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銲接
(民國72年典藏版)
 
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銲接
銲接或焊接,在機械學名為熔接是﹐利用熱力或壓力或二者同時使用,將金屬連接之法。也可以稱之為是利用金屬原子間的吸力﹐造成一種冶金上的結合。在原子可以結合之前,所有面上吸收之水汽及氧化物﹐必須先行除去。假若在兩個光平的金屬面上加力,則有若干結晶破碎突破面層而互相接觸、假如壓力再漸次的加大,此面積擴大,又造成更多的接觸,氧化層性脆,於金屬作塑性變形時碎裂;當兩接觸面之境界面主要成為結晶之面時,即得到完美之結合,這種突破或氧化層的消除,就是熔接所發生之基本條件。此種熔接方式稱之為冷熔接。

假若於壓力之外另加溫度,兩面之熔接更為容易,其結合方式與冷熔接者相同。當溫度增高,基礎材料之延展性增加,原子之擴散作用更快。存在於內表面之非金屬材料,由於基本金屬之塑性流動而軟化易被除去或破碎。熱壓熔接固然是更為有效之方式,但祇要是原子與原子間之接合相同,其強度並不更高。

已發展成功之各種熔接方法,其加熱方式及所用設備各大有差別。各法如表中所示。見圖1。其中有若干需要錘擊、滾軋,或加壓以增加熔接的效力,另有若干為提高金屬的溫度至熔化狀態,而不須加壓。加壓熔接之法,普通僅將金屬表面溫度提高至有足夠的黏接作用即可,此溫度稱之為次熔化溫度。但假若真正到達了熔化溫度,已熔金屬必須受周圍固體金屬之限制,以免流失。絕大多數熔接,皆是在熔化溫度為之,旦以某種方式加入若干熔接金屬,以補不足。熔接亦可用鑄造法為之,其法是先將金屬熔化加至高溫,而後澆鑄於兩熔接件間之空穴內。

任何熔接方式,熔接面必須清潔,方能增進其結合作用。表面氧化物,有陷存於凝固金屬內之趨勢,故必須除去之。熔接用熔劑 (Flux) 的使用,有使氧化物變成熔渣,而漂浮於熔融金屬表面的功用,同時也可避免由空氣所介入之污染。電弧熔接所用之熔劑,係塗敷於電極 (焊條) 之外,而氣體熔接或鍛造熔接,則係使用粉狀熔劑。另外一種方式,是在熔接處使用一種非氧化性氣體。由於高溫時的氧化作用甚為迅速,故熔接操作之速度甚為重要。

軟焊 (Soldering) 及硬焊 (Brazing) ,是在兩金屬之間介入第三液體金屬,於凝固後將二者連接起來。此種方式廣用於小件或電氣件的連接。

軟焊是利用另一種金屬將兩金屬件連接起來,此介入的金屬是在熔融狀態,其溫度不超過攝氏四百二十七度。此法中基礎金屬與焊接金屬有微小的合金作用,而另外所增加的強度是由機械式的結合而得。鉛及錫合金為軟焊之主要材料,其熔點由攝氏一百七十七至三百七十一度,其結合強度,大部視黏合之良否而定。

硬焊是將液態之非鐵金屬材料介入兩金屬件之間,令其凝固而連接之。此填充金屬之熔點高過攝氏四百二十七度,但低於被焊接母金屬之熔點。填充金屬於熔化後,藉毛細管作用吸入並分布於被焊接之兩連接面之間。硬焊熔接與普通硬焊相似,但填充金屬的介入及分布,並非藉微細管作用,而是於熔化之後堆積於結合處而已。無論是硬焊或硬焊熔接,皆須使用特殊熔劑,一方面清除面上之氧化物,同時也可增加填充金屬之流動性,使母金屬得到濕潤,藉以有全面的結合。硬焊填充金屬或合金,常用者有下列數種:一、銅:熔點攝氏一千度。二、銅合金:黃銅及青銅合金,熔點自攝氏八百七十至一千二百三十二度。三、銀合金:熔點自攝氏六百三十至八百四十度。五、鋁合金:熔點自攝氏五百七十至六百四十度。

鍛造熔接是人類所用第一種的熔接法,為過去幾世紀所通用者。是將金屬加熱至塑性狀態,然後加壓力使其連接。氣體熔接包括利用各種組合氣體加熱熔接法。常用之氣體有乙炔、天然氣、氫氣等與氧之組合。氫氧火炬為使用於工業上最早發展成功之熔接法,其最高溫度可達攝氏一千九百八十度。氫氧之製造,可用水之電解,亦可用蒸汽通過赤熱之焦炭還原。最常用者為氧乙炔之組合火炬,溫度可達攝氏三千四百八十度。 

氧乙炔熔接是氧與乙炔燃燒,在某種情形下需要填料金屬,但亦可不用。施工時將熔接處熔化,一般皆不需要壓力。氫氧熔接由於氫氧燃燒溫度 (攝氏一千九百八十度) 遠較氧乙炔為低,故祇能用於薄片或低熔點金屬熔接,及若干硬悍工作。空氣乙炔熔接法之火焰,與本生燈相似,空氣是由大氣中視需要量而抽取之。由於此法溫度較低,故僅用於鉛之熔接或低溫之硬焊及軟焊。

壓力氣體熔接是在熔接區域用氧乙炔加熱至熔接溫度 (約攝氏一千零九十度) ,而後加壓力以結合之。電阻熔接此法創於西元十九世紀之末,首先由湯姆森氏所採用。施工時用高電流通過金屬,在熔接處局部加熱,加壓後其結合即完成。點熔接此種電阻熔接,是將兩片或兩片以上的金屬板搭接起來,置於兩電極之間。突出熔接與點熔接相同,此法之工作物在電極的壓力之下。產生局部的熔接點。接縫熔接是在兩搭接金屬板上,作連續不斷的熔接。對頭熔接此種熔法,是將兩個相同切面積之金屬件頭對頭的抵觸加壓,藉接觸面間之電阻而通電生熱。衝擊熔接亦如閃光熔接是藉電弧的效應加熱,而並不是由於電阻。兩熔件夾持於若干距離,一個為固定,另一個在滑動塊上,但背後受大彈簧之壓力。感應熔接之結合,係得自感應電流通過熔接處電阻而生熱。完成這種熔接,通常皆須使用壓力。

電弧熔接是利用工作物與電極間電弧所生熱量,以達到結合的方式。電弧熔接最早是用碳精電極法,且迄今在手工或機器操作上仍有某種程度的應用。金屬電極利用適當的電流特性,熔化後補充以必要的金屬。原子氫電弧熔接,在兩個鎢桿電極間使用單相交流電,同時於電弧中引入氫氣。電熔渣 (Electroslag) 熔接為另一種金屬電弧熔接,最宜作厚板及垂直位置的熔接。

電子束熔接的接合作用﹐是藉一種高速而密集的電子撞擊到工作物上為之。惰性氣體遮蔽電弧熔接係使用金屬電極與工作物間之電弧,而以氬 (Argon)、氦 (Helium)、二氧化碳,或其他惰性混合氣體掩蔽之,與大氣隔絕。雷射熔接有高度的集中熱量,可用於熔接。摩擦熔接是令兩熔接件頭對頭加軸向壓力,並使旋轉摩擦生熱而熔合。發熱熔接係利用化學藥品之反應熱熔接。流動熔接使用熔融的填充金屬澆注於熔接處。(林裕發)
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更新日期:2004/2/25
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