11), pp.330s-336s.
[22]于劍平，劉兆欽，金信甫，2010，“水下耐高壓高強度鋼板與鎳基合金異金屬銲接機械性質變化分析研究與運用(II)”，行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告。
[23]R.W.K. Honeycombe, H.K.D.H. Bhadeshia, 1995, Steels, Second edition, Edward Arnold, London, p.294.
[24]郭央諶，2008，“麻田散鐵型不銹鋼帶極潛弧硬面銲覆耐熱疲勞與耐磨耗特性之研究”，國立交通大學機械工程學系博士論文。
[25]Amiya Lahiri, 2017, Applied Metallurgy and Corrosion Control, Springer Nature, p.166, January.
[26]N. Suutala, T. Takalo, T. Moisio, 1979, “Ferritic-Austenitic Solidification Mode in Austenitic Stainless steel Welds”, Metallurgical Transactions A, 11(5), pp.717-725, May.
[27]熊篤誠，2003，“軋延 Y309L銲接用不銹鋼製程參數對δ-肥粒鐵含量之研究”，國立高雄第一科技大學機械與自動化工程系碩士論文。
[28]G.K. Allan, 1995, “Solidification of Austenitic Steels”, Ironmaking and Steelmaking, 22(6), pp.465-477
[29]D.J. Lee, J.C. Byun, J.H. Sunga, H.W. Lee, 2009, “The dependence of crack properties on the Cr/Ni equivalent ratio in AISI 304L austenitic stainless steel weld metals”, Materials Science and Engineering: A, 513-514, pp.154-159, July.
[30]S. Kumar, A.S. Shahi, 2011, “Effect of heat input on the Microstructure and mechanical properties of gas tungsten arc welded AISI 304 stainless steel joints”, Materials and Design, 32, pp.3617-3623.
[31]周長彬，蘇程裕，蔡丕椿，郭央諶，2008，銲接學(修訂版)，頁6-44，全華圖書股份有限公司，8月。
[32]John Norrish, 2006, Advanced Welding Processes, Woodhead Publishing, October.
[33]Savage W F, Nippes E F, Agusa K, 1979, “Effect of arc force on defect formation in GTA welding”, Welding Journal, 59, pp.212s-224s.
[34]王鳳平，康萬利、敬和民，2008，腐蝕電化學原理、方法及應用，化學工業出版社。
[35]劉明德，2016，“鎢含量對肥粒鐵型不銹鋼的顯微組織與腐蝕特性之研究”，國立虎尾科技大學材料科學與工程系材料科學與綠色能源工程碩士論文，頁24-25，8月。
[36]M.A. Amin, N.E. Bagoury, M. Saracoglu, M. Ramadan, 2014, “Electrochemical and Corrosion Behavior of cast Re-containing Inconel 718 Alloys in Sulphuric Acid Solutions and the Effect of Cl-”, International Journal of Electrochemical Science, 9, pp.5352-5374.
[37]李衍，馮兆國，2005，“不銹鋼銲道的超聲檢測一現狀與發展”，無損探傷，29卷，3期。
[38]陳必貫，100年，“新建工程非破壞檢測實務”，中工高雄會刊，18卷，3期，4月。
[39]吳學文，黃啟貞，陳必貫，葉競榮，1988，超音波檢測法（初級），中華民國非破壞檢測協會。
[40]葉競榮，徐鴻發，1990，超音波檢測法（中級），中華民國非破壞檢測協會。
[41]李衍，苗玲玉，2011，“鋼結構件銲接接頭超聲相控陣實際探傷條件的研討”，無損探傷，3期，7月，頁1-8。
[42]鄭中興，2005，“沃斯田鐵不銹鋼銲道的超聲探傷方法”，北京交通大學理學院，無損探傷，29卷，4期，8月。
[43]蕭祝螽，施能謙，朱時梁，2008，“相位式陣列(Phased Array)超音波檢測技術的應用與發展”，工業材料雜誌，253期，1月。
[44]彭朋畿，姬俊宇，民國101年，“相位陣列式超音波應用於銲道之檢測”，中龍鋼鐵股份有限公司，台灣銲接協會論文。
[45]劉曉睿，2012，“超聲相控陣技術檢測和評價方法研究”，南昌航空大學測試與光電工程學院測試計量技術及儀器專業碩士論文。
[46]張銘坤，黃紹方，王聖維，2007，“利用超音波檢測對金屬內部的自然裂紋身度之研討”，中國機械工程學會第二十四屆全國學術研討會，中原大學，頁246，11月。
[47]陳永甡，1998，銲接學，革新版三刷，文京圖書有限公司。
[48]孫曉娜，鄭茂堯，佘玥霞，趙江達，李豐亭，2008，“厚板沃斯田鐵不銹鋼銲接技術及銲道超聲波檢測的研究進展”，中國造船，z2期，頁119-127，7月。
[49]鄧波，郭少宏，曹福想，鄭文江，2012，“薄板沃斯田鐵不銹鋼對接銲縫超聲波探傷方法研究進展”，压力容器，6期。
[50]潘虎，吳天茂，2009，“全銲透T型接頭銲道超聲波檢測”，東方電機，1期。
[51]真空技術及專業知識手冊，2013，普發真空有限公司，第二版，4月。
[52]林郁洧，洪嘉俊，彭淑端，蕭健男，陳峰志，2012，“氦氣漏率標準件校正系統”，真空科技，25卷，2期，頁17-20，6月。
[53]張進春，許憲能，熊高鈺，陳俊榮，2006，“鋁合金超高真空腔應用於低溫超導磁鐵之製造銲接”，真空科技，十九卷，一期，頁84-90，10月。
[54]肖立波，陳旭，黃天斌，查良鎮，2006，“超靈敏檢漏的即時校準”，真空科學與技術學報，26卷，1期，頁54-56，2月。
[55]馮曉，廖旭東，胡茂中，白國雲，陳濤，2012，“一種氦質譜檢漏用雙流道噴槍的設計及實驗”，真空，1期，頁33-35，7月。
[56]管建銧，張世汯，詹哲鎧，黃英子，張劍虹，劉定國，2012，“超高真空密封元件介紹”，真空科技，25卷，3期，頁39-43，9月。
[57]顧師言，2015，“氦氣檢漏系統:變速器洩漏檢測新技術”，汽車與配件，6期，頁64-6，3月。
[58]鄭欽明，2013，“真空氦檢漏技術在低溫絕熱氣瓶的定期檢驗中的應用”，科技風，12期，頁91，8月。
[59]李麗萍，王博鋒，周健勇，張波，趙金玉，2013，“電真空器件的氣密性檢測”，中國真空學會質譜分析和檢漏專業委員會第十七屆年會，中國計量測試學會真空計量專業委員會第十二屆年會，9月。
[60]丁耀根，1979，大功率速調管的設計製造和應用，國防工業出版社。
[61]白國雲，黃穎軍，2012，“L200+型氦質譜檢漏儀常見故障的分析與處理”，真空， 49卷，5期，頁65-68。
[62]孫開磊，孫新利，2007，“真空氦質譜檢漏原理與方法綜述”，真空電子技術，頁62-65，6月。
[63]真空基本概念，2011，普發真空Pfeiffer Vacuum，1月。
[64]R.P. Phizackerley, Z.U. Rek, G.B. Stephenson, S.D. Conradson, K.O. Hodgson, T. Matsushita and H. Oyanagi, 1983, “An energy-dispersive spectrometer for the rapid measurement of X-ray absorption spectra using synchrotron radiation”, Journal of Applied Crystallography, 16, pp.220-232.
[65]林麗娟，2002，“X光繞射原理及其應用”，工業材料雜誌，86期。
[66]P.B. Srinivasan, M.P. Satish, 2009, “Microstructural and electrochemical characterization of a thin-section dissimilar stainless steel weld joint”, Materials Chemistry and Physics, 115, pp.179-184.
[67]K. Shinohara, T. Seo, K. Kumada, 1979, “Recrystallization and Sigma Phase Formation as ConCurrent and Interacting Phenomena in 25%Cr-20%Ni Steel”, Materials transactions, The Japan Institute of Metals and Materials (JIM), 20(12), pp.713-723.
[68]I.F. Machado, A.F. Padilha, 1996,“Precipitation behaviour of 25%Cr-5.5%Ni austenitic stainless steel containing 0.87 nitrogen”, Steel Research, 67, pp.285-290.
[69]AWS D1.1/D1.1M:2010 Structural Welding Code—Steel 22nd Edition, American Welding Society.