Process Development and Multiple Quality Characteristics Optimization of Pulsed Co2 Laser -Tig Arc Hybrid Welding Magnesium Alloy Az31b

[[abstract]]鎂合金AZ31B非常不容易利用雷射光疊銲接成功，因為除了鎂合金表面高反射率問題外，銲塊還易產生諸多嚴重缺陷。如：內部氣孔、熱龜裂、及銲道凹陷等。這可能是因為它的融點和汽化點相當低、熱傳導與膨脹係數高，且其主要合金成分為輕金屬鋅與鋁。為解決上述問題，本計畫提出使用脈衝式CO2雷射搭配脈衝式TIG Arc來疊銲接鎂合金AZ31B。本研究主要的目的，將藉著波形變化、及改變脈衝雷射操作參數，甚至雷射光束入射的傾斜角，以掌握和控制熱量輸入率、冷卻速率，來研究與探討銲接鎂合金AZ31B 在heat conduction mode和keyhole mode下所產生的內部氣孔、龜裂縫、及銲道凹陷等嚴重銲道缺陷。連續輸出式雷射搭配TIG Arc混合銲接技術已被證實，具有結合雙方銲接製程之優點，可增加銲接速度、改善銲件之機械與腐蝕特性、與排除難銲材料內部的龜裂現象與氣孔缺陷。倘若雷射改用脈衝式，TIG Arc亦用脈衝式，混合銲接技術之加工效果會更好。由於中高功率CO2雷射因價格較低、工業應用普及、以及具有部分脈衝功能，本計畫乃提議採用中高功率脈衝式CO2來搭配脈衝式TIG Arc，開發國內外都屬剛起步階段之最新雙脈衝能量束混合銲接AZ31B技術。由於此混合銲接AZ31B技術的機制，目前仍是世界上非常先進的金屬加工理論與生產技術。若能順利開發成功，並導入國內相關製造業，可望使之提升生產力、降低生產成本、及增加企業競爭力。本計畫預計將建立脈衝式CO2雷射搭配脈衝式TIG Arc的混合銲接AZ31B機制與脈衝能量束操控參數。這些操控參數將包括脈衝式CO2 Laser之波形、波幅、頻率，波能、平均功率、尖峰功率密度、銲接速率、工作比例(duty cycle)，還有脈衝式TIG Arc之高峰時間、低峰時間、高峰電流、低峰電流、平均功率等等。其中，波形部分會包括CO2雷射本身所具備之三種脈衝波形，即gated pulse、superpulse、及hyperpulse，與TIG Arc之gated pulse。這些工作包括檢視脈衝式CO2雷射光束搭配脈衝式TIG Arc下之雙能量束脈衝參數對雷射光束與TIG induced plasma、pulsed TIG 電弧放電柱、以及溶池間的複雜交互作用，以檢討其對AZ31B銲件吸收率、銲接速度、heat flow、weld dimension、與銲道品質之影響。還有亦將研究雷射光束入射的傾斜角、脈衝式TIG電極角度、雷射與TIG兩能量束間之間隔，以及TIG極性接法、走速方向，對銲件品質之影響。此外，本研究亦將進行可接受銲接試片之破壞性試驗與腐蝕試驗，並找出脈衝式CO2雷射與脈衝式TIG Arc的操控參數對AZ31B氣孔(pores)之生成原因，以及謀求如何有效抑制或排除之方法。最後，本計畫將開發出脈衝式CO2雷射搭配脈衝式TIG Arc電弧銲接機的混和銲接AZ31B的加工參數窗口，與利用田口方法結合主成分分析法來開發滿足多重品質特性最佳化之製程技術。[[note]]NSC95-2221-E327-04